模拟盐度变化对人工湿地脱氮除磷效果的影响

为探究人工湿地处理含盐生活废水的可行性,本研究构建了小尺度的人工湿地模拟系统,比较了不同盐度(0.0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)下人工湿地芦苇的生长情况以及几种典型污染物的去除效果。结果表明:①盐度对人工湿地中芦苇生长的影响表现出"低盐促进"、"高盐抑制"的特点,在0.5%进水盐度下,芦苇有最高株高1.22 m和最大基径0.48cm;②人工湿地对COD的去除率总体表现为随盐度的升高先升高后降低,在盐度为0.5%时,COD去除率达到最高84.86%;③当进水盐度为0.5%时,人工湿地对氮磷的去除几乎没有受到盐度的抑制;当进水盐度高于1.0%,随着盐度的升高,TN(总氮)、NH_4~+-N、NO_3~–-N、TP(总磷)的去除率均显著降低(P0.05),在2.0%盐度下分别下降到了44.40%、58.89%、49.23%、49.49%,相较0.0%盐度时分别降低了38.5%、23.4%、23.8%、19.2%。④不同污染物受盐分抑制程度不同,氮比磷更容易受到盐分的抑制,NH_4~+-N比NO_3~–-N更容易受到盐分的抑制。     

水稻根尖细胞原生质膜表面电势对不同氮形态、 铝和pH的响应

相对于NO_3~--N,NH_4~+-N可以缓解植物铝毒害,但其机制还不清楚。铝在细胞膜表面的吸附量受细胞膜表面电势影响,直接影响到铝毒害。本文采用酶解法提取水稻根尖原生质体,研究了原生质膜表面zeta(ξ)电势对NH_4~+N、NO_3~--N、铝和pH的响应。结果表明,不管是否加铝,NH_4~+-N和NO_3~--N本身并不显著影响原生质膜表面ξ电势,但是加铝和降低pH均可以去极化原生质膜表面ξ电势。水稻吸收NH_4~+-N一般降低生长介质pH,吸收NO_3~--N升高生长介质pH。因此,NH_4~+-N缓解水稻铝毒的原因,不是因为NH_4~+-N本身去极化了细胞膜表面电势,而是因为水稻吸收NH_4~+-N降低了介质pH,去极化了细胞膜表面电势,从而可能降低了铝在水稻根尖表面的吸附。     

2种植物浮床对含抗生素养殖废水的净化效果

[目的]探讨湿地植物种类、浮床覆盖面积和处理时间3个因素对含抗生素养殖废水净化效果的影响,为高效利用湿地植物浮床技术去除养殖废水中的传统污染物和抗生素提供依据。[方法]分别利用巴拉草(Brachiaria mutica)和短叶茳芏(Cyperus malaccensis Lam. var.brevifolius)构建了植物浮床,每种植物浮床设置了20%,40%,60%这3个水面覆盖面积,监测了植物浮床在不同处理时间对养殖废水中的化学需氧量(COD)、氮磷和磺胺嘧啶的净化效果。[结果]各处理水质各指标随着运行时间持续变好:pH值变中性;溶解氧(DO)含量增加;氧化还原电位(ORP)上升;COD,氨氮(NH_3-N),总氮(TN),总磷(TP)和抗生素磺胺嘧啶(SDZ)浓度持续降低;不同植物种类对水体pH值和ORP值,DO和COD的含量无显著影响,但显著影响水体营养盐的去除;巴拉草浮床对水体中NH_3-N,TN和TP的去除效果优于短叶茳芏浮床;两种植物对SDZ的去除效率相当;总体上,60%的覆盖面积更加有利于水体中污染物的去除,但不利于DO扩散。[结论] 60%覆盖面积的巴拉草浮床,在运行47 d时,去除养殖废水中COD(88%),NH_3-N(97%),TN(89%),TP(94%)和SDZ(43%)的效果最好。     

