常温厌氧MBR中微生物群落结构与膜污染研究

为考察微生物群落结构与膜污染的关系,在常温下运行厌氧膜生物反应器,并应用末端限制性片段长度多态性分析(T-RFLP)技术,对膜丝表面微生物群落结构变化进行了研究,同时考察了微生物群落结构变化与反应器中溶解性微生物产物(SMP)、胞外聚合物(EPS)的关系.结果表明:在常温状态下膜污染周期约为18d,CODCr的去除率约为93%,运行效果稳定;微生物代谢产物的浓度随着微生物种群的演替呈逐渐升高的趋势,加速了膜污染进程;膜压(pTM)处于缓慢上升期时,膜丝表面微生物优势菌群为Raoultella、Owenweeksia hongkongensis,膜压(pTM)处于稳定上升期时,膜丝表面的优势菌群演替为 Delftia acidovorans、Halothiobacillus neapolitanus,最后当膜压(pTM)处于快速上升期时,bp78的微生物成为了膜丝表面的顶级群落.膜压(pTM)处于缓慢上升期和稳定上升期时,膜压(pTM)与微生物群落结构的多样性呈显著正相关;膜污染进入快速上升期时,膜丝表面出现了顶级群落,此时微生物群落多样性明显降低且与膜压升高呈弱相关;膜丝表面微生物群落均匀度随着膜压(pTM)的升高呈现出先增高后降低的趋势,膜丝表面微生物群落经历了不断附着,相互竞争至顶级群落出现的演替过程.     

太子河河岸带土地利用类型与硅藻群落结构的关系

为了评价河岸带土地利用对河流硅藻群落的影响,于2012年5月对太子河河岸带4种主要土地利用类型(森林用地、森林耕作用地、耕地、城镇建设用地)下38个采样点的硅藻群落和水环境特征进行采样分析. 结果表明:森林用地的指示种为膨大桥弯藻(Cymbella turgida)、优美桥弯藻(C. delicatula)、弧形峨眉藻(Ceratoneis arcus)、Gomphonema trancatum等寡污指示种;耕地的指示种为颗粒直链藻(M. granulate)、库津小环藻(Cyclotella kuetzingiana)、线形菱形藻(N. linearis)、尖布纹藻(Gyrosigma acuminatum)等污染指示种. 聚类分析结果显示,相同土地利用类型区域内,硅藻群落结构特征较为相似. 典范对应分析显示,ρ(COD_Mn)、ρ(SS)(SS为悬浮物)和ρ(TDS)(TDS为总溶解固体)是影响硅藻群落结构特征的主要水环境因子. 不同土地利用类型区域内硅藻群落结构特征差异显著,其中,森林用地内硅藻生物指数(17.98)和硅藻属数量(17.33个)最高,Shannon-Wiener多样性指数(2.22)和Pielou均匀度指数(0.54)最低;耕地内Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数平均值最高,分别为3.37和0.82;城镇建设用地内物种丰富度(11.00)、硅藻生物指数(9.20)和硅藻平均密度(0.71×104 L-1)最低. 研究显示,不同土地利用类型通过对水环境因子的影响进而影响硅藻群落的变化,其中城镇建设用地面积所占比例较高的河流水环境质量和硅藻群落状况最差;太子河河岸带土地利用类型对河流硅藻群落结构影响显著,并表现出明显的空间异质性.      

我国北方农村生活燃煤情况调查、排放估算及政策启示

北方重灰霾频发时段与集中燃煤在冬季高度重合,引发了对农村散煤严重污染的担忧,但缺乏有力的统计数据支持. 2014年9月,在河北保定开展了当地农村生活能源使用情况入村调查,共获得5个村庄中543户家庭的能源使用数据. 结果表明:①保定农村地区散煤、电、液化气的使用覆盖率均很高,分别达到97%、100%和94%,反映了当前农村居民的能源消费更倾向于商业购置;而木柴和秸杆的使用覆盖率则较低,分别为13%和11%,表明传统的依赖于木柴和秸杆的能源方式已发生了根本改变. ②目前煤炭在农村能源结构中仍居主导地位,占近80%(其中散煤占76%,蜂窝煤占2%),其次为电力(10%)、液化气(5%),秸杆和木柴的比例(小于5%)均较低. ③调查估算,保定农村地区在2013年冬季采暖季(2013年11月─2014年3月)散煤用量超过500×104 t,高于《中国能源统计年鉴(2013)》中河北全省2012年农村散煤的用量(467×104 t),表明现有能源统计体系有待进一步完善. ④保定农村地区散煤的烟粉尘(即PM)和SO₂排放量分别为5.4×104和11.2×104 t,均超过了《中国环境统计年报(2013)》中保定的工业废气和城镇生活领域相应的排放量(甚至超过2个领域排放量之和),表明农村散煤燃烧的排放问题确应引起特别关注.由于农村散煤燃烧排放高度较低,其单位排放对空气污染的贡献要远高于高架源排放,因此,建议国家和地方将农村能源结构调整置于当前能源结构调整计划的最优先领域,采取综合措施,消除农村散煤使用的污染排放,这可能是应对当前冬季灰霾问题的关键举措之一.      

