1995—2004年河北省生态足迹分析与生态恢复措施

生态足迹从具体的生物物理量角度研究自然资本消费的空间,为核算地区自然资本利用状况提供简明框架,进而可判断区域可持续发展状态。河北省正大力实施可持续发展战略,但在绿色战略问题上还面临一些难题。文章利用生态足迹模型,对河北省1995—2004年的生态足迹进行了时间序列的测度以及可持续发展的定量测算,根据计算结果进行分析提出相应对策。结果表明,10年间河北省的人均生态足迹增长率达47.9%,赤字增长率达58.5%,人类负荷超过其生态容量,生态承载力严重不能满足生态足迹的需求,区域的经济社会发展处于一种不可持续的发展状。从而加深了对河北省可持续发展状况的认识,对生态建设决策提供科学依据,并提出河北省生态恢复的措施。

城市河流污染现状及评价分析的研究进展

综述了城市河流的污染现状、污染成因及污染评价分析现状。现有研究表明,城市河流污染现象主要来自外源污染和内源污染,分析了两种污染源对城市河流产生的影响。针对污染源概述了城市河流污染的评价分析方法的研究与应用进展,探究了不同评价分析方法的优缺点,指出多种评价方法联用时污染评价分析的主要趋势。提出未来需将研究重点侧重在评价方法的全面性和综合性,促进城市河流污染的研究和治理。

UV/H_(2)O_(2)降解罗丹明B综合实验设计

该文设计了利用UV/H_(2)O_(2)工艺降解染料废水中有机污染物罗丹明B(Rhodamine B,RhB)的综合实验,并采用单因素实验和响应曲面法优化实验条件。实验结果表明UV/H_(2)O_(2)工艺降解RhB过程符合假一级动力学方程,H_(2)O_(2)投加量和紫外光强度的交互作用是降解RhB最显著的影响因素。当H_(2)O_(2)的投加量为47.45 mL/L、水体初始pH值为8.11、紫外光强度为730μW/cm^(2)时,反应120 min后,RhB的理论去除率为92.44%,与验证实验结果的相对偏差为0.89%。由紫外-可见光谱和三维荧光光谱扫描结果可知,RhB在反应过程中被有效降解。该实验利用两种实验方法优化工艺条件,有助于提高学生在科研训练中对反应影响因素、动力学拟合及实验条件优化的认识。

基于文献计量法的土壤环境微塑料研究现状及热点趋势

微塑料(粒径<5 mm)作为新型环境污染物污染土壤生态环境。为全面了解微塑料在土壤环境中的研究现状和发展趋势,采用VOSviewer和Cite space可视化分析软件分析工具,对Web of Science核心合集数据库中2012~2023的土壤环境领域的文献进行可视化统计分析。结果表明:自2017年以来,与土壤微塑料领域相关的研究迅速增长;中国在土壤微塑料领域进行了大量的研究,发文量明显高于其它国家;土壤微塑料研究领域发文量最多的期刊为Science of the total environment(92篇),为平均每篇被引量最高的期刊;通过关键词分析,土壤微塑料领域的研究内容包括对土壤环境中微塑料的提取与检测、微塑料的降解以及微塑料与其他物质(重金属、有机污染物等)的复合污染,此外还包括微塑料在土壤中的迁移和对植物、微生物的影响以及对生态环境的影响。目前热点逐渐从大尺寸的微塑料单一污染物对环境的影响等变化为对土壤环境中赋存的小尺寸纳米塑料展开研究,以及微塑料与其他污染物(重金属等)的复合污染等更深层次的研究中。为土壤微塑料后续的研究方向提供科学依据,并为其在环境领域的应用提供有力的参考。

垃圾渗滤液中污染物在包气带运移模拟实验及预测

为揭示垃圾渗滤液中污染物在包气带中的迁移转化规律,通过静态吸附、静态降解、动态土柱和数学模型预测等方法进行模拟实验。结果表明,包气带对污染物的吸附过程是线性的,即S=KdC,吸附系数Kd=0.0976;降解曲线符合一级动力学方程,即C=C0e-λt,降解系数λ=0.0324d-1;弥散过程符合对流-弥散迁移转化模型,弥散系数D=0.00435m2·d-1,由此确定了污染物迁移数学模型。通过动态土柱实验验证了模型的可靠性,并利用模型对垃圾渗滤液中有机污染物(COD)的时空分布进行预测。