降雨量对洱海流域稻季氮磷湿沉降通量及浓度的影响

为了探究洱海流域稻季氮磷湿沉降规律,于2016及2017年稻季在大理洱海流域收集湿沉降样品,分析样品中总磷(total phosphorus,TP)、总氮(total nitrogen,TN)、NO_3~--N、NH_4~+-N等指标及其变化规律。结果表明,TN、TP湿沉降通量主要受降雨量支配,2016与2017年稻季单次降水TN、TP湿沉降通量与降雨量均呈极显著的线性正相关关系。TN、TP湿沉降浓度总体上随降雨量的增大而减小,同时与是否发生连续降雨及是否大规模施肥有关。以2017稻季氮素湿沉降为例,2017年稻季NH_4~+-N和NO_3~--N湿沉降对TN的占比分别为53.1%和20.6%,湿沉降以NH_4~+-N为主。可溶性无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN)对TN的占比随着降雨量的增大而减小,随着连续降雨的延续而增大。2016及2017年稻季湿沉降TN质量浓度分别为0.87~4.03和0.90~6.85 mg/L,均远大于湖泊富营养化阀值,对洱海水生生态系统产生不利影响。     

祁连山哈溪林区移植前后土壤氮对比研究

研究不同海拔梯度森林土壤氮的分布特征,对于合理利用森林资源、改善森林的生态功能都有重要意义。采用封顶埋管法,对祁连山东段哈溪林区不同海拔梯度和不同植被类型的土壤氮进行了研究。结果表明:(1)海拔2 650m青海云杉林土壤的初始TN,NH_4~+-N和NO_3~--N含量均最低,海拔2 950 m青海云杉林土壤的初始TN,NH_4~+-N和NO_3~--N含量均最高;各海拔梯度青海云杉林土壤经培养后,其TN,NH_4~+-N和NO_3~--N含量均减小。(2)就不同植被类型而言,青海云杉林土壤TN,NH_4~+-N和NO_3~--N含量均最高,草地和灌丛土壤TN,NH_4~+-N和NO_3~--N含量较低,且二者差异不大。草地和灌丛土壤培养后TN和NH_4~+-N含量显著升高,NO_3~--N含量变化不大。(3)某一海拔青海云杉林土壤移植到其他海拔青海云杉林培养后,土壤TN,NH_4~+-N和NO_3~--N含量变化不大;不同植被类型之间土壤相互移植培养后,土壤TN,NH_4~+-N和NO_3~--N含量变化明显,不同植被类型对土壤氮的含量差异显著。     

Fe2O3-TiO2/UV/O3+PSAF协同处理猪场废水效果及其除碳脱氮机制

为实现低碳高氨氮猪场废水深度除碳脱氮,该研究提出了 Fe_2O_3-TiO_2/UV/O_3+PSAF组合处理工艺技术。应用响应面法确立了组合工艺的最优工况条件,采用三维荧光和紫外-可见吸收光谱分析了有机物的荧光和分子结构变化特征,并结合碳、氮形态变化探明了其协同处理特性及除碳脱氮机制。结果表明,Fe_2O_3-TiO_2投加量为1.06 g/L、O_3流量为3.02 g/h、曝气时间为90.75 min、聚硅酸铝铁(PSAF)用量为833.29 mg/L,COD及NH_(3-)N去除效果最好,试验值与预测值偏差0.75%和0.56%,拟合性良好;组合工艺对猪场废水中的溶解性微生物代谢产物和类腐殖质处理效果显著,溶解性有机碳和总溶解性氮去除率分别达77.7%和82.6%,协同因子分别为1.11和1.50。其中,Fe_2O_(3-)TiO_2/UV/O_3对类腐殖质削减效果显著,O_3和·OH协同氧化类腐殖质、NH_3-N为小分子物质、NO_3~--N和N_2 (N_2转化率达39.71%),提高了富氧官能团的数量,促进了氮素的转化和矿化,利于PSAF对小分子物质和NO_3~--N等污染物的去除,组合工艺协同互补作用明显。研究结果为深度处理低碳高氨氮有机废水提供一种新思路。     

