地质环境中生物标志物 GDGTs 分析技术研究进展

甘油二烷基甘油四醚脂(GDGTs)是一类来自于微生物细胞膜脂的新兴生物标志物,广泛存在于海洋、湖泊、土壤、泥炭等环境。在活体细胞中,GDGTs通常以完整极性膜脂(IPL-GDGTs)的形式存在,而在地质环境中主要以脱去极性头基的核心脂(CL-GDGTs)的形式存在。CL-GDGTs结构稳定、不易降解,并且对环境变化响应敏感,因此被认为是重建古气候-古环境变化的有力工具。GDGTs结构复杂、种类多样,在环境中的含量通常较低且常与其他化合物共存,因此分析难度较高,现有技术和方法在其分离、纯化、定量等方面仍然面临挑战。本文总结了近年来GDGTs在分析技术方面的研究进展,概述了GDGTs的分类与结构,对环境中IPL-GDGTs和CL-GDGTs的分离、纯化等方法进行总结和比较,其中CL-GDGTs可选择多种提取方法,而极性较强、热稳定性较差的IPL-GDGTs应尽量选取Bligh-Dyer提取法。普通的分离、纯化通常采用柱层析法,而涉及GDGTs单体分离时,一般采用制备液相色谱法。液相色谱-质谱、核磁共振波谱、气相色谱-同位素比值质谱是GDGTs含量测定、结构鉴定、同位素分析的主要分析手段。本文评述了现有方法的特点和不足,并在此基础上,提出了GDGTs分析技术的发展方向,以期为地质环境中GDGTs的分析研究提供启示和参考。

漂浮植被作用下水流纵向流速的垂向分布及离散特性研究

为探究漂浮植被影响下明渠水流流速及纵向离散系数的沿程变化特性,采用Fluent软件中的k-ε模型进行三维数值模拟并与水槽试验结果进行对比分析,在模型验证合理的基础上,对漂浮植被不同根系下探深度及覆盖率下水流纵向时均流速的垂向分布特性进行研究,并基于改进的分区模型分析了含漂浮植被明渠的纵向离散系数。结果表明:漂浮植被水流垂向上可分为含植被水流层、无植被水流层与近河床层。纵向流速最大值出现在无植被水流层,其大小与植被下探深度及覆盖率呈正相关。含植被水流层的纵向流速随植被根系下探深度和覆盖率的增加而减小,无植被水流层及近河床层的纵向流速随着下探深度和覆盖率的增大而增大,且植被覆盖率及下探深度越大含植被水流层与无植被水流层的流速差异越大。纵向离散系数沿程表现出先增大后减小的趋势,在植被区中下游离散最为剧烈,且与植被下探深度和覆盖率呈正相关。

网格尺度对三维水动力模型模拟滨海地区潮流特性影响的数值分析

构建了三门湾三维水动力模型,将计算结果与实测资料进行对比分析后设置了不同的网格尺度,对三个断面和四个典型点的潮流特性进行了分析。结果表明:当研究水域为港汊较多、地形复杂的海湾时,数值模拟计算值的相对偏差会随着网格尺度增大而增大,当网格尺度增大到一定值时,相对偏差会由于多种误差的正负累积而趋于稳定。地形是影响潮流计算的关键因素,在地形变化剧烈和水深较小的潮间带水域的潮差和流速值相对变化较大,在水深较大的平坦区域则几乎不受网格尺度的影响;流向对网格尺度的敏感程度较低,与网格尺度无明显关系;水平涡粘系数与网格面积呈正相关,且网格面积对流速变形率Sij较大处影响较大。综合分析,在进行潮流计算时,需要在地形复杂的岸边、水深较小的潮间带以及岛屿间进行网格的加密处理,考虑计算时间、模型计算的稳定收敛以及计算值的精确度等因素,确定合适的计算网格尺度,使得计算结果满足精度要求。

某泵站前池改造工程三维水动力数值模拟研究

某泵站因水源泥沙含量较多,现状采用圆形集水池进水,因其空间较小导致运行时池内水流流态较紊乱,易引发泵站机组汽蚀破坏的问题。为此,以三维水动力数值模拟为主要手段,采用RNGκ-ε紊流模型,模拟了改造前后泵站内的水流流态,对比分析了不同改造方案下泵站前池和进水管内不同位置处的水动力特性。结果表明,将圆形集水池改造为整体式矩形泵站前池,并将现状分水渠与前池连接处的孔口出流改为明渠出流,可显著改善池内水流流态;三种前池布置优化方案对流速大小、流速旋角及均匀程度的改善幅度接近;截面平均流速和进水管口处流速旋角等指标可对泵站前池方案比选进行定量评价。

