活性炭吸附法去除废水中重金属的研究进展

总结了活性炭吸附法去除废水中重金属的机理和规律进行了,其吸附机理有离子交换、络合、化学吸附等,吸附平衡模式除了有Langmuir模式和Freundlich模式之外,还有表面络合模式;分析了pH、溶液的离子强度和初始浓度对单组分溶液吸附去除率的影响;论述了多个金属离子共存时活性炭对金属离子的吸附影响以及金属离子与有机物共存时活性炭对金属离子的吸附影响;最后展望了活性炭在重金属废水处理中的应用前景,提出了一些建议。     

矿物纤维粉尘的环境健康效应研究

研究者运用表面化学，电化学和细胞培养等生化方法，以及IR，XRF，UV等谱学和电子微束手段，通过对主要6类不同形态矿物粉尘的特征，表面官能团和活性位分析以及电化学，溶解，毒性研究等，提出了表面介体的概念并初步验证了它的存在，从表面官能团，表面综合性状探讨了矿物纤维材料的表面化学活性一生物活性－生物持久性－生物毒性－环境安全性；提出界／膜体系来研究矿物生产生物毒性的过程和所依存的条件；对矿物粉尘在Gamble溶液，血清与生物大分子，人体有机酸，氨基酸，维生素中以及动物体内行为的研究，进一步阐明了在氨基酸／蛋白质／功能膜以及含有外露蛋白质的其它有机体单元中粉尘的溶解，反应，络合与破坏，粉尘中的硅成分在体内的残留，溶解，运移方式，选择性吸附体液中的脂－醇类物质，红细胞及其残片，粉尘与体内物质交换及免疫细胞的相互作用过程，提供了降低粉尘毒性的处理方式。     

小球藻对多种重金属吸附性能的研究

微藻是一种广泛存在、生长速度快、适宜大规模养殖的结构简单的植物.近年来,基于微藻的水污染控制技术被广泛研究并得到认可,其中,利用藻类吸附污染水体中的重金属类物质更被看作是一种极具前景的水处理手段.然而,当前的研究始终对藻类吸附重金属性能的决定性影响因素缺乏相对全面的探究,同时对藻类表面官能团在吸附过程中所起的作用也不明确.对此,本研究采取静态实验的方法,选取常见的淡水藻类小球藻Chlorella sp.和典型重金属Ni （Ⅱ）、Cr （VI）、Cd （Ⅱ）,以藻细胞密度、重金属离子浓度、温度、pH作为影响因素,探究其对小球藻细胞吸附性能的影响.结果表明,小球藻对Ni （Ⅱ）、Cr （VI）、Cd （Ⅱ）均显示出了很好的吸附能力.在所选的几种藻细胞密度下,小球藻吸附性能差异不大.当溶液处于中性偏酸性、重金属浓度低于5 mg·L^-1的情况下,小球藻吸附效果最好.在20~30℃范围内升高温度对吸附会产生有利影响.对小球藻进行红外光谱检测发现,官能团C—O、C=O、—COOH、—NH—在对重金属离子的吸附过程中起主要作用.     

电气石负载聚氨酯泡沫作为生物载体强化2,4,6-三氯酚还原

2,4,6-三氯酚在环境中广泛分布,是典型的持久性有机污染物.脱卤呼吸菌能还原分解氯酚,使其毒性大大降低,继而被其他微生物氧化分解并矿化.然而脱卤呼吸菌在自然环境中丰度较低,代谢速率慢,对电子利用能力较差,因此传统的生物添加或生物激活等原位修复方法往往导致效能受限,可应用性差.本研究驯化富集了具有稳定厌氧还原脱氯2,4,6-三氯酚能力的混合菌群,在添加乙酸钠（5 mmol·L^-1）和氢气（10 mL）的情况下,在6 d内将2,4,6-三氯酚还原脱卤为4-氯酚.研究采用聚氨酯泡沫作为生物载体材料,在聚氨酯泡沫表面负载电气石,发现在无氢气额外添加的情况下,2,4,6-三氯酚的还原脱氯速率提高了6倍,且脱卤性能稳定.对强化后混菌的群落结构及潜在核心脱氯功能菌属进行分析,16S rRNA测序鉴定结果表明假单胞菌属（Pseudomonas sp.）在混合菌群中的占比超过90%,为体系中的核心脱氯功能菌.本研究为地下水中还原脱卤菌群的应用提供了理论技术.     

