Effects of silver nanoparticles with different dosing regimens and exposure media on artificial ecosystem

Due to the wide use of silver nanoparticles (AgNPs) in various fields, it is crucial to explore the potential negative impacts on the aquatic environment of AgNPs entering into the environment in different ways. In this study, comparative experiments were conducted to investigate the toxicological impacts of polyvinylpyrrolidone-coated silver nanoparticles (PVP-AgNPs) with two kinds of dosing regimens, continuous and one-time pulsed dosing, in different exposure media (deionized water and XiangJiang River water). There were a number of quite different experimental results (including 100% mortality of zebrafish, decline in the activity of enzymes, and lowest number and length of adventitious roots) in the one-time pulsed dosing regimen at high PVP-AgNP concentration exposure (HOE) compared to the three other treatments. Meanwhile, we determined that the concentration of leached silver ions from PVP-AgNPs was too low to play a role in zebrafish death. Those results showed that HOE led to a range of dramatic ecosystem impacts which were more destructive than those of other treatments. Moreover, compared with the continuous dosing regimen, despite the fact that higher toxicity was observed for HOE, there was little difference in the removal of total silver from the aquatic environment for the different dosing regimens. No obvious differences in ecological impacts were observed between different water columns under low concentration exposure. Overall, this work highlighted the fact that the toxicity of AgNPs was impacted by different dosing regimens in different exposure media, which may be helpful for assessments of ecological impacts on aquatic environments.     

天山乌鲁木齐河源1号冰川气溶胶可溶性离子观测与分析研究

基于2003年、2004年和2007年3年内共采集的155个气溶胶样品的分析测试,探讨了天山乌鲁木齐河源1号冰川区气溶胶中可溶性离子的组成及年际变化特征,并对其可能来源进行了分析.结果表明,气溶胶可溶性离子平均浓度为2.759μg·m-3,化学组成以NO-3、SO2-4、Ca2+和CO2-3为主,冰川区大气环境呈碱性.可溶性离子总质量浓度年际变化特征为2007年2004年2003年,主要离子组成没有发生明显变化,但单一离子浓度变化不尽相同,其原因主要与沙尘活动的强弱有关.Ca2+、Na+、Mg2+、CO2-3和Cl-主要可能来自陆源矿物,而NO-3和NH+4很大程度上以人为源为主;并且发现,SO2-4和K+可能同时受陆地源与人类活动来源的影响.通过气团轨迹聚类分析得出,冰川区大气主要受来自西南方、西方及西北方3个方向气团的控制,这些气团均经过伊犁河谷或阿拉山口到达冰川区,其中,在距地面2000 m以下高度传输的气团会带来大量的沙尘物质,影响冰川区大气环境.     

常压供氢体系电场强化硫酸盐还原生物-电化学效应研究

针对氢气作为电子供体的硫酸盐生物还原速率缓慢的问题,设计生物电化学强化系统,采用附加直流电的方式,强化常压条件下供氢体系的硫酸盐还原过程.i≤1.50 mA时,随着电流的增大,硫酸盐还原速率增大,最佳电流强度为1.50 mA,平均还原速率是微生物单独作用的1.7～2.1倍.不同场强条件下电化学与生物学效应不同.当i≤1.50 mA时,电化学对生物过程的强化机制可能是电场/磁场促进硫酸盐还原菌（sulfate reducing bacteria,SRB）增殖、提高酶活性及代谢活性.当i>1.50 mA时,SRB活性受到电场的抑制,硫酸盐的代谢能力下降;当满足电势低于-0.69 V、 H₂分压为1.01×105 Pa时,体系发生以H₂为还原剂的电催化还原过程,但二者共同作用下的硫酸盐还原速率低于i=1.50 mA的情况.因此,基于能耗成本,施加低强度直流电场,利用电化学手段促进微生物的代谢,是强化常压供氢体系硫酸盐还原的重要途径.     

臭氧氧化水中2,4,6-三氯酚的反应机理研究

研究了臭氧氧化对2,4,6-三氯酚的去除效果,以及氧化过程中过氧化氢、氯离子、甲酸和乙二酸的变化情况,探讨了臭氧氧化2,4,6-三氯酚的反应机理和反应途径.实验结果表明,如果溶液中没有自由基清除剂,在臭氧投加量为24mg·L~(-1)时,0·1mmol·L~(-1)的2,4,6-三氯酚在6min内,去除率可达99%.臭氧分子氧化2,4,6-三氯酚的过程中产生过氧化氢,检测到的过氧化氢的最大摩尔浓度为初始2,4,6-三氯酚摩尔浓度的22·5%.中间产物过氧化氢随后和臭氧反应生成大量的羟基自由基,此时2,4,6-三氯酚是被臭氧和羟基自由基联合氧化,生成甲酸和乙二酸.当溶液中含有大量的自由基清除剂时,2,4,6-三氯酚首先被臭氧分子氧化成黄色的氯代对苯醌,然后氧化成甲酸和乙二酸.臭氧氧化2,4,6-三氯酚存在臭氧分子氧化以及O3/OH·联合氧化两种反应途径.     

