可生物降解塑料袋膜在土壤中降解的纳米尺度特征

传统难降解塑料存在污染问题,因此可生物降解塑料的应用越来越广泛。但在许多自然环境条件下,可生物降解塑料降解速率依然缓慢,也存在一定生态环境风险。目前,在全球气温上升的背景下,可生物降解塑料在土壤环境中老化的纳米尺度机制和破碎化潜势研究还非常有限。因此,以聚乳酸(PLA)基生物降解塑料购物袋膜来源微塑料为研究对象,采用原子力显微镜-红外光谱联用系统(AFM-nanoIR)研究了不同土壤温度条件(常温25℃和高温50℃)下微塑料表面在纳米尺度上的老化特征。结果表明,两种温度条件下PLA表面粗糙度均随老化时间(7和14 d)增加而增加,且高温条件下粗糙度更高,表明高温土壤环境中PLA表面破碎化更快。纳米红外光谱(nanoIR)成像结果表明,与未老化样品相比,老化PLA表面C—O官能团信号明显增强且空间分布面积比例增加(由原始样品的21.1%提高到老化后的37.9%~50.8%);老化14 d时,高温条件下C—O信号比常温环境更强。相似地,老化PLA表面C=O信号增强,分布面积比例增加,表明PLA在老化过程中形成新的羰基化合键。洛伦兹接触共振技术(LCR)分析结果显示,常温土壤环境PLA表面第1振动峰所在频率变化趋势为14 d>7 d>对照,表明老化PLA表面第1振动频率升高,刚性增加;且高温条件下老化7 d处理PLA表面第1振动频率比常温环境更高,表明出现更硬而脆的表面,而老化14 d时刚性降低。此外,纳米热分析(nano-TA)结果显示未老化PLA样品表面玻璃化转变温度为(72.3±4.9)℃,老化7 d时,PLA表面玻璃化转变温度上升,表明耐高温性能增强。但老化14 d时,高温条件下PLA玻璃化转变温度下降且不同测试点位的玻璃化转变温度的异质性变大,表明PLA老化表面出现剥落现象。未来应进一步研究PLA表面剥落过程以及微纳塑料的释放和量化。研究结果为可生物降解材料在土壤环境中的破碎化潜势研究及环境风险评估提供技术支撑。

农村地区固体燃料使用导致的多环芳烃污染和健康风险

为了考察固体燃料使用导致的农村地区多环芳烃污染现状,并评估其对居民造成的健康风险,在北方(山西太谷)和南方(四川南充)选取典型农村家庭,配对测定了农户室内外空气中28种多环芳烃浓度,分析了不同地区多环芳烃污染特征,并评估了居民的呼吸暴露风险。山西室内外多环芳烃浓度分别为(283.7±256.0)ng·m^-3和(135.2±50.4)ng·m^-3,四川室内外多环芳烃浓度分别为(163.4±132.8)ng·m^-3和(87.6±46.2)ng·m^-3,室内浓度显著高于室外浓度,室内外比值(I/O)分别为2.3和1.8,室内源是影响多环芳烃污染的主要因素。虽然,高环多环芳烃的质量浓度只占总浓度的13%~25%,但其毒性却占到总毒性的70%~89%,说明对高环多环芳烃应予以更多关注。使用蜂窝煤的家庭,其室内多环芳烃浓度要比用薪柴的低74%。通过对2个地区居民进行风险估算发现,山西和四川居民因为多环芳烃暴露的终身致癌风险分别为1.1×10^-4和4.8×10^-5,都高于可接受水平10^-6,说明这2个地区具有较高的暴露风险,亟待关注。

