模块化移动床人工湿地脱氮效果及N_(2)O排放研究

模块化移动床人工湿地(Modular Moving Bed Constructed Wetland,MMB-CW)因其去除效率高和抗堵塞等优势逐渐成为研究热点。本研究构建了轻质陶粒填充的MMB-CW,研究了不同填充度条件下MMB-CW的脱氮效果与N_(2)O的排放特征。结果表明:陶粒填充的MMB-CW具有良好的NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N去除效果,脱氮效果随陶粒填充度升高而增强(P<0.05)。在MMB-CW系统启动运行过程中,高陶粒填充度有利于促进硝化-反硝化耦合脱氮。当MMB-CW系统稳定时,100%填充度NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N的去除率分别为21.8%和43.7%,N_(2)O排放通量为0.6 mg/(m^(2)·d),与现有研究人工湿地N_(2)O排放通量相比处于较低水平。该研究为扩大MMB-CW技术的实际应用提供了一定的理论依据。

压缩载荷下不同微观结构浮力材料力学特性研究

基于多次夹杂方法,给出含不同规格微珠的浮力材料有效弹性模量微分计算公式;以生产批次微珠内外径之比平均值为基准,提出不同规格微珠数量确定的简化方法;考虑微珠壁厚、体积分数、大小等因素,提出微珠破坏准则;通过构建三维细观单胞模型进行数值分析,研究不同微观结构(微珠体积占比、外径、壁厚)对浮力材料有效弹性模量的影响;针对微珠微观结构,设置不同单一变量,分析不同变量对浮力材料压缩强度的影响。分析结果表明:数值分析能够有效分析浮力材料的有效弹性模量,压缩强度与试验结果相契合。通过试验和数值分析较好地验证了破坏准则。本文可为高性能全海深浮力材料的优化设计和研制以及安全使用提供理论依据。

人工湿地温室气体排放研究进展与减污降碳优化

全球气候变暖问题越来越受到重视,随着人工湿地广泛应用于水处理,人工湿地温室气体排放也受到关注。采用文献计量学方法,筛选分析了Web of Science(WoS)核心数据库中人工湿地温室气体排放相关文献,聚类统计了其中216篇研究文献关键词,总结了主要研究方向及进展。结果表明:1)人工湿地温室气体排放研究相关文献数量于2003年开始逐年增加,文献被引频次同样逐年上升;主要研究热点关键词聚类为四大研究方向,即基质和曝气对温室气体排放的影响、植物对温室气体排放的影响、一氧化二氮(N2O)产生及去除路径、甲烷(CH4)产生及去除路径。2)人工湿地基质种类及配置均会影响人工湿地温室气体排放;而曝气可改变人工湿地内部氧化还原条件导致温室气体排放发生变化;植物能够减少人工湿地温室气体排放总量,且不同植物因通气组织及生物量的差异引起人工湿地温室气体排放差异。3)人工湿地N2O产生于硝化/反硝化、厌氧氨氧化、硝酸盐异化还原成铵等多条路径,但N2O去除路径仅有反硝化;人工湿地CH4产生于有机物厌氧氧化过程,其去除则包括好氧氧化和厌氧氧化2条路径。基于上述综述,提出人工湿地工艺/运行方式优选、内部配置优化、外部条件强化等方面的优化模式,并提出未来需深入研究人工湿地内部N2O及CH4转化机制,优化调控人工湿地温室气体排放,以实现人工湿地减污降碳。

深海耐压结构研究现状和发展趋势

我国在深海资源开发和发展深海技术的背景下,不断进行装备的国产化攻关和关键技术的巩固与提升,并以此为目标基本完成了大深度载人/无人潜水器的谱系化建设。耐压结构设计、制造、测试和评估技术是深海装备发展的基础之一。对深海耐压结构在材料、结构型式、制造工艺等方面的研究现状进行回顾,对新型材料、仿生型结构的探索性研究成果以及制造工艺的突破性进展进行介绍,对未来深海耐压结构研究的发展趋势进行探讨。