氮在河北平原包气带中的迁移转化机制

为揭示氮在土壤包气带中的迁移转化规律并确定其数学模型,通过室内土柱淋滤试验研究了碳酸氢铵及尿素2种氮肥在土壤中的迁移转化过程,并测定了不同时间土壤中氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的质量浓度变化,总结了"3氮"在包气带中的迁移转化规律。结果表明,施氮周期内褐土土柱淋滤液中,氨氮最高质量浓度为13.33mg/L,硝酸盐氮为15.25 mg/L(H-N-1土柱),土壤中氨氮吸附作用大于硝酸盐氮。建立了氮在土壤中的迁移转化模型并确定了模型参数,可以用所建模型对氮在河北平原包气带中的迁移过程进行定量预测。

北方城市天然降雨中氨氮污染特征研究

通过对北京市2015年3-9月共15场自然降雨中氨氮污染物浓度的检测,分析了自然降雨中氨氮污染特征,考察了厕所排气口氨气排放对降雨中氨氮污染的影响,阐述了氨氮污染物总量变化及其影响因素。研究结果表明：首场降雨氨氮平均浓度最高,达到20.5 mg/L,后续14场降雨氨氮平均浓度介于2.0-5.0 mg/L之间,14场自然降雨中氨氮浓度高于《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）的Ⅴ类标准（≤2 mg/L）,是水体氨氮污染的重要来源。厕所排气口附近自然降雨pH值介于6.5-7.0之间,远高于大气降雨监测站所测pH值,且自然降雨中氨氮浓度随采样点距厕所排气口距离的增加呈现线性下降趋势,表明厕所排气口排放的氨气是城市大气氨氮污染的一个主要来源。自然降水中氨氮污染物总量的主要影响因素包括降雨强度、降雨历时和前期干旱天数,地表径流氨氮污染物总量小于自然降水中氨氮污染物总量。

微气泡曝气对生物膜反应器启动运行性能影响

比较了微气泡曝气(MB)与传统气泡曝气(CB)流化床生物膜反应器启动运行性能,以及生物膜形成过程与组成特性.结果表明,启动运行中,MB反应器的COD、NH4+-N和TN平均去除率分别达到90.3%、92.7%和43.4%,而CB反应器的COD、NH4+-N和TN平均去除率分别为79.4%、86.3%和29.3%,MB反应器污染物去除性能优于CB反应器.同时,MB反应器的氧利用率高达94.3%,显著高于CB反应器.MB反应器中生物膜形成速率和稳定生物膜生物量均高于CB反应器,并且所形成的生物膜VSS/SS比值较高而EPS含量较低.因此,微气泡曝气能够加速生物膜形成并获得更高的活性生物量,从而提高生物膜反应器的启动运行性能.

磺胺甲恶唑的振动光谱和密度泛函理论研究

磺胺甲恶唑(Sulfamethoxazole,SMX)是一种磺胺类广谱抗生素.基于密度泛函理论(DFT)的B3LYP方法,在B3LYP/6-311++G(d,p)基组水平上对SMX初始构型进行结构优化,得出该分子最稳定结构构型.同时,给出了SMX的键长、键角和二面角等空间结构参数值,确定该分子空间构型为非平面结构.相同基组水平下进行频率计算,通过频率校正因子0.9630修正并绘制了SMX分子的红外光谱和拉曼光谱图.发现光谱谱段主要分布在3600-2800 cm-1和1700-300 cm-1频率段,并且理论计算值和实验测定值有较好吻合,表明DFT计算方法是可取和可信的.借助GaussView 6.0软件和计算得到的势能分布结果对频率范围内每一个振动模式进行了指认归属.此外,采用Multiwfn和VMD程序计算并分析SMX分子的静电势和前线分子轨道,预测了该分子的反应活性位点.该结果为SMX分子的振动光谱检测提供基础数据,为其结构鉴定提供技术参考.