基于^(1)H NMR的代谢组学方法研究F-53B暴露对大鼠血清代谢表型的影响

氯化多氟醚磺酸盐(chlorinated polyfluorinated ether sulfonic acids,F-53B)是全氟烷基磺酸(perfluorooctane sulfonate,PFOS)的替代品.大量毒理学实验证明F-53B具有类似PFOS的生物持久性及毒性,但目前国内外尚未报道过关于F-53B的生物代谢扰动机制研究.本研究基于^(1)H-NMR分析了F-53B(50μg·kg^(-1)·d^(-1))暴露28 d后的大鼠血清代谢扰动情况,结合多元统计分析,分析相关差异代谢物和代谢通路变化.暴露组检测到17个差异代谢物,主要包括氨基酸代谢物和碳水化合物代谢物.3条氨基酸代谢通路受到显著影响,包括丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢,组氨酸代谢,苯丙氨酸,酪氨酸和色氨酸生物合成.糖代谢和脂质代谢受到影响.研究结果表明大鼠暴露于F-53B后可能会影响血清的氧化应激反应,引发炎症,心血管疾病,糖尿病和高血压,引起神经毒性且抑制大脑发育.本研究对F-53B暴露产生的代谢扰动进行深入且全面的探究,为评估F-53B的健康风险提供了科学依据.

耦合内源反硝化实现厌氧氨氧化工艺深度脱氮

为实现厌氧氨氧化(Anammox)工艺的深度脱氮,在厌/缺氧运行序批式反应器(SBR)的厌氧段投加乙酸钠(100mg COD/L)实现了内源反硝化与Anammox的协同脱氮,并考察了反应器的脱氮性能和微生物种群结构变化.结果表明,耦合内源反硝化可明显提升Anammox工艺的脱氮性能,系统的总无机氮(TIN)去除率由79.07%±2.63%提高至97.00%±1.35%,出水TIN降低为(3.30±1.49)mg/L.典型周期数据表明厌氧段合成的内碳源如聚羟基脂肪酸酯可为后续内源反硝化作用提供电子供体,但不对Anammox的反应速率产生影响,基于物料平衡分析表明系统的氮素主要通过Anammox作用去除(P_(AMX):P_(EDN)=98.27%:1.73%).乙酸钠的投加刺激了系统中反硝化菌Thauera的大量增殖,但随着具有内源反硝化能力的Denitratisoma丰度上升,促进了Anammox菌Candidatus Brocadia的丰度恢复,实现了Anammox系统的深度脱氮.

掺硼金刚石/Si-Ti电极体系处理沙坦类制药生化尾水溶解性有机物的研究

沙坦类制药废水经生化处理后的外排尾水仍残留有溶解性有机物(DOM),需要深度处理。掺硼金刚石(BDD)薄膜类形稳电极是水处理领域的主要材料。剖析了沙坦类制药生化尾水的荧光特征,评估了BDD/Si-Ti电极体系深度处理沙坦类制药生化尾水DOM的性能。结果表明:沙坦类制药生化尾水有2种独立荧光组分,其中色氨酸组分(中心激发波长=250 nm,中心发射波长=350 nm)是特征荧光组分;BDD/Si-Ti电极体系深度处理沙坦类制药生化尾水的经济电流密度为10~15 mA/cm^(2)。傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析显示,共轭有机物及共轭基团是此类尾水荧光的主要来源,共轭结构被BDD/Si-Ti电极体系有效分解,生成烷烃类物质,因此电解60 min后荧光基本消失。

城镇污水处理厂接纳企业外排废水的评估方法

“污水零直排区”使部分工业企业存在将外排废水纳入城镇污水处理厂的迫切需求,但外排废水直接纳入城镇污水处理厂对其稳定运行和达标排放存在风险。针对某城镇污水处理厂和制药企业,通过对废水水质和可生化性的测定、工业废水对污泥活性的影响试验、污水处理厂接纳工业废水后理论出水水质的计算,以及工业废水对污泥化学需氧量(COD)降解的影响试验,评估了城镇污水处理厂接纳该工业废水的可行性,并制定了接纳工业废水的实际方案。进一步通过分析污水处理厂接纳工业废水后的出水水质情况,论证评估流程和纳厂方案的有效性。在此基础上,系统提出基于试验研究和理论计算的城镇污水处理厂接纳工业废水的评估方法,为城镇污水处理厂和工业企业的稳定运行提供科学依据和技术保障。