雅鲁藏布江流域气候和下垫面变化对径流的影响研究

典型高原寒区雅鲁藏布江流域径流变化是反映该区域气候和下垫面变化的重要指标。在全球升温背景下,由于观测资料稀缺,导致缺乏针对整个流域的气候和下垫面变化对径流影响的研究。因此,本研究基于1986—2010年的气象数据和奴下水文站月尺度、动态土地利用数据等,利用改进的水文模型并结合不同的模拟策略厘清了流域1991—2010年不同时段间气候和下垫面变化对径流的影响。结果表明:在1991—2010年期间,不同时段间气候和下垫面变化对径流变化的贡献率差异较大,气候变化对径流变化的贡献率高于下垫面变化,且使径流量增加。从空间上看,气候变化对流域产流的贡献率在上游和中游都较大,在下游东北部的贡献率较小,而在该区域下垫面变化的贡献率较大。雪冰融水径流呈增加的趋势,对年径流的平均贡献率在21.1%~48.6%范围内,多年平均贡献率为33.6%;雪冰融水径流一般从4月开始增大,8月达到最大,10月达到消融末期。本研究的开展和发现既是雅鲁藏布江流域水文、水资源基础性研究的需要,具有重要的理论研究意义,同时也可为该流域的水资源保护、规划与管理提供科学理论和决策依据,具有重要的现实意义。

颗粒柱塌落中的尺寸效应和瞬态流变性研究

颗粒材料是自然界和工程中广泛存在和普遍应用的材料,泥石流、滑坡和混凝土等均可视为颗粒材料。颗粒材料研究有助于更好地控制相关自然灾害或利用其某些特性。对颗粒材料柱体的塌落动力学研究不仅可以方便理解颗粒材料在瞬态流动时的流变性,还可以引申到泥石流等岩土材料的运动与堆积形态。本文利用扩展多面体离散单元法对颗粒堆积柱的塌落进行了细致的研究,探索高宽比、摩擦系数以及颗粒柱相对尺寸等对柱体塌落的影响。对颗粒集合进行分网并分析每个网格内的应力与应变率之间的关系,讨论其瞬态本构关系。相关研究对于深入理解颗粒材料重力流的动力学性质以及颗粒集合体的堆积形态具有重要意义。

人工代谢途径合成有机醇有机酸的研究进展

有机酸有机醇不仅是食品、化工、医药领域的原料,更是一类重要的生物基燃料,相比于传统的石油基燃料,具有原料可再生,生产过程清洁的特点,是应对能源危机、环境污染问题的有效对策。传统的代谢工程方法是通过在微生物中过表达产物相关的特异性酶实现的,应用时常有发酵原料单一,代谢效率不高,产物种类受限等问题。筛选并重新组合不同来源的酶来构建人工代谢途径是一个有效的解决方案,同时也是代谢工程方法发展的一个重要趋势。本文综述了近年来构建人工代谢途径生产有机酸有机醇取得的突破与进展,具体阐述了5种创新生物合成途径(一碳化合物同化途径、非磷酸化途径、酮酸途径、β-氧化逆循环途径和聚酮化合物途径)的相关机理,为未来构建低成本、高效、产物多样化的有机酸有机醇生物合成平台提供了可能。