口上水库泄流特性三维数值模拟研究

为研究口上水库表孔、底孔泄流问题,采用标准k-ε模型和VOF法建立三维数学模型,利用Fluent软件对泄流流场进行模拟计算,得到设计和校核水位条件下各孔泄流能力、沿程水面高程及挑距,并与模型试验数据和理论分析结果进行对比分析,三者吻合较好。表明采用Fluent软件结合VOF法研究表、底孔泄流的水力特性是可行的,可为同类工程提供一定参考。

在线固相萃取-高效液相色谱-高分辨质谱法测定植物中11种水溶性有机酸

采用在线固相萃取-高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱高分辨质谱建立植物中11种水溶性有机酸(乳酸、富马酸、琥珀酸、苹果酸、酒石酸、香豆酸、没食子酸、柠檬酸、香草酸、阿魏酸、新绿原酸)的分析方法。样品经匀浆、超声、过滤、稀释后,经在线Oasis MAX柱(20 mm×2.1 mm,30μm)富集净化,采用BEH C18AX色谱柱(100 mm×2.1 mm,1.7μm)分离,以含10 mmol/L甲酸铵的0.9%甲酸和0.9%甲酸-乙腈为流动相,梯度洗脱。在负离子扫描模式下,以Full MS/dd-MS2模式进行分析,内标法定量。结果表明,11种有机酸可在9 min内完成分离分析,各组分的精确质量数偏差小于5.00×10^(-6),在1~100μg/L质量浓度范围内线性关系良好,相关系数(R^(2))大于0.999,方法检出限为0.1~3.2μg/kg,定量限为0.3~9.6μg/kg。以芡实和小白菜为基质样品,在2个不同加标水平下,11种有机酸的平均添加回收率分别为92.2%~111%和94.2%~110%,日内相对标准偏差分别为1.4%~4.9%和0.8%~5.6%。所建方法简便、快速、准确、可靠,已应用于8种植物(白萝卜、胡萝卜、土豆、小白菜、香蕉、鸭梨、葡萄、芡实)中有机酸含量的分析,可以作为快速分析植物中水溶性有机酸的新方法。

齿墩长度对齿墩式内消能工水力特性影响的数值分析

为了探究齿墩长度对齿墩式内消能工水力特性的影响,使用Fluent软件中的k–ε数学模型进行数值模拟,并和前期物理模型试验的结果进行比对,验证了模型的准确性,进而对7种不同齿墩相对长度(相对长度η为齿墩长度l与管道内直径D之比)的内消能工的中心轴流速、时均压强、过流能力、消能率、紊动能和流场等进行了分析。结果表明不同相对长度齿墩式内消能工中心轴流速分布规律基本一致,除η等于0.1外,各方案中心轴峰值流速出现的位置相同,不随相对长度的变化而变化,均在齿墩进口后0.38D处;齿墩前后壁面时均压强变化较大,存在低压区;齿墩段后侧旋涡区内紊动能较大,且回流区长度随齿墩相对长度增加逐渐减小;在模拟范围内,流量系数随着齿墩相对长度的增加先增加后减小,η在0.2~0.9范围内流量系数较大,消能率的变化规律则相反;η大于0.9时,突缩突扩段旋涡区分离,此后随着齿墩相对长度增加,多余长度对消能的作用仅由沿程水头损失产生,对消能工消能率的贡献不大,可忽略。综合分析,相对长度为0.2~0.9范围内的齿墩长度较优,给齿墩式内消能工的体型优化提供了依据。

一二维耦合的水动力水质模型在闸汾河控河段的应用

为了研究受闸控河段的水动力特性及污染物运移规律,采用MIKE软件,建立汾河二坝水闸回水区二维模型与回水区上下游和潇河河段一维模型相耦合的水动力和水质数学模型。以汾河二坝蓄水位维持正常蓄水位的控制为前提,在汾河生态基流和典型洪水过程、A和B污水厂分别正常运行和非正常排污的四种情景下,模拟了闸控河段的水动力特性和COD浓度的迁移变化规律。计算结果表明:增大河道来流量有利于污染物快速排出,随着河道来流量的增加,污染范围也有所不同,生态基流下,污染物以团状缓慢下移;典型洪水下,污染物主要贴近河岸以带状快速下移。研究成果对汾河二坝回水区污染物预测和控制有一定的参考价值。

