基于内置式声发射装置的金刚滚轮磨损在线监测方法

为解决金刚滚轮修整磨损情况难以准确在线判断难题。设计开发了一套内置式声发射在线监测金刚滚轮磨损装置。基于Shannon信息熵理论与小波包模型,提出了一种对金刚滚轮修整声发射信号处理方法。该方法计算每一层小波包系数的信息熵,并根据信息熵变化规律可确定小波包最佳分解层数。然后,利用主成分分析对该小波包分解特征参数进行降维,提取出最能表征金刚滚轮磨损的特征参数。最后,基于该特征参数建立粒子群优化算法支持向量机(particle swarm optimization-support vector machin,PSO-SVM),对金刚滚轮磨损状态进行实验监测研究。结果表明PSO-SVM模型分类精度最高,平均正确率高达95.24%以上,并通过大量实验验证了PSO-SVM的有效性。

螺旋形生物膜载体对微生物及水质净化影响研究

柔性生物膜载体常作为填料悬挂于生态浮床等构筑物下方,为微生物生长提供附着表面。目前柔性生物膜载体对水质净化效果影响研究集中在载体类型和悬挂密度等方面。为进一步提高载体上与水质净化相关的微生物数量,达到提升水质净化效果的目的,该研究通过改变柔性生物膜载体悬挂方式(螺旋式悬挂),并设置高低2种污染负荷进行模拟污染水体研究,研究了不同悬挂方式对柔性生物膜载体挂膜和净化水质效果的影响。结果显示,出水稳定期间高、低2种污染负荷条件下螺旋式悬挂组柔性载体对进水总磷、总氮、氨氮和COD的去除率均大于常规式悬挂组(P<0.05)。相比常规组,螺旋组对这4个指标分别提高了19.4%~30.0%、19.2%~35.7%、18.3%~24.0%和12.0%~15.3%。载体挂膜量及其菌群结构数据显示,螺旋式悬挂可通过改善氧环境以及提高挂膜量显著提升载体生物膜中与氮磷转化相关的微生物数量,并且水质净化效果与氮磷转化相关的微生物数量大小一致。

有机质和低相对分子质量有机酸对沉积物中磷吸附/解吸行为的影响

研究了水体表层沉积物对磷的吸附特性,以及不同有机质和低相对分子质量有机酸含量对沉积物吸附/解吸磷的行为的影响.结果表明:表层沉积物对磷的吸附行为属于Langmuir型,交换态磷、铁结合磷和钙磷含量在吸附过程后都显著增加;有机质对沉积物中磷的释放有明显的促进作用,相对于腐殖酸,蓝藻更容易促进磷的释放,这可能是因为腐殖酸在释放与Fe、Al等阳离子结合的PO43-、SO42-等阴离子的同时,与部分PO43-发生了作用;当低相对分子质量有机酸浓度为0.01 mol/L时,沉积物的磷解吸量最大,由于低分子量有机酸能活化铁结合磷和钙磷从而提高沉积物中磷的可利用性,所以铁结合磷和钙磷含量明显降低.

铜绿微囊藻对DBP和DEHP的富集和降解特性

选择富营养化优势藻———铜绿微囊藻,研究该藻对邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二异辛酯(DE-HP)这两个最常用的邻苯二甲酸酯类化合物(PAEs)的富集和降解动力学过程.实验在250 mL三角瓶中进行,光照度(4 000±100)lx,DBP和DEHP初始浓度均约为0.4 mg/L.研究结果表明,铜绿微囊藻对DBP和DEHP均有较显著的降解作用,降解过程符合一级动力学方程,降解速率常数分别为5.9×10-3和2.0×10-3h-1.铜绿微囊藻中DBP和DEHP浓度均在实验1 h时达最大值,分别为5.85和8.61 mg/g(dw).藻对DBP和DEHP的生物富集因子(BCF)值分别在实验1 h时和12 h时达最大,分别为1.64×104和2.86×104.藻分泌物在DBP和DEHP的富集过程中起着重要的作用.细胞分泌物增加,导致DBP和DEHP的生物可利用性降低,使藻中DBP和DEHP浓度及其BCFs降低.

