1951—2014年中国北方地区季节气温突变与变暖停滞年份的时空变异性

利用中国北方357个气象站1951—2014年的季（月）平均最低气温,平均气温和平均最高气温数据,应用Mann-Kendall检验等方法,分析了中国北方地区三类气温季节突变与变暖停滞年份时空变异性。结果表明：平均最低气温、平均气温和平均最高气温各季节整体随纬度降低突变和变暖停滞年份变晚,突变至变暖停滞周期缩短。东北春、冬季突变和变暖停滞整体最早（20世纪70年代至80年代、1993—2002年）,华北次之,西北最晚（20世纪80年代至21世纪前10 a、1996—2010年）;夏、秋季突变华北最早（20世纪70年代和90年代）,东北次之,西北最晚（20世纪90年代至21世纪前10 a）,变暖停滞年份地区差异较小。平均最高气温未突变和平均最低气温未停滞站点较多,均主要分布在山地、高纬度地区和华北平原南部,其周边区域突变及停滞年份相对偏晚。同类气温突变和变暖停滞年份整体上分别按冬（1981—1990年）、春、秋、夏季（1994—2008年）和冬（1995—2008年）、秋、夏、春季（1998—2010年）顺序依次变晚,冬→春→秋→夏季突变至变暖停滞周期依次缩短。春、夏和冬季均为平均最低气温整体突变最早（1972—1999、1987—1999、1971—2000年）,平均气温次之,平均最高气温最晚（1975—2008、1994—2008、1972—2006年）,秋季与之不同。春、夏季整体按平均最低气温（1994—2008、1997—2008年）、平均气温、平均最高气温（均为1997—2010年）停滞依次变晚,秋、冬季与之相反。各季节突变至变暖停滞周期整体按平均最低气温（9~18 a）、平均气温和平均最高气温（5~12 a）依次缩短。夏季三类气温均在华北南部（低纬度）突变最早,与研究区整体规律相悖,该地区大部分站点未停滞,亦与突变早停滞也早的整体规律不同。     

新型IEM-UF耦合短程硝化反硝化系统脱氮特性

针对低碳氮比生活污水的特点,提出新型离子交换膜-超滤组合膜（IEM-UF）氮富集短程硝化反硝化脱氮工艺.研究了新型IEM-UF亚硝化反硝化脱氮系统在三阶段运行工况下各反应器的性能及整个系统的脱氮及COD去除效果,同时应用高通量技术探究菌群结构变化对脱氮效果的影响.试验结果表明：C/N为3,亚硝化反应器中DO=0.5mg/L条件下,亚硝化反应器中NO₂^--N积累率仅用19d就达到了90%;在短程反硝化进水流量比为2：1的条件下,COD及NO_x^--N平均去除率分别达到80%和89%以上.TN去除率最高达到64.8%.高通量16S rDNA测序结果表明,三阶段菌群结构变化与系统脱氮效果的变化一致,亚硝化反应3个阶段亚硝化单胞菌Nitrosomonas所占比例分别为3.69%、5.48%和0.53%,反硝化反应3个阶段反硝化菌Dechloromonas、Thauera之和占活性污泥总菌群比例达到33.35%、25.62%、20.52%.     

不同温度桉树叶生物炭对Cd2+的吸附特性及机制

通过元素分析、BET-N₂、Zeta电位、Boehm滴定,SEM-EDS、FTIR等分析方法对不同热解温度（300、500和700℃）下制备的桉树叶生物炭进行表征,研究了3种生物炭（BC300、BC500和BC700）对Cd²⁺的吸附特性与机制.结果表明,随温度升高,生物炭产率下降,灰分、pH值和Zeta负电荷量上升,比表面积增大.当Cd²⁺浓度为20mg/L时,平衡时间依次为80min（BC700）<360min（BC500）<540min（BC300）,均符合准二级动力学模型（R²>0.98）,以化学吸附为主.BC300和BC500吸附过程均符合Langmuir和Freundlich模型,BC700更符合Freundlich模型,最大吸附量依次为BC700（94.32mg/g） > BC500（67.07mg/g） > BC300（60.38mg/g）.在Boehm滴定结果分析的基础上,结合FTIR和SEM-EDS,表明生物炭吸附机制主要为静电吸附和官能团络合作用.BC700吸附性能最佳,原因可能是具有较大的比表面积、较多的负电荷量和较为丰富的官能团.     

