新时代背景下环境类研究生学术表达与创新能力培养

随着环境问题日益凸显,人们越来越意识到新时代生态文明建设的重要性。环境类研究生教育旨在启发学生树立生态文明建设理念,系统地解决复杂环境问题,推动创新型国家建设。学术表达能力是研究生综合素质和创新能力的重要体现,该文分析目前环境类研究生培养过程中存在的问题,以及影响研究生学术表达的多种因素,着重阐述如何通过学术表达能力培养课程培养研究生的创新能力,以期培养兼具学术表达与创新能力的高素质人才。

面向中国式现代化的环境类研究生教育模式创新探索——以西安建筑科技大学为例

文章首先阐述了环境类研究生教育的时代现状与基本特点,然后论述了面向中国式现代化的环境类研究生教育模式创新实践,最后总结了面向中国式现代化的环境类研究生教育模式创新成效,其中创新实践包括立足社会根本需求,确立环境类研究生培养目标及特色方向;结合学科特点,优化人才培养体系,满足环境类研究生需求两个方面。

基于目标导向的生态恢复原理与实践课程教学设计

文章基于本硕一体化培养的特点,提出了基于目标导向的生态恢复原理与实践课程教学设计,包括课程目标设计、教学对象分析、教学方法分析、课程内容分析、基于目标导向的模块化融合式教学设计、课程考核评价。

淡水硅藻水华成因与控制技术研究进展

在全球气候变暖和人类活动的共同影响下,硅藻水华爆发趋势加剧,并对水生态及供水安全产生负面影响.因此明确其形成原因并探索高效的防控技术至关重要.目前关于淡水硅藻水华已有较多研究成果,但缺少系统性整理.淡水硅藻水华爆发的关键因素为温度、光照、营养盐和流速.在原位防控方面,生态调度和扬水曝气等物理技术较为成熟,低剂量的化学药剂处理效果不佳,而生物方法的实施会受到环境条件的限制.联合使用混凝剂和助凝剂或氧化剂可以有效去除硅藻,但硅藻水华范围的扩大致使部分水厂未能及时调整工艺,影响制水效率.本文对硅藻水华的成因及防治方法进行了分析和总结,与蓝藻水华进行比较,并展望后续研究热点,对确保饮用水安全和水体污染控制与治理有着重要意义.

人工强制混合藻华控制研究进展:理论、技术与机制

人工强制混合技术通过调控水动力条件对藻类生长和结构产生影响,已在全球湖库应用多年,国内外相关研究较多.然而,缺少综述性整理,尤其是对不同技术应用前提、适用条件及优缺点等认识不够,导致技术错用而没有发挥其优势,出现了控藻效果差,甚至无效等现象.本文主要结论如下:①该类技术通过调控混合层深度(Z_(mix))控制藻类生物量与结构变化,其应用效果主要与湖库水深、混合器平面布设、系统运行方式和混合效率有关;②该类技术控藻周期(藻密度削减95%以上)约为2周,控藻推荐的Z_(mix)阈值>15m;③该类技术主要适用于深水型水体,遴选控藻技术时应考虑适用条件、成本效益等.

峡谷型水源水库蓄水过程水质变化特征及其影响要素

水源水库是城镇居民最主要的饮用水水源,新建水库选取引水水质一般较好,然而由于水库蓄水过程中水质受到降雨径流入库、水动力条件和分层结构变化的共同影响,库区水体水质仍可能呈恶化趋势.本研究重点探索水库蓄水过程中水质演变规律,解析水源水库污染特征.以固定频率取样检测的方法,跟踪监测陕西省汉中市三河口水库蓄水过程上游河道及库区水质,分析上游来水水质、库区水体分层结构及水动力条件等要素的改变对水库水质的影响.结果表明:①2021年6−7月三河口首次较大流量蓄水过程受来水温度影响,来流水体以底部潜流的形式进入库区,并在底部形成新的温度分层;双温跃层结构的形成导致在水体中部和底部各自形成厚度达15和10 m的厌氧水层.②9月初第二次特大流量径流入库彻底破坏水体热分层结构,水体在径流和气温的共同作用下实现完全混合.③水源水库蓄水过程水质受入库径流与水体分层结构共同影响:6−8月水库入库径流量小且污染负荷低,库区氮磷及有机物浓度有较小波动,而热分层结构阻碍了污染物的垂向传递,温跃层水体总氮浓度和高锰酸盐指数在垂向上呈较大值,分别为1.78和6.0 mg/L;8月至9月初入库径流量大且污染负荷较高,全库区氮磷及有机污染物浓度升高明显,总氮浓度由1.07 mg/L升至1.56 mg/L,总磷浓度由0.021 mg/L升至0.029 mg/L,高锰酸盐指数平均值由5.18 mg/L升至6.18 mg/L.水库蓄水过程中,上游径流入库是影响主库区水质的重要因素之一.

