Ultra-low concentration of total organic carbon in ultrapure water using ion-exchange resin embedding silanized magnetic nanoparticles

Regeneration of pure water is an important issue not only for the healthy life but also for the fine control of precise processes in various industries.One important issue in ultrahigh purified water is to reduce the amount of total organic carbon(TOC).Herein,we introduce a new approach to reduce the TOC using the surface silanized nanoparticles,in which the magnetic nanoparticles(mNPs) are silanized and then complexed with ion exchange resin(IER) beads.The Fe_3O_4 mNPs are surface modified by using high concentrated vinyltrimethoxysilane(VTMS) and then adhered on the surface of IER beads.The surface modified mNPs have a thick-shell of polysiloxane layer varying from 5 to 22 nm depending on the amount of VTMS used,which leads the significant increase of specific surface area.The IER beads embedding VTMS-silanized mNPs achieves about 7 μg/L of the TOC level in ultrapure water system,which is two orders less than 228 μg/L of the feeding water and one order less than 96 μg/L from the system using pristine IER beads.This result is mainly attributed to the polysiloxane layer forming broccoli-like surface structure and some part by the vinyl group of VTMS exposed to the amines in the water.     

Impact of biosolids, ZnO, ZnO/biosolids on bacterial community and enantioselective transformation of racemic–quizalofop–ethyl in agricultural soil

The effects of biosolids,ZnO,and ZnO/biosolids on soil microorganism and the environmental fate of coexisting racemic–quizalofop–ethyl(rac-QE) were investigated.Microbial biomass carbon in native soil,soil/biosolids decreased by 62% and 52% in the presence of ZnO(2‰,weight ratio).The soil bacterial community structure differed significantly among native soil,soil/biosolids,soil/ZnO,and soil/biosolids/ZnO based on a principal co-ordinate analysis(PCo A) of OTUs and one-way ANOVA test of bacterial genera.Chemical transformation caused by ZnO only contributed 4% and 3% of the overall transformation of R-quizalofop-ethyl(R-QE) and S-quizalofop-ethyl(S-QE) in soil/ZnO.The inhibition effect of ZnO on the initial transformation rate of R-QE(rR-QE) and S-QE(rR-QE) in soil only observed when enantiomer concentration was larger than 10 mg/kg.Biosolids embedded with ZnO(biosolids/ZnO) caused a 17%–42% and 22%–38% decrease of rR-QEand rS-QE,although rR-QEand rS-QEincreased by 0%–17% and 22%–58% by the addition of biosolids.The results also demonstrated that the effects of biosolids on agricultural soil microorganism and enantioselective transformation of chiral pesticide was altered by the embedded nanoparticles.     

Performance, microbial community and inhibition kinetics of long-term Cu2+ stress on an air-lift nitritation reactor with self-recirculation

Biological nitrogen removal process could be affected due to the presence of heavy metals owing to their toxicity and accumulation in the sludge.In this study,the impact of Cu~(2+)shock on a long-term nitritation operation was investigated in an air-lift reactor with selfrecirculation.Both the dynamics of microbial community and inhibition kinetics under Cu~(2+) stress were ascertained.The results showed that Cu~(2+) exerted severe inhibition on nitritation performance of an air-lift reactor(ALR) at 25 mg/L.The corresponding NH_4~+-N removal efficiency decreased to below 50%,which was mainly due to the variation of microbial community structure,especially the inhibition of nitrifiers like Nitrosomonas(the relative abundance decreased from 30% to 1% after Cu~(2+)inhibition).Kinetic parameters were obtained and compared after fitting the Haldane model.The long-term Cu~(2+) stress on the ALR aggravated the ammonium affinity and the resistance to substrate self-inhibition of the nitritation sludge,but reduced the resistance to Cu~(2+) inhibition.Furthermore,Cu~(2+)acted as uncompetitive inhibitor on nitritation process.Our results provide new insights into the nitritation characteristics under long-term Cu~(2+) stress.     

不同替代修复年限对飞机草种群和本土植物群落结构的影响

为研究替代修复对飞机草的治理效果以及对本地植物群落结构的修复效应,选择修复3、5、10 a和未修复（CK）的飞机草入侵生境为研究对象,调查飞机草密度、盖度、生物量、基径和本土植物群落的物种多样性、盖度等指标,采用“空间代替时间”的方法,分析不同修复年限飞机草种群特征和本地植物群落结构的变化.结果表明:①随着修复年限的增加,飞机草密度、盖度、基径、生物量等指标均呈显著降低趋势;修复10 a后,飞机草的盖度、密度、生物量、基径相比对照分别降低了97.3%、96.5%、98.6%、85.7%,飞机草入侵得到明显控制.②在植被替代修复过程中,飞机草入侵生境的群落结构得到明显改善,草本层物种多样性呈先升后降再升的趋势,草本层盖度在修复3 a后显著升高随后又显著降低,灌木层和乔木层物种多样性和盖度均呈显著增加趋势.研究显示,替代修复能有效治理飞机草入侵,促进植物群落的正向演替,提高本地植物群落结构的稳定性,增强生态系统对外来物种入侵的抵抗力.      

