极端干旱水文年(2011年)夏季珠江口溶解氧的分布特征及影响因素研究

气候变化背景下,极端气候事件对河口生态环境的影响已引起许多研究者的关注.基于2011年夏季的调查资料,分析了珠江口在极端干旱情况下溶解氧的分布特征及其与海水稳定性、营养盐和浮游植物分解之间的关系,并对河口底层低氧区的成因进行初步探讨.调查结果发现,在珠江特低径流量的情况下,珠江口邻近海域底层明显出现低氧状态,DO的最低值仅为1.38 mg.L-1.相关性分析显示,表层水和底层水之间的ΔDO与ΔT、ΔS、ΔDIN、ΔSS和ΔPOC都达到显著相关的水平,其中ΔDO与ΔT和ΔPOC呈极显著的正相关,而与ΔS呈极显著的负相关关系.研究表明,与1999年和2009年夏季不同,2011年夏季珠江口底层低氧环境的形成主要与极端干旱气候下低径流导致河口水体滞留时间延长及颗粒态有机物质在沉降过程中的分解耗氧有关.另外,从最低DO值的角度分析,珠江口季节性缺氧程度在过去20 a间并未呈现显著的变化趋势.     

水环境中碳纳米管对沙丁胺醇光降解的影响

选取沙丁胺醇(salbutamol,SAL)为目标污染物,研究了3种碳纳米管(CNTs,单壁碳纳米管SCNT、羟基衍生化多壁碳纳米管MWNT-OH和羧基衍生化多壁碳纳米管MWNT-COOH)对有机污染物在模拟太阳光照下降解的影响;并且研究了CNTs与天然水体中光活性物质三价铁离子(Fe3+)的相互作用.结果表明,3种CNTs能够通过竞争吸收光子,即光屏蔽作用抑制SAL光解;同时又能通过光致激发产生单线态氧(1O2)促进光解反应,两种作用机制同时存在,在绝大多数情况下,抑制作用占主导地位.此外,CNTs还能通过静电吸附作用使水体中的光活性物质Fe3+失活,从而影响有机污染物在天然水体中的光化学行为.     

西安市重污染与清洁天PM2.5组分及其活性氧物质对比

针对重霾污染,在西安市冬季重污染日(2015-11-30~2015-12-09)和清洁日(2016-01-13~2016-01-22)各进行了为期10d的PM_(2.5)采集,测量其中的有机碳、元素碳,及NH_4~+、NO_3~-、SO_4~(2-)等无机水溶性离子,探讨两种污染条件下的组分特征及其成因.结果表明:观测期,重霾日和清洁日PM_(2.5)质量浓度分别为(170±47.5)μg·m~(-3)和(48.6±17.9)μg·m~(-3),且重霾日伴随低能见度、高湿静风等多种不利气象条件;重霾日二次无机离子(NH_4~+、NO_3~-、SO_4~(2-))组分占PM_(2.5)质量浓度的49.8%±13.1%,而清洁日为19.4%±5.95%,并且重霾日硫氧化速率(sulfur oxidation ratio,SOR)和氮氧化速率(nitrogen oxidation ratio,NOR)分别为0.282±0.157和0.269±0.124,远高于清洁日(SOR和NOR分别为0.189±0.057和0.077±0.046),重霾日二次有机组分浓度[(6.22±3.87)μg·m~(-3)]是清洁日[(1.44±1.63)μg·m~(-3)]的5倍,表明二次污染及不利气象条件是造成重霾期间相关组分浓度升高的重要原因.最后,通过二氯荧光黄双乙酸盐(2',7'-DCFH)化学荧光分析法测定了其中活性氧物质(reactive oxygen species,ROS)的浓度,探讨其对于二次无机组分形成的影响,结果表明观测期ROS平均浓度(以H_2O_2计)分别为(4.99±1.54)nmol·m~(-3)(重霾期),(0.492±0.356)nmol·m~(-3)(清洁期),二次反应及积累效应可能是西安重霾条件下ROS浓度升高的主要原因.NO_3~-、SO_4~(2-)与ROS均呈现正相关(P0.05),表明ROS可能通过二次氧化过程参与到二次无机组分形成过程中.     

运用批实验研究溶解氧对米酒去除硝酸盐的影响

为了判别不同溶解氧条件下脱氮效果和碳的需求量,在水温为25~30℃条件下,设置了缺氧、微氧和有氧3种输入条件,以及C/N分别为2.0、1.5两种碳源投放量开展实验。研究表明:溶解氧的存在对反硝化作用的启动有延迟作用,但影响较小。溶解氧对于反硝化过程并没有产生明显的抑制作用,但在溶解氧较低的情况下,反硝化速率更为理想。缺氧条件下,C/N的适宜值应低于1.5;微氧条件下的C/N适宜值在1.5~2.0;而在有氧条件下C/N=2.0时可高效去除硝酸盐。该研究可为农村地区家庭自行去除饮用水中硝酸盐的实际应用提供参考。     

金属铜原子氧效应研究

目的获取金属铜空间原子氧环境适应性数据,提升材料空间环境适应性设计水平。方法将金属铜样品置于射频源原子氧辐照面积内开展原子氧辐照试验,束流密度为2.5×1016/(cm2·s),最长辐照时间为300 min。研究随辐照时间增加样品表面成分、形貌以及性能的变化。结果原子氧辐照后,金属铜表面变得粗糙,300 min辐照样品出现了氧化层脱落现象;随辐照时间增加,样品质量呈增加趋势,300 min辐照样品质量增加0.035 mg;试验后样品太阳吸收比升高最大值达0.07,光谱反射系数下降;原子氧作用导致金属铜表面疏水性能提高,摩擦磨损性能下降。结论得到了金属铜原子氧环境效应数据,可为航天器空间环境效应防护设计提供技术支撑。     