膜孔直径对浑水膜孔灌土壤水氮运移特性的影响

通过对西安粉壤土进行4种膜孔直径(6,8,10,12cm)的浑水膜孔肥液自由入渗室内试验,观测并分析了湿润锋运移距离、累积入渗量、湿润体内水分分布以及NO_3~--N和NH_4~+-N运移特性的变化规律。结果表明:膜孔直径对浑水膜孔灌土壤水氮运移特性具有较为显著的影响。不同膜孔直径的浑水膜孔灌肥液自由入渗累积入渗量符合Philip入渗模型;湿润锋运移距离与入渗时间呈极显著的幂函数关系;在相同的入渗时间内,膜孔直径越大,湿润锋运移距离越大,单位膜孔面积累积入渗量越小,同一位置处土壤NO_3~--N和NH_4~+-N含量越大。入渗400min内,在膜孔中心附近区域NO_3~--N和NH_4~+-N含量较高,湿润体内土壤NO_3~--N主要集中分布在距膜孔中心15cm范围内,而NH_4~+-N主要集中分布在距膜孔中心8cm范围内。     

外源性NH_4~+和NO_3~-输入对亚热带人工林土壤N_2O排放的影响

中国亚热带人工林处于全球氮沉降高值区,土壤氮素相对富集,土壤氧化亚氮(N_2O)产生与排放对外源性氮素输入响应敏感。然而,现有氮沉降模拟控制实验多采用单一氮肥类型,没有原位区分氧化态氮与还原态氮素影响的差异。以千烟洲亚热带湿地松林为研究对象,增氮控制实验采用随机区组设计,包括2种形态(NO_3~-、NH_4~+)和3个施氮水平(0、40、120 kg hm~(-2) a~(-1))。利用静态箱—气相色谱法高频(8次月~(-1))测定土壤N_2O净交换通量以及温度、水分、溶解性氮含量等相关环境变量,分析土壤N_2O通量对外源性氮素输入的响应特征及主控因子。结果表明:施氮不影响亚热带人工林土壤温度和水分,显著增加了土壤NO_3~--N、NH_4~+-N和总溶解性氮(TDN)的含量,对溶解性有机氮(DON)含量无显著影响。施氮显著促进亚热带人工林土壤N_2O排放,增幅为378%~847%,施加NH4Cl的促进效应显著高于Na NO_3。土壤N_2O通量与10 cm土壤温度、10 cm土壤体积含水量呈正相关,土壤N_2O通量的变化量与土壤无机氮含量的变化量呈正相关。上述研究结果表明,虽然水热因子驱动着亚热带人工林土壤N_2O的排放,但是氮素富集条件下土壤N_2O的增加主要由底物可利用性的变化所致,并且还原态NH_4~+的促进效应显著高于氧化态NO_3~-。     

牡蛎壳作生物滞留填料对城市地表径流污染物去除效果研究

选择磷吸附性能最强的牡蛎壳作为填料,在实验室构建3个生物滞留模拟装置(A柱:养殖牡蛎壳;B柱:海滩牡蛎壳;C柱:养殖牡蛎壳存在淹没区),采用道路径流模拟配水作为进水,研究牡蛎壳作为填料对青岛市城市径流常见污染物氮磷及COD的处理效果,并对各污染物去除机理进行探讨。结果表明:3种牡蛎壳填料的生物滞留设施对总磷的去除效果最好,在进水磷浓度为0.57～1.83 mg/L条件下,无淹没区装置平均去除率为96.12%,存在淹没区的装置平均去除率为91.02%。养殖牡蛎壳与海滩牡蛎壳对磷的去除效果并无明显差异,淹没区不利于磷的去除。在前期进水过程中(前5次进水)3个模拟装置氨氮(NH_4~+)的出水浓度高于进水浓度,延长落干期后,装置的NH_4~+去除率均上升,B柱NH_4~+平均去除率(58.83%)相对于A柱(48.77%)及C柱(53.06%)更高,有无淹没区对NH_4~+去除并无明显影响。由于填料中有机物的渗沥,首次进水出现严重COD淋出,在随后的进水过程中,COD去除效果迅速上升并稳定,3个模拟柱去除率分别为50.34%,23.47%和47.75%。由于反硝化作用受阻,对硝氮(NO_3~-)的去除效果不佳。整体看来,养殖牡蛎壳可以应用于青岛市生物滞留设施的填料,为加强滞留设施NO_3~-的去除效果,还需要采用强化脱氮措施。     