一次冷锋过程中我国区域空气污染边界层特征

利用常规地面气象和探空资料、ERA-interim再分析资料、以及全国PM_2.5浓度数据,针对2015年3月7~11日一次冷空气南下的锋面天气过程中,我国华北、华东地区出现的大范围空气污染,开展了高空各层天气形势分析,以及本次过程中污染区域由北至南6个城市（北京、章丘、郑州、南阳、武汉、长沙）边界层气象要素的垂直结构及其时空演变特征的研究.结果表明：在污染前期（3月7~8日）中高纬度500hPa平直的纬向环流和地面均压场,为污染天气的发生和维持以及空气污染物的集聚提供了有利的环流场.污染中期（3月8~10日）冷空气南下,地面冷高压向华东地区移动,重污染区域随冷高压前部的弱低压场或均压场由北向南移动.伴随着天气系统移动,六个地面观测站的边界层特征在时空上表现出相似性,由北向南各站在污染期间先后出现多层逆温,风速较小,逆温层下相对湿度较大.此次多层逆温的形成是由于夜间近地面辐射冷却、冷锋移动过程中产生的锋面逆温以及边界层以上的下沉运动造成的.本研究揭示了在天气系统移动中,位于天气系统相同部位站点的边界层结构具有共同的特征,及其与空气污染的关系.     

典型稻田土壤真菌群落结构及多样性对比

为了解中国主要稻作区内不同母质发育的稻田土壤真菌群落结构和多样性差异,本研究选取由砖红壤、红壤、盐碱土、黑土和紫色土发育而来的5种中国典型稻田土壤为研究对象,利用高通量测序技术对土壤真菌群落组成及多样性进行对比分析.结果表明：5种典型稻田土壤的含水量、pH值、盐度及容重差异显著（P<0.05）;从Chao1指数来看,稻田土壤真菌群落丰度红壤型 > 黑土型 > 砖红壤型 > 紫色土型 > 盐碱土型.从ACE指数来看,群落丰度黑土型 > 红壤型 > 砖红壤型 > 紫色土型 > 盐碱土型.Shannon指数和Simpson指数均表现为群落多样性黑土型 > 紫色土型 > 红壤型 > 砖红壤型 > 盐碱土型;5种典型稻田土壤真菌门水平相对丰度最高的均是子囊菌门（Ascomycota）;砖红壤型和红壤型稻田土壤的优势真菌属为翅孢壳属（Emericellopsis）,紫色土型稻田土壤的优势真菌属为翅孢壳属、枝鼻菌属（Cladorrhinum）和柄孢壳属（Zopfiella）,黑土型稻田土壤的优势真菌属为翅孢壳属和明梭孢属（Monographella）,盐碱土型稻田土壤的优势真菌属为瓶头霉属（Phialocephala）;石黄衣属（Xanthoria）、Cyberlindnera、青霉菌属（Penicillium）和Westerdykella的相对丰度与土壤pH值呈显著负相关（P<0.05）,Ceroophora的相对丰度与土壤含水量呈极显著负相关（P<0.01）;帚枝霉属（Sarocladium）的相对丰度与可溶性有机碳呈极显著正相关（P<0.01）.以上研究表明,稻田真菌的群落结构和多样性受稻田开垦前土壤类型的影响,真菌物种丰度和优势菌种类型对土壤理化性质变化的响应较为敏感.     

T型槽密封结构的有限元分析及试验验证

目的通过有限元分析,实现T型密封结构的优化设计。方法利用ABAQUS建立液压系统用T型槽密封结构的二维轴对称模型,分析计算密封结构中过渡圆角、槽宽、倾斜角度等对密封圈应力分布、接触应力的影响,通过设计密封圈老化寿命试验,验证分析结论。结果随着过渡圆角(R0.5～R2)的增大、倾斜角度(10°～3°)的减小,密封圈的局部应力最大值和接触应力均减小。随着槽宽(10～18mm)的增加,密封圈的局部应力最大值逐渐增加,接触应力逐渐减小。分析用密封结构的接触应力均大于密封介质压力0.7 MPa。最终通过试验证实了分析用密封结构均满足密封性能,且不合理的设计会降低密封圈寿命。结论在密封介质压力较小的情况下,建议选用较大的过渡圆角(推荐值为R2),较小的倾斜角度(推荐值为5°～6°)及槽宽(推荐值为密封圈截面直径的1.2～1.5倍)。     