微生物电解强化剩余污泥裂解液发酵产短链脂肪酸

污泥裂解液是污泥热水解过程中产生的含有大分子有机物的高浓度溶液,通常采用厌氧消化来实现降解转化及资源回收,但在热转化过程中,美拉德反应产物等难降解有机物会导致成厌氧转化效率较低,产甲烷效率也不高。为了解决这个问题,本研究提出了利用微生物电解辅助厌氧消化(ME-AD)系统对污泥裂解液进行强化处理和资源化的方法,旨在考察大分子有机物的降解效能和短链脂肪酸(SCFAs)转化效率。研究结果表明,与实际污水厂通常处理稀释5倍后的裂解液相比,采用ME-AD直接处理裂解液原液可以提升厌氧降解效率。在序批周期内,COD的去除率为40.2%,比传统厌氧转化提高了15.6%;强化降解污泥裂解液中复杂有机物转化为SCFAs,在第五天强化厌氧发酵过程中,SCFAs的产生达到了最高浓度40.0×10^(5)mg/L,其中乙酸的占比最高,达到了68.1%。该研究可为解决污泥裂解液处理难题和污泥资源化利用提供思路。

食源性致病细菌在土壤中的生存策略及其治理方式

土壤健康,特别是农业土壤的健康,与食品安全密切相关。然而,目前在土壤中已检出了大肠杆菌、肠沙门氏菌、单核增生李斯特氏菌等食源性致病细菌。某些食源性致病细菌能适应土壤中生物与非生物环境并可长期存活,其毒力基因与抗生素抗性基因可能会通过食物链传播,从而给土壤环境生物安全与消费者健康带来风险。本文综述了土壤中食源性致病细菌的主要来源及其生存策略,并介绍了源头治理和原位修复的方法。在此基础上,对土壤中食源性致病细菌治理的技术策略进行了展望,并从改善土壤化学环境和物理环境、切断传播途径、生物防治等方面讨论了未来研究重点关注的方向,以期为保障土壤健康和食品安全提供新思路。

浙江省档案局微污染景观水体生态修复工程实例

针对浙江省档案局内典型城市微污染景观水体,构建了以沉水植物+生物操纵为核心、入湖植物削减带+曝气造流辅助工艺为主的示范工程。该工程经过1年的设计、建设、运行,实际监测数据表明,出水COD_(Mn)、NH_(4)^(+)-N均优于《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅰ类标准,对COD_(Mn)和NH_(4)^(+)-N去除率分别为88.61%和95.45%;TN达到了准Ⅰ类标准;景观水体透明度>1 m。冬季水体TP浓度有所升高,有待进一步监测和进行机理分析。

固体浮力材料研究现状与发展趋势

高强度固体浮力材料的选择和应用是大深度潜水器研发中的一项关键技术。论文从理论、试验和制备工艺3个方面对固体浮力材料的文献进行综述和研究。重点介绍研究方法、研究现状和研究局限性。分析浮力材料在理论研究与试验、工艺制备等方面需要解决的一些问题。提出建立精确的固体浮力材料数值分析模型、理论预测破坏过程、评价吸水特性与建立相关的测量及使用标准等研究方向和建议,可为固体浮力材料力学行为的深化研究,在役的全海深潜水器浮力材料的安全评估提供一定的理论支持。

间隙水交换重塑区域和全球盐沼的碳和温室气体收支

盐沼是一种富含碳的生态系统,通过有效地固定大气中的CO_(2),在气候调节中发挥着重要的作用.然而,气候变化对盐沼造成了严重威胁,可能会影响盐沼的碳汇过程.在此背景下,间隙水交换(PEX)碳排放作为一项重要但一直被忽视的碳循环过程应受到重视.本文系统评估了盐沼中碳和温室气体排放的驱动因素,揭示了PEX作为主要过程对碳和温室气体动态变化的调控作用.通过综合分析全球33个盐沼PEX案例后发现,全球盐沼PEX碳通量约占全球盐沼初级生产力的48%,超过全球盐沼有机碳埋藏量的2.2倍.这一发现突显了PEX在盐沼碳收支中的主导作用.尽管PEX排放的部分无机碳以CO_(2)形式返回大气中,但剩余的碳酸盐会在海洋中长期稳定储存.因此,这项研究对于加强全球蓝碳评估,并为利用盐沼作为基于自然的解决方案来应对全球气候变化提供了科学依据.