微生物光电化学池去除硝酸盐氮:以PANI/TiO2-NTs为光阳极

利用微生物光电化学池(MPEC)去除污染物是一种经济高效环保的方法.本实验在制备获得聚苯胺/二氧化钛纳米管阵列(PANI/TiO2-NTs)复合光电极的基础上,构建了由PANI/TiO2-NTs光阳极和生物阴极组成的MPEC系统,并对其去除硝酸盐氮(NO3^--N)的性能进行研究.结果表明,PANI负载时间为80 s时,PANI/TiO2-NTs电极光电性能最佳,相比于TiO2-NTs电极光电流密度增大约一倍,PANI的修饰有效提高了光能利用率.构建的MPEC系统能在无外加电压的条件下利用光能驱动实现自养反硝化脱氮,NO3^--N的生物降解符合准一级反应动力学方程.光响应电流密度越大,系统反硝化脱氮性能越好,NO3^--N初始浓度为25 mg·L^-1时,当光响应电流密度从0.17 mA·cm^-2增加至0.67 mA·cm^-2,平均反硝化速率从0.83 mg·(L·h)^-1增大到2.83 mg·(L·h)^-1.对生物阴极微生物膜进行了高通量测序,发现Pseudomonas所占比例最大(27.37%)为优势菌属.分析认为PANI/TiO2-NTs光阳极产生的光生电子通过外电路传递到阴极,Pseudomonas、Alishewanella和Flavobacterium等具有自养反硝化能力和电化学活性的微生物可直接利用电极上的电子作为唯一的电子供体进行自养反硝化脱氮.

水中有机物对紫外光催化还原溴酸盐的影响

通过一步水热法制备了TiO_(2)与TiOF_(2)用于考察不同水质条件下紫外光催化控制还原BrO_(3)^(−)的效率.结果表明,TiO_(2)在纯水中还原BrO_(3)^(−)的效率(120min还原78.5%)显著高于TiOF_(2)(120min还原57.0%).但当体系中存在难降解有机物(莠去津)或天然有机物(腐殖酸)时,TiOF_(2)还原BrO_(3)^(−)的效率则优于TiO_(2).TiOF_(2)尤其在20μmol/L莠去津和20μmol/L BrO_(3)^(−)共存条件下展现了良好的同步降解莠去津和还原BrO_(3)^(−)的特性,在反应120min后,莠去津的降解率和BrO_(3)^(−)的还原率分别达到了48.5%和99.0%.此外,TiOF_(2)比TiO_(2)表现出更强的抗水中有机物干扰的能力.当溶液中腐殖酸浓度为5mg/L时,TiO_(2)和TiOF_(2)体系中BrO_(3)^(−)的还原率分别为13.8%和29.8%,后者表现出更为稳定的BrO_(3)^(−)还原效率.在紫外光深度净水体系中,TiOF_(2)具有更强抗水质干扰能力,更能适应水质条件变化带来的影响.

低碳源废水培养的好氧颗粒污泥常温储存后活性恢复研究

通过考察好氧颗粒污泥特征、比耗氧速率(SOUR)、处理效果和菌群的变化,探索常温储存实际低碳源废水培养出的好氧颗粒污泥的可行性.试验结果表明,常温清水储存60d后颗粒结构未出现明显解体;污泥浓度由4960mg/L小幅降低至4740mg/L,但沉降性能保持良好(SVI为24.2mL/g);SOUR整体下降较小(16%),尤其是硝化菌的SOUR;污泥菌群在门和属水平上的相对丰度均发生了变化.在恢复运行后,颗粒形态恢复快且良好,粒径在长期运行后明显增大(200～250μm);污泥沉降性能始终保持良好(SVI﹤20mL/g),SOUR在运行20d后既能恢复;运行11d后COD处理效果完全恢复(平均出水COD为53mg/L),运行5d后NH_4^+-N处理效果完全恢复(平均出水NH_4^+-N为0.7mg/L).常温清水储存好氧颗粒污泥不仅操作方便,而且反应器能快速恢复稳定运行,具有显著的实际应用价值.