微气泡曝气生物流化床反应器SNAD过程脱氮性能研究

运行微气泡曝气生物流化床反应器(MAFBR),研究了不同运行策略下同步短程硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)过程实现及生物脱氮性能。结果表明,MAFBR反应器采用高碳氮比(C/N)启动并逐渐降低C/N的运行策略时,生物脱氮过程为同步硝化-反硝化,硝化过程效率较低且为生物脱氮的限制因素,生物脱氮性能不理想。MAFBR反应器采用低C/N启动并控制适宜溶解氧(DO)浓度的运行策略时,生物脱氮过程由同步硝化-反硝化逐渐转变为SNAD过程,从而实现高效生物脱氮性能。MAFBR反应器可在C/N为1、DO平均质量浓度为1.29 mg/L条件下实现SNAD过程,其氨氮平均去除率和平均去除负荷可达到69.87%和0.31 kg/(m^3·d),总氮(TN)平均去除率和平均去除负荷可达到63.93%和0.29 kg/(m^3·d),厌氧氨氧化对TN去除的平均贡献率可达到52.89%以上。

厌氧氨氧化反应器启动特性及基质比优化调控

为实现厌氧氨氧化UASB(Up-Flow Anaerobic Sludge Bed)反应器的高效启动,以体积比为1∶2的厌氧氨氧化污泥和活性污泥为接种污泥,通过逐步提高进水基质质量浓度及优化调控基质比的方式调整反应器总氮容积负荷(Nitrogen Loading Rate,NLR),考察启动过程中反应器的脱氮性能、污泥特性及微生物群落结构。结果显示:经3次基质质量浓度提升及1次基质比优化调控,NLR达到2.16 kg N/(m^(3)·d),同时总氮去除率(Nitrogen Removal Efficiency,NRE)和总氮去除负荷(Nitrogen Removal Rate,NRR)分别达到87.60%和1.89 kg N/(m^(3)·d),经90 d厌氧氨氧化反应器成功启动;当进水NH_(4)+-N和NO_(2)^(-)-N质量浓度分别为250 mg/L、330 mg/L[NLR为2.38 kg N/(m^(3)·d)]时,NRE仅为73.75%,比厌氧氨氧化活性(Specific Anammox Activity,SAA)由148.57 mg N/(g VSS·d)下降至112.77 mg N/(g VSS·d),表明进水中过高的NO_(2)^(-)-N质量浓度抑制了厌氧氨氧化菌(Anaerobic Ammonium Oxidation Bacteria,AnAOB)的活性,进而导致反应器性能恶化;将进水基质质量比由1∶1.32调整为1∶1.10,NRE提高至87.60%,SAA增加至151.12 mg N/(g VSS·d),表明适当调整基质比能有效缓解高质量浓度NO_(2)^(-)-N对AnAOB活性的抑制,历时5 d反应器的脱氮性能可恢复。微生物群落结构分析表明反应器启动过程中微生物丰富度和多样性减少,浮霉菌门(Planctomycetes)的相对丰度显著增加至43.60%;当反应器性能受到抑制时,优势菌属为Candidatus_Brocadia(20.36%)。调整质量比解除抑制后,Candidatus_Kuenenia相对丰度达到了32.19%,取代Candidatus_Brocadia成为优势菌属。

生物膜反应器-单宁酸铁处理低C/N废水的脱氮性能

采用生物膜反应器耦合包埋型单宁酸铁处理低C/N比废水,考察其脱氮性能,分析了生物脱氮过程功能菌群的变化,以及单宁酸铁强化脱氮的作用机制.结果表明,生物膜反应器耦合包埋型单宁酸铁,具有低C/N比废水高效脱氮性能.进水C/N比为1:2.7时,TN平均去除率可达80.0%,TN平均去除负荷为1.38kg/(m^3·d).生物膜反应器内随着进水C/N比降低,优势脱氮过程从同步硝化-反硝化过程向同步短程硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)过程转变,厌氧氨氧化过程对TN去除的贡献率逐渐升高至76.2%,亚硝化菌群和厌氧氨氧化菌群成为优势生物脱氮功能菌群.包埋型单宁酸铁在生化处理后,通过吸附-催化氨氧化作用同步去除氨氮和亚硝酸盐氮,进一步提高TN去除性能.因此,耦合单宁酸铁强化生物膜反应器SNAD脱氮过程,是实现低C/N比废水高效脱氮新的有效途径.