紫外联合过氧甲酸灭活真菌孢子的效能与机制

探索了紫外/过氧甲酸(UV/PFA)联合工艺对两种典型致病真菌(黑曲霉和黄曲霉)的灭活效能与机制.结果显示,UV/PFA在8min时可实现黑曲霉1.21-log、黄曲霉2.08-log的灭活,且效率高于单独PFA和单独UV的效率之和,表现出协同作用.联合灭活的机制主要是UV能活化PFA生成强氧化性的羟基自由基(·OH)对细胞膜造成破坏,提高胞内活性氧水平增大细胞应激,也便于PFA渗透进入细胞内部,从而增强灭活效率.联合灭活过程中起主要作用的是UV,其次是·OH,二者在黑曲霉灭活中的贡献率分别87%和11%,在黄曲霉灭活中的贡献率分别为71%和27%.此外,经过联合灭活后,真菌再生长的时间推迟,再生长的最大潜能也得到抑制.

真菌氯(胺)消毒过程中消毒副产物的形成特征

以饮用水中常见的3种丝状真菌(黑曲霉、黄曲霉和波兰青霉)及大肠杆菌为研究对象,采用氯和氯胺作为消毒手段,探究消毒过程中消毒副产物(DBPs)的形成规律.结果表明,由于细胞成分及与消毒剂反应活性的差异,4种微生物形成DBPs的潜能不同,顺序为:黑曲霉>黄曲霉>青霉>大肠杆菌,氯消毒过程DBPs的产率分别为73.4,66.3,47.7,27.0μg/mgC,氯胺过程为17.4,14.5,10.4,7.7μg/mgC.曲霉氯消毒形成的DBPs更多来源于细胞壁,细胞壁成分中,黑色素对形成DBPs贡献远高于几丁质和葡聚糖,且对卤乙酸(HAAs)形成的贡献最大;青霉和细菌经消毒形成的DBPs更多来源于细胞内容物.曲霉氯(胺)消毒形成DBPs的种类和浓度受到消毒剂量、pH值、温度及溴离子浓度的影响.

黑河金盆水库大气氮湿沉降特征研究

为探明黑河金盆水库大气氮湿沉降污染特征,于水库主库区进行了为期1年的大气氮湿沉降监测,分析大气湿沉降主要氮污染物浓度和沉降通量特征及影响因素。结果表明,水库氮湿沉降质量浓度均值为2.80 mg/L,主要由NO_(3)^(-)-N和NH_(4)^(+)-N组成,占比分别为28%和46%;氮湿沉降质量浓度在冬季最高,为4.70 mg/L;湿沉降NH_(4)^(+)-N与NO_(3)^(-)-N质量浓度比大于1,表明农业活动是湿沉降氮的主要来源;氮湿沉降通量为29.74 kg/hm^(2),占径流TN输入负荷的1.7%;氮湿沉降通量与降水量显著正相关(P<0.05);单因子水质评价结果表明库区降水水质多为劣Ⅴ类,TN劣Ⅴ类占比达75%。金盆水库大气氮湿沉降水平超出我国主要湖泊水库营养氮沉降临界负荷,水体富营养化风险高。

金盆水库上游降雨径流二维泥沙输移沉积模拟

为了探究降雨径流在不同流量、含沙量下对西安市金盆水库水体的影响规律,基于湍流流动模型,对2022年10月降雨径流时期西安市金盆水库上游的泥沙输移和沉积进行了数值模拟,并对所建立模型的可靠性进行了验证。通过对不同流量、含沙量下的径流进行模拟计算,表明在沿程前部断面处,流速越大底部含沙量越小;在沿程后部断面处,流速越大断面含沙量越高;径流含沙量越大,断面含沙量越大,泥沙分布厚度越大。因此,可以根据降雨径流时期来水的流量及含沙量分析泥沙输移沉积的过程,为水库的运行维护提供参考。