印染生化尾水电解过程溶解性有机物变化特性

基于荧光激发发射矩阵(EEM),结合紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、红外光谱(IR)和气相色谱质谱联用仪(GC-MS),精准分析印染生化尾水电解过程溶解性有机物(DOM)结构和组成,揭示宏观水质指标COD、BOD变化的本质.三维荧光光谱PARAFAC分析显示,印染生化尾水存在酪氨酸类(C1)、色氨酸类(C2)、腐植酸类(YC3)3个荧光组分.15mA/cm^(2)电流密度下,经过一定时间电解(如30min),原荧光强度开始逐渐减弱,C1、C2组分最大荧光强度(Fmax)变化不大,出现最大荧光强度(F_(max))降低的DC3色氨酸类组分,废水B/C比从0.27提升至0.42,即尾水可生化性得到提升.进一步分析,电解过程,印染生化尾水DOM的C=C、C=O、C-N、C-O-C结构被降解,原水中烯烃、酮类、胺类、醇类、苯类、卤代烃、酯类等有机化合物被逐步降解为小分子有机酸、烷基酯、烷烃等,这是荧光团转变、可生化性提升的本质原因.三维荧光直观反映了电解过程DOM组成结构的特征光谱,为科学评估电解技术效果和后续印染生化尾水排放溯源提供支撑.

钛酸铁催化臭氧氧化降解水中莠去津

采用一步水热法制备钛酸铁(FeTiO_(3))双金属位材料作为臭氧催化剂,实现水中难降解农药莠去津(ATZ)的有效去除.通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射等方法表征所制备FeTiO_(3)的物理化学特征,FeTiO_(3)为规则的正六边形纳米片,比表面积为18.53 m^(2)·g^(-1).通过催化臭氧氧化降解实验探究水中ATZ的降解性能,在pH=7.0、T=283 K、臭氧浓度3 mg·L^(-1)、催化剂投加量1 g·L^(-1)的条件下反应20 min,ATZ的降解率可达100%.由淬灭实验及电子顺磁共振分析可知,羟基自由基是体系中生成的主要活性氧物种.将FeTiO_(3)催化剂重复使用6次,ATZ降解率均可达98%,且FeTiO_(3)催化活性和结构稳定性基本保持不变.FeTiO_(3)催化剂可在臭氧催化氧化体系中表现出高效的难降解污染物去除效能、结构稳定特征和易分离性能.

好氧颗粒污泥技术中试研究及应用进展

好氧颗粒污泥技术因具有沉降性能好、生物量大、抗冲击能力强等特点而备受关注。通过研究和文献分析,梳理了好氧颗粒污泥在中试研究及实际应用中的进展情况。关注了反应器容积、处理工艺、接种污泥、原水水质、污泥浓度、颗粒粒径及SVI等技术参数,并详细阐述了中试和应用的经典案例,总结了好氧颗粒污泥中试及应用的问题要点和成功的原因。提出了工程设计和运行建议,以及未来的发展方向。

基于浓度梯度算法控制的自动寻污船应用于暗管排查

针对我国水域潜在的暗管偷排漏排污水问题,设计了一款自动寻污水质监测船。船体搭载监测模块、采样模块、自动寻污方向控制模块、自动避障模块以及动力系统,可实时获取电导率、pH、氨氮、总磷等水质监测数据。行船方向控制基于自行编写的浓度梯度算法,可在指定水域范围内自动搜寻偷排暗管等水质指标异常区域并记录监测数据,与定位坐标一并传输储存至云平台。船体搭载的采样模块可自动采集异常水样用于进一步分析,为暗管排查固定证据。小船的自动寻污方向控制、区域巡航及自动采样等功能在多处湿地河道内完成测试验证。与现有水质监测船相比,其具有自动寻污、全天巡查、安全机动、节能低耗等优势,可有效排查污水偷排漏排问题。