Catalytic activity of noble metal nanoparticles toward hydrodechlorination: influence of catalyst electronic structure and nature of adsorption

In this study, stabilized Pd, Pt and Au nanoparticles were successfully prepared in aqueous phase using sodium carboxymethyl cellulose (CMC) as a capping agent. These metal nanoparticles were then tested for catalytic hydrodechlorination toward two classes of organochlorinated compounds (vinyl polychlorides including trichloroethylene (TCE), tetrachloroethylene (PCE), and alkyl polychlorides including 1,1,1-trichloroethane (1,1,1-TCA), and 1,1,1,2-tetrachloroethane (1,1,1,2-TeCA)) to determine the rate-limiting steps and to explore the reaction mechanisms. The surface area normalized reaction rate constant, k_SA, showed a systematic dependence on the electronic structure (the density of states at the Fermi level) of the metals, suggesting that adsorption of organochlorinated reactants on the metal catalyst surfaces is the rate-limiting step for catalytic hydrodechlorination. Hydrodechlorination rates of 1,1,1-TCA and 1,1,1,2-TeCA agreed with the bond strength of the first (weakest) dissociated C-Cl bond, suggesting that C-Cl bond cleavage, which is the first step for dissociative adsorption of the alkyl polychlorides, controlled the catalytic hydrodechlorination rate. However, hydrodechlorination rates of TCE and PCE correlated with the adsorption energies of their molecular (non-dissociative) adsorption on the noble metals rather than with the first C-Cl bond strength, suggesting that molecular adsorption governs the reaction rate for hydrodechlorination of the vinyl polychlorides.     

概率统计在矿井通风系统可靠性评估中的应用

构建一个随机非稳定地下矿山通风系统,此通风系统有三个机组,机组的随机运行状态构成了一个完整的“系统的概率结构”。对此通风系统的运行状态进行概率统计分析,探讨了该随机系统的特征。由此推导出了通风系统故障的平均时间是一个显式的概率表达式。同时,假设系统失效时间和更换时间符合指数分布的情况下,得出计算系统故障平均时间的一个五阶多项式公式。通过验证,证明了系统故障平均时间的大小依赖于系统维修和更换的比率,而且是检验系统可靠性的重要指标,有利于提高矿山安全水平。     

矿山法双线地铁施工仿真及地表沉降数值分析

研究了左右双线矿山法隧道施工时的短期地面沉降。采用矿山法进行双线掘进,两隧道中心距13.2m,V级围岩CRD法进行施工,两侧隧道断面对称开挖。使用FLAC3D进行沉降分析,该软件能模拟地下隧道的掘进、支护和掌子面支护等。针对某地地质特征进行预测,这些特征是决定地面沉降量的关键因素。通过模拟左右双隧道对称掘进施工的暗挖隧道施工过程,得到了施工时的地面沉降规律,即沉降可分为两个阶段,且第一阶段沉降大于第二阶段沉降。最终为在市内建筑物密集区域修建地铁隧道提供安全可行的方法。     

产业结构调整对山东省碳排放的影响

在全球变暖的背景下,山东作为工业大省,碳排放总量居全国第一。因此,如何通过“转方式、调结构”以控制和减少碳排放是山东省日益紧迫的重大课题。论文采用LMDI分解方法定量分析了1994-2010 年山东省产业结构调整对碳排放的影响,并在此基础上结合LEAP模型预测2030 年之前的产业结构调整对山东碳排放的贡献。得出以下结论：①1994-2010 年产业结构效应为351.39×10⁴ t 标煤,对碳排放增长的贡献度为3.91%;②工业比重上升或下降1 个百分点所对应的CO₂排放量增加或减少78.6×10⁴～83.7×10⁴ t 标煤;③在基准情景和低碳情景下,到2030 年未来产业结构的调整对CO₂ 排放增长的贡献率分别约为-5.3%和-10.4%。这表明,与此前产业结构变动导致碳排放量增加的情形相反,未来产业结构的调整有助于减少碳排放。     