几种植物去除污染水体中养分效果研究

对城市尾水和人工模拟富营养化水体进行了静态培养试验.通过比较不同植物对城市尾水中氮、磷去除效果,以及它们在不同磷浓度条件下对不同形态氮素去除效果研究,目的在于筛选出适合治理富养分污染水体的植物品种.研究结果表明,空心菜(Ipomiea aquatica)、酸模(Rumex acetosa)、莎草(Cyperus glomeratus)3种植物都能很好地吸收尾水中的营养物质,且生长状况良好.经3种植物处理的城市尾水,其氮、磷浓度随水培时间的增加而降低.莎草、酸模对污水中TN的去除率达90%以上,其中莎草最高,达93.4%;空心菜对全磷的去除率最高达76.9%.NH_4~+-N在处理前期变化显著,且莎草的净化效果最好达94.4%;污水中NO_3~--N含量随着水培时间的增加而逐渐下降,但在试验后期NO_3~--N又有所增加.酸模去除NO_3~--N效果最好,达65.4%.另外3种植物对NH4+-N和NO_3~--N都具有一定的吸收作用,并且优先吸收NH_4~+-N.且从对于NH_4~+-N和NO_3~--N净化效果看,莎草>酸模>空心菜.     

稻谷壳制备石墨烯纳米片及结构表征

为了充分利用南方丰富的稻谷壳资源,制备附加值较高的石墨烯纳米材料。该文采用稻谷壳可再生资源经高温炭化、过筛、透析等工艺等制备活性炭,将其在高纯氩保护下高温催化石墨化后制备的石墨微晶作为石墨烯的新型碳源。应用具有较大离子半径的硫酸根离子(0.295 nm)为插层剂预处理该石墨微晶,经水热及微波工艺制备石墨烯纳米片。采用透射电镜、扫描电镜、原子力显微镜、红外光谱、拉曼光谱及X射线衍射(X-ray diffraction spectroscopy,XRD)等技术对样品进行了形貌、结构和谱学等表征。原子力图表明,该石墨烯纳米片厚度范围为0.8~1.75 nm,为单层或双层石墨烯;由红外光谱可以观察到1 550 cm-1左右的石墨烯特征碳碳双键骨架振动峰。但未观察到传统Hummers氧化及水合肼法常出现,与石墨烯氧化后缺陷度有关的3 000~3 600 cm-1之间峰及1 250 cm-1左右振动峰。XRD数据显示所制备材料在24.7°亦具有石墨烯特征峰。拉曼光谱分析则显示,该方法所制备材料的与石墨烯层数相关的2D峰峰高接近G带的2倍,而与石墨烯缺陷度有关的D带峰峰高较小。该方法可成功制备单层或双层石墨烯纳米片,研究结果为高效制备基于稻谷壳可再生资源的石墨烯开辟了一条新路。     

活性炭催化生物质与低密度聚乙烯共热解

为探究生物质主要组分与聚烯烃塑料在活性炭共催化热解过程的相互作用机理,该研究采用磷酸活化法制备了活性炭催化剂,利用固定床反应器对纤维素、木聚糖、木质素、花旗松单独催化热解及其与低密度聚乙烯共催化热解产物的产率及组成进行了分析。结果表明,活性炭催化纤维素和木聚糖单独热解的主要产物为呋喃类物质,其质量分数分别为78.6%和83.2%;而活性炭催化木质素热解的主要产物为简单酚类物质（86.6%）。与理论计算值相比,四种混合物共催化热解所得液体产率降低了8.7%～11.4%,气体产率提高了22.6%～64.0%;液体产物中芳烃和轻质脂肪烃（C9～C16）的质量分数增加而氧化物的质量分数降低;气体产物中H2的体积分数有所增加而CO和CO2的体积分数明显降低。活性炭催化剂作用下,生物质三组分与低密度聚乙烯之间相互作用的影响程度有所不同。     

油茶壳热解产物特性及热解炭制备活性炭工艺优化

为了探究热解终温对油茶壳热解产物特性的影响,实现油茶壳热解多联产产物的有效利用,该文研究了油茶壳300～700℃热解过程中气、液、固的得率,特性和能量分布规律,讨论了油茶壳热解炭制备活性炭的工艺条件。研究表明,随着热解终温的升高,生物质炭得率下降,不可凝气体得率上升,生物质油得率则呈现先上升后下降的变化趋势。生物质炭的能量产率高达47.21%～81.59%,是油茶壳热解的主要产物,随着热解终温的升高,其固定碳含量增大,BET比表面积先增加后减小,在600℃达到最高值278 m2/g。油茶壳活性炭制备的最佳工艺条件活化温度850℃,活化时间1.5 h,水蒸气用量与炭的比2.0,此条件下的活性炭得率为37.47%,碘吸附值为825 mg/g,BET比表面积为736 m2/g。该研究为油茶壳热解多联产工艺及产物的综合有效利用提供参考依据。     