碳掺杂MoS_(2)@Mo电极增强电解水析氢反应

高性能电极材料开发是大电流密度电解水制氢的关键.实验采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)实现Mo基体直接生长活性MoS_(2)纳米片阵列,设计CH4/H2等离子体实现碳掺杂原位调控活性层MoS_(2)晶相结构,制备了呈异质结构的1T/2H-MoS_(2)@Mo电极.电化学性能测试显示,1T/2H-MoS_(2)@Mo电极在1000 mA cm^(-2)大电流密度下表现出281 mV低过电位和超100 h的持续稳定性.Butler-Volmer(B-V)拟合证实,1T/2H-MoS_(2)@Mo具有媲美Pt的动力学性能.密度泛函理论(DFT)计算表明,C掺杂诱导形成的1T/2H-MoS_(2)晶体畴壁具有非对称性结构,造成MoS_(2)表面电荷的不均匀分布,进而激活表面惰性S位点,降低氢吸附自由能(ΔGH*);同时,Mo基体与活性层1T/2H-MoS_(2)间的能带重叠效应,赋予1T/2H-MoS_(2)@Mo优异的载体/活性层界面结构稳定性.MPCVD自生长晶相结构调控策略为大电流密度非贵金属析氢电极制备提供了技术支持.

钼基碳掺杂二硫化钼电极的硫氧化反应性能

硫钝化是阻碍硫化物氧化反应(sulfur oxidation reaction,SOR)在硫锂电池、电化学脱硫、含硫污染物资源化等领域高效进行的重要因素.二硫化钼(MoS2)因其优异的抗硫性和可调的二维层状结构而具有良好的SOR潜能,但其本征半导体性质限制了电子传递过程.本文报道了一种抗硫性钼基碳掺杂二硫化钼电极(Mo/C-MoS2),通过碳掺杂使MoS2电极具有接近热中性的硫吸附吉布斯自由能和快速转换多硫化物的能力,有效避免了硫钝化.实验结果显示,Mo/C-MoS2能以0.37 V驱动SOR反应达到10 mA/cm2,低于Mo/MoS2电极(0.41 V)和Pt电极(0.68 V),并在恒电位电解测试中保持16.5 h的抗硫钝化稳定性.透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)、拉曼散射光谱表征证实,CMoS2具有1T导电相晶体结构,提升了催化反应速率.密度泛函理论(density functional theory,DFT)计算进一步阐明,碳掺杂增强了MoS2与Na2S之间的相互作用,促使元素硫向可溶性多硫化物转换,为Mo/C-MoS2电极高效SOR和稳定抗硫性的实验结论提供了理论支撑.

耦合铁刨花和丝瓜络的复合填料滤池脱氮除磷效能

采用废弃的铁刨花、丝瓜络和聚氨酯作为滤池的复合填料进行脱氮除磷,研究其在深度处理工艺中的机理和功效。在进水无碳源、总氮为16~22 mg/L、总磷为1~1.6 mg/L,以及水力停留时间为1~2 h的条件下,滤池对总氮和总磷的平均去除率分别为32.1%和50.2%,平均反硝化速率为89 mg/(L·d)。通过对铁刨花产生的沉积物进行X射线衍射(XRD)和X射线荧光光谱(XRF)分析,以及丝瓜络浸出实验结果表明,铁刨花层进行微电解反应除磷,同时消耗溶解氧,有利于丝瓜络层进行反硝化作用;丝瓜络层提供反硝化所需的缓释碳源进行脱氮;聚氨酯层消耗多余的碳源。这种多介质复合填料的耦合协同脱氮除磷技术,为污水深度处理提供了一种新思路。