淡水甲藻水华形成原因及原位控制研究进展

甲藻是一类浮游植物,多数在海洋生长,但部分甲藻可以在淡水中生长并引发水华,导致水生生物大量死亡,产生藻毒素和嗅味物质,引发供水安全问题,因此明确其形成原因并探索高效的原位控制方法至关重要.目前关于淡水甲藻水华已有较多研究成果,但缺少综述性整理,尤其涉及饮用水水源.水华形成机制的研究主要包括外界环境因素(水动力条件、光照、温度、营养盐等)和甲藻独特的生理特性(孢囊、垂直迁移等),而控制方法主要包括物理、化学和生物方法等.本文从甲藻生理生态、淡水水华形成原因及原位控制方法等方面进行论述,并与常见蓝藻水华进行对比,展望后续研究热点,旨在推进淡水甲藻水华的相关研究,保障水体生态系统健康及饮用水水质安全.

水源水库沉积物碳氮磷分布特征及污染评价

茜坑水库作为深圳市重要的水源水库,对当地经济发展和社会稳定有着重要作用.为探究茜坑水库沉积物中营养物质的空间分布特征及污染状况,测定了茜坑水库14个点位表层沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)和总有机碳(TOC)的含量,分析了TN、TP、TOC之间的相关性及TOC/TN,并对沉积物污染状况进行了评价.结果表明,茜坑水库表层沉积物TN平均含量为3442 mg·kg^(−1),TP平均含量为1648 mg·kg^(−1),TOC平均含量为1.477%,碳、氮、磷污染严重且空间分布差异明显,旧库区主库及库湾碳、氮、磷含量均大于新库区.相关性分析表明,TOC与TN、TOC与TP、TN与TP均呈显著正相关关系(P<0.05,r^(2)分别为0.95,0.63,0.69),表明茜坑水库表层沉积物氮磷多以有机形式存在,且氮磷具有同源性.TOC/TN表明茜坑水库沉积物中的有机质多来自于藻类,还有一小部分来自水生生物.综合污染指数和有机指数评价结果均表明茜坑水库各个点位沉积物污染程度严重,氮、磷、有机质具有潜在的内源释放的风险.

调水背景下南亚热带水库蓝藻水华前后优势种变化特征及其驱动因子分析

为探究蓝藻水华前后优势种的动态变化及其驱动因子,于2022年1—4月对我国南方某水库进行浮游植物采集调查.该水库根据调水供水特点设置3个采样点进行水环境监测.运用主坐标分析(PCoA)探究水华前后蓝藻优势种的差异性,并采用变差分解(VPA)和线性拟合分析蓝藻优势种与驱动因子之间的关系.结果表明:(1)研究期间共鉴定出3个优势种属,分别为伪鱼腥藻、拟柱孢藻和小尖头藻.(2)水华前伪鱼腥藻占绝对优势(72.17%),水华期间3种优势蓝藻均快速繁殖且三者占比分别为33.06%、30.71%和28.65%.(3)VPA结果和线性拟合共同表明,水体稳定性指数(RWCS)、水温(WT)和总磷(TP)是该水库蓝藻水华的主要驱动因子.研究显示,该水库调水过程对蓝藻产生了显著影响,后续应当深入揭示动态调水对蓝藻水华的响应特征与机制.

