基于物联网与GIS的环境质量管理信息系统设计

设计了一种基于物联网与GIS技术的环境质量管理信息系统,系统以GIS为主干,辅以物联网技术,将GPS定位模块集成到RFID中,实现数据的快速采集与空间定位。该系统可以充分发挥物联网无线识别与地理信息系统空间数据表达分析能力强的优势,更好地为环境质量管理提供决策支持。     

北运河水体中荧光溶解性有机物空间分布特征及来源分析

利用激发发射矩阵荧光光谱(EEMs)并结合平行因子分析(PARAFAC),研究了北运河荧光溶解有机物(fluorescent dissolved organic matter,FDOM)的荧光组分及其空间分布特征,并对各河段FDOM的来源进行了分析.结果表明,北运河水体FDOM的组分中,代表类腐殖物质的组分含量较多,占总荧光强度平均比例的76.18%,而类蛋白质物质占23.82%.各组分荧光强度与氮、磷等污染物呈显著相关关系,说明FDOM与氮、磷等元素的迁移转化有关系;溶解性有机质呈现出明显的空间分布格局,从上游到下游为先降低后升高.上游区域的FDOM含量受工业废水和沿岸农业径流的影响,溶解性有机质含量较高;中游区域主要受少量生活废水排放的影响,溶解性有机质含量较低;下游区域FDOM来源于周边畜禽养殖废水、生活污水、乡镇工业废水和农田退水等,该区域类蛋白物质的相对丰度明显增加,溶解性有机质含量最高.污水处理厂出水中DOM的含量较高,表明污水处理效果有待进一步提高.     

Ag/P-g-C3N4复合材料可见光催化降解双酚AF的机理研究

利用简单的热聚合及原位沉淀法制备了一系列不同质量比(1%～10%)的Ag/P-g-C_3N_4复合材料,采用XRD、SEM、TEM、UV-Vis DRS、FTIR、BET和XPS等表征手段对复合材料的形貌结构、光学特性和化学组成进行了表征.利用合成材料光催化降解双酚AF(BPAF),研究了溶液初始pH、溶解性有机质(DOM)对BPAF降解的影响,并对光催化降解机理进行了探讨.结果表明,在pH=7时,5%Ag/P-g-C_3N_4表现出最强的光催化性能,其在90 min内对BPAF的降解率达到100%.DOM在低浓度(0.5 mg·L~(-1))时促进了BPAF的光降解,而在高浓度时(2～10 mg·L~(-1))抑制了BPAF的光降解.活性基团捕获实验结果表明,在Ag/P-g-C_3N_4降解BPAF过程中,h~+和·OH起主要的作用,直接参与了BPAF的降解.相对于P-g-C_3N_4,Ag/P-g-C_3N_4光催化性能的增强主要是因为Ag的负载促进了e~-和h~+的分离,同时Ag单质的SPR效应提高了复合材料对可见光的吸收率,延长了光生载流子的寿命.     

C/P对EBPR系统PAOs与GAOs竞争及PHAs代谢过程影响研究

以富含聚磷菌(PAOs)活性污泥为基础,基于FISH技术研究了SBR工艺不同C/P(25∶1、20∶1、15∶1和10∶1)对EBPR系统中功能菌变化特征与微生物胞内聚合物(PHAs)代谢过程的影响.结果表明,经过10 d运行处理,C/P分别为25∶1、20∶1和15∶1系统磷酸盐去除率88%,而C/P为10∶1系统磷酸盐的去除率为0%.FISH检测结果显示,随着C/P从25∶1下降到10∶1,EBPR系统中PAOs的含量相应从(76.42±1.24)%减少到(10.40±0.97)%,而聚糖菌(GAOs)则从(16.36±3.41)%增加到(34.25±2.59)%.在厌氧段,不同C/P条件下EBPR系统中PHB和PHV的合成动力学系数大小分别为K25∶1K20∶1K15∶1K10∶1和K15∶1K20∶1K25∶1K10∶1.随着C/P从25∶1下降到10∶1,合成PHB在PHAs中所占的比例从85%下降到24%,而PHV则从15%上升到76%;在好氧段,不同C/P系统消耗PHB和PHV的动力学系数大小均为K20∶1K25∶1K15∶1K10∶1,且C/P为25∶1、20∶1和15∶1时系统消耗主要成分是PHB(占PHAs 71%～75%),而C/P为10∶1时系统消耗主要成分是PHV(占PHAs 71%).由此表明,随着C/P的降低,EBPR系统内GAOs增加而PAOs减少,从而导致系统内PHB合成与消耗比例逐渐减少,而PHV合成与消耗比例逐渐增加.     