臭氧微气泡曝气生物膜反应器深度处理校园污水运行性能

采用臭氧微气泡曝气生物膜反应器(MOABR)对实际校园污水二级生化处理出水进行深度处理,考察了臭氧投加量对MOABR运行性能和生物膜活性的影响,并与传统曝气生物滤池(BAF)深度处理工艺进行比较。结果表明,MOABR工艺中,臭氧微气泡曝气处理效果优于空气微气泡曝气,臭氧投加量对MOABR运行性能有明显影响。在臭氧投加量与进水COD比值(O/C)为0.007 1时,MOABR运行性能最优,COD去除率及去除负荷分别为61.7%、2.25kg/(m^3·d),氨氮去除率及去除负荷分别为17.4%、0.32kg/(m^3·d),臭氧投加量过高对生物膜活性有抑制作用。MOABR处理能力显著高于BAF,在最优臭氧投加量条件下(O/C为0.007 1),MOABR平均COD去除负荷为BAF的2.5倍,平均氨氮去除负荷为BAF的1.7倍。MOABR中微气泡臭氧氧化的作用为改善废水可生化性,COD的去除仍主要依靠生物降解实现。

去除废水中氨氮的吸附材料研究进展

综述了吸附材料去除废水中氨氮的作用机理;分析了不同吸附材料吸附氨氮的研究现状:单一形态吸附材料如沸石、活性炭、粉煤灰、膨润土在处理氨氮废水时仍存在去除率低等问题,但经过不同的改性方法可提高对氨氮的吸附能力;介绍了复合型及其它新型的吸附材料对氨氮的吸附效果;展望吸附材料处理废水中氨氮的应用前景。

微气泡臭氧催化氧化-生化耦合处理难降解含氮杂环芳烃

采用微气泡臭氧催化氧化-生化耦合工艺对煤化工废水生化出水进行深度处理,考查了污染物去除性能,并分析了处理过程中含氮杂环芳烃类污染物降解和废水可生化性变化.结果表明,微气泡臭氧催化氧化对煤化工废水生化出水COD平均去除率和去除负荷分别为26.4%和1.46kg/(m^3·d),并将废水BOD5/COD值由0.038提高至0.30,从而改善后续生化处理COD去除性能,使得COD总去除率达到62.4%,显著优于单独生化处理.微气泡臭氧催化氧化降解含氮杂环芳烃后释放氨氮,其在后续生化处理中被有效去除.此外,耦合处理对废水UV_(254)的总去除率可达68.9%.对耦合处理过程中废水GC-MS、紫外-可见吸收光谱和三维荧光光谱进行分析,结果表明,含氮杂环芳烃是煤化工废水生化出水中主要难降解污染物.同时证实微气泡臭氧催化氧化可有效降解去除含氮杂环芳烃,生成小分子有机物,提高废水可生化性.

垃圾渗滤液中溶解性有机物对土壤重金属吸附行为的影响

垃圾渗滤液主要组分为重金属和大量的溶解性有机物（DOM）.选取我国北方具有代表性的褐土,通过不同pH（59）和温度（15,25和35℃）下的等温吸附试验,研究了垃圾渗滤液中DOM对Cu,Cd,Pb和Zn 4种重金属在土壤中吸附行为的影响.结果表明：DOM对Cu和Cd在土壤中的吸附促进作用较明显,对Pb有微弱的促进作用,对Zn的吸附影响不明显;改变pH,DOM对4种重金属在褐土中的吸附也表现出不同的影响,吸附平衡后土壤溶液pH变化差异明显;25℃下Cu在土壤中的吸附量高于15和35℃条件下;有DOM时,Cd,Zn和Pb在土壤中的吸附量随着温度的升高而增大.