高温热水解对高含固污泥中磷的形态转化影响

通过正交实验、单因素温度影响实验,利用SMT磷分级提取法研究了高温热水解后高含固污泥中磷的形态转化.结果表明,120℃~160℃的高温热水解可以将高含固污泥中14.80%以上的有机磷转化为无机磷,影响因素对无机磷/总磷的影响大小顺序为：热水解温度 > 热水解时间 > 氧化剂含量 > pH值,随着温度的升高,高含固污泥中无机磷/总磷也从79.13%增加至95.87%;当热水解温度为160℃、时间为40min时,高含固污泥中无机磷含量由原泥的18.30mg/g增至20.49mg/g,无机磷/总磷由80.83%增至96.97%.结果为实现污泥中磷的回收利用奠定基础,同时为“高温热水解+高含固厌氧消化”工艺的优化提供新思路.     

自发热持续高温好氧堆肥碳、氮、腐殖酸变化过程

为了探索超高温自发热好氧污泥堆肥过程中有机碳、氮、腐殖酸变化过程,以1m³小堆体好氧堆肥的形式进行了深入研究.结果表明：水溶性COD从23.18mg/g增大到47.49mg/g,然后逐渐减少至30.67mg/g.总有机碳和TN在前7d减量最多,分别从207.45mg/g,45.40mg/g降到157.86mg/g,38.23mg/g,并在第35d趋于稳定.NH₄⁺-N从9.89mg/g逐渐增加到14.04mg/g,堆肥过程中NO₂^--N,NO₃^--N含量极低,总含量低于0.07mg/g,不足TN的0.2%.TN损失达82.87%,主要通过氨气挥发的途径.腐殖酸含量前7d从115.12mg/g迅速上升至214.11mg/g,第21d缓慢下降至154.47mg/g,趋于稳定.腐殖度E4/E6在3.49~4.23范围内变化,总体呈上升趋势,不适用于本工艺腐熟判定.     

2450MHz电磁波污泥脱水过程中的温度效应

采用2450MHz电磁波进行污泥脱水,研究电磁波加载过程中污泥温度变化对于剩余污泥性质和溶出效应的影响.研究发现,经电磁波加载后,污泥的容积指数（SVI）随着温度的升高而降低,在温度为80℃时由原泥的130.73mL/g降至最低值95.25mL/g,污泥沉降性能得到改善;经电磁波加载后,污泥离心含水率也随着温度的升高持续降低,最低降到80℃时的93.52%;污泥的毛细吸水时间（CST）在60℃时由原泥的29.4s降至最低值23.2s,污泥比阻（SRF）始终高于初始值,说明电磁波的加载一定程度上可以改善剩余污泥的离心脱水和板框压滤脱水效果,但不利于剩余污泥的真空抽滤.在电磁波加载过程中,检测污泥胞外聚合物（EPS）及上清液中可溶性化学需氧量（SCOD）的含量,发现污泥温度升高有利于污泥胞内物质的溶出.在80℃时,污泥上清液中SCOD含量由初始的124.1mg/L增大到883.4mg/L;同时也发现,温度高于60℃后,污泥中微生物细胞破壁更明显,污泥EPS含量随之发生变化,对污泥脱水性能的影响更加显著.     

主流条件下两级式PN-ANAMMOX工艺的高效能脱氮过程

中低温条件下采用两级式PN-ANAMMOX工艺对低浓度NH_4~+-N(50 mg·L~(-1))污水进行高效脱氮过程研究.结果表明,20~14℃范围内PN-ANAMMOX工艺的脱氮负荷和TN去除率可分别维持在0.6 kg·(m~3·d)~(-1)和80%以上;两级式PN-ANAMMOX工艺在限NO_2~--N和限NH_4~+-N两种模式下均可保持稳定运行,其中限NH_4~+-N运行模式为污水极限脱氮需求奠定了良好基础.当温度降至12℃时,PN-ANAMMOX工艺的脱氮负荷下降至0.5 kg·(m~3·d)~(-1)左右,低温使得ANAMMOX反应成为工艺脱氮的限速步骤而对PN无明显影响.ANAMMOX污泥比PN颗粒污泥具有更高的温度敏感性,二者活性的温度系数分别为1.056和1.172.综上可知,对于低温条件下运行的两级式PN-ANAMMOX工艺,ANAMMOX菌体数量及活性是决定工艺脱氮负荷的步骤,而PN出水中基质组成(即NO_2~--N/NH_4~+-N之比和NO_3~--N浓度)是控制工艺脱氮效果的环节.基于上述结果,提出两级式PN-ANAMMOX工艺主流条件下实现高效能脱氮的分级分离式调控策略.     