普通小球藻对DEHP的富集和降解动力学

微藻具有富集和降解有机污染物的能力.邻苯二甲酸二异辛酯(DEHP)是最重要且用量最大的一种酞酸酯类化合物,为此选择普通小球藻,研究它对DEHP的富集和降解动力学.实验在250mL三角瓶中进行,温度为(25±1)℃,光强为(4000±100)lx,DEHP的初始浓度约为0.4mg/L.实验结果表明,普通小球藻对DEHP有较明显的富集与生物降解作用,8d的藻富集率为28.100,藻降解率为25.700,藻对DEHP富集量在0.5h达最大为107.4mg/g(干重),富集系数在6h达最大为3.67×105.藻对DEHP的降解符合一级动力学过程,降解速率常数为0.0021h-1.

普通小球藻与DBP的相互作用

实验结果表明,普通小球藻对邻苯二甲酸二丁酯(DBP)有明显的富集作用,但生物降解作用并不显著,6d的藻富集率和藻降解率分别为42.0%和11.0%。富集量和富集系数在1h达最大,分别为 85.94mg/g.dwc和 4.83 104mL/g。在对实验结果分析的基础上,提出了普通小球藻对DBP的一级降解反应动力学方程:C=1.82e-0.0008t,用此方程计算 DBP浓度与实测值之间的平均相对偏差为1.51%。

郑守仪:有孔虫研究的佼佼者

1956年6月30日,一位文静娴雅的学子怀着激动的心情登上了从菲律宾马尼拉飞往中国香港的航班。后来,她成为中国有孔虫研究的俊夜者,使我国现代有孔虫研究身世界前列。她就是中国科学院院士、中国科学院海洋研究所研究员——郑守仪。

水体中悬浮颗粒物对酞酸酯的吸附和解吸特性

选择水体中的悬浮颗粒物(SPM)———沉积颗粒物和浮游植物颗粒(铜绿微囊藻和普通小球藻),研究它们对邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二异辛酯(DEHP)的吸附和解吸行为.结果表明,SPM对DBP和DEHP的吸附在很短的时间内即可达到平衡,沉积颗粒物约为2h,浮游植物颗粒约为0.5h;SPM对DEHP的吸附能力明显大于DBP;不同SPM对同一种化合物的吸附能力差异较大,这与颗粒物中有机质的类型和结构有关;在实验浓度范围内,SPM对DBP和DEHP的吸附和解吸等温线具有较好的线性关系,解吸过程存在明显的迟滞现象,且沉积颗粒物比浮游植物颗粒物具有明显的迟滞效应,DBP比DEHP具有较大程度的迟滞效应.

不同粒径生物炭和微塑料共存对菲吸附的影响

为研究环境中生物炭和微塑料之间的相互作用对有机污染物吸附产生的影响,选取两种粒径范围[0.85~2.00 mm(L)和0.11~0.18 mm(S)]的小麦秸秆生物炭(BC)和聚乙烯微塑料(PE),对其性质进行表征,并测定了吸附平衡溶液中溶解性有机碳的浓度和组成,研究了其单独和共存时吸附菲的行为。结果表明:同种颗粒物不同粒径间的差异主要体现在总比表面积、孔结构和表面官能团数量;SBC的总比表面积(216.32 m^(2)·g^(-1))约是LBC(2.31 m^(2)·g^(-1))的100倍,而LBC的平均孔径(8.92 nm)约是SBC(2.28 nm)的4倍;SPE的总比表面积(0.17 m^(2)·g^(-1))是LPE(0.07 m^(2)·g^(-1))的2倍多。SBC羟基振动峰(3400 cm^(-1))的强度显著高于LBC;SPE亚甲基振动峰的强度高于LPE。吸附等温线结果显示,颗粒物对菲的吸附均符合Freundlich模型(R2>0.94);单一颗粒物吸附菲能力(lg Kf)的顺序为SBC>SPE>LPE>LBC;当生物炭与聚乙烯微塑料共存时吸附能力强于单一颗粒物,并且高于两相Freundlich模型预测值,说明菲在生物炭与聚乙烯微塑料混合颗粒物上的吸附不是独立的;同时,混合颗粒物吸附平衡溶液中溶解性有机碳的浓度和芳香度明显下降,并且溶解性有机碳浓度与颗粒物的lg Kf显著负相关,说明不同颗粒物对菲的吸附不仅受颗粒物表面性质的影响,还受溶解性有机碳的控制。