基于实时控制技术的CANON工艺稳定性运行

为保证出水水质稳定并提高氨氮去除率,实现CANON工艺的优化,利用SBR反应器进行了基于实时控制技术的CANON工艺稳定性研究.试验过程中,温度控制在30℃±1℃,pH 7~8,通过反应过程中氨氮、硝态氮、亚硝态氮和pH、DO、ORP的变化规律,制定了可行的实时控制策略.结果表明,进水氨氮浓度为917~1 540 mg·L~(-1)时,以6 mg·L~(-1)的剩余氨氮浓度作为控制参数可以满足工艺稳定性的要求,但氨氮传感器存在费用昂贵和误差较大等问题.采用pH、DO和ORP曲线的平台和特征点作为自控参数,可以维持CANON工艺的长期稳定运行,保证氨氮去除率平均维持在99%以上且出水水质稳定.     

羧基化碳纳米管载铂催化剂对微生物燃料电池阴极氧还原性能的影响

阴极催化剂是影响微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)性能的关键要素.为了考察不同羧基化方法改性的碳纳米管(carbon nanotube,CNT)负载Pt的催化氧还原效率,分别在80℃和95℃条件下对CNT进行了羧基化,采用浸渍-沉淀法制备了Pt/CNT催化剂(Pt/CNT-80和Pt/CNT-95),并在空气阴极MFC体系中验证了其催化氧还原效果(MFC-80、MFC-95和MFC-C).结果表明,MFC-95和MFC-80的最大功率密度分别为568.8 mW.m-2和412.8 mW.m-2,内阻分别为204.7Ω和207.7Ω,开路电压分别为0.719 V和0.651 V.而对照MFC-C的最大功率密度仅为5.4 mW.m-2,内阻为826.2Ω.XPS和XRD分析结果显示,Pt/CNT-95催化氧还原效果优于Pt/CNT-80,原因可能是95℃羧基化过程在CNT表面引入了丰富的含氧基团.     

Adsorption of lead on multi-walled carbon nanotubes with different outer diameters and oxygen contents: Kinetics, isotherms and thermodynamics

The effects of different outer diameters and surface oxygen contents on the adsorption of heavy metals onto six types of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were investigated in an aqueous solution and lead was chosen as a model metal ion. The results indicated that the percentage removal and adsorption capacity of lead remarkably increased with decreasing outer diameter due to larger specific surface area (SSA). The SSA-normalized maximum adsorption capacity (qm /SSA) and SSA-normalized adsorption coefficient (Kd /SSA) were strongly positively correlated with surface oxygen content, implying that lead adsorption onto MWCNTs significantly increases with the rise of oxygen content and decreases with decreasing SSA. The calculated thermodynamic parameters indicated that adsorption of lead on MWCNTs was endothermic and spontaneous. When the oxygen content of MWCNTs increased from 2.0% to 5.9%, the standard free energy (△ G0 ) became more negative, which implied that the oxygenated functional groups increased the adsorption affinity of MWCNTs for lead. Through calculation of enthalpy (△ H0 ), G0 and free energy of adsorption (Ea ), lead adsorption onto MWCNTs was recognized as a chemisorption process. The chemical interaction between lead and the phenolic groups of MWCNTs could be one of the main adsorption mechanisms due to highly positive correlations between the phenolic groups and K d /SSA or q m /SSA.     

溶解氧变化对底泥酶活性及微生物多样性的影响

采用室内静态实验考察了溶解氧变化对底泥酶活性影响,同时采用BIOLOG ECO微平板构造了不同溶解氧水平下底泥微生物多样性指数。结果表明:高溶解氧条件下,底泥多酚氧化酶及过氧化物酶活性显著高于缺氧条件及厌氧条件(P<0.01),脱氢酶活性高于背景值;厌氧条件下脱氢酶、脲酶及碱性磷酸酶活性显著高于高溶解氧组、缺氧组及背景值(P<0.05);缺氧条件下硝酸盐还原酶活性显著高于高溶解氧组及厌氧组(P<0.05);蛋白酶活性受溶解氧水平变化的影响较小。BIOLOG ECO微平板法分析表明,溶解氧变化对底泥微生物多样性有不同程度的负面影响,微生物多样性的降低程度从大到小依次为高溶解氧组>厌氧组>缺氧组。主成分分析结果表明:缺氧条件及厌氧条件下,底泥微生物对大分子有机物的利用出现不同程度的降低,相对地,高溶解氧条件下微生物对大分子有机物的利用程度呈现先下降后上升的趋势;高溶解氧组及缺氧组底泥微生物对碳水化合物利用程度升高,厌氧组对碳水化合物利用程度降低。总之,高溶解氧条件更有利于形成底泥有机物完整的代谢循环,提高大分子有机物的利用程度。     

低温条件下污水处理运行研究

低温是造成寒冷地区冬季生活污水生化处理效果差的主要原因。当温度降低至4cC左右时,活性污泥中大多数微生物的生长活性受到抑制,只有少数的耐冷微生物可以存活下来并保持一定的活性。本课题组以往的研究结果证明：在我国北方地区,完全可以分离到在低温下高效降解污水中有机物的耐冷细菌。通过投加耐冷茵可使污水的去除效率大大提高。但由于投加的耐冷茵的流失等原因,必须隔一定时间再次投菌,既费时费力,又增加投资。