大气环境卫星温室气体和气溶胶协同观测综述

人类排放的温室气体和气溶胶是造成全球气候变暖和大气环境恶化的主要因素,也是大气环境卫星遥感的核心探测目标。与传统的单一探测目标卫星相比,实现同平台的大气温室气体和气溶胶协同监测,对于提高温室气体卫星反演精度、改善“自上而下”碳源汇估算、提升温室气体和气溶胶的人为/自然源区分能力具有重要意义,也是各国航天机构积极发展的空间探测手段。本文对欧、日、中、美等具备温室气体和气溶胶协同监测能力的卫星进行系统的介绍,包括卫星平台、传感器、处理算法和质控验证。按照卫星监测任务和传感器用途,将其分为大气综合探测卫星和温室气体监测卫星两大类,并从碳中和行动和大气环境综合治理等需求出发,提出温室气体和气溶胶协同观测星座(GACOC)的概念及其发展方向,包括主被动卫星组网观测、温室气体和气溶胶高精度联合反演算法、人为排放源识别和定量监测等应用。

2020年深海潜水器热点回眸

2020年,国内外在深海装备研发领域取得显著的进展。围绕载人/无人潜水器的研发,重点介绍了2020年国际和国内的研究热点和亮点工作,分析了中国海洋技术所处的国际地位,并对中国深海潜水器领域未来的发展方向提出了建议。

红树林和盐沼湿地间隙水交换过程及其碳汇潜力

全球气候变化对资源、生态和环境的负面影响日益显现,降低大气CO浓度已经成为全球关注的焦点。潮间带湿地(如红树林和盐沼)具有很强的碳汇功能,是降低CO浓度和减缓全球气候变化的重要途径。红树林和盐沼作为重要的海岸带蓝碳生态系统,其土壤具有极高的储碳能力。由于受潮汐和降雨等驱动力的控制,红树林和盐沼土壤间隙水碳交换过程在海岸带蓝碳汇估算中具有较大的不确定性。同时,红树林和盐沼间隙水碳交换过程也是海岸带蓝碳汇相关研究中的前沿性科学问题,具有较大的挑战性。红树林和盐沼间隙水交换促使大量沉积物中的碳输出并存储于海洋,其可能是除了湿地碳埋藏之外的另一个重要碳汇,但目前对此尚未开展系统研究。总结论述了红树林和盐沼生境土壤间隙水交换速率及其携带蓝碳通量和控制因素,期望在对全球红树林和盐沼生态系统蓝碳收支和碳汇潜力进行评估中对其土壤间隙水过程携带的蓝碳通量引起足够的重视。这将深化对红树林和盐沼生态系统碳收支平衡和循环过程的认识,进而在全球气候变化的背景下,为更好地发挥海岸带蓝碳汇功能、促进红树林和盐沼生态系统建设和保护以及海岸带可持续发展提供科学支撑。

基于核酸的纸基荧光生物传感器的设计及应用

纸基生物传感器由于其具有成本低、操作方便、生物可降解、识别元件用量低等优点,近年来受到了广泛的关注。其中,以功能核酸作为识别元件的纸基荧光生物传感器具有较高的灵敏度、瞬时响应以及实时检测等特性,在便携式传感设备方面展现出巨大的潜力。此外,将核酸作为识别元件的纸基无细胞蛋白合成平台,通过条件合成的报告荧光蛋白可实现对病毒、重金属等目标物的特异性检测,具有良好的应用前景。首先,本文介绍了基于核酸的纸基荧光生物传感器的设计,特别是基于核酸的识别元件与纸基材料的结合方式。其次,总结了基于核酸的纸基荧光生物传感器在临床诊断、食品安全检测、环境污染物检测等不同领域的最新研究进展,讨论了其优势与局限性。最后,探讨了基于核酸的纸基荧光生物传感器的发展方向与应用前景,以期为相关领域的研究提供参考。