Effect of biochar soil-amendments on Allium porrum growth and arbuscular mycorrhizal fungus colonization

Application of biochar to soil to achieve any number of goals should also consider unintended effects upon soil biology, including symbioses such as arbuscular mycorrhizas. We conducted an experiment to examine the interaction of biochar addition and arbuscular mycorrhizal (AM) fungus inoculation upon growth and phosphorus (P) uptake by Allium porrum L. and relate these responses to physicochemical properties of the biochars. A. porrum seedlings were grown with and without Glomus intraradices Schenck & Smith, and either without biochar or in the presence of one of 12 different biochars created by pyrolysis of three biomass feedstocks. Fast pyrolysis biochars greatly reduced colonization of roots by the AM fungus. Among biochars produced by a given pyrolysis method, higher surface areas were accompanied by higher AM fungus colonization. These findings are pertinent in selecting biochars for application to agricultural soils for such purposes as inactivation of pathogenic bacteria while being mindful of potential impacts upon the AM symbiosis.     

活化赤泥催化热解玉米芯木质素制备高值单酚

木质素富含芳香基团,对其催化热解可制取高值单酚,然而木质素热解气组分复杂,易导致单酚收率低及催化剂快速积碳失活,不利于提高经济效益。该研究利用酸溶-碱沉淀耦合焙烧处理方法制备低成本活化赤泥催化材料,研究活化赤泥催化热解玉米芯木质素制取高值单酚化学品的影响规律,同时对玉米芯木质素及活化赤泥催化剂进行结构表征,并对活化赤泥的催化性能及应用潜能进行分析。结果表明:赤泥活化处理过程可显著改善其自身的表面形貌、孔结构和催化性能;相比于木质素常规热解,活化赤泥提升了生物油中苯酚、烷基酚等高值单酚的含量(60.38%);与商业分子筛催化剂相比,低成本活化赤泥可高效制取单酚,且具备较好的循环使用性能,能作为商业介孔分子筛的有效补充;同时赤泥和木质素2种废弃物耦合共处理,具备潜在的经济与生态环境效益。研究成果为赤泥和木质素等固废的资源化利用提供基础参考。     

不同施肥处理对夏玉米产量及活性氧代谢的影响

以2009年建立的肥料定位试验为研究平台,于2013年进行了不同施肥处理对夏玉米产量及活性氧代谢影响的研究。结果表明,氮磷钾均衡施肥对夏玉米籽粒产量有显著的增产作用,产量达到9 299.85 kg/hm2,NPK处理的穗粒数和千粒重最高,NP处理的穗长、穗重与NPK处理没有显著差异;氮能有效地提高玉米穗位叶叶绿素含量和籽粒的灌浆速率;氮对玉米穗位叶过氧化物酶活性的影响最大,氮钾配施能够有效地提高玉米穗位叶超氧化物歧化酶活性,增加穗位叶可溶性蛋白质含量,降低穗位叶丙二醛含量。合理配施氮钾能够有效地提高玉米穗位叶光合效率,延缓叶片衰老,提高玉米籽粒产量。     

活性炭脱除模拟沼气中H2S的动态试验

利用动态试验,以模拟沼气为研究对象,研究了进气中H_2S的浓度、进气流速、吸附剂质量及吸附剂粒径等因素对吸附柱穿透时间及穿透吸附容量的影响。研究结果表明,提高进气中的H_2S浓度和进气流速,增加活性炭的粒径可以有效地缩短穿透时间。当其他试验条件保持不变时,进气中H_2S的体积分数分别为0.0124%和0.0454%时,其对应的穿透容量分别为1.20和1.86 mg/g;进气速度为0.15 L/min时的穿透容量为0.30 L/min时的1.6倍;粒径0.84~2.00 mm时的穿透容量只有0.42~0.84 mm时的58%。因此,提高活性炭对H_2S的穿透吸附容量可以通过提高进气中H_2S的浓度,降低进气速度、减小活性炭的粒径等方法实现。通过Bangham吸附速率方程的模拟可知,未经改性的活性炭对H_2S的吸附行为同样符合Bangham吸附速率方程。该研究可为未改性活性炭沼气脱硫装置的放大和实际应用提供参考。     