耐冷氨氧化功能菌群强化人工湿地低温脱氮

针对冬季低温条件下人工湿地脱氮效率低的问题,将富集得到的耐冷氨氧化功能菌群固定化后投加到人工湿地中,探究生物强化对低温下人工湿地脱氮的强化效果及其微生物作用机制.结果表明,5℃条件下,梯度降温（R1）和梯度降温耦合选择性抑制（R2）条件下富集培养的耐冷氨氧化功能菌群强化处理的人工湿地的氨氮平均去除率分别为84%和88%,比对照组湿地分别提高24%和28%.高通量测序分析表明,富集得到的耐冷氨氧化功能菌群中优势菌种（相对丰度高达19.2%）为具有氨氧化功能的硝化螺旋菌（Nitrospira sp.）,属于全程氨氧化菌,在氨氧化过程中起主要作用.微生物相对表达水平分析表明,两组生物强化人工湿地中氨氧化功能基因amoA的表达丰度分别为2.82×10⁸,8.22×10⁸拷贝数/克基质,显著高于对照组湿地的2.50×10⁷拷贝数/克基质.投加耐冷氨氧化功能菌群可以有效提高人工湿地脱氮效率.     

MnCeOx/diatomite catalyst for persulfate activation to degrade organic pollutants

Persulfate(PS)-based oxidation technologies are attracting increasing attentions in water treatment due to their high efficiency and stability.In this study,a novel diatomite supported MnCeO_x composite(MnCeO_x/diatomite) was prepared and characterized for activation of PS to degrade organic pollutants.Results indicated that diatomite not only dispersed MnCeO_x and increased the specific surface area of catalyst,but also improved the low-valence metal site(Mn~(2+)and Ce~(3+)) and reactive oxygen species site(-OH) of MnCeO_x,thus enhancing the activities of MnCeO_x.MnCeO_x/diatomite/PS showed high efficiency for multiple dyes and pharmaceutical pollutants.Constant rate(k) of MnCeO_x/diatomite(k_(MnCeOx/diatomite)) was three times higher than the sum of constant rate of MnCeOx(k_(MnCeO_x))and constant rate of diatomite(k_(diatomite)).In addition,MnCeO_x/diatomite showed wide pH application(5-9).Cl~- and NO_3~(2-) had no effect while SO_4~(2-) and humid acid had slightly negative effects on MnCeOx/diatomite/PS system.Moreover,MnCeOx/diatomite showed good reusability and stability.Mechanism analyses indicated that electron transfer of Mn and Ce attributed to the activation of PS and oxygen to produce free radicals.SO_4·~-,·OH and O_2·~-on the surface of catalyst were the main active free radicals to attack pollutants.     

Detrimental role of residual surface acid ions on ozone decomposition over Ce-modified γ-MnO2 under humid conditions

In the study,the catalyst precursors of Ce-modified γ-MnO_2 were washed with deionized water until the pH value of the supernatant was 1,2,4 and 7,and the obtained catalysts were named accordingly.Under space velocity of 300,000 hr~(-1),the ozone conversion over the pH=7 catalyst under dry conditions and relative humidity of 65% over a period of 6 hr was 100% and 96%,respectively.However,the ozone decomposition activity of the pH=2 and 4 catalysts distinctly decreased under relative humidity of 65% compared to that under dry conditions.Detailed physical and chemical characterization demonstrated that the residual sulfate ions on the pH=2 and 4 catalysts decreased their hydrophobicity and then restrained humid ozone decomposition activity.The pH=2 and 4 catalysts had inferior resistance to high space velocity under dry conditions,because the residual sulfate ion on their surface reduced their adsorption capacity for ozone molecules and increased their apparent activation energies,which was proved by temperature programmed desorption of O_2 and kinetic experiments.Long-term activity testing,X-ray photoelectron spectroscopy and density functional theory calculations revealed that there were two kinds of oxygen vacancies on the manganese dioxide catalysts,one of which more easily adsorbed oxygen species and then became deactivated.This study revealed the detrimental effect of surface acid ions on the activity of catalysts under humid and dry atmospheres,and provided guidance for the development of highly efficient catalysts for ozone decomposition.     

不同湿地植物脱氮效果与根际土壤微生物群落功能多样性特征分析

为研究水平潜流型人工湿地中不同植物脱氮效果及对土壤微生物的影响,采集水样测定脱氮效率,采集芦苇根际土壤、香蒲根际土壤和对照土壤（不种植物）,利用Biolog技术研究不同处理土壤微生物群落代谢功能多样性特征.结果表明:①与对照相比,种植芦苇和香蒲可提高水平潜流型人工湿地7%~33%的NH₃-N去除率.②芦苇和香蒲根际土壤的碳源利用率增加,并显著高于对照土壤;香蒲根际土壤的碳源利用率高于芦苇根际土壤.芦苇和香蒲根际土壤微生物均对碳水化合物的相对利用率较高（> 48.0%）,对照土壤微生物对碳水化合物和聚合物的相对利用率均较高,分别为34.4%和32.7%.③芦苇和香蒲根际土壤微生物的丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和Shannon-Wiener均匀度指数均显著高于对照土壤.④主成分分析（principal component analysis,PCA）结果表明,芦苇和香蒲根际土壤微生物与对照土壤微生物对碳源的利用特征均存在显著差异,而不同植物对土壤微生物碳源利用多样性的影响较小.研究显示,种植植物可改善水平潜流型人工湿地的脱氮效率,增加根际土壤微生物群落功能多样性,而不同植物（芦苇和香蒲）对脱氮效率和根际土壤微生物群落组成的影响无显著差异,因此在种植植物时可根据当地条件进行选择.      

