基于高通量测序的OMS-2对序批式反应器系统微生物群落的影响

随着纳米材料的广泛应用,越来越多的纳米材料随着废水进入污水处理厂,纳米材料对污水生物处理系统的潜在影响越来越受到重视。探讨了氧化锰八面体分子筛(manganese oxide octahedral molecular sieve, OMS-2)纳米颗粒对序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)中活性污泥微生物群落结构的影响;以活性艳红X-3B溶液模拟印染废水,将不同浓度的OMS-2混入稳定运行的SBR中,采用Illumina MiSeq高通量测序分析技术,对不同SBR中微生物分布规律进行了研究。结果表明：SBR添加0.25 g·L⁻¹的OMS-2后,其COD去除率和脱色率分别提升了6%和13.6%;Illumina MiSeq高通量测序显示,在混入0.25 g·L⁻¹的OMS-2后,SBR内污泥菌群中拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria)的微生物DNA序列操作分类单元(operational taxonomic units,OTU)分别增加了16.8%和96.4%,这2类菌种可能提升了SBR降解有机污染物的能力;不同浓度的OMS-2改变了菌群的多样性和结构,低浓度的OMS-2可以提升微生物菌群的多样性和改变菌群的结构。X射线光电子能谱(XPS)分析表明,OMS-2在SBR中存在锰(Ⅳ)/锰(Ⅲ)转变为锰(Ⅱ)的氧化还原反应,该过程可能影响了菌群的组成。研究为纳米材料的实际应用和环境风险提供了参考。     

高氨废水自养半亚硝化过程N2O释放特性

接种普通活性污泥,以人工配制高氨废水为基质。在SBR中通过逐步提高进水氨氮浓度并控制低溶解氧的方法,经过58 d连续运行使出水NO2--N/NH4+-N维持在0.88~1.25,成功实现了半亚硝化的启动。通过对典型周期内氮素转化及N2O释放特性的考察表明:周期内DO浓度基本维持在0.4 mg/L以下,NH4+-N浓度由410.46 mg/L下降至257.26 mg/L。NO2--N浓度由162.90 mg/L升高至295.80 mg/L,NO3--N浓度由27.01 mg/L逐渐升高至50.16 mg/L。pH先由7.94升高到8.01后缓慢降至7.96,溶解性N2O浓度基本维持在0.07 mg/L。初期(0~20 min)气态N2O浓度由0.13 mg/L迅速升至1.13 mg/L后急剧下降到0.34 mg/L,随后缓慢升至0.54 mg/L。初期N2O的平均释放速率高达0.84 mg/min,这主要是上周期沉淀阶段产生并附着在污泥中的N2O受曝气吹脱所致。     

氧化石墨烯-氧化锌净化铅离子废水

利用改性Hummers法制备氧化石墨,并成功地将氧化锌负载到氧化石墨上催化降解铅离子。利用SEM、XRD、FTIR等对氧化石墨烯-氧化锌的形貌进行表征,并用以净化铅离子废水。通过实验分析得知废水净化的原因有两方面:光催化效应和吸附理论,然后考察其影响净化过程的因素。结果表明,氧化石墨烯-氧化锌对溶液中铅离子在紫外光下有较强的吸附和催化降解能力,在t=4 h,pH=7条件下,其最大净化量可达到184 mg/g。     

A/O工艺N_2O的产生与释放的影响因素

采用A/O工艺,在连续运行条件下,以DO、SRT和硝化液回流比(R)为影响因素,对A/O生物脱氮工艺处理模拟城市生活污水过程中N2O的释放进行了研究。实验结果表明,SRT对A/O工艺N2O释放的影响最大,其次是DO,R的影响最小。N2O转化率随着SRT的升高而降低,当SRT从10 d升高到20 d时,总N2O平均转化率从0.319%下降到0.002%。总N2O转化率随着好氧池DO的升高先降低后有所升高,当DO分别为0.6 mg O2/L、1.2 mg O2/L、2.5 mg O2/L时,反应器的总N2O平均转化率分别为0.306%、0.007%和0.013%。R对N2O释放的影响差异不明显,总N2O平均转化率在300%时最低,为0.007%。N2O释放量最低的工艺运行条件组合是SRT为20 d、DO为1.2 mg O2/L、R为300%。     

基于BP神经网络的二元混合液体自燃温度预测

为了给工业界提供一种快速预测二元混合液体自燃温度的有效途径,将试验所测不同组分及配比的168个二元混合液体的自燃温度作为期望输出,将基于电性拓扑状态指数(ETSI)理论、引入混合ETSI概念而计算出的9种原子类型所对应的混合ETSI作为输入,采用三层BP神经网络技术建立了根据原子类型混合ETSI来预测混合液体自燃温度的BP神经网络模型,并应用改进的Garson算法进行多参数敏感性分析。经模型评价验证及稳定性分析,得到训练集的决定系数R2为0.965,平均绝对误差MAE为11.892 K,测试集的交叉验证系数Q2ext为0.923,平均绝对误差MAE为15.530 K,发现该模型的预测性能优于已有的多元非线性回归(MNR)模型,表明BP神经网络模型具有较好的拟合能力和预测能力,对烷、醇类混合体系自燃温度的预测精度最佳。     

