三级AO耦合工艺低温污水处理脱氮机理

采用分段进水三级AO耦合流离生化工艺处理低温废水,在温度为（10±1）℃条件下,控制HRT为8h,进水流量分配比为3：2：1,污泥回流比为50%,考察耦合工艺对低温污水中污染物的去除效果、反应器内污染物变化规律、各级氮去除规律及系统硝化反硝化性能.研究表明：耦合工艺COD及NH₄⁺-N去除效率均超过90%,TN及TP去除效率达到80%,反应器内生物膜污泥浓度在400~800mg/L之间,系统各级NH₄⁺-N去除率均超过80%,缺氧反硝化脱氮率及好氧同步硝化反硝化脱氮率分别为50.15%和26.05%.受底物浓度及功能菌群数量影响,系统第二级比硝化速率及比反硝化速率均最高.     

利用水通道蛋白正渗透膜浓缩生活污水

为从生活污水中回收水资源并同时减少后续处理的反应器容积,本研究采用水通道蛋白正渗透膜对生活污水进行浓缩,并探究不同汲取液对生活污水的浓缩效果和膜污染的影响.在污水体积浓缩至初始的1/10时,氮、磷等浓度浓缩倍数仅为1~3左右,而有机物和金属离子浓度浓缩倍数约为4~7,浓缩后污水COD/TN从2.9增至10.9,生物脱氮潜力明显提高.由于汲取液的盐反向扩散和原料液中污染物浓度的升高,高离子强度是影响污染物截留率的重要原因.浓缩时采用高浓度汲取液会导致膜表面出现结垢,膜污染严重.采用MgCl₂作为汲取液可有效减轻浓缩过程中的盐度累积,且Mg²⁺的作用还可促进微生物活性,但这也可能导致水通道蛋白的分解.     

Nitrate removal from aqueous solutions by magnetic cationic hydrogel: Effect of electrostatic adsorption and mechanism

Excessive nitrate(NO_3~-) is among the most problematic surface water and groundwater pollutants.In this study,a type of magnetic cationic hydrogel(MCH) is employed for NO_3~-adsorption and well characterized herein.Its adsorption capacity is considerably pHdependent and achieves the optimal adsorption(maximum NO_3~--adsorption capacity is95.88±1.24 mg/g) when the pH level is 5.2-8.8.The fitting result using the homogeneous surface diffusion model indicates that the surface/film diffusion controls the adsorption rate,and NO_3~-approaches the center of MCH particles within 30 min.The diffusion coefficient(D_s) and external mass transfer coefficient(k_F) in the liquid phase are1.15 × 10~(-6) cm~2/min and 4.5 × 10~(-6) cm/min,respectively.The MCH is employed to treat surface water that contains 10 mg/L of NO_3~-,and it is found that the optimal magnetic separation time is 1.6 min.The high-efficiency mass transfer and magnetic separation of MCH during the adsorption-regeneration process favors its application in surface water treatment.Furthermore,the study of the mechanism involved reveals that both-N~+(CH_3)_3 groups and NO_3~-are convoluted in adsorption via electrostatic interactions.It is further found that ion exchange between NO_3~-and chlorine occurs.     

低通时序滤波轨线法在太湖营养过程识别中的应用

环境背景条件变化会导致湖泊ρ（Chla）与环境因子响应关系发生变化.采用低通时序滤波轨线方法可以方便地识别ρ（Chla）与环境因子响应关系的时间转折点,将长时间序列数据进行分段,从而建立分段回归函数,为研究环境因子与湖泊ρ（Chla）的因果关系提供了一种新的思路.以太湖为研究对象,采用低通时序滤波轨线方法,评估了2001—2018年太湖的ρ（Chla）与营养盐〔ρ（TN）、ρ（TP）〕以及氮磷比〔ρ（TN）/ρ（TP）〕的变化过程,研究了年均气温、滞留时间对产藻效率〔ρ（Chla）/ρ（TP）〕的影响过程.结果表明:①2006年、2011年为太湖营养过程轨线的两个时间转折点,将太湖的营养过程轨线分为3段.第1段为污染阶段（2001—2006年）,太湖的ρ（TN）、ρ（TP）、ρ（Chla）同步升高,于2006年达到第一个峰值;第2段为修复阶段（2006—2011年）,太湖的ρ（TN）、ρ（TP）、ρ（Chla）同步降低,于2011年达到谷值;第3段为富营养化加剧阶段（2011—2018年）,太湖的ρ（TN）呈下降趋势,ρ（TP）与ρ（Chla）同步升高,至今未出现转折点.②太湖藻类生长的限值因子为ρ（TP）,2011年之后氮磷比进入浮游藻类适宜生长区,为蓝藻暴发提供了条件.③2011—2018年产藻效率增长了51%,且目前仍在升高未出现转折点,气温升高可能是主要原因.④依据2011—2018年的滤波值建立ρ（Chla）-ρ（TP）的函数预测,为控制蓝藻暴发〔ρ（Chla） < 10 mg/m3〕,太湖的ρ（TP）需要控制在52 μg/L以下.⑤2006年后,太湖的滞留时间呈现缩短趋势,对藻类的繁殖形成抑制,但滞留时间不是影响产藻效率的关键因子.研究显示:自2006年太湖流域实施一系列生态修复工程后,湖泊氮浓度明显降低,但由于流域氮磷排放量较大而且湖体沉积物中累积磷含量较高,致使水体营养盐水平仍未降到能显著抑制蓝藻生长的水平;目前气温升高趋势仍在持续,太湖的控藻形势严峻,为摆脱气候变暖对蓝藻水华趋势的决定作用,应当在控氮基础上加大控磷的力度,同时更多考虑水文调节、生物修复、加强打捞等措施.      