温度对细菌碳酸酐酶催化碳酸钙沉积的影响

碳酸钙(CaCO3)沉积不仅在许多地质过程中起重要作用,而且在石刻文物和石质建筑物的修复以及环境治理等方面也有应用。CaCO3沉积过程在自然条件下极为缓慢,在CaCO3-H2O-CO2反应体系中CO2+H2OHCO3-+H+为限速步骤,可以利用生物催化剂来加速这一反应的进行。碳酸酐酶(Carbonic anhydrase,CA)是一种以锌为活性中心的金属酶,可以高效催化上述反应的进行,并在CaCO3沉积中具有显著促进作用。本文采用气体扩散体系,研究温度对典型细菌CA催化CaCO3沉积的速率及晶型晶貌的影响。结果表明,在实验温度(5～55℃)条件下,30℃时细菌CA催化沉积CaCO3的速率最快,而5℃时的沉积速率最慢,而且,温度会影响细菌CA催化形成的CaCO3晶体的大小和形貌。     

聚糖原菌富集实验及其内源过程探究

细胞衰减是微生物内源过程的一个重要组成部分,可分为由细胞死亡引起的数量衰减和由细胞活性降低引起的活性衰减两部分.通过挥发性脂肪酸（VFA）吸收速率(VFAUR)测定、荧光原位杂交技术（FISH）以及LIVE/DEAD细胞染色技术,研究了富集聚糖原菌（GAOs）在序批式反应器（SBR）系统中好氧环境下的衰减特征.结果表明,当T=30℃、进料中m(COD)∶m(P)=100时,SBR系统中GAOs富集比例达94%.测定和计算表明,SBR富集系统中GAOs衰减速率和死亡速率分别为0.132 d^-1和0.034 d^-1,其数量衰减和活性衰减占其细胞总衰减比例分别为26%和74%.可见,GAOs数量衰减只占其细胞总衰减中很小一部分,而绝大部分衰减由活性衰减所引起.     

可见光驱动微生物光电化学池处理剩余污泥同步产氢

氢气是一种理想的清洁能源.太阳能驱动的微生物光电化学池(Microbial photoelectrochemical cell, MPEC)因可同时实现废物处理与自发产氢而受到人们的关注.本文以剩余污泥为底物,构建了一种由无定型硫化钼改性硅纳米线(MoS_3/SiNWs)光阴极和生物阳极组成的MPEC系统,研究了3组MPEC在不同的酸性阴极液pH和外加电压条件下的产氢及污泥减量效果.研究结果表明,MPEC在阴极液pH为1和3的条件下均能在无外加电压下自发产氢;pH=1的MPEC-1实验中平均产氢速率为(0.66±0.02) mL·h~(-1),约是pH=3的MPEC-2实验平均产氢速率的1.5倍,但阴极过酸的条件限制了其实际应用; pH为3、外加0.2 V电压的MPEC-3与MPEC-2相比,产氢周期由15 h增加到40 h,平均产氢速率由(0.44±0.05) mL·h~(-1)提高到(0.52±0.04) mL·h~(-1),污泥TCOD、SCOD、TSS、VSS的降解率分别可达53.96%、70.18%、38.21%和61.76%.可见本文构建的MPEC系统是一种有前景的利用太阳能进行废物处理和资源化的新技术.     

