基于OBE理念的研究生课程教学改革与探索——以现代环境分析测试技术为例

在环境科学与工程专业核心课程——现代环境分析测试技术课堂教学中,运用成果导向教育(OBE)理念,从课程教学内容体系与结构、师资团队建设、现代教学方法与教学手段以及课程考核评价体系等方面进行实践与探索,通过改革措施实施,能较好地提升教学效果,以期为OBE理念下研究生课程教学模式提供思路和方法。

基于综合减污降碳策略的成渝地区中长期空气质量改善模拟

设计成渝地区3种中长期综合减污降碳情景,包括基准政策情景、动态优化情景和最大潜力情景.应用区域大气污染物及碳排放清单和空气质量模型,模拟预测不同情景下的空气质量改善程度,并优选中长期空气质量改善目标约束下的综合减污降碳情景及路径.结果显示,成渝地区要实现中长期空气质量改善和碳减排目标,与2017基准年相比,2025年和2035年的SO_(2)、NOx、PM2.5、VOCs和CO_(2)减排比例分别为29%、32%、19%、24%、3%和35%、49%、28%、39%、12%.从综合减污降碳措施减排贡献来看,近中期阶段,末端治理(尤其是重点行业超低排放改造)仍是大气污染物减排的重要驱动力,大气污染物减排贡献占比为20%~55%.中长期阶段,由“双碳”目标驱动的能源、产业和交通结构调整措施对污染减排具有关键作用,大气污染物减排贡献占比为65%~87%.此外,重点排放源减排贡献具有较大差异,移动源和溶剂使用源对NOx和VOCs减排贡献显著,固定燃烧源、工艺过程源和移动源对CO_(2)减排贡献均较为明显.

基于RSM模拟的返排水电催化工艺参数的影响特性及其优化实验

随着页岩气开发的大力推进,针对页岩气返排水处理技术成为当前的研究热点.为了去除页岩气返排水中复杂有机污染物,提升其可生化降解性,采用电催化氧化技术对页岩气返排水进行预处理.通过响应曲面分析研究了电压、电极板间距和反应时间3个参数对返排水中有机污染物转化过程的影响,并对3个电催化参数进行优化,得到最佳结果为板间距2.254 cm,电压8.667 V,反应时间80 min.基于优化结果开展的电催化实验结果表明,电催化氧化技术可有效去除不同区域返排水中22.2%—59.56%COD,同时显著提升返排水的可生化降解性,不同返排水样品BOD/COD值(B/C值)从0.04—0.26提高到0.39—0.64.此外,GC-MS分析结果表明,电催化氧化技术可以有效去除返排水中有毒且难生化降解的有机物(如芳香族化合物和酚类化合物),并生成易生化降解的脂肪族和酯类有机物.

电压对高盐废水中好氧污泥颗粒化过程及效能的影响

好氧颗粒污泥由于其对盐度较强的耐受能力是适用于高盐废水处理潜在的生物处理技术,但如何在高盐条件下快速实现污泥颗粒化并保证其高效稳定的性能仍是亟待解决的问题.生物电化学技术是一种通过电辅助手段强化微生物活性的新兴技术.本研究采用不同电压刺激好氧污泥系统,聚焦污泥颗粒化过程及污染物去除,探究其合适电压范围并阐述微生物学机制.结果表明,适宜的电压(0.6V)可明显提高颗粒化过程中好氧颗粒污泥的沉降性能和提高系统中大粒径颗粒占比.对系统的碳、氮去除能力进行分析比较发现,实验组在适宜电压作用下COD去除效果较对照组提高25%,出水中硝酸盐和亚硝酸盐积累分别下降38.5%和36.5%.此外,0.6V电压还可刺激微生物生长,提高EPS的分泌,并且通过三维荧光光谱分析发现TB-EPS中色氨酸与蛋白质类物质含量显著增加,这有助于颗粒外形的塑造,促进污泥颗粒化.高通量测序结果表明,适宜电压作用下微生物群落多样性增加,其中,Azoarcus丰度较对照组提高62.4%,并且具有脱氮、高耐盐性等功能微生物的丰度较对照组有不同程度的增加,使系统的硝化反硝化能力增强.本研究的结论可为电辅助技术在好氧颗粒污泥处理高盐废水中的应用提供理论与技术基础.