降雨地表径流水质模拟中SWMM模型水质参数确定

检测城市不同功能区污染物累积和径流样本并结合模拟实验,分析不同污染物累积和冲刷规律,确定SWMM模型在降雨地表径流水质模拟中污染物累积和冲刷参数取值范围,并进行模型验证。研究结果表明,SS、COD、氨氮污染物累积量均随累积时间不断增加,并趋于稳定,其在不同功能区最大累积量C_1取值范围分别为:6.37~12.86、14.03~21.66和8.89~12.88 g/m^2,累积速率常数C_2取值范围分别为:0.055~0.100、0.061~0.085和0.133~0.167。降雨强度较大时,降雨地表径流中污染物浓度较高,但均随降雨历时不断下降,并趋于稳定。SS、COD、氨氮冲刷系数S_1取值范围分别为:0.003~0.005,0.025~0.035和0.01~0.02,冲刷指数S_2取值范围分别为:0.4~0.8,0.8~1.0和0.5~0.8。在确定的取值范围内选取SWMM模型水质参数,对某场降雨地表径流中SS、COD、氨氮污染物浓度变化过程进行模拟,模拟结果与实测数据基本吻合,表明水质参数取值范围适用于SWMM模型降雨地表径流水质模拟。

SPG膜曝气-基因工程菌生物膜反应器处理阿特拉津废水研究

膜曝气-生物膜反应器(MABR)是一种新型的膜-生物废水处理工艺,在MABR中采用基因工程菌生物膜可以强化难降解污染物的生物去除.本研究在SPG膜表面形成基因工程菌生物膜,运行SPG膜曝气-生物膜反应器(SPG-MABR)处理阿特拉津废水,考察了气压、挂膜生物量和液体流速对SPG-MABR运行性能的影响,以及基因工程菌生物膜的变化.结果表明,提高气压可以增大透氧系数,从而提高阿特拉津和COD的去除速率以及复氧速率.提高挂膜生物量能够加快阿特拉津和COD的生物去除,但生物膜厚度增加使得氧传质阻力增大,复氧速率降低.层流状态下减小SPG-MABR中的液体流速,有利于污染物向生物膜扩散传质,从而提高污染物去除速率.气压为300 kPa、生物量为25 g·m-2、液体流速为0.05 m·s-1时,SPGMABR反应器对阿特拉津5 d的去除率可以达到98.6%.在SPG-MABR运行过程中,基因工程菌生物膜呈现微生物多态化趋势.生物膜表面逐渐被其他微生物细胞覆盖,基因工程菌分布减少,生物膜内部仍以基因工程菌细胞为主.

2009-2014年河北平原浅层地下水硝态氮特征及其来源

依据2009—2014年河北平原浅层地下水硝态氮（NO-3-N）监测数据,分析河北平原浅层地下水NO-3-N污染状况,并利用氮氧双同位素的方法对地下水中硝态氮的来源进行了示踪。结果表明,2009—2014年河北平原浅层地下水硝态氮平均含量变化范围在0.00~121.50 mg/L之间,总平均值为（18.72±1.55）mg/L,超过美国饮用水标准（10 mg/L）的0.872倍;三个子平原区的SO2-4/Cl-差异较大而NO-3/Cl-值相差不大,说明地下水中的氯化物、硝态氮以及硫酸盐有着不同的来源。东部滨海平原区NO-3-N含量最大,为31.55 mg/L,已超出美国饮用水标准2.155倍;其次为山前平原区,为16.45 mg/L,超出美国饮用水标准0.645倍;中部平原区的含量最低,仅为4.19 mg/L,未超标。根据同位素的数值进行分析,揭示了东部滨海平原区以及中部平原区的硝态氮来源主要为化粪池废弃物,山前平原区的硝态氮主要来自化肥中的NH＋4。

光合细菌处理维生素B_(12)废水影响因素的试验研究

利用正交试验设计研究pH值、光照时间和温度等生长因子对光合细菌处理维生素B12废水效果的影响,结果表明,当pH为7.0、昼夜自然光照、温度为30℃时,净化效果最佳,并对不同溶解氧条件下的废水处理效果进行了对比试验。