河流CO2与CH4排放研究进展

河流作为连接海-陆两大碳库的主要通道,其水-气界面二氧化碳(CO_2)与甲烷(CH_4)排放构成全球碳循环的重要环节,对全球气候变暖的贡献不容小觑.明确河流水体CO_2与CH_4产排过程、时空特征以及控制因素是认识河流生态学功能以及其对变化环境响应的重要内容.基于当前河流CO_2与CH_4排放研究进展,构建河流碳排放动力学概念框架(内源代谢、陆源输入),并从全球尺度、区域尺度、流域尺度综述了河流碳排放时空变异性特征以及存在的研究不足.在理解碳排放动力学概念框架和时空变异特征的基础上,构建了河流CO_2与CH_4动力学控制因子分层框架(内部因子:有机质、温度、营养盐;外部因子:水文、地貌、人类活动),深入探讨了河流碳排放的关键影响因素.最后,根据当前研究中存在的不足,提出河流碳排放应将纳入区域陆地碳平衡过程,今后研究重点应包括流域尺度上河流CO_2与CH_4内源产生与陆源输入相对贡献的量化研究、不同界面CO_2与CH_4产生与排放过程研究、高时空分辨率的监测数据的补充以及变化环境与人类活动干扰下河流碳排放的响应过程等,为理解河流生态学过程及生态系统功能提供基础,同时为我国进一步深入开展相关研究提供借鉴.     

2,2′,4,4′-四溴联苯醚的好氧微生物降解

从北京高碑店污水处理厂活性污泥中筛选出1株能好氧降解2,2′,4,4′-四溴联苯醚(BDE-47)的细菌,并对其降解特性及有关蛋白质进行分析,目的是了解好氧条件下BDE-47的微生物降解机制.BDE-47降解菌通过平板划线法获得,其16S rDNA与不动杆菌(Acintobacter sp.)的相似度最大,为90％.采用250 mL锥形瓶研究了所得菌对BDE-47的降解情况,在BDE-47初试浓度为146 μg·L-1的条件下,经过63 d的培养,所得菌降解了45.44％的BDE-47,降解产物主要为4-OH-联苯醚,菌量增加了7倍左右.分别以BDE-47和酵母提取物为碳源培养所得菌2周,然后各自提取蛋白质,通过蛋白质双向电泳及质谱检测,发现了与BDE-47降解有关的一些特异蛋白质.本研究表明,在好氧条件下,细菌可以BDE-47为碳源生长,其过程涉及多种蛋白质的作用.     

β-In2S3的制备及其太阳光下降解土霉素

利用水热反应法制备β-In2S3纳米颗粒光催化剂,并利用SEM、TEM和XRD等对其进行分析表征;采用土霉素溶液模拟四环素类抗生素废水,探讨In2S3对土霉素的降解效果.结果表明,β-In2S3为立方相纳米颗粒结构,该纳米颗粒由纳米片组成,直径约15~30 nm.以太阳光为辐射光源,In2S3对土霉素具有良好的光催化降解效果,在4 h内对初始浓度为30 mg·L-1的土霉素降解率可达98%以上.降解土霉素后的催化剂在无水乙醇中清洗并烘干,经4次循环利用后,β-In2S3的降解能力仍能达到85%以上,表明β-In2S3光催化剂具有良好的稳定性以及光催化活性.     

三氯生在水环境中的残留风险与去除研究进展

药物和个人护理用品(PPCPs)是一类新兴污染物,三氯生(TCS)属于PPCPs中的杀菌消毒物质。三氯生在水环境中被广泛检出,地表水中三氯生与甲基三氯生的浓度从ng/L级到μg/L级,水环境中的TCS具有生态毒性。污水厂进水中TCS浓度一般为μg/L级,出水浓度ng/L级。城市污水处理系统对三氯生的去除主要是吸附与生物降解。三氯生在降解过程中形成甲基三氯生,其代谢产物形成机制与降解关键影响因素需要进一步研究。为了减少三氯生在环境中的积累,需要对污水厂尾水进一步深度处理,剩余污泥也做好相关处置问题,减轻其对生态系统的潜在危害。     

地下水循环井技术处理土壤和地下水中甲基叔丁基醚研究

研究了MTBE在砂土中的静态吸附以及采用地下水循环井技术(GCW)去除砂土和地下水中MTBE的衰减规律。结果表明:MTBE在砂土中的吸附动力学符合准二级动力学方程,相关系数R2为0.99618,在砂土中的吸附平衡时间为24 h;吸附热力学符合Linear平衡吸附,吸附系数为0.00306 m3/kg。GCW运行30 h后,地下水饱和含水层中MTBE浓度由500 mg/L降至72.5 mg/L,去除率为85.5%;砂土中MTBE的吸附量由0.93 mg/g降至0.03 mg/g,去除率达96.4%。水平方向距GCW越近,MTBE的去除效率越快,垂直方向位于GCW上部的MTBE优先会被去除,最佳修复时间为运行15 h。GCW对砂土和地下水中高浓度MTBE具有良好的修复效果。     

