长期暴露下纳米TiO2对厌氧颗粒污泥体系稳定性的影响

以厌氧颗粒污泥为研究对象,通过静态试验和连续流厌氧反应器,重点研究了长期暴露下纳米TiO_2在对厌氧产甲烷体系的影响及其在颗粒污泥中的归趋.结果表明,短期急性暴露于150 mg·g-1(以VSS计)的纳米TiO_2尽管会暂时减缓产甲烷速率,但产酸阶段及产甲烷阶段代谢产物总量不会明显受到影响,纳米TiO_2对厌氧颗粒污泥具有较低的急性毒性.反应器运行结果表明,纳米TiO_2的长期暴露可导致挥发性脂肪酸(VFAs)积累及生物气产量降低,产酸菌比产甲烷菌对纳米TiO_2的累积效应更加敏感,纳米TiO_2抑制机制可归因于"物理遮蔽"作用.出水中TiO_2的平均含量只有0.632 mg·L~(-1),绝大多数纳米TiO_2都被截留在了反应器中.FISH检测表明,厌氧颗粒污泥微生物的菌群结构有所变化,纳米TiO_2在反应器内的积累使得甲烷八叠球菌的丰度大幅增加了115.6%,其优势地位明显增强.长短期暴露试验的结果对比也说明,用短期暴露试验来说明纳米颗粒对厌氧体系的长期累积效应具有一定局限性,纳米TiO_2对厌氧颗粒污泥中微生物的负面影响需要较长时间的积累才会显现.本研究结果可为厌氧污水处理体系中纳米颗粒的潜在生态风险评价提供理论支持和参考依据.     

Quantum chemical investigation on photodegradation mechanisms of sulfamethoxypyridazine with dissolved inorganic matter and hydroxyl radical

Sulfamethoxypyridazine(SMP) is one of the commonly used sulfonamide antibiotics(SAs).SAs are mainly studied to undergo triplet-sensitized photodegradation in water under natural sunlight with other coexisting aquatic environmental organic pollutants.In this work,SMP was selected as a representative of SAs.We studied the mechanisms of triplet-sensitized photodegradation of SMP and the influence of selected dissolved inorganic matter,i.e.,anions(Br~-,Cl~-,and NO~-_3) and cations ions(Ca~(2+),Mg~(2+),and Zn~(2+)) on SMP photodegradation mechanism by quantum chemical methods.In addition,the degradation mechanisms of SMP by hydroxyl radical(OH·) were also investigated.The creation of SO_2 extrusion product was accessed with two different energy pathways(pathway-1 and pathway-2) by following two steps(step-I and step-II) in the tripletsensitized photodegradation of SMP.Due to low activation energy,the pathway-1 was considered as the main pathway to obtain SO_2 extrusion product.Step-II of pathway-1 was measured to be the rate-limiting step(RLS) of SMP photodegradation mechanism and the effect of the selected anions and cations was estimated for this step.All selected anions and cations promoted photodegradation of SMP by dropping the activation energy of pathway-1.The estimated low activation energies of different degradation pathways of SMP with OH·radical indicate that OH·radical is a very powerful oxidizing agent for SMP degradation via attack through benzene derivative and pyridazine derivative ring.     

北京市郊区夏季臭氧重污染特征及生成效率

为研究北京郊区夏季O₃(臭氧)重污染过程特征及O₃生成的光化学敏感性,基于2016年夏季在北京郊区开展的针对O₃及其相关污染物的强化观测试验(7月23日—8月31日,共计40 d),分析了观测期间O₃浓度[以φ(O₃)计]变化特征、O₃重污染过程主控因素与O₃敏感性化学特征.结果表明:观测期间φ(O₃)超标时有发生,最大小时φ(O₃)为151.1×10-9,其中有15 d的φ(O₃)最大8 h滑动平均值(O₃-max-8h)超过了GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准限值,占观测天数的37.5%;不同O₃重污染过程成因有所不同,城市烟羽传输的污染物对郊区O₃重污染过程影响显著(观测期间臭氧重污染过程:过程1,7月27—29日;过程3,8月9—11日;过程4,8月16日;过程5,8月21—24日),区域光化学污染对郊区O₃重污染过程也有贡献(观测期间O₃重污染过程2:8月4—6日);结合后向气流轨迹进一步辅助说明了不同重污染过程中O₃的来源不同.研究还发现,观测区域存在反“周末效应”现象,说明观测区域周末受人为影响较为明显;基于观测数据计算的OPE(O₃生成效率)分析了O₃光化学敏感性表明,在有OPE值的22 d内NO_x控制区和VOCs控制区出现的概率(41%)相等,即观测区域O₃对NO_x和VOCs均敏感;此外还发现,在O₃重污染过程中光化学敏感性会随其反应进程发生改变,由NO_x控制区逐渐转变为VOCs控制区.      

