溶解氧对活性污泥合成可生物降解塑料-PHB的影响

聚-β-羟基丁酸酯（polyhydroxybutyrate,PHB）是一种可完全生物降解和具有良好生物相容性的高分子材料,许多情况下可作为传统塑料的替代品。以活性污泥微生物作为PHB合成菌,研究了动态底物投加方式下,溶解氧对污泥贮存PHB过程的影响。结果表明,PHB的贮存过程相当程度上取决于氧的提供。溶解氧浓度的提高明显加快了底物乙酸的吸收,进而导致更大比例的乙酸被活性污泥贮存为PHB。试验中,溶解氧浓度由饱和浓度的10%提高到70%,PHB的产率由0.36 C mmol/C mmol 提高到0.56 C mmol/C mmol,PHB的胞内含量也由26%提高到37%。试验证明溶解氧是控制活性污泥合成PHB工艺的重要因素。     

硫氮共掺杂碳基材料活化过一硫酸盐降解2,4-二氯苯酚的效能及机理

为了解决外源杂原子掺杂到碳基相催化剂过程中掺杂量低和分布不均的问题,本研究通过直接碳化聚吡咯（PPy）和聚噻吩（PTh）混合物制备得到硫氮共掺杂碳基催化材料（CPPy-PTh）,并研究其活化过一硫酸盐（PMS）降解水中的2,4-二氯苯酚（2,4-DCP）的性能.结果表明,CPPy-PTh催化PMS可在30 min内降解99%的2,4-DCP.CPPy-PTh的高效催化能力主要是因为其表面被石墨化和氮、硫官能化,这使得PMS更容易在CPPy-PTh表面传递电子.淬灭实验和电子顺磁共振（EPR）结果表明,2,4-DCP的降解过程遵循以单线态氧（¹O₂）为主导的非自由基氧化途径.CPPy-PTh在宽广的pH范围和干扰离子存在下也同样具备催化能力.这些发现可为水中持久性有机物的降解提供理论指导和技术支持.     

混沌理论在河流溶解氧预测中的应用初探

基于混沌理论、相空间重构思想和嵌入理论分析涟水流域溶解氧的时间序列，计算吸引子维数和最大的Lyapunov指数，研究河流水质系统的复杂性特征。结果表明，河流溶解氧时间序列具有混沌特性，其外在表现为貌似随机的无规则特点；但系统本身内在的、固有的规律(表现在最大的Lyapunov指数)，表明短期预测河流水质变化是可行的，并应用混沌相空间模线性回归模型进行了预测，其预测结果对涟水流域的水质管理和控制具有一定的参考价值。     

基于氢氧稳定同位素的华北农田夏玉米耗水规律研究

农作物耗水规律的研究对提高农业用水效率,缓解我国华北地区的水资源短缺现状具有重要意义。论文基于水文监测与氢氧稳定同位素方法,以山西省运城市董村农场为例,研究了夏玉米在不同生长期的根系吸水深度变化,以及农田灌溉条件下SPAC系统的水分通量。研究结果表明,夏玉米拔节期、开花期和成熟期的主要根系吸水深度分别为0~20 cm(96%~99%)、20~50 cm(58%~85%)、0~20 cm(69%~76%),在整个生长期内存在着先由浅变深,后由深变浅的规律;夏玉米漫灌后,蒸腾量占蒸散发量的71.3%,深层入渗损失量占到灌溉水量的43.3%,灌溉水的利用率仅为40.4%,应采取措施减小深层入渗量以提高灌溉水利用率。     

低成本单室微生物燃料电池型BOD传感器的研制

生化需氧量(biochemical oxygen demand,BOD)是表征有机物污染程度的综合性指标,传统的检测方法为5 d 20℃培养法,费时费力,不宜现场实时监测.以MnO2代替金属铂作阴极催化剂、以阳离子交换膜代替昂贵的质子交换膜,构建单室微生物燃料电池(microbial fuel cell)型BOD传感器,考察外接电阻、阳极液pH值、检测时间和清洗时间对检测效果的影响,并用该传感器检测实际水样BOD值,与传统BOD5值进行比较.结果表明:①以廉价MnO2为阴极催化剂,阳离子交换膜为隔膜,构建的单室MFC型BOD传感器成本低,结构简单,操作方便,可用于BOD的在线检测;②该BOD传感器的适宜运行条件为样品pH7.0,外接电阻12 kΩ,检测时间2 h,清洗时间2~10 min;③实际水样检测结果显示,传感器最低检出限为0.2 mg/L,测量线性范围为BOD浓度5~50 mg/L,最佳测定范围为BOD浓度20~40 mg/L,精确度为0.33%,标准曲线线性相关系数达0.999 2,与BOD5比较,相对误差在4.0%以内.     