香港近海海域叶绿素a定量反演及时空变化分析

以2009~2019年HJ-1A/B卫星多光谱数据和对应日期的实测数据为数据源,通过预处理提取出各波段组合反射率并与实测叶绿素a浓度数据进行统计相关性分析,选取相关性最高的波段组合作为特征变量与2/3的实测叶绿素a浓度数据进行建模,并用剩下的1/3实测叶绿素a浓度数据进行精度验证以确定最佳遥感反演模型,最后根据最佳反演模型对2009-2019年的香港近海海域叶绿素a浓度进行反演,明晰该海域近10年的叶绿素a浓度时空变化特征.结果表明：利用HJ-1A/B卫星多光谱数据反演香港近海海域叶绿素a浓度的最佳波段组合为第3波段和第2波段比值（B3/B2）,相关系数（r）为0.893;最佳反演模型为利用B3/B2构建的e指数回归模型（Chl=0.004e^6.693(B3/B2)）,决定系数（R²）为0.934,均方根误差（RMSE）为0.255μg/L,平均相对误差（RPD）为25%;近10年香港近海海域的叶绿素a浓度时空变化特征：空间上整体呈现“东高西低,由东向西逐渐减小”的分布特征,西部海域比东部海域平均浓度低5μg/L左右;2017年内呈“春低秋高,夏升冬降”的随季节变化特点,其中秋季最高,夏春两季次之,冬季最低.     

长株潭城市群气溶胶时空分布与传输规律

为研究长株潭城市群大气污染时空演化特征及潜在传输规律,采用2008~2016年中分辨率成像光谱仪（MODIS）MAIAC气溶胶光学厚度（AOD）数据,分析长株潭城市群近10a来AOD演化特征.在此基础上,利用拉格朗日混合型单粒子轨迹模式（HYSPLIT）及全球资料同化系统（GDAS）气象要素数据研究大气污染物潜在传输规律.结果表明,长株潭城市群AOD呈现下降趋势,并以春、夏季下降幅度最为显著.空间上,AOD总体呈北高南低、西高东低分布特征,并与经济发展、城市化水平等因素密切相关.此外,长株潭城市群大气污染物向外长距离传输（>1500km）、中距离传输（500~1500km）以及局地传输（0~500km）比率分别为17.89%、36.45%和45.66%,主要影响湖北、江西、安徽、广东、广西、江苏和浙江等地区.研究结果有助于理解长株潭城市群大气污染的时空变化规律,同时为区域“联防联控”、建设“美丽中国”提供科学的辅助依据.     

对二甲苯降解产物对海洋双壳类的急性毒性

为评价微藻降解海水中对二甲苯（PX）的生物安全性,测定了PX降解生成的3种中间产物（对甲基苯甲酸、对甲基苯甲醇和对甲酚）对2种海洋双壳类（菲律宾蛤仔、文蛤）的半致死浓度（LC₅₀）,并计算相应的安全浓度.根据国际海事组织（IMO）“海洋环境保护专家组（GESAMP）提出的化学品危害评估程序判断,对甲基苯甲醇（96h LC₅₀=305.67和560.34mg/L）和对甲基苯甲酸（96h LC₅₀>340mg/L）对2种双壳类的急性毒性等级均为“实际无毒”;对甲酚对菲律宾蛤仔、文蛤分别具有“低毒”和“无毒”（96h LC₅₀=77.95和1271.74mg/L）.对甲酚对菲律宾蛤仔的毒性高于文蛤,可能与其在蛤仔体内易于蓄积有关.总体上看,与母体化合物PX（96h LC₅₀>162mg/L）相比,这些中间产物对双壳类的毒性较低,而毒性稍高的对甲酚仅在PX生物降解开始后的短时间内（2~4d）存在,因此,利用微藻降解PX对海洋双壳类具有较好的安全性.对甲基苯甲醇、对甲酚对双壳类的安全浓度分别为70.42和12.10mg/L;但是,对甲基苯甲酸的安全浓度无需给出,因为海水中该化学品的浓度等于其溶解度时,96h内未见双壳类死亡.为全面评价基于微藻的PX污染海域修复技术的生物安全性,今后应加强中间产物对海洋鱼类、甲壳类的毒性研究.     