重庆市夏秋季VOCs对臭氧和二次有机气溶胶生成潜势的估算

为估算重庆市夏秋季VOCs（挥发性有机物）对O₃和SOA（二次有机气溶胶）的生成潜势,利用在线GC-MS/FID在2015年8月22日-9月23日对重庆市区点和郊区点VOCs开展了为期一个月的实时观测,获得市区点和郊区点$ \varphi $（TVOCs）（总挥发性有机物）分别为41.35×10-9和22.72×10-9,其中市区点以烷烃（35.2%）和烯炔烃（25.2%）为主,郊区点以含氧挥发性有机物（oxygenated volatile organic compounds,OVOCs）（30.6%）和烷烃（26.0%）为主.结合最大增量反应活性量化市区点和郊区点VOCs的OFPs（臭氧生成潜势）分别为149.11×10-9和71.09×10-9,市区点OFPs最大的是乙烯、丙烯、甲苯、C8和C9的芳香烃等,郊区点OFPs最大的VOCs是丙烯醛、异戊二烯和甲基乙烯基酮.结合气溶胶生成系数量化郊区点和市区点VOCs对SOA的生成贡献分别为0.36和1.26 μg/m3,相比国内其余城市VOCs的SOAP（二次有机气溶胶生成潜势）较小,主要以甲基环己烷、正壬烷、正葵烷和十一烷等高碳烷烃,以及甲苯、苯、二甲苯和乙苯等芳香烃的SOAP为主.研究显示,控制烯炔烃和芳香烃的浓度有助于控制重庆市O₃的生成,控制高碳烷烃和芳香烃则有助于控制重庆市SOA的生成.      

多环芳烃在冬小麦体内的吸收与转运及富集研究进展

多年来以煤炭为主的能源消费结构和经济社会持续发展,导致我国PAHs(多环芳烃)排放量居高不下,直接造成土壤和大气PAHs严重污染.为了探明PAHs在冬小麦体内的积累过程和调控机制,在系统分析PAHs在冬小麦体内的吸收、转运和富集的基础上,重点阐述了冬小麦PAHs根系吸收和叶面吸收影响因素方面的最新研究进展.研究发现:① 小麦根系对PAHs的吸收包括主动吸收和被动吸收两种方式,其中主动吸收是一个载体协助、消耗能量、PAHs与H+共运的过程;被动吸收除了在高等植物中普遍存在的简单扩散外,水-甘油通道也参与了该过程. ② PAHs通过气态、颗粒态沉降到小麦叶面角质层或直接通过气孔进入叶片. ③ 影响PAHs根系和叶面吸收的主要因素包括PAHs理化性质、植物生理状况、环境因素等. ④ 小麦根系吸收的PAHs可以向地上部转运,并且与辛醇-水分配系数(K_OW)、蒸腾速率、土壤中氮的形态和浓度有关.主要问题:① 对于小麦叶片吸收的PAHs向基运输机理有待进一步研究. ② 农田生态系统中冬小麦往往遭受土壤及大气双重污染,根系吸收及叶面吸收分别对其体内积累PAHs的贡献尚不清楚.因此,需关注韧皮部、木质部在PAHs转运中所起的作用;利用同位素示踪、双光子激发显微镜等先进技术观察和跟踪PAHs如何进入小麦以及在小麦叶中的转移和分布,阐明PAHs叶面吸收的微观机理;注重大田试验研究,为揭示冬小麦对PAHs的吸收、积累及调控机理,同时也为有机污染地区生产安全农产品提供重要依据.      

氯灭活地下水源中3种优势真菌的效能与机制

地下水源中真菌大量繁殖会产生嗅味,引发毒性反应以及产生大量肉眼可见的絮状物,严重影响供水水质.以地下水源中3种优势真菌木霉属、青霉属、枝孢属为研究对象,以氯为消毒剂,通过研究真菌孢子胞内物质泄漏,胞外三磷酸腺苷(ATP),脱氧核糖核酸(DNA)和蛋白质增加及孢子形态变化,探明了氯灭活3种真菌孢子的效能与机制.结果表明,氯灭活真菌孢子符合一级动力学,满足Chick模型,3种真菌的耐氯性为:木霉属青霉属枝孢属,真菌孢子尺寸越大,亲水性越强,灭活效果越好.氯灭活后,胞内物质泄漏,胞外特征物质(ATP、DNA、蛋白质)显著增加;氯对细胞表面破坏严重,灭活后真菌孢子凹陷,表面褶皱.综上所述,氯首先作用于孢子表面,降低孢子的可培养性,进一步作用使细胞的通透性屏障受损,导致胞内特征物质释放,以致孢子死亡.     