土地利用结构与空间格局对袁河水质的影响

于2018年7月和2019年1月在袁河干流及支流38个采样点采集水样,测定营养盐离子及重金属等14项水质指标.同时,采用Bioenv分析、Mantle检验与方差分解等方法,揭示土地利用结构与空间格局在子流域和缓冲区对水质变化的影响机制,并基于层次分割理论探讨不同土地利用类型的空间格局特征对水质的影响.结果表明：①袁河流域重金属污染不显著,氮、磷营养盐是水体主要污染物,水质变化具有河段差异,上游污染物浓度低于中、下游.②空间格局在在近距离缓冲区（100 m、300 m）对水质变化的解释率最高（63%）,土地利用结构在远距离缓冲区（3000 m）和子流域尺度对水质变化的解释率最高（33%）,二者交互作用在过渡带（500 m、1000 m）对水质变化的解释率最高（56%）.③在近距离缓冲区和过渡带,单一土地利用类型的空间格局对水质变化的解释能力依次为：林地 > 农田 > 建设用地;在远距离缓冲区为：农田≈林地>建设用地;在子流域依次为：农田 > 林地 > 建设用地.其中,林地的连通性特征（ENN_MN指数）、农田的边缘密度特征（ED指数）和建设用地的形状特征（LPI、LSI指数）是影响水质变化的关键特征,占各自空间格局解释率的37.8%、31.2%、53.8%.以上结果表明,土地利用结构与空间格局是驱动袁河水质变化的重要因素,加强1000 m缓冲区尺度土地利用的管理对保护流域水质具有重要意义.     

生物炭对褐土理化特性及真菌群落结构的影响

为了探讨生物炭施用对土壤理化及生物学特性的影响,在田间条件下研究了不同用量(0、10、20、40 t·hm~(-2))生物炭施用3a后植烟褐土真菌的群落结构特征,并分析了其与土壤环境因子的关系.结果表明,土壤添加生物炭3 a后显著提高了土壤pH、含水率、总有机碳(TOC)和总氮(TN)含量,而降低了土壤容重和溶解性有机碳(DOC)含量.Illumina Mi Seq测序结果表明,生物炭的添加对土壤真菌α多样性影响不大,但能显著改变真菌群落结构.物种注释结果表明,所有样本中真菌优势菌群均为子囊菌门(Ascomycota)、接合菌门(Zygomycota)和担子菌门(Basidiomycota),其相对丰度之和占所有可注释真菌丰度的90%以上.生物炭提高了子囊菌门和担子菌门的相对丰度,降低了接合菌门的相对丰度.在属水平上,生物炭增加了链格孢属(Alternaria)、锥盖伞属(Conocybe)和曲霉属(Aspergillus)真菌的相对丰度,降低了放射毛霉(Actinomucor)和赤霉菌(Gibberella)的相对丰度.冗余分析(RDA)及Mantel检验结果说明,土壤DOC、pH和含水率是影响褐土真菌群落结构的主要环境因子.综上,生物炭施用3 a后对土壤理化特性有显著的影响,这些环境因子的改变驱动了土壤真菌群落的生态演替.     

蓝藻水华形成过程对氮磷转化功能细菌群的影响

为探寻蓝藻水华形成过程中细菌群落结构和氮、磷转化功能菌群的动态变化,利用细菌16S rRNA基因的高通量测序和功能基因的荧光定量PCR(qPCR)方法,分析了在蓝藻水华过程中水体细菌群落组成及功能菌群的变化情况.高通量测序结果证明了蓝藻水华形成过程中细菌群落的多样性降低,细菌群落在水华期和非水华期具有不同的结构.随着水华过程中蓝藻密度的增加,水体中Actinobacteria和Bacteroidetes相对丰度减少,而Firmicutes相对丰度增加;蓝藻水华对聚磷菌(PAOs)具有富集作用,对硝化细菌具有抑制作用,而反硝化细菌的数量在中度水华条件下显著增加. qPCR结果显示,随着蓝藻水华的持续发展,硝化和反硝化功能基因丰度下降甚至消失,表明水体中氮转化过程可能受到抑制,此过程也有利于水华过程中微囊藻快速增殖对氮的需求,对水华蓝藻的生长具有正反馈作用.