喹啉为MFC阳极燃料的微生物群落结构演化分析

通过构建填料型微生物燃料电池(MFC),首次对以喹啉为燃料时的MFC阳极表面的微生物群落进行了分析.PCR-DGGE的试验结果表明,随着燃料的改变,微生物群落也发生改变.当以喹啉和葡萄糖的混合溶液稳定地作为燃料时,由于受到喹啉毒性的抑制,微生物多样性降低,优势菌也发生明显的改变.与葡萄糖共基质相比,以单一喹啉为燃料时的阳极微生物优势菌落发生明显改变.新增加一类菌,这类菌与Pseudomonas sp. DIC5RS 的同源性为100%,推测该菌在单一喹啉为MFC燃料时喹啉的降解过程中起到关键作用.     

多环芳烃污染对桑园土壤微生物结构及种群多样性的影响

采用磷脂脂肪酸(PLFAs)分析法和变性梯度凝胶电泳(DGGE)考察了受多环芳烃(PAHs)污染的桑园3个区域的土壤微生物群落结构及种群多样性的变化.PLFAs分析结果表明,区域2中微生物PLFA总量最高,主要为细菌和真菌;聚类分析揭示,土壤中微生物的PLFAs主要分为3大类群;冗余分析表明,土壤PAHs污染程度对土壤微生物群落结构有一定的影响.DGGE指纹图谱分析结果显示,在PAHs污染较高区域,其电泳条带较多,且3个区域中Shannon指数和Simpson优势度差异达显著水平,区域2种群优势度较高;主成分分析表明,不同区域微生物的种群结构存在显著性差异.     

反硝化微生物燃料电池的基础研究

在启动双室型反硝化微生物燃料电池的基础上,研究了阴极溶解氧及外电阻对其产电性能和污染物去除效果的影响.结果表明,以乙酸钠为阳极电子供体,硝酸钠为阴极电子受体,在25℃的环境温度下,采用先间歇后连续培养的方式,42d内成功启动了反硝化微生物燃料电池.在阴极进水含氧的情况下,氧和硝酸盐可共同用作阴极电子受体.在较小电流密度区域内,氧是阴极的主要电子受体,相应的最大功率密度为26.0W/m3NC;电流密度增加到一定程度后,硝酸盐逐步变为阴极的主要电子受体,相应的最大功率密度为20.9W/m3NC.外阻变化对COD去除及反硝化程度影响较小,阳极COD去除负荷维持在1.2kg/(m3NC·d)左右,出水NO-2-N保持在0.05mg/L以下;但外阻减小有利于提高阴极脱氮效果,外阻为5 Ω时NO-3-N去除负荷达0.111kg/(m3NC·d).     

污泥为燃料的微生物燃料电池运行特性研究

实验采用单室无膜悬浮阴极微生物燃料电池(MFC),考察了运行特性对污泥为燃料的MFC(SMFC)的影响.研究表明,相对于未搅拌情况,搅拌时SMFC最大输出功率由45.94mW/m2分别增加到124.03mW/m2(1300r/min)和136.5mW/m2(2600 r/min),主要是由于搅拌有利于改善SMFC内物质的传递. 温度对SMFC的产电特性影响较明显,但在一定区间内(如20~25℃;30~40℃;45~50℃)变化不明显,说明产电微生物有一定的温度适应范围,这也可能是在不同温度下产电微生物不同导致.相对于采用未经处理的剩余污泥为燃料,微波处理后的污泥和微波处理过滤后的上清液做燃料时SMFC输出功率迅速增加,这主要是由于污泥中的微生物竞争作用引起.阴极面积的增加有利于降低阴极电势,降低SMFC内阻,从而促进功率密度的增加.     

声电氧化处理亚甲基蓝废水的研究

采用电沉积法制备了稀土和氟树脂等共掺杂的新型二氧化铅电极,并用于声电氧化体系中作为阳极处理典型模拟染料废水.考察了声电耦合氧化条件下的协同因子变化,发现PbO2/Ti电极和La-PbO2/Ti电极作阳极时,协同因子分别为1.29、1.36.考察并优化了该氧化镧掺杂电极用于声电氧化体系的作用因素,结果表明,在功率为49.58W/cm2、频率为50Hz、阳极电极为La-PbO2/Ti电极、电流密度为71.43mA/cm2、硫酸钠为14.2g/L的条件下,200mg/L的亚甲基蓝模拟废水经过2h后去除率达到89.51%.通过GC-MS、IC等分析手段检测了中间产物,提出了亚甲基蓝可能的降解途径.     

How aerosol direct effects influence the source contributions to PM2.5 concentrations over Southern Hebei,China in severe winter haze episodes