Fe-MnOx-CeO2/ZrO2低温催化还原NO性能研究

以纳米ZrO2为载体,用浸渍法制备出Fe-MnOx-CeO2/ZrO2催化剂,考察了活性组分配比和助剂负载量对催化剂低温NH3选择性催化还原NO活性的影响,并对催化剂进行了XRD、SEM、EDS和BET表征;探讨了温度、H2O和SO2对Fe-MnOx-CeO2/ZrO2催化剂低温下NH3选择性催化还原NO的影响,结果表明,无SO2和H2O条件下,8%Fe-10%MnOx-CeO2/ZrO2催化剂具有良好的催化活性和稳定性.120℃时,催化剂的脱硝效率为85.23%,当温度升至180℃时,脱硝效率可达到92.0%.SO2和H2O共存条件下,催化剂易失活,采用傅立叶变换红外光谱对各反应阶段的催化剂进行了表征,对其失活机制进行深入研究,结果表明,催化剂失活的主要原因是催化剂表面硫酸铵盐的沉积和催化剂本身活性成分的硫酸盐化.     

水溶液中臭氧和溴离子的反应研究

为探明O3氧化Br-的反应机制,采用离子色谱、PDA紫外-可见光度仪研究了水中Br-被O3氧化的反应过程.离子色谱分析表明,被氧化的Br-中只有约10%被O3氧化成BrO3-.进一步研究表明,除了生成BrO3-外,Br-被O3氧化过程中还产生了Br2,Br2又与溶液中存在的Br-结合形成Br3-,并首次得到了Br3-的吸收光谱,测得Br3-的最大吸收峰λmax为260 nm,提出了Br-与O3的基元反应.该研究补充和完善了O3氧化Br-的反应机制,也为O3处理含Br-水时Br-的归趋提供了有益信息.     

零价铁去除废水中的汞

研究了零价铁(zero-valent iron,ZVI)去除废水中Hg2+的动力学特征及其影响因素,初步探讨了ZVI与Hg2+的作用机制.结果表明,ZVI对废水中Hg2+的最佳去除条件:Hg2+的初始浓度为0.10 mg·L-1、pH为5、ZVI用量为0.050 g、温度为25℃,获得Hg2+的去除率为94.5%.ZVI对废水中Hg2+有一个快速的去除过程,可用准一级反应动力学方程描述,速率常数为0.010 min-1.ZVI去除废水中Hg2+的机制主要是氧化还原反应、铁氧化物和氢氧化物的吸附和共沉淀作用,ZVI表面钝化是降低Hg2+去除率的主要原因,其钝化成分主要是FeOOH和Fe2O3-Fe3O4.胡敏酸可与ZVI还原产生的Fe2+、Fe3+结合形成Fe-HA复合物,增加可溶性铁的比例,缓解ZVI的钝化,对细铁氧化物和铁氢氧化物胶体具有稳定作用,增强对废水中Hg2+的吸附作用.     

复合生物絮凝剂CBF-1的絮凝作用机理研究

采取PAC+絮凝剂的复配方式开展高岭土悬浊液烧杯实验,考察了复合生物絮凝剂CBF-1、CBF-1溶解物及微生物絮凝剂MBF8的絮凝特性,并借助iPDA仪分析和扫描电镜、光学显微镜观察等手段,比较分析了絮凝过程及絮体特性的差异.结果表明,各复配絮凝的浊度去除效果排序为CBF-1＞ CBF-1溶解物＞MBF8,CBF-1投加量1 mg·L-1时,浊度去除率可达到97.5％;絮体强度排序为CBF-1＞ CBF-1溶解物＞MBF8,絮体恢复因子排序为MBF8＞CBF-1溶解物＞CBF-1,絮体大小排序为CBF-1＞ CBF-1溶解物＞MBF8.单独投加PAC或投加PAC+MBF8的情况下,形成的絮体形态相对规整、密实;投加PAC+ CBF-1溶解物或投加PAC+ CBF-1形成的絮体则相对无序、疏松,CBF-1作用下絮体大、沉降快.CBF-1中高电荷MBF8组分及大分子羧甲基纤维素、羧甲基多聚糖等组分具有强的电荷中和与桥联协同增效作用;CBF-1还含有纤维素、木质素等大分子量且带多种官能团的不溶性组分,在桥联和吸附过程中也起着重要作用.