水库温跃层氧最小值区域天冬氨酸的转化研究:规律及机制

选取典型含氮消毒副产物前体物天冬氨酸(Asp)为研究对象,研究了不同溶解氧(DO)浓度、不同压力MOM条件下Asp的转化规律及消毒副产物生成势(DBPFPs)变化,进一步阐明了MOM条件下影响Asp转化的主要环境因素及潜在机理.结果表明:不同MOM条件下,Asp水样的溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)和T-DBPFPs均随着反应时间的增加逐渐降低;反应第3d,与厌氧(常压)条件相比较,压力为0.30MPa、DO为0.50mg/L的MOM条件下DOC和DON的下降程度(16.40%~25.50%)以及T-DBPFPs的下降程度(30.34%~59.81%)较低,这与该条件下微生物代谢过程中产生更多可溶性生物代谢物(C2组分)有关;此外,压力为0.30MPa、DO为3.00~7.00mg/L的MOM条件下DOC、DON和T-DBPFPs的下降程度(DOC和DON:70.27%~95.00%;T-DBPFPs:61.50%~98.88%)高于DO为0.50mg/L的MOM条件下的下降程度.综上所述,较低DO浓度和压力下的MOM条件不利于Asp水样的转化.冗余分析表明,DO浓度是MOM条件下影响Asp转化的主要水环境因素;细菌群落分析进一步证实,低DO浓度MOM条件下细菌群落多样性显著下降,从而影响细菌对Asp水样的代谢产物和转化程度,不利于DBPFPs的降低.因此,研究MOM条件下Asp水样的转化规律与机制对于保障饮用水安全具有重要意义.

预氧化强化混凝处理引汉济渭工程受水区不同掺混比水源水

引汉济渭工程通水后,黑河原水与汉江原水将共同作为西安市饮用水水源,且水厂进水中两种原水掺混比例会随引水工程运行调度而改变。本文重点考察了两种原水不同掺混比例下预氧化强化混凝工艺对水中有机物的去除效果。在两处水源以10:0、8:2、2:8、0:10比例掺混条件下,探明了高锰酸钾、高铁酸钾和二氧化氯预氧化强化混凝去除水中有机物的最佳浓度。结果表明,高铁酸钾预氧化-混凝效果最好,四种掺混比下高铁酸钾最佳投药量分别为0.8、0.8、1.0、1.0 mg/L。同等掺混比例和最佳投药量下,高铁酸钾对DOC去除率比高锰酸钾高了16.3%、4.0%、24.9%、29.5%;比二氧化氯高了4.4%、6.2%、6.3%、7.1%。同时,三维荧光光谱分析发现,高铁酸钾预氧化-混凝对溶解性有机物中类蛋白物质组分的去除率最高。本研究能够为引汉济渭工程受水区自来水厂生产运行提供科学依据。

引汉济渭工程水源地三河口水库沉积物与消落带污染特征及评价

三河口水库作为陕西引汉济渭工程的重要水源地,其水质情况直接关系到关中千万人口的饮水安全。因此,研究三河口水库沉积物及消落带营养物质C、N、P的含量及分布情况对保障供水水质具有重要现实意义。2021年11月采集了三河口水库8个监测点的表层沉积物样品与消落带土壤样品,测定分析了有机质(OM)、总氮(TN)、总磷(TP)、硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4+-N)和有效磷(AP)的含量,并运行单因子污染指数法、综合污染指数法、有机氮污染指数法和有机污染指数法评价其污染程度。结果表明:表层沉积物中OM、TN、TP、NO3--N、NH4+-N、AP质量分数分别为27370.00、1940.00、220.00、28.66、36.06、19.97 mg/kg;消落带土壤OM、TN、TP、NO3--N、NH4+-N、AP质量分数分别为47920.00、1280.00、250.00、24.38、36.52、5.65 mg/kg;沉积物中C/N、N/P分别为2.722~28.244和4.555~13.787。综合污染指数评价结果表明,三河口水库沉积物处于中度污染状态,消落带土壤则为轻度污染,有机氮污染指数表明,沉积物与消落带土壤分别为重度和中度污染,有机污染程度均为中度。

不同晶型锰氧化物去除地下水中氨的效能与机理

研究了3种不同晶型二氧化锰(α-MnO_(2)、γ-MnO_(2)、δ-MnO_(2))去除地下水中氨的效能与机理,并考察了负载γ-MnO_(2)滤料填充滤柱实际应用效果.结果表明,γ-MnO_(2)催化氧化除氨效果最优(γ-MnO_(2)>α-MnO_(2)>δ-MnO_(2)),第20d 5mg/L氨可以被完全去除,且其中间产物亚硝酸盐氮的积累时间最短,峰值最低.γ-MnO_(2)负载滤料填充滤柱可以快速(第6d)具备优异的催化除氨能力,当进水氨为2.0mg/L时,出水氨低于标准限值(<0.5mg/L).结合材料表征分析结果发现,γ-MnO_(2)具备最优的催化氧化除氨能力主要是由于其较高的锰平均氧化态与其丰富的表面羟基氧,其电子传递能力最强.本研究为锰氧化物在饮用水除氨领域的应用提供了理论指导,γ-MnO_(2)负载滤料具有良好的催化氧化除氨稳定性和效能,为实际工程中催化氧化活性滤料的制备提供了新思路.