The aerosol direct effects result in a 3%–9% increase in PM_2.5 concentrations over Southern Hebei. These impacts are substantially different under different PM_2.5 loadings. Industrial and domestic contributions will be underestimated if ignoring the feedbacks. Beijing-Tianjin-Hebei area is the most air polluted region in China and the three neighborhood southern Hebei cities, Shijiazhuang, Xingtai, and Handan, are listed in the top ten polluted cities with severe PM_2.5 pollution. The objective of this paper is to evaluate the impacts of aerosol direct effects on air quality over the southern Hebei cities, as well as the impacts when considering those effects on source apportionment using three dimensional air quality models. The WRF/Chem model was applied over the East Asia and northern China at 36 and 12 km horizontal grid resolutions, respectively, for the period of January 2013, with two sets of simulations with or without aerosol-meteorology feedbacks. The source contributions of power plants, industrial, domestic, transportation, and agriculture are evaluated using the Brute-Force Method (BFM) under the two simulation configurations. Our results indicate that, although the increases in PM_2.5 concentrations due to those effects over the three southern Hebei cities are only 3%–9% on montly average, they are much more significant under high PM_2.5 loadings (~50 μg·m⁻³ when PM_2.5 concentrations are higher than 400 μg m⁻³). When considering the aerosol feedbacks, the contributions of industrial and domestic sources assessed using the BFM will obviously increase (e.g., from 30%–34% to 32%–37% for industrial), especially under high PM_2.5 loadings (e.g., from 36%–44% to 43%–47% for domestic when PM_2.5>400 μg·m⁻³). Our results imply that the aerosol direct effects should not be ignored during severe pollution episodes, especially in short-term source apportionment using the BFM.     

主体功能区视角下的环境污染时空格局及驱动因素——基于广东省121个县域的实证分析

基于县域污染物排放和人口社会经济数据库,运用熵权法构建水气污染综合指数测度广东省水气环境污染状况,在解析2012—2016年水气环境污染时空变化与主体功能区分异特征的基础上,采用空间计量模型考察水气环境污染的驱动因素及其在不同类型主体功能区之间的差异.研究结果表明：① 2012—2016年,广东省水气污染综合指数降幅达到46.93%,处于污染指数高值区间的县域数量大幅减少,并呈现由边缘向核心收缩的空间变化特征;② 4类主体功能区的水气环境污染均有明显改善,但相对而言,城市化地区和农产品主产区仍是广东省水气污染物排放的主要承压区;③人口规模是各类主体功能区水气环境污染的共性驱动因素,此外,城市化地区、农产品主产区和重点生态功能区还分别受到工业化水平、社会固定资产投资和财政收入分权程度的影响.建议从引导城乡居民绿色生活、持续提升清洁生产技术、增加地方财政分权激励机制中的环境效益考核入手强化区域环境污染综合治理.     

近距离煤层群叠加开采采动应力与覆岩位移场演化特征

为获得近距离煤层群叠加开采条件下采动应力与覆岩位移场的演化特征,以潘二矿近距离煤层6,7煤层地质条件为背景,采用相似模拟与工程实践相结合的方法进行了研究。结果表明:近距离煤层群叠加开采形成的覆岩宏观运移形态和特征与单一煤层开采相似,叠加开采时,覆岩呈多岩层整体协调运移的规律,具有位移叠加增长效应;7煤层的开采使覆岩起到一定的垫层作用,缓和了矿山压力,使近距离煤层叠加开采时具有应力减弱效应;与开采7煤层相比,6煤层开采过程中,周期来压步距减小,来压时支架载荷减弱,动压系数相应减小,但周期来压时,存在部分岩层发生台阶式下沉的现象。基于近距离煤层群叠加开采研究结果,在近距离煤层群开采的设备选型时,选用了高额定工作阻力的液压支架,在周期来压期间,采取了一定的辅助措施,同时加强了组织管理,生产中没有发生冲击液压支架及其他动力灾害的现象。     

微波辐照作用对颗粒煤瓦斯解吸特性影响实验研究

为了研究微波场连续-间断辐照作用对颗粒煤瓦斯解吸特性的影响,通过自制的实验装置,分析研究了微波连续-间断作用10 ,20 ,40 s及无微波作用下的构造煤颗粒瓦斯解吸量及解吸速率变化规律,并采用水浴加热装置模拟微波产生的热效应,研究了微波热效应在促进煤粒瓦斯解吸中的影响。实验结果表明:在微波连续作用时间内,瓦斯解吸量和解吸速率均迅速增大,然而随着时间的延长衰减较快,最终瓦斯解吸量趋向于一定值,微波连续-间断辐照作用下的瓦斯解吸量是无微波加载作用下的1.83～3.93倍;微波产生的热效应对瓦斯解吸影响较为显著,权重达82%以上,然而其非热效应的影响也不可忽视。实验方法与结果可望为促进构造瓦斯解吸、降低煤层突出危险性提供参考。     

潮汐-复合流人工湿地系统优化及对抗生素抗性基因的去除效果

抗生素抗性基因随废水排放传播扩散,对环境生物和民众健康构成严重威胁.针对废水中抗性基因的深度去除值得重点关注.在前期研究中发现潮汐流人工湿地能有效去除废水中多种氮素.本研究通过增加隔板和种植植物等方式进一步优化潮汐流人工湿地系统,并考察了工艺优化对抗性基因去除和脱氮功能微生物的影响机制.结果表明,同时增加隔板和种植植物后的潮汐-复合流人工湿地系统能有效提高抗性基因的去除效率,在增加隔板和种植植物组对7类21种抗性基因去除率最高达到83.82%~100.0%,显著高于单一增加隔板或种植植物组.从湿地基质和植物中的抗性基因绝对丰度对比可以看出,增加隔板能促进湿地基质中抗性基因量积累,而植物对抗性基因吸附也是其去除途径之一.同时,结合氮循环功能基因测序结果显示,湿地系统优化能提高基质中硝化和反硝化功能微生物物种多样性和丰富度,这与优化系统对废水中硝化量、反硝化量和总氮的去除率相对更高结果一致.