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。

磷钼酸-还原氧化石墨烯-聚苯胺改性阳极微生物燃料电池处理高氯酸盐废水的性能研究

采用磷钼酸(PMo12)-还原氧化石墨烯(rGO)-聚苯胺(PAN)对微生物燃料电池(MFC)的阳极进行改性,构建单室空气阴极MFC,考察了材料结构、改性阳极形貌和MFC的电化学特性、产电特性和高氯酸盐去除性能,并探讨了改善MFC性能的机理。结果表明:相比空白阳极,PMo12-rGO-PAN改性阳极具有更多的电化学活性位点,其MFC循环伏安闭合曲线面积和交换电流密度分别提高了2.34、9.36倍,电荷转移内阻降低了85.87%。在560 mg/L高氯酸盐下,该阳极MFC产生最大输出电压为160.03 mV;在运行过程中,该阳极MFC对高氯酸盐的还原率始终高于空白阳极。该阳极通过改善微生物的附着条件和提高阳极电子转移速率提升了MFC的运行性能。

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。

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。

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。

低温环境对人工湿地污水处理的影响与强化措施

为了实现人工湿地全年稳定高效的运行目标,在分析低温环境对人工湿地系统运行效果的影响的基础上,探讨了一系列强化措施,通过合理的植物配置、生物强化、基质选择、覆盖保温和增加水中溶解氧等措施,改善了人工湿地的净化能力。研究结果表明,这些措施能够提升湿地的生态多样性和生物量,并提高湿地系统的降解能力。提出了未来应在深入水体净化机理的基础上,分析宏观和微观之间的联系,加强对湿地系统运行机制的理解,以期为人工湿地在北方寒冷地区的应用和推广提供参考。

基于地表能量平衡的城市热环境遥感研究——以石家庄市为例

对石家庄市LandsatTM数据进行土地覆被分类,计算各土地覆被类型的能量平衡分量。找出感热、潜热、储热通量在下垫面的分配差异并分析下垫面面积比例与感热/净辐射的关系。发现密集不透水面感热单位面积能量达314.1 W/m2,49.9%的净辐射转换为感热。城市植被、水体净辐射的61.2%,65.9%变成潜热;感热/净辐射与城市植被和水体面积比例负相关,面积比例小于30%,感热/净辐射随之减少而快速增长;大于30%则随之增加缓慢降低。感热/净辐射与不透水面面积比显著正相关,可见,城市近地层温度升高主要由不透水面产生的感热交换引起。

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。

纳污河流抗性基因和微生物群落相关性

通过Miseq高通量测序分析和荧光定量PCR技术,研究某纳污河流中四环素类与磺胺类抗性基因(ARGs)的分布特征、传播情况及微生物群落结构相关性.结果表明:在河流地表水与沉积物中均检测到四环素类抗性基因tetA和tetB与磺胺类抗性基因sul1和sul2,四环素类抗性基因和磺胺类抗性基因的绝对丰度分别为5.09×10^3~1.26×10^7,3.94×10^5~1.32×10^9copics/L,磺胺sul1抗生素抗性基因丰度显著高于其它基因;河流主要优势菌门为Proteobacteria,Bacteroidetes,Firmicutes,Actinobacteria和Cyanobacteria,其平均总相对丰度占总比例的95.62%,且总体差异较小.抗性基因与微生物群落冗余分析显示, Methylotenera菌属是影响tetA抗性基因分布丰度的主要因素, Dechloromonas和Clostridium sensu stricto 1菌属是影响tetB抗性基因分布丰度的主要因素,Dechloromonas、Clostridium sensu stricto 1和Methylotenera菌属是影响sul1、sul2抗性基因分布丰度的主要因素.