阻挡放电联合金属氧化物催化降解H2S的研究

采用介质阻挡放电联合金属氧化物催化降解气态H2S,考察了单组分及复合金属氧化物催化剂、催化剂与低温等离子体结合方式对H2S及副产物O3去除性能的影响,分析了等离子体联合Mn复合金属氧化物催化降解H2S机理。结果表明,金属负载量相同条件下,电压低于22kV时,Mn复合金属氧化物对H2S的催化活性高于单组分Mn金属氧化物,催化活性及对O3的分解能力从大到小依次为:Ag+Mn、Cu+Mn、Fe+Mn、Mn。当电压为18 kV时,Ag+Mn、Cu+Mn、Fe+Mn复合催化剂分别比单组分Mn催化剂对H2S的去除效率提高了近10%、6%、4%。等离子体后催化区域中Mn催化剂催化氧化H2S的效率明显低于等离子体催化区域。Mn催化剂在等离子体后催化区域中能有效催化分解O3。随着电压的升高,Mn金属氧化物在等离子体后催化区域对H2S催化作用逐渐增强。在电压22 kV时,等离子体联合后催化比单独等离子体作用时,H2S去除效率提高了近11%。     

农田土壤施用系列新型氮肥后气态氮(NH3和N2O)减排效果比较:以夏玉米季为例

为了解不同品种新型氮肥相对常规施肥其氨(NH3)和氧化亚氮(N_2O)的减排效果,本文通过田间原位试验同步研究了夏玉米生长季氮肥施用后的农田NH_3挥发和N_2O排放及其主要驱动因子.以常规施肥(复合肥+尿素,CK)为对照,设置了5个肥料处理,分别为脲铵氮肥(UA)、稳定性复合肥料(UHD)、硫包衣氮肥(SCU)、脲甲醛复合肥(UF)和有机肥(OF),施氮量(以N计)均为300 kg·hm~(-2).相关分析结果表明,氨挥发和N_2O排放受环境因子影响,均与土壤WFPS呈显著负相关(P0.05),N_2O排放还与土壤硝态氮呈极显著正相关(P0.01).进一步回归分析表明,N_2O排放(F_(N_2O))主要取决于土壤硝态氮(x)含量的变化,而氨挥发(F_(NH_3))主要取决于土壤铵态氮(x)含量的变化.与CK相比,除了UA,其它肥料处理都降低了土壤的氨挥发,尤其是UF和OF处理减少了37%~43%.但对于N_2O排放,所有处理与CK皆无显著差异.进一步计算每种处理氨挥发和N_2O的气态氮损失总量,与CK相比,UHD、SCU、UF和OF分别减排了9%、5%、30%和23%,而UA增加了3%.     

不同SAPO分子筛负载MnOx催化剂的低温NH3-SCR性能研究

以磷酸硅铝分子筛SAPO-5、SAPO~(-1)1和SAPO-34为载体,采用乙醇分散法制备了用于低温氨选择性还原(NH_3-SCR)NO_x的分子筛负载MnO_x催化剂.活性测试结果显示,3种分子筛催化剂均展现出优良的NH_3-SCR活性,但三者在低温区间的SCR活性存在较明显差异,其SCR活性顺序如下:MnO_x/SAPO-34MnO_x/SAPO-5MnO_x/SAPO~(-1)1.借助XRD、N2吸附-脱附、XPS、H2-TPR、NH_3-TPD、NH_3FT-IR等技术对催化剂的表面活性物种及表面酸性等进行表征分析,结果表明,MnO_x主要以无定型状态分散于载体上,负载后载体的比表面积和孔体积均有所下降.XPS和H2-TPR分析证实,不同分子筛载体上MnO_x的表面浓度与氧化态明显不同.NH_3-TPD和NH_3FT-IR分析揭示了催化剂表面均存在Bronsted酸位和Lewis酸位,其中,Lewis酸性位对低温SCR反应起着关键作用.研究表明,催化剂的催化性能会因载体不同而存在差异,高Mn4+表面浓度和丰富的Lewis酸性位对催化剂在低温区间实现优良的催化活性尤为重要.     

快速高效去除微囊藻的GO/QPEI复合纳米材料

本研究合成了一种新型高效的去除铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)的氧化石墨烯/季铵盐聚乙烯亚胺(GO/QPEI)纳米复合材料.GO/QPEI在pH为4~10的条件下都具有高效去除M.aeruginosa的能力,其去除能力在2 min内可达96%以上.GO/QPEI对微囊藻的吸附更符合Freundlich方程,最大吸附量为5.58×1011cells·mg-1.吸附动力学表明GO/QPEI的假二级吸附反应.GO纳米片和QPEI的协同效应是其高效去除微囊藻的主要机制.     

纳米二氧化锰/还原态氧化石墨烯复合材料催化臭氧降解苯酚的研究

制备以还原态氧化石墨烯为载体的纳米二氧化锰催化剂,并以苯酚为目标降解物,研究了其催化臭氧化性能,对影响催化臭氧化效果因素及降解机理进行了初步探讨。使用SEM、TEM和XPS对材料进行表征;纳米二氧化锰/还原态氧化石墨烯催化臭氧降解苯酚反应为准一级反应;催化剂的最佳使用量为0.2 g/L;当p H=3时,苯酚催化臭氧化去除率相对于单独臭氧提高了119.0%;催化剂连续使用4次性能良好。