真/细菌及其共存体系净化挥发性有机化合物研究进展

微生物是废气生物净化的核心,近年来利用生物处理挥发性有机化合物(VOCs)已成为研究热点之一.首先总结国内外有关真菌或细菌为主的体系和真菌-细菌共存体系对于VOCs净化性能的研究,真菌-细菌共存体系在VOCs去除性能以及效果稳定性方面都具有明显的优势,且共存体系对于疏水性VOCs具有更好的净化性能;在此基础上进一步剖析细胞表面特性对于污染物降解性能的影响,真菌因其特殊的菌丝结构及较大比表面积、较高的细胞表面疏水性及细胞表面丰富的官能基团使得其对于疏水性VOCs净化性能较佳.此外,在共存体系中真/细菌之间也存在相互影响机制,真菌通过菌丝延展强化了细菌对污染物及营养物质的可及性,分泌物质提供营养或将疏水性VOCs降解为水溶性较好的中间产物来增强细菌对这些物质的降解性能;细菌则通过分泌物质促进真菌生长、刺激真菌酶活、消除真菌分泌的抑制其生长的化合物及强化生物膜形成来协同降解复杂有机化合物.真/细菌共存体系优异的VOCs净化性能应用前景广阔,未来的研究将集中在细菌细胞及VOCs随真菌菌丝迁移机制的剖析、功能基因对于VOCs降解性能强化机理的解析和共存体系中疏水性VOCs的传质-反应过程强化的数值模拟等.

高效降解1,4-二噁烷的固态菌剂制备及其性能研究

1,4-二噁烷污染的生物修复效果很大程度上取决于其降解菌的活性和数量.本研究在前期获得1,4-二噁烷高效降解菌Xanthobacter flavus DT8的基础上,研究了该菌的扩大培养方法,并制备了易于贮藏和运输的固态菌剂,考察了菌剂的性能.实验结果表明,菌株X.flavus DT8可在富营养培养基中培养,较优的培养基配方为:Na_2HPO_4·12H_2O 1.0 g·L^(-1),NH_4Cl 1.0 g·L^(-1),MgSO_4·7H_2O 0.2 g·L^(-1),酵母粉5.0 g·L^(-1),蛋白胨1.0g·L^(-1),丙酮酸钠1.0 g·L^(-1),pH 7.0~7.2.X.flavus DT8经发酵罐中扩大培养后,以草炭、硅藻土为载体,经进一步固态发酵制备了固态菌剂,微生物含量为2.17×10^(11)CFU·g^(-1),对1,4-二噁烷的降解效果明显优于活菌液.该菌剂具有良好的贮藏稳定性,4℃保藏90 d后对100 mg·L^(-1)的1,4-二噁烷48 h内去除率为63%;同时具有良好的底物广谱性,对醇类、苯系物和醚类物质也有很好的降解能力.

催化臭氧净水过程中催化材料晶面的作用

非均相臭氧催化氧化(heterogeneous catalytic ozonation,HCO)技术在难降解有机物去除和提高废水可生化性方面应用广泛.非均相金属氧化物是稳定有效的HCO材料.通过晶面调控手段,可改变金属氧化物催化材料表面原子排列顺序,从而暴露出特定晶面.晶体暴露的晶面种类与比例可显著影响HCO过程中臭氧(O3)分解、污染物降解及消毒副产物生成效率.本文在实验结果和理论研究进展的基础上,系统综述了晶面调控HCO催化材料的合成方法与控制机理、强化HCO过程的增强机理以及其在水处理中的应用,如污染物降解、灭菌及副产物毒性抑制等.最后,针对晶面调控HCO催化材料现有研究的不足和实际应用所面临的挑战,从机理探索和材料开发两方面进行了展望.

双区沉淀池用于连续流好氧颗粒污泥工艺的可行性

选取一座已初步形成好氧颗粒污泥的工业污水处理厂的辐流式沉淀池为研究对象,结合实际运行情况建立固液二相流模型,分析沉淀池内活性污泥的沉降性能和分布规律。从沉淀池底径向距离中心1、6和12 m处取得3个污泥样本S1、S2和S3,其中S1的平均粒径(294.6μm)远高于S2(142.8μm)和S3(55.2μm),对应的污泥指数(SVI)分别为56.2、63.4和81.3 mL/g。综合试验结果和计算流体力学(CFD)模拟结果可以发现,沉淀池内颗粒污泥主要集中在半径为1~6 m的圆环区域内。因此,可以通过选择性回流中心区域内的颗粒污泥来制造选择压,从而实现连续流工艺的污泥颗粒化。