生物模板法制备FePMo_(12)/SiO_2复合材料及光催化特性

以磷钼酸铁为活性组分,茶花花粉为生物模板剂,采用生物模板法和溶胶-凝胶技术制备了具有微椭球结构的FePMo_(12)/SiO_2复合材料。采用SEM、XRD、N_2物理吸附等手段表征了FePMo_(12)/SiO_2的微观形貌和结构。结果表明:制备的FePMo_(12)/SiO_2复合材料保持了模板剂的微结构,且孔径分布较宽,使其具有较大的比表面积115.95 m^2/g。在模拟太阳光照射下,FePMo_(12)/SiO_2可以有效的应用于水中酸性大红3R(AR3R)的降解。在AR3R初始浓度为100 mg/L,溶液pH为3.0,催化剂的用量为0.3 g/L,反应75 min后,AR3R的降解率达到88.6%。FePMo_(12)/SiO_2光催化剂可重复使用,稳定性较好。

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。

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.

藻类叶绿素荧光对除草剂生物毒性响应特性的研究

以蛋白核小球藻、铜绿微囊藻、斜生栅藻为敏感藻,研究了莠去津、敌稗、敌草隆、灭草松四种除草剂及其混合剂对藻类光合特性的影响规律,实验同时确定了三种微藻荧光对除草剂的最佳响应时间。实验结果表明,除草剂显著降低了藻细胞类囊体膜中光系统Ⅱ的最大光合效率(Fv/Fm)、实际光合效率(Y(Ⅱ))、绝对电子传递速率(ETR)和光化学猝灭系数(qP),而非光化学猝灭系数(qN)呈现上升趋势,400μg·L^(-1)敌草隆使蛋白核小球藻Fv/Fm参数值下降了41%。实验选用的三种实验藻在四种除草剂单独和混合胁迫下均发生了不同程度的光抑制效应,表现出光合效率、电子传递速率、光合活性的降低和光保护能力的增强,藻类自身具有一定的光保护机制可以降低除草剂的影响。除草剂能够影响藻细胞叶绿素荧光强度,其中灭草松对蛋白核小球藻的影响最为显著,在400μg·L^(-1)灭草松影响下蛋白核小球藻的叶绿素荧光强度下降了44%。

异养硝化-好氧反硝化菌富集驯化过程中微生物种群演变特征——典型城市景观水系

为了研究不同异养硝化-好氧反硝化菌富集驯化过程中水体微生物群落的演变,利用Miseq高通量测序法对景观水系沉积物富集驯化样本的微生物信息进行统计,对其微生物群落的α多样性以及β多样性进行分析,同时基于微生物属的信息进行了微生物网络分析.结果显示,两种类型培养基在富集驯化完成后氮素得到有效去除,脱氮效果明显;富集驯化过程中的OUT主要属于7个,分别是变形菌门(Protebacterice)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)、蓝藻门(Cyanobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria),与此同时,富集驯化过程中有关氮循环的细菌有上升的变化过程;主成分分析(PCA),非度量多维尺度分析(NMDS)以及主坐标分析(PCoA)表明异养硝化-好氧反硝化菌富集驯化过程中不同温度压力下的细菌群落组成存在明显差异,而培养基的类别带来的影响相对较小;网络分析显示模块核心和网络核心均为低丰度的稀有物种;膨胀因子分析(VIF)和冗余分析(RDA)得出温度、氨氮和硝酸盐氮是影响群落结构演变的关键环境因子.综上可知,Miseq高通量测序研究异养硝化-好氧反硝化菌富集驯化过程中微生物种群演变可行,为实现微生物菌剂“定向-精准-高效”的筛选提供技术支撑.