pH对五氯酚在水体悬浮颗粒物上吸附行为的影响

研究了pH值 (1.0～ 12 .5 )的变化对五氯酚 (PCP)在水体悬浮颗粒物 (SPM )上吸附行为的影响 .研究结果表明 :在水中可解离的弱酸性有机化合物PCP在SPM上的吸附行为符合Freundich等温线 ;PCP在SPM上的吸附常数受 pH影响很大 ;另外还利用一数学模型描述了pH在 1.0～ 8.9范围内 。

湿地植物种类和生长方式对根际酞酸酯及其单酯代谢物分布特征的影响

选取天津大学校内两个相邻的小型湖泊(青年湖和爱晚湖)为研究对象,研究了湿地植物种类(芦苇和香蒲)和生长方式(单生和混生)对根际酞酸酯(PAEs)及其单酯代谢物(PAMs)分布特征的影响.结果显示:几乎所有的样品中都能检测到酞酸丁二酯(DBP)和酞酸二异辛酯(DEHP)及其单酯代谢物(MBP和MEHP),并且DBP和DEHP的浓度比相应的单酯代谢物高1～2个数量级;沉积物和根样品中DEHP的浓度高于DBP;芦苇和香蒲根对DEHP的富集系数(RCF)大于DBP.当芦苇和香蒲单生时(即青年湖),芦苇根际沉积物中DBP和DEHP浓度≤香蒲根际沉积物的浓度,并且芦苇根的RCF值也小于香蒲.当芦苇和香蒲混生时(即爱晚湖),芦苇根际沉积物中DBP和DEHP浓度<香蒲根际沉积物的浓度,而芦苇根的RCF值≥香蒲根的RCF值,与青年湖中不同.青年湖香蒲根际沉积物中DBP和DEHP的浓度小于爱晚湖,而香蒲根的RCF值与此刚好相反.芦苇根对这两种PAEs的富集没有这种关系,可能是由于这两个湖中芦苇的生长状况不同,与香蒲混生时,芦苇的生长受到抑制.对PAEs的单酯代谢产物分析发现,沉积物中MBP/DBP>MEHP/DEHP.MEHP在根中的浓度多数情况高于MBP,表明MEHP比MBP具有较强的根富集能力.同种植物单生时,根中PAM浓度均≥混生.

六六六在海河沉积物中的自然生物降解

为了解天然水体沉积物中六六六(HCHs)的自然生物降解行为,采集海河沉积物进行了实验室研究.结果表明:HCHs在海河表层沉积物及水/沉积物界面层中的生物降解均符合一级动力学方程,α-HCH、β-HCH、γ-HCH和δ-HCH的生物降解速率常数分别为1.45×10-2～6.02×10-2 d-1、9.8×10-3～3.39×10-2 d-1、2.00×10-2～8.58×10-2 d-1和1.42×10-2～5.40×10-2 d-1;4种HCH异构体的降解顺序为γ-HCH>α-HCH>δ-HCH>β-HCH;厌氧条件下HCHs的降解速率高于好氧条件,温度升高降解速率增大;水/沉积物界面层中HCHs的生物降解速率,除好氧条件下α-HCH和γ-HCH外,均高于表层沉积物.