不同电子受体除磷污泥相似性与菌群结构研究

分别以硝酸盐、亚硝酸盐、氧气为电子受体,采用3组SBR反应器培养除磷污泥,连续126d的稳定运行表明:以硝酸盐、亚硝酸盐、氧气为电子受体除磷污泥对TP平均去除率分别为84.8%, 78.7%, 87.4%,出水TP平均浓度分别为0.758, 0.931, 0.632mg/L.采用高通量测序技术对不同电子受体除磷污泥的相似性与菌群结构进行了研究,结果表明,以硝酸盐,亚硝酸盐为电子受体的反硝化除磷污泥具有近似的菌群结构,与好氧除磷污泥菌群结构差异较大.基于各样品主导OTUs序列的系统发育关系及其比例的分布,主导微生物主要可以分为5个簇.通过序列比对,在97%的序列相似度条件下,种泥中聚磷菌与聚糖菌序列比例为0.716%与0.368%,以硝酸盐、亚硝酸盐、氧气为电子受体除磷污泥中聚磷菌与聚糖菌序列比例分别为1.78%, 2.53%, 4.80%与1.44%, 1.32%, 30.9%,厌氧-缺氧条件有利于抑制聚糖菌.亚硝酸盐为反硝化除磷污泥电子受体时潜在公共卫生安全隐患.     

腐殖质的光化学降解及其对环境污染物环境行为的影响

腐殖质是地表环境中最重要的有机组分,也是生态环境中最主要的吸光物质之一,对环境污染物的形态、迁移、毒性和生物可利用性有着重要的影响。文章综述了腐殖质的结构特征和光化学降解反应过程和机理,指出腐殖质的光敏化和光化学降解过程对环境污染物的环境行为和归宿有重要的影响。通常,腐殖质的光敏化作用在低质量浓度下,尤其在一定铁离子的协同作用下可促进有机污染物的降解,但高质量浓度的腐殖质由于其本身的吸光作用以及参与自由基的竞争则抑制有机污染物的降解。腐殖质的光化学降解过程降低了环境体系的pH和腐殖质的分子量、破坏了腐殖质的芳环结构、改变了紫外和可见光区域的吸收等,导致其与重金属离子和有机污染物结合能力的下降,造成水体或颗粒态中游离的污染物质量浓度增加,对生态系统将造成更大的危害。目前对腐殖质和环境污染物本身的光化学降解机理已较为清晰,今后应加强对自然水体或土壤系统中腐殖质光化学降解的影响因素,腐殖质光化学降解过程中结构特性的变化机理,以及腐殖质的结构特性与环境污染物结合性质之间的构效关系等方面的研究。特别是随着平流层臭氧空洞的增加,增强了到达地球表面的紫外线强度,研究紫外线增强对腐殖质和有机污染物的降解以及对生态系统的影响可进一步深刻理解太阳光辐射对污染物环境行为和归宿的影响。     

三叶爬山虎叶片解剖结构和光合生理特性对3种生境的响应

藤本植物生活环境的时空变化较为剧烈,为适应异质性生境常表现出较大的可塑性,其形态解剖结构及光合生理特征被认为能很好地体现对异质生境的适应。为了明确藤本植物叶片结构和光合作用对不同生境光强的响应策略,以木质藤本三叶爬山虎（Parthenocissus himalayana）为对象,采用光合仪测定和解剖显微观察的方法研究了哀牢山亚热带湿性常绿阔叶林的林外（全光照）、林缘（遮荫）和林内（荫生）3种自然生境中三叶爬山虎的叶片解剖结构和光合生理特征的变化,以期阐述三叶爬山虎对不同光环境的生态适应能力及策略,为森林生态系统的管理和物种多样性的保护及群落优化配置提供理论依据。结果表明：从林内到林外随着生境光强增加,叶片厚度（157.77～299.17μm）、上表皮厚度（21.30～28.40μm）、栅栏组织厚度（30.83～124.65μm）、栅栏组织细胞面积（430.95～652.97μm2）显著增大（P〈0.01）,栅栏组织细胞长度（29.23～49.54μm）和周长（86.58～155.17μm）、下表皮厚度（16.14～19.01μm）、气孔长度（24.13～27.10μm）和气孔密度（86.20～129.41个·mm-2）呈显著上升趋势（P〈0.05）。栅栏组织细胞宽度（19.67～22.81μm）在3种生境中无显著差异。叶片解剖结构性状的平均可塑性值为0.37,其中最大值是栅栏组织细胞长度（0.67）,最小值是气孔长度（0.11）。光饱和点（201.27～1299.17μmol·m-2·s-1）、光补偿点（3.86～29.88μmol·m-2·s-1）、饱和光强最大光合速率（2.20～12.03μmol·m-2·s-1）、暗呼吸速率（0.17～2.19μmol·m-2·s-1）、CO2补偿点（83.01～237.26μmol·m-2·s-1）、饱和CO2最大净光合速率（2.07～25.49μmol·m-2·s-1）、光呼吸速率（0.36～7.57μmol·m-2·s-1）、初始羧化效率（0.006～0.035μmol·μmol-1）随着生境光强的增高呈上升趋势,而表观量子效率（0.067～0.031μmol·?