杭州湾北岸上海段石化集中区臭氧重污染过程研究

为研究杭州湾O₃污染的形成机制,采用在线监测系统对杭州湾北岸上海段石化集中区O₃及其前体物开展了为期1个月(2019年5月)的同步连续观测.采用OZIPR(臭氧等值线研究)模型分析O₃生成的敏感性.在O₃重度污染期间,利用PMF(正定矩阵因子分解)模型对O₃前体物——VOCs进行源解析,采用臭氧生成潜势及气团老化分别估算了VOCs的反应活性和化学消耗.结果表明:①2019年5月杭州湾北岸上海段石化集中区O₃的IAQI(空气质量分指数)优良率仅为61.3%,ρ(O₃)第90%分位值为173.0 μg/m3.5月22日、23日发生重度O₃污染,O₃日最大8 h滑动平均值分别为(284.4±19.2)(282.0±14.2)μg/m3,分别超过GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准限值(160 μg/m3)的77.75%和76.25%.②O₃的生成受VOCs控制,降低VOCs的排放可在一定程度上降低O₃的生成,降低NO_x的排放反而会促进O₃的生成.③O₃重度污染期间,VOCs主要来自化工区排放(72.35%)和机动车尾气排放(27.65%).④O₃重度污染期间,烯烃、炔烃及芳香烃对O₃生成的贡献率之和在80.00%以上,其中丙烯、乙烯和甲苯的贡献率分别为29.97%、15.60%和14.16%;芳香烃及烯烃和炔烃是最主要的VOCs化学消耗物种,其中φ(丙烯)、φ(乙烯)和φ(1,2,4-三甲苯)的消耗量分别为13.57×10-9、4.93×10-9和3.55×10-9.研究显示,杭州湾北岸上海段5月O₃的生成受化工区影响显著,丙烯与乙烯是O₃重污染期间关键的O₃前体物.      

钢渣对水体中磷的去除性能及机制解析

针对不同类型钢渣在除磷过程中存在的显著差异,以电炉渣为研究对象,探讨了环境因素（吸附时间、吸附温度）对钢渣除磷的影响,验证了其对磷酸盐、焦磷酸盐及实际水体的除磷效果,联合采用扫描电镜（SEM）、能量色散X射线能谱（EDS）、X射线荧光光谱（XRF）和X射线衍射光谱（XRD）技术探究其除磷机制,对比分析了钢渣与陶粒和沸石的除磷效率,并对钢渣除磷的安全性能进行了评估.结果表明,吸附时间显著影响钢渣除磷效果,当吸附时间为30 min时钢渣对质量浓度范围为1~20 mg·L^-1的磷酸盐溶液的去除率均可达到97%以上.温度对实验所用钢渣的除磷效果影响并不显著.钢渣对焦磷酸盐吸附能力弱于正磷酸盐,其对初始质量浓度为3 mg·L^-1的焦磷酸盐的去除率为82.45%.光谱分析结果表明,钢渣除磷的主要机制为化学吸附并辅以物理吸附,CaHPO₄·2H₂O为主要沉淀物质.钢渣对生物池出水和湿地系统中的磷素去除效果显著,总磷去除率分别为98.36%和93.33%.对比可知,钢渣对磷酸盐的去除效果优于陶粒和沸石,其对PO₄^3-的去除率分别为96%、40%和10%.钢渣浸出液中各重金属含量均符合地表水Ⅰ类标准要求,钢渣安全可靠.     

兰州市大气颗粒物多环芳烃的恒能量同步荧光光谱特征研究

通过传统单波长激发/发射荧光光谱法与恒能量同步荧光光谱法进行对比,对大气颗粒物中多环芳烃(PAHs)进行了定性定量分析,采用恒能量同步荧光光谱法在不同能量差下建立了15种典型PAHs成分的恒能量同步荧光法的标准谱库.在各PAHs在最佳能量差下进行定量分析,结果表明,除苊荧光信号响应较差外,其余PAHs的LOD和LOQ分别为0.0580～3.18、0.232～12.7 ng·mL~(-1).15种PAHs的空白和一定浓度下的加标回收率范围在82.8%～120.0%,相对标准偏差范围在0.51%～5.87%之间,以恒能量同步荧光光谱进行了兰州地区大气颗粒物中15种PAHs分布特征分析.