华北平原不同农田管理措施对于土壤碳库的影响

华北平原是我国重要的粮食生产基地,土壤碳氮水平直接作用于区域的土壤肥力和粮食生产.通过长期定位实验,研究了包括自然恢复(F)、清茬翻耕(N)、秸秆还田免耕(S)和秸秆还田翻耕(TS)这4个处理下土壤有机碳(SOC)、无机碳(SIC)、全碳(TS)、全氮(TN)含量和储量以及13C和15N分布状况.结果表明,与F相比,在0~20 cm土层,N、S和TS的土壤有机碳储量分别降低21.6%、12.3%和3.4%,土壤无机碳储量变化不显著.在20~40 cm土层,土壤有机碳储量变化不显著,而3个农田耕作处理的土壤无机碳储量较F分别增加4.1%(N)、7.3%(S)和5.0%(TS),无机碳增加主要是次生碳酸盐的贡献,农田土壤PIC增加了97%~261%.与自然恢复地相比,农田土壤表层δ15N、δ13CSIC、δ13CSOC偏高且δ13CSOC达显著差异,20~40 cm土层δ15N、δ13CSIC偏低而δ13CSOC偏高.该地区农田土壤中原生碳酸盐以分解作用为主,土壤-作物系统通过增加CO_2含量促进次生碳酸盐的形成,秸秆还田是恢复农田耕作引起土壤碳库储存下降的有效措施.对于华北平原,今后应加强关于秸秆还田和耕作措施对土壤有机碳和无机碳影响的综合研究,对于表层以下层次土壤的碳转化和变化规律需要更多的长期观测.     

北京市和厦门市大气 CO2 浓度及 δ13C 值变化特征

本文对北京市和厦门市大气CO_2及δ~(13)C进行观测,研究内陆城市和沿海城市CO_2浓度及δ~(13)C的季节和昼夜变化规律及影响因素,以期为政府制定碳减排政策提供科学依据。北京市和厦门市CO_2浓度均呈现秋冬季高于春夏季,而δ~(13)C秋冬季低于春夏季,季节差异原因可能是秋冬大气边界层降低,化石燃料消耗增加,贫13C的CO_2气体大量排放。观测期间,两个城市日变化模式均表现为CO_2夜间高于白天,δ~(13)C夜间低于白天;且在早晚交通高峰时段,两地CO_2浓度均有不同程度升高,而δ~(13)C有不同程度降低。冬季,北京市由于受西、北部高山阻挡,在东南风条件下使得其夜间大气CO_2浓度显著增高,δ~(13)C值则显著降低。根据两地新增CO_2的δ~(13)C值(δs)推测,北京市受到煤炭燃烧贡献较大,厦门市季节差异较大,推测受植物排放CO_2速率及气象条件等共同影响。     

Allocation of supplementary aeration stations in the Chicago waterway system for dissolved oxygen improvement

The Chicago Waterway System (CWS), used mainly for commercial and recreational navigation and for urban drainage, is a 122.8 km branching network of navigable waterways controlled by hydraulic structures. The CWS receives pollutant loads from 3 of the largest wastewater treatment plants in the world, nearly 240 gravity Combined Sewer Overflows (CSO), 3 CSO pumping stations, direct diversions from Lake Michigan, and eleven tributary streams or drainage areas. Even though treatment plant effluent concentrations meet the applicable standards and most reaches of the CWS meet the applicable water quality standards, Dissolved Oxygen (DO) standards are not met in the CWS during some periods. A Use Attainability Analysis was initiated to evaluate what water quality standards can be achieved in the CWS. The UAA team identified several DO improvement alternatives including new supplementary aeration stations. Because of the dynamic nature of the CWS, the DUFLOW model that is capable of simulating hydraulics and water quality processes under unsteady-flow conditions was used to evaluate the effectiveness of new supplementary aeration stations. This paper details the use of the DUFLOW model to size and locate supplementary aeration stations. In order to determine the size and location of supplemental aeration stations, 90% compliance with a 5 mg/l DO standard was used as a planning target. The simulations showed that a total of four new supplementary aeration stations with oxygen supply capacities ranging from 30 to 80 g/s would be sufficient to meet the proposed target DO concentration for the North Branch and South Branch of the Chicago River. There are several aeration technologies, two of which are already being used in the CWS, available and the UAA team determined that the total capital costs of the alternatives range from $35.5 to $89.9 million with annual operations and maintenance costs ranging from $554,000 to $2.14 million. Supplemental aeration stations have been shown to be a potentially effective means to improve DO concentrations in the CWS and will be included in developing an integrated strategy for improving water quality in the CWS.     