基于两种土质的暗管土工布外包料反滤效果对比试验

为了研究土质状况对暗管土工布外包料反滤效果的影响机制,该研究选取安徽蚌埠地区粉土、宁夏平罗地区砂粉土和4种热熔纺黏丝无纺布进行了室内土柱试验,对比测试了两种土壤在不同土工布防护措施下的流量、土壤和土工布渗透性变化过程,并对土工布的透水和防淤堵性能做出评价,同时从颗粒迁移的角度出发,对流量随时间变化出现先下降后上升再下降的现象(“驼峰”现象)进行了成因分析。结果表明,砂粉土土质与单位面积质量为68 g/m^(2)的土工布、粉土土质与单位面积质量为90 g/m^(2)的土工布之间的适配性较好,土工布能够通过颗粒筛选的方式将织物上方土壤特征粒径d_(90)值(小于该粒径值的土壤颗粒质量分数为90%)提升20%以上,诱导其表面高透水性土壤骨架的形成。“驼峰”现象是土壤颗粒迁移和土工布颗粒筛选二者共同作用下的结果,表征了土壤与土工布之间出现了良好的适配性。研究成果可为安徽蚌埠、宁夏平罗以及相似土质地区暗管排水土工布外包滤料的选择提供技术支持。

明渠植物对沙波形态变化的影响研究

沙波在自然河道中广泛存在,其对河床形态的变化起着不可忽视的作用。通过在玻璃水槽中采用有机玻璃棒模拟刚性挺水植物对沙波各种运动形态变化的影响,并引入MIKE21水动力数值模型,从宏观与微观两个方面,研究沙波的波长、波宽、波高、波长波宽比、迎流面与背流面波长比等在水中植物影响下的变化现象,探究河道泥沙的群体运动机制,为自然河道中泥沙的治理提供一定的借鉴。结果表明,在挺水植株对水流流态变化的影响下,沙波的波长、波宽、波高沿程形态变化显著,尤其在植株绕流影响下,泥沙颗粒在植株两侧运动速度增大,呈现冲刷的态势,沙波也随之出现复杂的运动形态,植树前后上游沙波形态亦有显著差异。

用紫外光谱参数表征污水中溶解性有机污染物

为实现污水水质的实时在线监测。采用紫外吸收光谱法测定了洗浴废水和生活污水生物处理前后的紫外吸光特性。给出了定量表征污水中溶解性有机污染物的紫外光谱参数，并与常规有机污染物水质指标化学需氧量、总有机碳相关联．结果表明，波长为254nm的紫外吸光度和波长在226～400nm范围内的紫外吸光度的积分与化学需氧量、总有机碳均具有很好的线性关系．其中。紫外吸光度积分与总有机碳的相关性最高。能更加全面地反映污水中有机污染物的含量，测定迅速简便，无需消耗化学药剂。在一定程度上可替代常规有机污染物指标，是一种绿色水质分析方法．

固相萃取-气相色谱-质谱-选择离子法检测污水中壬基酚

壬基酚是城市污水和再生水中的1种痕量污染物，具有内分泌干扰作用．由于壬基分支程度的不同，有多种同分异构体存在，基体背景复杂，定量检测困难．采用固相萃取一气相色谱一质谱和选择性离子定量分析方法，对70多个污水和再生水样品中壬基酚同分异构体总量进行了定量检测．结果表明，亲水-亲脂平衡固相萃取柱对壬基酚有良好选择吸附能力，不同水样的浓缩倍数在50～200倍之间．在壬基酚各异构体质谱图中，107、121、135、149、163这5种离子的丰度较高，特异性较强，其响应值总和（∑SIM）占总离子流（TIC）的54．4％～73％，以∑SIM（107、121、135、149、163）色谱图的积分面积作为定量检测的依据，既准确地反映各种异构体的组成，又排除了背景离子的干扰，确保了方法的选择性、准确度和精密度。

三维荧光光谱法表征污水中溶解性有机污染物

采用三维荧光光谱法研究了生活污水中溶解性有机物的荧光特性。基于对污水中腐殖酸类、蛋白质类、表面活性剂类、植物油类等有机物三维荧光特性研究结果,提出了表征污水中有机物种类、组成和含量的三维特征荧光参数:(1)特征荧光强度(Fex/em)表征污水中某一类溶解性有机物含量;(2)特征荧光强度综合指标(各类有机物的特征荧光强度之和,∑Fex/em)表示有机物的综合含量;(3)Fex/em/∑Fex/em表示不同种类有机物所占的比值。与传统有机物综合指标相比,三维特征荧光参数信息丰富、测定迅速、灵敏度高,能够方便地实现对水质的实时在线监测,从而更好地指导污水处理工艺运行、管理和控制,保证处理效果。