雄安新区-白洋淀冰封期水体污染特征及水质评价

为明确白洋淀冬季冰封期水污染特征,于2019年1月对白洋淀原始区、旅游区、生活区、养殖区和入淀区5个特征区域25个代表性采样点进行水样采集,选取温度、溶解氧(DO)、氨氮(NH3-N)、亚硝态氮(NO2--N)、硝态氮(NO3--N)、总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数作为评价因子,采用单因子评价法、综合污染指数(K)法和主成分分析法对水质进行综合评价.结果表明:白洋淀冰封期不同功能区水体温差波动较小、DO浓度变化幅度大,TN和TP浓度较高.单因子评价表明,TN参与评价时,25个采样点中,Ⅲ类水体占28%,其余为Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类;TP参与评价时,Ⅲ类水体占16%,其余为Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类,综合看,白洋淀水质整体状况较差;综合污染指数法表明,生活区水质最好,入淀区河流水质最差,其中白沟引河、府河和瀑河3条入淀口河流水质状况最差,为重度污染,主要污染物为TN、TP;主成分分析法表明,入淀区的6条河流彼此间偏差较大,所受污染的影响因子存在较大差异,与主成分1和主成分2高度相关的理化指标是TN、TP.通过3种评价方法定性定量的有机结合,得出白洋淀冬季冰封期水质限制因子为TN、TP且该时期水体污染较严重,冰封期作为湖泊水体的重要时期,探明污染源并治理可显著改善湖泊水质,不仅为白洋淀水体治理提供最佳时机,也为治理和修复淀区水体污染提供指导意义.

阳极修饰对微生物燃料电池性能的影响

利用PW_(12)/rGO复合材料负载于碳布表面制得PW_(12)/rGO修饰阳极并构建单室空气阴极微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFC),考察了PW_(12)/rGO修饰阳极对MFC产电和高氯酸盐(ClO-4)还原性能的影响,并通过对阳极表面形态及其电化学特性的分析,探讨了PW_(12)/rGO修饰阳极改善MFC产电性能的机理。结果表明,当ClO-4浓度为700 mg/L时,PW_(12)/rGO修饰阳极MFC的最大输出电压和ClO-4平均去除速率分别为200.18 mV和1.15 kg/(m^(3)·d),分别是空白阳极MFC的4.4倍和1.06倍;扫描电镜(SEM)表征显示,PW_(12)/rGO修饰阳极表面附着的微生物量远高于空白阳极;Tafel曲线、循环伏安曲线(CV)和交流阻抗谱(EIS)测试表明,PW_(12)/rGO修饰阳极较空白阳极具有更高的交换电流密度、CV电活性面积以及更低的电荷转移电阻。PW_(12)/rGO修饰阳极提高了阳极电子产量和电子传递速率,进而改善了MFC的产电性能。

高水分厨余垃圾脱水预处理技术

介绍了高水分厨余垃圾脱水预处理技术,主要包括物理技术、热干化技术和生物技术这三大类预处理技术的原理、主要工艺流程及处理设备,并进行了对比。认为高水分厨余垃圾脱水预处理宜联合使用物理技术与生物技术,生物干化技术因需时较短、脱水效率更高等优点更适用于高水分厨余垃圾的脱水处理。此外,在有热源的地区,生物干化与热干化技术联合使用会达到更好的干化效果。

厌氧氨氧化耦合反硝化技术反应机理及其影响因素研究进展

为推动厌氧氨氧化(ANAMMOX)耦合反硝化技术在工业上的广泛应用,通过研究和文献分析,在对ANAMMOX耦合反硝化技术反应机理进行阐述的基础上,深入分析了温度、pH值、DO等环境因素以及有机物种类和浓度、碳氮比及基质比等底物因素对ANAMMOX耦合反硝化技术的影响。分析表明,厌氧氨氧化菌和反硝化菌的菌群所需环境条件相似,这为ANAMMOX与反硝化的耦合提供了环境基础。厌氧氨氧化菌和反硝化菌在底物因素上的差异,成为影响ANAMMOX耦合反硝化技术稳定运行的关键。今后需进一步探究底物因素对ANAMMOX耦合反硝化技术的影响。

农村生活污水处理技术进展

在我国加强农村生活污水处理的关键时期,发展我国相关领域新技术是一个必然的需求。阐述了农村生活污水处理的几个典型难点和国内应用较多的农村生活污水处理技术,分析了各工艺的优缺点,提出在选择农村生活污水处理工艺时,既要考虑污水的水质水量,又要考虑当地的自然环境,尽量选择能耗小、运维便宜的工艺技术。

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.