抚仙湖硅藻群落的时空变化特征及其与水环境的关系

抚仙湖是我国重要的深水型淡水湖泊且水体水质总体处于I类水平,近年来在流域开发、全球变暖等影响下其生态环境功能呈现退化的趋势,需要对湖泊生物的群落组成、分布模式及其驱动因子进行系统评价.本研究于2015年选取抚仙湖的南、中、北湖区共3个采样点开展了表层水体硅藻群落和水环境特征的逐月分析.样品中共发现硅藻31个属、166个种且以浮游类型为主,其中云南特有硅藻种Cyclotella rhomboideo-elliptica基本消失.硅藻群落结构的逐月变化在3个采样点中均呈现明显的季节演替特征,其中1、2月优势种主要为Fragilaria crotonensis,3月优势种为Aulacoseira granulata,4月C.ocellata与F.crotonensis同为优势种,而在其余月硅藻群落结构较为单一且优势物种皆为C.ocellata(相对丰度占~80%).而空间尺度上,硅藻优势属种分布和群落结构具有较高的一致性.主成分分析显示,不同湖区的硅藻群落结构组成和水体环境在时间尺度上存在较大差异,而在空间尺度上差异较小;冗余分析和变差分解等分析结果进一步表明,影响群落结构时空变化的主要驱动因子是气象与物理因子(包括水温、风速和透明度),共解释了硅藻群落变率的27.6%,表明了该深水湖泊水体热力分层的厚度与持续时间是影响硅藻群落构建的重要过程.同时,湖泊营养水平与水体离子浓度也对硅藻群落结构产生了明显影响,分别解释了硅藻群落变率的21.2%和9.4%.因此,持续的区域变暖和流域开发明显影响了抚仙湖的生物群落构建与生态系统健康,对抚仙湖的生态保护不仅需要控制营养盐等流域污染物的输入,同时应该积极应对气候变化的长期影响.     

降水稳定同位素比率时间变化的iAWBM模拟

进行降水中稳定同位素比率时间变化的i AWBM模拟和比较,有助于评估模式在不同区域的适用性,改善对水循环过程中水稳定同位素变化规律的认识.本文利用i AWBM的模拟数据,分析了GNIP代表站降水中δ18O的时间变化特征、降水中δ18O与温度和降水量之间的关系、区域大气水线,并将模拟结果与实测结果进行了比较.结果表明,9个GNIP代表站的降水同位素在不同季节的变化特点均能被模拟出;各代表站模拟与实测的降水同位素长时间序列之间的相关系数达到显著的信度(p0.001),均方根误差在一个合理的估计范围;i AWBM很好地再现了出现在维也纳、雅库茨克和渥太华站的显著温度效应,出现在香港、波哥大、昆明、哈拉雷和拉罗汤加岛站的降水量效应,以及出现在曼谷站的温度效应和降水量效应共存的特点;模拟的不同气候条件下的区域大气水线与实际大气水线相近.说明i AWBM具有模拟不同气候区降水中稳定同位素时间变化的能力.     

复配表面活性剂APG/SDBS对菲、芘的增溶特性

研究了烷基糖苷(Alkyl Polyglycoside,APG)和十二烷基苯磺酸钠(Sodium Dodecyl Benzene Sulfonate,SDBS)混合体系的不同复配比α(α=C_(SDBS)/C_总)、pH和温度(T)对菲和芘的溶解行为的影响.结果表明,当α=0.4时,复配体系具有最小的表面张力(γ)和临界胶束浓度(Critical Micelle Concentration,CMC),且菲、芘的表观溶解度(Sw)、增溶倍数(Sw/S*,S*为菲或芘在纯水中的溶解度)和摩尔增溶比(Molar Solubilization Ratio,MSR)均达到最大值.菲、芘的Sw随pH增加先增加后缓慢降低,pH=9时达到最大.随温度的升高,菲、芘的Sw逐渐增加,当T≥40℃时,增加变缓;因此,该复配体系的最佳反应条件为α=0.4、T=40℃、pH=9.本研究可为多环芳烃(PAHs)污染土壤的淋洗修复提供科学依据.