城市污水处理过程中有机污染物三维荧光特性的变化规律

采用三维荧光光谱法研究了城市污水处理过程中溶解性有机物的三维荧光特性变化规律。研究结果表明,生活污水中荧光类溶解性有机物主要以类蛋白有机物、UV腐殖质和可见腐殖质为主;污水生物处理前后特征荧光峰中心位置和强度均发生明显的改变,表明污水中有机物的相对组成和含量随生物处理过程而变化。三维特征荧光参数可以反映污水处理过程中污染物的种类、性质和含量变化等丰富信息。其测定迅速简便、灵敏度高,可用于污水处理效果的定性分析、定量评价,易于实现污水处理过程的实时在线监测,指导污水处理工艺的设计、运行、管理和控制。

铁屑过滤法预处理可生化性差的印染废水

采用铁屑过滤法预处理可生化性差的印染废水，能改善废水的可生化性，降低废水的ＣＯＤ和色度。

三维电极生物膜-硫自养耦合脱氮系统中反硝化细菌多样性研究

通过对比运行三维电极生物膜-硫自养耦合脱氮系统和常规三维电极生物膜工艺,并运用反硝化基因nir S克隆文库方法,研究了耦合脱氮系统脱氮性能和反硝化细菌的多样性,为揭示耦合脱氮系统反硝化机理和优化系统运行参数提供参考.研究结果表明:三维电极生物膜与硫自养耦合脱氮系统具有较高的脱氮效率和平衡系统酸碱度的能力.系统中反硝化菌群的Shannon-Wiener指数和Simpson指数分别为2.436和0.894;Beta proteobacteria在耦合脱氮系统中起主导作用;有35个克隆子(61.49%)与陶厄氏菌属(Thauera)有较高的同源性;脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrifican)的比例为3.5%;11个克隆子(19.29%)与食酸菌属(Acidovorax)有一定的同源性.说明当耦合系统碳源充足时,脱氮作用主要以异养反硝化过程为主,以单质硫和氢为电子供体的自养反硝化脱氮作用也占有一定比例.

铁屑过滤-SBR工艺处理印染废水的研究

采用铁屑过滤－ＳＢＲ工艺对印染废水进行了处理研究．当进水ＣＯＤ为１０００－１６００ｍｇ／Ｌ，色度为２００－８００倍，ＢＯＤ５在２００－４００ｍｇ／Ｌ时，ＣＯＤ去除率可达８５％，ＢＯＤ５去除率和脱色率均在９０％以上，出水达到排放标准．该工艺具有投资少、运行费用低、处理效果稳定等特点。

基于熵权物元模型的污水处理厂运行效果综合评价与分析

采用基于熵权指数的模糊物元模型方法,对华北某市8座污水处理厂的工艺运行效果及其影响因素进行了综合评价和分析,为污水处理厂的建设和运行管理提供技术指导.该方法能基于污水处理厂的实际运行参数,通过客观运算确定各项评价指标的权重值,避免主观干扰和经验限制,评价结果能客观真实地反映污水处理厂的实际运行状况.结果表明:A/A/O工艺在脱氮除磷方面优势明显,采用该工艺的污水处理厂运行效果普遍较好;TN去除率和泥饼量是影响污水厂运行效果的重要因素,也是提高污水处理厂运行管理水平的主要途径.

再生水用于河湖补水壬基酚环境风险评价

为分析城市污水再生回用的环境风险,根据对北京市不同补水方式的河湖中壬基酚监测结果,参考美国国家环保局风险信息综合系统中有关酚类物质风险评价参数和相关机构及文献资料提供的壬基酚鱼类毒性试验数据,采用商值法,对污水再生后回用于河湖补水时壬基酚对鱼类雌激素作用风险进行了评价.结果表明,污水回用于河湖补水时,壬基酚对部分鱼类的性分化危害风险不容忽视,必须采取相应的对策和管理措施消减这种风险;当河湖补再生水的比例小于50%时,再生水中壬基酚标准限值建议为2μg/L.

固相萃取—气相色谱—质谱测定再生水中邻苯二甲酸酯类物质

探讨了一种再生水中邻苯二甲酸酯类物质的测定方法——固相萃取—气相色谱—质谱,检测了相关再生水标准中涉及的邻苯二甲酸二丁酯(DBP)和邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)两类物质。在质量浓度为20～1 000μg/L时,两类物质的回归方程的相关系数均大于0.999,检出限分别是0.060、0.002μg/L,DBP、DEHP的相对标准偏差分别为4.1%～7.4%、5.1%～6.1%。利用固相萃取技术进行预处理,平均加标回收率为96.6%、89.6%。检测了北京市4座再生水厂出水中DBP和DEHP含量,其中,DBP在1.74～5.59μg/L,低于《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T 18921—2002)规定的限值(不超过0.1mg/L),但高于《城市污水再生利用地下水回灌水质》(GB/T 19772—2005)规定的限值(不超过3μg/L);DEHP在0.42～4.93μg/L,满足GB/T 19772—2005要求(不超过8μg/L)。