鼎湖山大气颗粒物中OC与EC的浓度特征及粒径分布

为了解华南背景区域鼎湖山站碳质气溶胶的浓度水平与来源,采用DRI Model 2001A热/光碳分析仪测定了鼎湖山站大气颗粒物分级样品中的有机碳(OC)与元素碳(EC)浓度水平,并分析了碳质组分的浓度特征和粒径分布.结果表明,在PM_(1.1)、 PM_(2.1)和PM_(9.0)中,鼎湖山OC的平均质量浓度分别为(5.6±2.0)、(7.3±2.4)和(12.8±4.0)μg·m~(-3), EC的平均质量浓度分别为(2.3±1.4)、(2.7±1.6)和(3.4±1.7)μg·m~(-3). PM_(1.1)和PM_(2.1)中OC分别占PM_(9.0)中OC的43.8%和57.0%, EC占67.6%和79.4%. OC和EC主要富集在细粒子中. PM_(1.1)和PM_(2.1)中OC和EC在秋季最高,OC在冬季最低,EC在夏季最低. PM_(9.0)中OC夏季最高.鼎湖山中碳质气溶胶以OC2、 EC1、 OC3和OC4为主,夏季OC3EC1,生物排放源增强,冬季EC1质量浓度最高,局地的机动车排放源更强.OC和EC在4个季节都呈现双峰型分布,细粒径段峰值位于0.43～0.65μm,粗粒径段峰值出现在3.3～5.8μm. PM_(1.1)和PM_(2.1)中OC以一次排放为主,二次有机碳(SOC)在春季最高[(3.0±1.4)μg·m~(-3)],冬季最低[(1.3±1.4)μg·m~(-3)],春季二次转化更强.鼎湖山大气细粒径段OC主要来自燃煤和机动车排放,粗粒径段主要来自生物源排放,EC主要受到燃煤、机动车排放和扬尘的影响.     

不同光照和磷水平下两种沉水植物磷富集和钙磷含量的比较

沉水植物光合作用形成的微环境有利于水体中钙和磷形成CaCO₃-P共沉淀,将水体磷迁移到基质,避免植物腐烂后的二次污染.但沉水植物形成CaCO₃-P共沉淀的能力依赖植物种类和环境条件.本研究以菹草和粉绿狐尾藻为研究对象,设置无机添加磷质量浓度（0、0.2和2mg·L^-1）和光照强度[66 μmol·（m²·s）^-1和110 μmol·（m²·s）^-1]两个变量,测定其培养一周后植物相对生长速率、植株总磷、植株灰分磷和钙磷的含量,以比较不同植物富集水体磷的实际能力和植物腐败后对水体磷增加的影响.结果表明：①菹草在各种培养条件下的相对生长速率显著高于粉绿狐尾藻,在外源性磷质量浓度为2mg·L^-1和光照强度为66 μmol·（m²·s）^-1时,相对生长速率达到最大;②无机磷添加显著影响了两种植物的灰分总磷（菹草95.681%和粉绿狐尾藻85.432%）,2种沉水植物灰分磷中Ca-P含量最高值均出现在高磷水平;③菹草的干重磷在各种处理下都低于粉绿狐尾藻,但是灰分总磷和Ca-P在高磷水平大于粉绿狐尾藻.结果表明,菹草、粉绿狐尾藻在生长期间均能有效吸收磷,但2mg·L^-1质量浓度下菹草对水体磷的实际去除能力大于粉绿狐尾藻.     

温度和基质浓度对厌氧氨氧化工艺中N2O释放的影响

污水生物脱氮工艺中通常会释放温室气体N₂O,厌氧氨氧化工艺作为新型生物脱氮工艺,其N₂O的释放规律及机制值得深入研究.本文利用厌氧氨氧化序批试验,研究了不同温度和基质浓度对厌氧氨氧化工艺中N₂O释放的影响,并探讨了N₂O释放的微生物机制.结果表明,厌氧氨氧化工艺中进水基质浓度的增加会促进N₂O释放,在35℃条件下,当进水亚硝氮从40 mg ·L^-1增加至60 mg ·L^-1和120 mg ·L^-1时,N₂O最高积累浓度从0.5 mg ·L^-1增加至1.5 mg ·L^-1和2.4 mg ·L^-1,分别占总氮去除量的0.85%、1.43%和1.11%.温度降低对厌氧氨氧化活性抑制作用明显,15℃下的比厌氧氨氧化活性仅为30℃时的6%.温度降低导致厌氧氨氧化工艺中N₂O的释放减少,温度降低时反硝化速率的降低是导致N₂O产生速率降低、N₂O积累减少的主要原因.厌氧氨氧化工艺微生物群落中存在丰富的异养反硝化菌,工艺中N₂O积累主要是反硝化菌产生和消耗N₂O的结果.