模拟深海环境下高强钢焊缝阴极保护研究

目的研究海水中阴极极化电位下高强钢焊缝氢脆断裂的规律,确定合理的阴极保护电位区间。方法通过模拟深海压力环境,采用慢应变速率拉伸试验(SSRT)、电化学测量方法和腐蚀失重试验进行研究,结合电子显微镜对断口形貌进行观察。结果模拟深海4.50 MPa压力环境下,随着阴极保护电位负移,高强钢焊缝保护度逐渐提高,在极化电位为-0.77 V(vs Ag/Ag Cl/海水,下同)时,材料的保护度达到90%。在-0.71~-0.95 V的电位区间内,高强钢焊缝断裂的方式为韧性断裂;在-1.00 V电位下,高强钢焊缝断裂的方式为脆性断裂;在极化电位不超过-0.96 V时,材料的氢脆系数不超过25%。结论高强钢焊缝在深海环境下的合理保护电位区间为-0.77~0.96 V。     

不同粒径零价铁(ZVI)对污水污泥H2S和CH4释放速率的影响

考察了不同粒径零价铁(ZVI),包括200目普通铁粉(200m-ZVI)、800目超细铁粉(800m-ZVI)和纳米铁粉(nZVI,粒径=20 nm),对污水污泥的硫化氢和甲烷释放速率的影响。研究发现:(1)在22 d内,添加0.1%的200m-ZVI使污泥的硫化氢释放速率提高48.0%,而添加0.1%的800-ZVI和nZVI,则使污泥的硫化氢释放速率分别降低33.1%和77.1%;(2)不同粒径ZVI均可以提高污泥沼气中的甲烷浓度,且依次为nZVI>800m-ZVI>200m-ZVI;(3)在23 d内,添加0.1%的200m-ZVI和nZVI使污泥的甲烷累计产生量分别提高了15.5%和40.6%,而添加0.1%800m-ZVI则使甲烷产生量降低了12.5%。nZVI可以有效控制污泥的硫化氢释放,并显著提升污泥在厌氧发酵过程的产甲烷速率。     

过氧化氢/草酸铁体系太阳光催化降解染料废水的研究

以过氧化氢 /草酸铁络合物作光氧化剂 ,利用太阳光对 10种水溶性染料模拟废水进行了光氧化降解试验研究 ,发现在日光照射下 ,过氧化氢 /草酸铁络合物能使染料溶液迅速降解。以活性艳蓝KN R为代表 ,研究各种因素对光降解的影响。结果表明 ,溶液pH为 2 0～ 4 0时 ,光降解速率快 ;溶液中Fe3 + 与草酸根的摩尔比为 1∶3时 ,光解效果最好 ;提高H2 O2 浓度可以提高光降解速率 ,但H2 O2 的利用率会降低。     

复合式生物除臭反应器处理城市污水处理厂恶臭气体

采用复合式生物除臭反应器处理北京某城市污水处理厂污泥浓缩池和脱水间散发的恶臭气体,研究了反应器对恶臭气体的净化效果和微生物悬浮生长区与附着生长区内的生物特性及对恶臭污染物的去除能力。该污水处理厂的恶臭气体中主要发臭物质为硫化氢和氨,除臭反应器的运行结果表明,在设备稳定运行期间,进气中硫化氢和氨的浓度分别为0.21～22.61 mg/m³和0.1～0.5 mg/m³,而出气中硫化氢浓度在0～0.06 mg/m³,氨浓度为0～0.02 mg/m³。对反应器内部测试表明,微生物悬浮生长区和附着生长区对硫化氢和氨都有一定的去除,但去除机理不同。硫化氢主要被附着生长区的嗜酸性硫细菌生物氧化,少量硫化氢在悬浮区溶于水被中性硫细菌氧化;氨主要在悬浮区靠生物硝化作用去除,少部分氨在附着区被去除,且多因化学中和作用转移到填料所含的水中。     

水生植物酸碱预处理对厌氧发酵联产氢气-甲烷的影响

采用酸碱预处理乌梁素海典型沉水植物龙须眼子菜和挺水植物芦苇,通过厌氧发酵动力学分析、还原糖变化及微观结构解析,研究酸碱预处理对水生植物厌氧发酵联产氢气-甲烷的影响。实验结果表明,酸碱预处理后水生植物厌氧发酵联产氢气-甲烷两阶段累积产气量、氢气及甲烷含量均显著提高,酸处理效果优于碱处理。采用0．5mol／LHCl预处理龙须眼子菜效果最佳,最大氢气、甲烷含量分别达42．65％和52．82％,产氢气速率为4．118mL／h,产甲烷速率最高达14．199mL／h。芦苇经1mol／LHCl预处理效果最佳,最高氢气、甲烷含量分别为32．22％和65．26％。扫描电镜微观结构分析表明,酸碱预处理可显著破坏芦苇、龙须眼子菜的纤维素结构,有效增加植物与微生物接触面积,有利于厌氧发酵联产氢气-甲烷工艺的快速启动和稳定运行。     

生物膜法净化中浓度硫化氢的研究

基于中浓度H2S的生物治理研究较少的现状,利用生物膜法进行了以活性炭为填料净化中浓度H2S适宜条件的研究.考察了温度、营养液喷淋量、空塔气速、H2S初始浓度及pH与H2S净化效率的关系.结果表明,适宜条件为温度30 ℃、营养液喷淋量10 L/h、空塔气速0.16 m3/h、H2S初始质量浓度低于60 mg/m3和pH为2.0.在适宜条件下,生物膜填料塔对H2S的净化效率可达到90%以上.