河网水源生态湿地水氢氧同位素分异特征

为揭示河网水源生态湿地中水力流程沿途和植物床-沟壕系统内部水同位素分异特征,于2019年8月夏季湿雨期,沿水力流程梯度采集嘉兴市石臼漾湿地、贯泾港湿地、海宁市长水塘湿地和泰山港湿地这4个根孔型水源生态湿地上层水样,于2020年1月冬季干冷期采集泰山港湿地植物床-沟壕系统内部沟壕上层水样和植物床潜水样品.测定氘（δD）和δ¹⁸ O丰度,运用同位素技术和数理统计方法解析湿地水体水同位素分布和组成特征,并探明植物床-沟壕系统对水同位素分异的影响.结果表明：①河网水同位素时空变化很大程度上受到不同水源补给和蒸发富集作用的影响,湿地敞水区水线与邻近区域大气降水线相比,湿地区水氢氧同位素呈现富集特征;②通过多种数理统计手段结合散点图并做模型假设诊断分析,发现在4个湿地的区域尺度和每个湿地内部的局域尺度,水氢氧同位素丰度及组成在垂向维度和水平维度大多呈现复杂的非线性变化,在区域尺度上,垂向维度的水位高程较水平维度的水力流程长度对水同位素的分布影响更大,而在局域尺度内,水力流程驱动的影响往往更大;③异质性较强的湿地根孔生态净化区相较于其他功能区其水同位素相对更加富集;④由芦苇等根系发达的植物所形成的地下大孔隙网络、富含粘土的基质土壤和植物床上的植物对湿地水氢氧同位素丰度具有显著影响,因此,在植物床-沟壕系统内部,出水侧的低位小沟相较于进水侧的高位小沟其水同位素偏轻;⑤植物床-沟壕系统中水同位素丰度的突变点可能预示着水体净化的拐点;⑥植物床-沟壕系统潜水中氘盈余（d-excess）明显高于沟水相应值,且潜水变异系数远大于沟水,湿地根孔生态净化区的氘盈余呈现夏季湿热雨季偏负、冬季干冷旱季偏正的季节性差异,反映了湿地水汽来源的季节性差异和内部同位素分馏行为的空间差异.研究结果为人们认识人工湿地中水同位素分布特征、水力流态及提升湿地运行效果提供参考依据,并为探索湿地水质提升关键技术提供新思路.本研究表明水同位素技术在剖析湿地水文学方面具有可靠的巨大潜力.     

湖泊沉积多指标记录的长寿湖近60年来营养化过程

长寿湖位于重庆市长寿区境内,是重庆市最大的湖泊旅游风景区和淡水鱼养殖基地之一。近年来,其营养化日趋严重。本文通过对有机质碳、氮含量、碳氮比值、有机质碳同位素等有机质指标的分析,结合~(137)Cs放射性核素定年,探讨了长寿湖近60年来有机质转化及营养演化过程。结果表明:长寿湖有机质主要来源于水生植物藻类,受陆源影响较小;湖泊环境演化分为两个截然不同的阶段:1980年以前,有机质碳、氮含量较低,C/N比值较小,有机质碳同位素值较大,暗示湖泊营养环境为贫营养化。1980年以后,有机质碳、氮含量较高,C/N比值较大,有机质碳同位素值偏负,说明湖泊已经处于营养化阶段,人为活动的增强及养殖业的发展是导致湖泊生产力增大的主要因素。长寿湖沉积物多指标忠实记录了湖泊环境的演化过程。