好氧颗粒污泥对页岩气返排水中的典型多环芳烃的去除、解毒作用及机制

页岩气开发是我国重大能源战略的关键组成部分,返排水的处理是该行业面临的主要挑战。目前,在返排水中普遍存在的多环芳烃由于具有高环境风险而备受关注。本研究采用具有页岩气返排水处理能力的好氧颗粒污泥探究其对典型多环芳烃萘和菲的处理能力及其行为特征,并通过HPLC和GC-MS分析降解过程中的中间产物探究降解路径,及好氧颗粒污泥对多环芳烃毒性的缓解效应。结果显示,该好氧颗粒污泥对萘和菲的去除率达到93.8%和91.3%,并能保持长期稳定。生物降解是该好氧颗粒污泥系统长期稳定去除典型多环芳烃的主要途径,对萘和菲的去除贡献率分别达到64.1%和72.2%。受限于吸附容量,吸附作用仅在初期发挥短期贡献,且具有不同的吸附机制:萘的吸附过程主要表现为多分子层的化学吸附,而菲的吸附表现为物理吸附和静电力作用下的化学吸附。伴随着萘和菲的去除,含萘和菲的废水经该好氧颗粒污泥处理之后生物毒性显著降低,分别降至1%和16%。萘降解生成的中间体包括2,4-二甲基苯甲醛、2,4-二叔丁基苯酚和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚),而菲的降解中间体则包括萘、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、2,4-二甲基苯甲醛、2,4-二叔丁基苯酚和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚),这些中间体最终转化为水杨酸和邻苯二甲酸,通过三羧酸循环实现矿化并缓解毒性。上述结果暗示处理页岩气返排水的好氧颗粒污泥系统能够对返排水中的多环芳烃进行有效去除进而缓解其毒性效应,为好氧颗粒污泥技术应用于页岩气返排水处理提供了技术支撑。

碳源与氮源限制下细菌代谢调节研究进展

营养限制是微生物最常面临的环境胁迫之一。除了在营养物质匮乏的海洋、冰川、沙漠、深层地表等自然环境中,越来越多的人工环境也出现了营养限制的特征,例如各类微污染水体、提标改造的废水生物处理系统等。基质浓度极大地影响着包括细菌在内的许多微生物的生长、代谢及群落结构,最终导致其功能的改变。为了在营养限制条件下维持生存,微生物首先需感知营养供给的减少,其后通过基因、蛋白质、信号分子、代谢产物等对各代谢过程进行全局调控,最后改变基质亲和力、生长速率、运动能力、形态等以适应营养不足。胞内各种信号物质及其触发的响应是微生物应对营养胁迫的关键。本文分别梳理了以细菌为代表的微生物应对碳源、氮源限制时的关键信号物质、受体蛋白/调控过程及响应结果,并分析了碳氮限制响应过程中的相互作用,以期为极端环境微生物的认识、营养限制条件下微生物的应用,尤其是低浓度污染物生物处理、生物监测等领域提供理论基础。

厌氧甲烷氧化微生物物质代谢与能量代谢研究进展

甲烷既是一种温室气体,也是一种潜在的能源物质,其源与汇的平衡对地球化学循环及工程应用均有重要意义。厌氧甲烷氧化(anaerobic oxidation of methane,AOM)过程是深海、湿地和农田等自然生境中重要的甲烷汇,在缓解温室气体排放方面发挥了巨大作用。AOM微生物的中枢代谢机制及其能量转化途径则是介导厌氧甲烷氧化耦合其他物质还原的关键所在。因此,本文从电子受体多样性的视角,主要分析了硫酸盐型,硝酸盐/亚硝酸盐型,金属还原型厌氧甲烷氧化微生物的生理生化过程及环境分布,并对近些年发现的新型厌氧甲烷氧化进行了梳理;重点总结了厌氧甲烷氧化微生物细胞内电子传递路径以及胞外电子传递方式;根据厌氧甲烷氧化微生物环境分布及反应特征,就其生态学意义及在污染治理与能源回收方面的潜在应用价值进行了展望。本综述以期深化对厌氧甲烷氧化过程的微生物学认知,并为其潜在的工程应用方向提供新的思路。