扬水曝气对峡谷分层型水库藻类控制机制研究

为探明扬水曝气对峡谷分层型水库中不同径向藻类生物量和结构的影响,以李家河水库为对象,对扬水曝气系统(WLAs)运行期间水体理化性质参数和藻类数量及物种进行了高频监测,采用藻类传统和功能分类法,建立了控制条件下藻类的演替规律和控制机制.结果表明,WLAs运行12d后,径向S1~S4点藻密度削减率分别为92.7%、92.9%、92.1%和89.2%;径向S1~S4点藻属结构发生演替,绿藻(珊藻)和硅藻(短缝藻和羽纹藻)转向硅藻(针杆藻,小环藻),即“高温、大型且低比表面积(S/V)藻”转向“低温、小型且高S/V藻”;水温、光可利用率(Zeu/Zmix)、营养盐的降低和混合层深度(Zmix)的增加是扬水曝气系统控藻的主要原因;径向S1~S4点Q指数升高且TLI指数降低,表明富营养化得到改善.

地下水厂泥饼的活化及其负载滤料去除水中氨

为了将富含锰(Mn)的地下水厂泥饼回收应用于催化氧化去除水中氨(NH_(4)^(+)-N),对泥饼催化氧化活性形成(简称活化)过程进行优化,探究活化泥饼除NH_(4)^(+)-N效能与机理,并考察其负载滤料实际运行效果.结果表明:活化的最优条件为每克泥饼投加1.5mg NH_(4)^(+)与0.5mgMn^(2+),NH_(4)^(+)-N去除速率最大可达0.243mg/(g·h).活化泥饼与挂膜形成的活性滤膜相比已形成了较高的催化氧化活性.活化泥饼对NH_(4)^(+)-N的去除过程符合一阶幂律动力学模型.在298.15K~318.15K,NH_(4)^(+)-N的催化氧化活化能为10.70kJ/mol.在滤柱实验中通入1.5mg/LNH_(4)^(+)-N,地下水及自来水的启动时间分别为9和13d,最大去除效率可达到93.5%和82.42%.通过SEM、EDS和XPS分析发现,活化过程使得泥饼表面形成丰富的孔隙并发生了锰氧化物(MnO_(x))沉积.推测活化泥饼除NH_(4)^(+)-N主要通过活化过程中锰自催化氧化形成MnO_(x),进而催化氧化氨形成硝氮,最终脱附去除.活化泥饼不含大肠杆菌等致病微生物且没有重金属析出风险,是一种经济高效且清洁环保的水处理材料.

不同降雨强度对亚热带水源水库浮游植物群落结构的影响及其驱动因子

为了解降雨事件对亚热带水库浮游植物群落结构的影响,于2022年5月和6月分别在两次不同强度降雨期间进行浮游植物采集调查。结合浮游植物门分类和功能群分类方法,运用非度量多维尺度分析(NMDS)探究两次降雨以及降雨前后浮游植物群落的差异性,并采用冗余分析(RDA)和方差分析(VPA)探明浮游植物群落结构演替的驱动因子。结果表明:共检出浮游植物8门69属125种,功能群划分为11种,其中S1、SN、MP和N为主要功能群。降雨Ⅰ和降雨Ⅱ前后浮游植物群落结构均发生了变化:降雨Ⅰ期间由蓝藻向硅藻演替,且雨期硅藻占优;降雨Ⅱ期间由蓝藻向硅藻和绿藻轻微演替,但蓝藻始终处于绝对优势地位。雨期功能群SN和S1丰度百分比减小,而MP或N丰度百分比增大,与蓝藻向硅藻或绿藻演替的变化特征一致。冗余分析和方差分析表明,混合层深度(Z_(mix))、水温和营养盐共同驱动了浮游植物群落的演替,且门分类比功能群分类能更好地解释浮游植物群落变化。本文可为降雨条件下浮游植物的响应机制研究提供参考。