流体剪切与超声空化破解剩余污泥的参数优化

为提高剩余污泥的破解效果并降低能耗,采用FS（fluid shear,流体剪切）、UC（ultrasonic cavitation,超声空化）、FS和UC联合工艺（FS-UC,UC-FS）破解剩余污泥,并应用单因素试验结合响应面法对联合工艺进行优化.结果表明:FS对剩余污泥破解效果一般,只在开始阶段具有较好效果,随作用时间延长,破解效果未有显著提高甚至下降.UC对剩余污泥破解效果明显,随作用时间延长,破解效果显著提升,但能耗也随之增大,EDR（energy disintegration ratio,效能比）明显下降.相同作用时间下,UC破解效果优于FS破解效果,UC破解剩余污泥的DD_COD（degree of disintegration,破解率）与EDR均明显高于FS方法.单因素试验得出的较优FS作用时间范围为2~8 min,较优UC作用时间范围为5~15 min.响应面法试验结果显示,联合工艺的剩余污泥破解效果和能量利用率均优于单一方法,联合工艺中FS-UC工艺的破解效果优于UC-FS工艺.FS-UC工艺的最佳参数:FS处理5.6 min再UC处理15.0 min,该条件下剩余污泥实际DD_COD为50.8%,EDR为26.8%.UC-FS工艺的最佳参数:先UC作用15.0 min再FS作用7.8 min,该条件下剩余污泥实际DD_COD为36.5%,EDR为17.1%.研究显示,以DD_COD和EDR为指标,4种工艺的高效性顺序为FS-UC > UC-FS > UC > FS,其中FS-UC工艺具有能耗低、破解效率高的特点,是4种工艺中剩余污泥破解效果最好的一种工艺.      

基于系统动力学的以GDP-PM_(2.5)达标为约束的大气环境承载力模型研究——以武汉市为例

当前在环境规划编制中,存在对环境容量和环境承载力弱化分析的倾向,导致环境规划科学性和逻辑性不足。面对以PM_(2.5)为特征的复合型空气污染,传统的大气容量计算方法具有局限性。以武汉市为例,基于系统动力学建立了武汉市"经济-能源-大气环境"的系统动力学多目标规划模型,不去模拟复杂的大气传输扩散的物理化学过程,而是基于统计数据和社会、经济发展目标,建立了系统中不同变量的动态数量关系,预测了武汉市2016—2030年在3种情景下GDP、PM_(2.5)年均浓度和6种大气污染物排放量的变化趋势,并计算出以GDP-PM_(2.5)达标为约束的大气环境容量和大气环境承载力的阈值,可为制定城市大气中PM_(2.5)污染的控制措施提供科学依据,实现了对环境容量与环境-经济发展趋势的同步测算。     

河北平原潮土中微生物对氮降解特征

了解土壤中微生物对氮素降解规律,对于土壤氮污染修复具有重要现实意义.从河北平原潮土中筛选出8种高效氨化细菌、硝化细菌、异养硝化好氧反硝化细菌,对所筛菌种进行16S r DNA分析,选出最适菌株通过固定化载体将菌种制成菌剂.探讨了用加入所筛菌种及拮抗菌的菌液和地表水分别滴灌小白菜对土壤中的氮降解产生的影响,并测定土样磷脂脂肪酸(PLFA)的值.结果表明:以硅藻土为载体硝化细菌的氨氮降解率达到38%,硝态氮合成率为205%;以硅藻土为载体的氨化细菌氨氮合成率为1 711%,异养硝化好氧反硝化细菌的硝态氮降解率达到367%.加所筛菌液滴灌对土壤总氮和氨氮的降解效果较好,硝化作用也较强,加菌后土壤中微生物量明显增加,且更快到达峰值.对不同土样不同时间磷脂脂肪酸数据分析发现,在白菜生长过程中,土壤中的微生物含量均产生了1次峰值,且加入所筛菌的先到达峰值.对于任丘和阜城土样来说,加入所筛菌后,土壤中微生物种类相应增多,对土壤微生物环境有所改善,微生物也比较活跃.     

土壤重金属钝化修复剂生物炭对镉的吸附特性研究

目前以生物炭为代表的生物质对重金属的吸附表现出良好的应用前景.为确定生物炭对溶液中镉的吸附性能,选用由棉花秸秆制备的生物炭,研究吸附等温线、吸附动力学以及温度、pH和离子强度等对生物炭吸附Cd2+的影响.研究表明,生物炭对Cd2+的吸附可以用Freundlich等温线较好地拟合,在不同温度下其饱和吸附量分别为9.738 mg.g-1(288.15 K)、10.14 mg.g-1(298.15 K)、10.40 mg.g-1(308.15 K)和10.71 mg.g-1(318.15 K),热力学参数表明生物炭吸附Cd2+的过程是自发的吸热过程;吸附动力学过程符合二级动力学模型,在40 min即可达到平衡;pH对生物炭吸附Cd2+的影响较大,在pH2～8范围时,生物炭对Cd2+的吸附量随pH的增加先上升后下降;生物炭对Cd2+的吸附量随着溶液离子强度的增大呈降低趋势.该项研究可为生物炭在土壤重金属污染修复中的应用提供一定的理论基础.     

零价铁去除废水中的汞

研究了零价铁(zero-valent iron,ZVI)去除废水中Hg2+的动力学特征及其影响因素,初步探讨了ZVI与Hg2+的作用机制.结果表明,ZVI对废水中Hg2+的最佳去除条件:Hg2+的初始浓度为0.10 mg·L-1、pH为5、ZVI用量为0.050 g、温度为25℃,获得Hg2+的去除率为94.5%.ZVI对废水中Hg2+有一个快速的去除过程,可用准一级反应动力学方程描述,速率常数为0.010 min-1.ZVI去除废水中Hg2+的机制主要是氧化还原反应、铁氧化物和氢氧化物的吸附和共沉淀作用,ZVI表面钝化是降低Hg2+去除率的主要原因,其钝化成分主要是FeOOH和Fe2O3-Fe3O4.胡敏酸可与ZVI还原产生的Fe2+、Fe3+结合形成Fe-HA复合物,增加可溶性铁的比例,缓解ZVI的钝化,对细铁氧化物和铁氢氧化物胶体具有稳定作用,增强对废水中Hg2+的吸附作用.