五氯苯酚对污泥性能和功能基因表达水平的影响

氯酚废水是一类广泛存在于环境的典型工业废水,具有显著的生态毒性,为探讨废水中氯酚类化合物对污泥性能和功能基因表达水平的影响,采用HRT（水力停留时间）为8 h、SBR（间歇曝气的序批式生物反应器）处理进水浓度为2 mg/L的PCP（五氯苯酚）废水,并与处理不含PCP的废水作对比分析,探讨PCP对污染物去除和微生物菌群的影响,并分析PCP诱导下污泥中Pseudomonas功能基因的表达水平.结果表明:①1~90 d,进水浓度为2 mg/L的PCP严重抑制污泥活性,出水ρ（COD_Cr）超过100 mg/L,PCP降解去除缓慢,而对照组出水ρ（COD_Cr）在31.6 mg/L左右波动.90 d后,降解PCP的优势菌群富集,水相、泥相PCP被降解去除,但PCP的毒性作用使其出水ρ（COD_Cr）仍高于对照组.②经PCP长期驯化污泥富集的优势菌属为Chondromyces、Ignavibacterium、Thauera、Pseudoxanthomonas、Bosea、Achromobacter、Comamonas和Salimesophilobacter,均归属于变形菌门和厚壁菌门,在降解氯酚类污染物方面起着重要作用.③当处理PCP的SBR处于稳定运行阶段时,SBR运行周期末污泥中降解PCP的菌属Pseudomonas调控ATP水解酶（ATPase）、过氧化氢酶（CAT）和细胞色素p450（CYP450）的功能基因表达被激活,而调控超氧化物歧化酶（SODb）、氨单加氧酶（AM）、脱氯水解酶（HDLH）和甘油三磷酸脱氢酶（GAPDH）的功能基因表达被抑制,即活性污泥中微生物调控不同基因的表达受进水PCP的抑制或激活.研究显示:进水PCP诱导SBR富集的优势菌属可实现废水中PCP的去除,起到削减废水毒性的作用;通过分析不同优势菌属的相关功能基因表达,可加强对不同微生物降解污染物机理的认识.      

土地利用方式对会仙岩溶湿地土壤真菌群落和功能类群的影响

研究土地利用对会仙湿地土壤真菌群落及其功能类群特性的影响,可以为湿地的保护提供理论依据.以芦苇湿地(PCW)、华科拉莎草湿地(CCW)、稻田撂荒地(APF)、稻田(PF)和玉米地(CF)为研究样地,采用高通量测序法对不同土地利用土壤真菌群落结构进行分析,利用FUNGuild数据库对真菌的功能类群进行预测.结果表明,PF和CF的Simpson指数和Shannon指数显著高于PCW和CCW;在门水平上,子囊菌门(Ascomycota)为5种土地利用的最优势菌,丰度为70.60%～87.02%,隐真菌门(Rozellomycota)为PCW的次优势菌,丰度为7.14%;担子菌门(Basidiomycota)为CCW、 APF、 PF和CF的次优势菌,丰度分别为9.70%、 5.19%、 8.13%和7.50%.在目水平上,PCW中最优势菌为格孢菌目(Pleosporales),丰度为16.47%; CCW、 APF、 PF和CF的最优势菌均为肉座菌目(Hypocreales),丰度分别为22.52%、 23.50%、 17.60和23.80%.在属水平上,PCW和CCW中的最优势菌分别为粪盘菌属(Ascobolus)和子囊菌属(Archaeorhizomyces),丰度分别为6.65%和13.44%; APF、 PF和CF中的最优势菌均为镰刀菌属(Fusarium),丰度分别为10.22%、 10.51%和11.12%.会仙湿地土壤真菌的功能类群以腐生营养型为主,丰度为48.67%～80.13%.CF中的病理营养型的丰度为5.39%,显著高于PCW(2.34%)和CCW(1.53%)中的丰度.PCW和CCW的最优势功能类群分别为粪生-木材腐生菌和土壤腐生菌,APF、 PF和CF中最优势功能类群为动物病原-内生-地衣寄生-植物病原-土壤腐生-木材腐生菌.冗余分析表明,土壤含水率(SWC)和碳氮比(C/N)是影响真菌群落结构的主要因素,碱解氮(AN)是影响真菌功能类群的主要因素.以上研究结果表明,相对于天然湿地,土地利用改变了会仙湿地土壤真菌多样性和群落结构,使真菌功能类群的结构趋于复杂化,且使玉米致病风险提高.