活性污泥中细菌对聚丙烯酰胺的生物降解研究

聚丙烯酰胺（Polyacrylamide,PAM）是一类重要的水溶性高分子聚合物,已广泛应用到工农业生产的各个领域和人们的日常生活中。同时,PAM在环境中的残留、迁移和降解对环境的污染也日趋严重,尤其是降解后的单体丙烯酰胺对人类的神经系统有很大的危害。本文从胜利油田的活性污泥中筛选出3株聚丙烯酰胺降解菌,通过比较筛选出一株降解效果较好的菌,命名为AS－2。根据生理生化特性分析,初步鉴定为海球菌属。采用室内培养方法,研究了AS－2对聚丙烯酰胺生物降解的最佳条件。结果表明,当降解时间为5d,pH=8,温度为40℃,碳源为原油,氮源为NaNO3,原油和NaNO3的含量分别为2．5,1．4g·L^-1时,AS-2对聚丙烯酰胺的降解率达到45．23％。通过对聚丙烯酰胺生物降解前后的红外谱图比较,推断出AS-2主要降解了聚丙烯酰胺侧链的酰胺基,将酰胺基降解为羧酸和游离的氡基。用高效液相色谱检测生化后的PAM溶液,未检测出单体丙烯酰胺。     

草酸活化磷矿粉对矿区污染土壤中Cd的钝化效果

通过盆栽莴苣试验,研究施加草酸活化磷矿粉对矿区农田土壤Cd污染钝化修复的效果。结果表明：施加南漳磷矿粉后,供试土壤交换态Cd的含量比对照降低了12.5%～20.3%;施加不同浓度经草酸活化过的南漳磷矿粉后,交换态Cd的含量与对照相比最高降低了39.5%。施加保康磷矿粉后,随着施加量的增加,与对照相比,交换态Cd的含量变化不显著;施加经草酸活化保康磷矿粉,土壤交换态Cd含量比对照最高降低了21.5%。同时,与对照相比,施加南漳磷矿粉后,残渣态Cd含量最大值是对照的2.03倍,施加经草酸活化的南漳磷矿粉后,残渣态Cd含量最大值是对照的2.61倍;施加保康磷矿粉和活化磷矿粉后,残渣态Cd含量与对照也有显著增加。施加磷矿粉和活化磷矿粉可以显著降低莴苣各部分对Cd的吸收,减少Cd在莴苣植株的累积。在施加两种活化磷矿粉后,与对照相比,莴苣地上部分Cd含量分别最多可降低41.4%、59.3%,根部Cd含量最多降低47.7%、55.1%。因此,低品位磷矿粉经草酸活化后施于Cd污染土壤,可以更好地钝化固定土壤中的Cd。     

微波辐照下活性炭载铁催化剂催化热解竹材特性研究

基于活性炭作为催化剂载体及其良好微波吸收性能的优势,该文提出了微波条件下活性炭载铁催化剂催化热解竹材的研究思路,通过对物料升温特性、热解产物特性的研究,揭示催化剂对竹材微波热解的影响规律,为生物质资源化利用提供科学参考。结果表明,活性炭载铁催化剂对竹材微波热解过程有一定影响。催化剂具有良好的微波吸收性能,能够提高竹材升温速率和最高热解温度,当活性组分负载量为7.49%时,最高热解温度高达699.8℃,与纯竹材相比增加了54.38%。活性炭及催化剂的添加提高了气体产率而降低生物油的产率,而且随着活性组分负载量的增加,液体产率逐渐降低,气体产率逐渐增加,热解得到的气体产率最大为69.11%。催化剂对环类化合物开环裂解生成直链类化合物以及合成气(H2+CO)的生成有一定催化作用,活性组分负载量的增加使得这种催化作用得到加强,当活性组分负载量为7.49%时,气体产物中合成气的产率及体积分数分别为17.5 mmol/g和77.24%。