五氯酚在表面微层水与表层水间的分配行为

利用玻璃板采样器采集并分析天津市南排污河下游至渤海湾入口处水体表面微层（ＳＭ）中五氯酚（ＰＣＰ）的富集系数，然后在实验室中进行了微宇宙模拟实验，初步探讨了富集原因⒚现场监测结果表明：ＰＣＰ在水体表面微层中有一定程度的富集，一般富集系数在１１６～４１１ 之间；其富集可能与悬浮颗粒物在ＳＭ 中的富集、盐度、大气沉降过程等有关，与ＴＯＣ无关⒚实验室研究结果表明：ＰＣＰ在水体表面微层中富集倍数随悬浮颗粒物浓度和盐度增大而提高。

菹草(Potamogeton crispus L.)对酞酸酯污染沉积物的净化作用

酞酸酯是一类典型的内分泌干扰物,在我国城区河湖中污染超标相对严重,且污染呈上升趋势.本文采用根袋法,模拟海河干流水体建立了室内菹草微宇宙,同时设置无菹草微宇宙为对照,研究了沉水植物菹草对沉积物中酞酸二丁酯(DBP)和酞酸二异辛酯(DEHP)的去除作用.实验连续运行27 d.结果表明:系统运行结束时,菹草体内DBP和DEHP含量分别升高了133%和68%;水中,有草组和对照组中DBP的浓度始终低于定量限(8μg/L),而DEHP的浓度则由初始的65μg/L和70μg/L逐渐降低,至第3 d后低于定量限(8μg/L);对照组和有草组非根际沉积物中DBP浓度差异不显著,结束时去除率为32.2%～36.5%,根际沉积物中DBP去除率达50.0%;对照组和非根际沉积物中DEHP浓度差异也不显著,始终在一定范围内波动,结束时去除率为10.3%～11.4%,根际沉积物中DEHP则在第27 d时迅速下降,去除率达80.9%.微生物的结果进一步表明,实验过程中根际土中微生物量明显高于对照组和非根际沉积物,实验后期根际沉积物中微生物群落结构变化较大,这与根际中这两种酞酸酯的去除数据相一致.可见,沉水植物菹草可以通过根际效应有效去除沉积物中酞酸酯类化合物.

黑藻对有机氯农药去除特性研究

水生植物在水体污染修复中所起的作用越来越受到关注。采用室内培养方法,选取常见水生植物黑藻对α-HCH、γ-HCH和p,p′-DDT的去除特性进行了研究。结果表明,黑藻对α-HCH、γ-HCH和p,p′-DDT的降解符合一级反应动力学,降解速率常数分别为0.086、0.103d-1和0.077d-1;α-HCH、γ-HCH和p,p′-DDT在黑藻中的富集系数均显著大于1,顺序为p,p′-DDT>γ-HCH>α-HCH,主要富集在叶中;实验样品中均检出有p,p′-DDT的厌氧降解产物p,p′-DDD生成。

特低渗透油藏CO_2非混相驱井距与产量关系研究

井距是新井井位部署及老井井位调整的关键因素,井距与产量相关;对特低渗透油藏CO_2非混相驱井距与产量关系的研究很少。在经典油气两相渗流理论的基础上,考虑CO_2溶解于原油所产生的降黏作用及油相启动压力梯度,建立了一个一维油气两相渗流数学模型。基于Buckley-Leverett非活塞驱替理论对饱和度方程进行求解,开发了井距计算软件,分析了生产压差、CO_2驱替前缘推进距离百分比、渗透率对井距与产量关系的影响。计算结果显示,产量越大,井距越小,井距变化的幅度也越小。在注气井近井带,油相黏度由1.5 m Pa·s降低到0.4 m Pa·s;在生产井近井带,油相黏度由1.5 m Pa·s降低到0.6 m Pa·s,CO_2对于原油的降黏幅度可以达到70%左右,从注气井到生产井,油相黏度逐渐升高。为特低渗透油藏CO_2非混相驱井距与产量关系研究提供了一种计算方法,绘制了井距与产量随不同参数变化的理论图版,方便油田应用。

有机氯农药在海河干流水体和菹草中的浓度分布

于2008年3月29日—5月25日对海河干流水体和菹草中的有机氯农药（OCPs）——六六六（HCHs）和滴滴涕（DDTs）的分布进行了采样调查.结果表明,水体中ρ（HCHs）和ρ（DDTs）分别为3.95～20.15和6.88～35.23 ng/L,平均值为11.11和15.34ng/L;菹草中w（HCHs）和w（DDTs）分别为2.17～7.82和1.40～22.80 ng/g,平均值分别为4.49和7.79 ng/g,菹草生长旺盛期的w（HCHs）和w（DDTs）最高,其变化主要受水体中ρ（HCHs）和ρ（DDTs）的影响;菹草生长旺盛期HCHs和DDTs的PCF值最高;菹草中HCHs的主要成分为γ-HCH,而水体中为β-HCH;DDT是水体和菹草中DDTs的主要成分,但菹草中DDT的相对含量明显低于水体,与水体相比,DDT在菹草中能进一步被降解,且以好氧降解为主.

天然水中氮素形态对菹草富集和降解DBP作用的影响

菹草是典型的沉水植物,在水体污染修复与生态重建中起重要作用.从海河干流和2个小型景观湖泊采集了4个氮素含量、氮素形态组成不同的水样,利用组培菹草研究了氮素形态对菹草富集和降解邻苯二甲酸二丁酯(DBP)作用的影响.结果表明:海河水中NO3--N为氮的主要形态(59.4%～59.6%),湖泊水中NH4+-N为主要形态(47.7%～67.2%);随着水中NO3--N含量的增加,菹草对DBP的降解速率常数(0.8×10-2～11.7×10-2,d-1)随之增大,植物富集系数(0.94～7.43,L/kg)也相应增大.进一步研究了菹草对水中不同形态氮素的吸收作用及生理指标(叶绿素、可溶性蛋白和硝酸还原酶活性)变化发现,菹草主要吸收利用水中的NO3--N,菹草的生理指标也主要受NO3--N含量的影响;NO3--N含量增加,菹草的生理活性增大.这说明NO3--N含量较高的水中菹草的活性较高,菹草对DBP的富集和降解作用增强.

湖泊水体中HCHs沉降通量及其与浮游植物间响应关系

于2006年跨春夏秋三季对一封闭的小型湖泊水体中颗粒物的沉降通量和浮游植物生物量进行了采样调查,测定了沉降颗粒物中的TOC含量和六六六(HCHs)含量.结果表明,湖水中浮游植物在春末以及秋季密度较大,浮游植物密度、叶绿素含量和总悬浮颗粒物浓度总体变化趋势基本一致,说明水体总悬浮颗粒物浓度与浮游植物生物量密切相关;春季颗粒物沉降通量较大,且与总悬浮颗粒物浓度和叶绿素含量之间存在一定的滞后性,夏季和秋季颗粒物沉降通量保持在一个较低水平;HCHs的沉降通量呈现春季较大的现象,与颗粒TOC沉降通量变化趋势相一致,表明HCHs的沉降主要受颗粒TOC沉降通量的控制.

开放式环境监测课堂教学与实验教学一体化模式

环境监测是环境科学专业的必修基础课,以该课程为改革课程,将课堂教学与实验教学在教学内容及考核方式上彼此渗透,并将环境科学领域的前沿内容充实进来,建立开放式课堂教学与实验教学一体化平台。实践证明,这些改革在增强学生的应用能力、创新能力,提高学生的综合素质方面起到了重要作用。