环境科学研究

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2015, 28(4).

摘要(171) PDF(39)

摘要:

燃煤电厂大气污染物“近零排放”技术研究及工程应用

王树民, 宋畅, 陈寅彪, 孙平

2015, 28(4): 487-494.

摘要(7721) PDF(7986)

摘要:

在燃煤电厂实现大气污染物“近零排放”过程中,烟尘控制技术是关键,通过对除尘、脱硫、脱硝等先进环保技术的系统比较,提出了燃煤电厂大气污染物“近零排放”技术路线. 在地处长三角的国华舟山电厂4号机组采用高效低氮燃烧+SCR(选择性催化还原法)脱硝+旋转电极除尘+海水脱硫+湿式静电除尘的技术路线,ρ(烟尘)、ρ(SO₂)、ρ(NO_x)的实际排放值分别为2.46、2.76、19.80 mg/m³；在地处京津冀的国华三河电厂1号机组,采用高效低氮燃烧+SCR脱硝+低温省煤器+静电除尘(高效电源)+湿法脱硫+湿式静电除尘的技术路线,ρ(烟尘)、ρ(SO₂)、ρ(NO_x)的实际排放值分别为5、9、35 mg/m³. 实践表明,立足国情走煤炭清洁高效利用之路,燃煤电厂可以在低成本下实现大气污染物的“近零排放”. 通过对技术路线优化、低浓度污染物在线测量技术及“近零排放”中存在的一些问题进行分析和探讨,提出了燃煤电厂大气污染物控制技术的研究和发展方向. 估算结果表明,如果全国燃煤机组自2015年起采用“近零排放”技术,5 a内烟尘、SO₂、NO_x年均减排率分别可达19.0%、18.9%、18.5%.

华北地区能源及交通行业对极端天气的敏感性分析

马占云, 冯鹏, 高庆先, 孔珊珊, 许霜, 居辉, 付加锋

2015, 28(4): 495-502.

摘要(4993) PDF(5458)

摘要:
选取1987─2010年华北五省市区(北京、天津、河北、山西、内蒙古)代表极端天气的HDD(采暖度日)、CDD(降温度日)和P(降水距平百分率)3个指标,通过建立Cobb-Douglas和超越对数2类生产函数,分析极端天气对华北五省市区的能源、交通2个行业产值影响的敏感性. 结果表明:CDD、P对2个行业产值的影响较小,HDD的影响较大. 能源行业产值对HDD、CDD及P的静态敏感系数最大值分别为0.29、0.10、0.07,表明这3个指标对能源行业产值的影响依次降低；交通行业产值对上述3个指标的敏感系数同样也依次减少. 动态敏感性分析表明,能源消费结构和交通运输方式决定了CDD、P对五省市区2个行业产值的影响较小,而HDD的影响相对较大且年际波动也大,即冰雪、寒潮对能源、交通2个行业产值的影响程度远大于高温热浪、洪涝、干旱等极端天气. 山西交通行业产值对极端天气的敏感性在五省市区中表现最为显著,HDD、CDD和P每增加1%,该省交通行业产值将分别变化-0.11%、0.11%、0.03%. 敏感性分析结果与五省市区极端天气事件的分布和2个行业产值的损失相吻合.

青藏高原高寒草甸地区大气CO₂浓度变化特征

汪巍, 刘冰, 李健军, 王瑞斌

2015, 28(4): 503-508.

摘要(2502) PDF(4380)

摘要:
大气CO₂浓度的长期连续观测是研究全球和区域碳循环过程及其气候和环境效应的重要基础. 利用基于非色散红外吸收光谱法(NDIR)的大气CO₂在线观测系统,于2012年3月—2013年2月在青海门源大气背景站对青藏高原高寒草甸地区大气φ(CO₂)进行了连续观测. 结果表明:①观测期间,门源站大气φ(CO₂)波动较大,其背景值出现频率为59%,背景值平均为391.2×10^-6,低于2012年全球平均值(393.1×10^-6)；受排放源和吸收汇影响的φ(CO₂)非背景值出现频率分别为25%和16%,二者平均值分别为401.1×10^-6和380.7×10^-6. ②夏季φ(CO₂)日变幅最大,达到28.9×10^-6；春季、夏季、秋季、冬季φ(CO₂)最高值分别出现在08:00、07:00、08:00和11:00,最低值均出现在16:00. ③门源站φ(CO₂)背景值季节变化明显,最高值出现在1月,月均值为397.7×10^-6；最低值出现在8月,月均值为381.0×10^-6. ④不同季节φ(CO₂)-风玫瑰图分析结果显示,春季、夏季、秋季φ(CO₂)高值主要出现在W-NW-N扇区,冬季高值主要出现在SE-S-SW扇区. 门源站大气φ(CO₂)的季节变化特征主要是排放源、吸收汇以及地面风共同作用的结果.

兰州冬季大气污染来源分析

刘娜, 余晔, 何建军, 赵素平

2015, 28(4): 509-516.

摘要(4399) PDF(4729)

摘要:
利用WRF(天气研究与预报模式)输出的高分辨率气象数据驱动HYSPLIT_4.9(混合单粒子拉格朗日轨迹模式),结合PSCF(潜在源贡献因子)和CWT(权重浓度轨迹分析)模拟研究复杂地形下兰州城市尺度大气污染物局地输送特征、潜在源区及其对空气质量的影响. 结果表明:2002—2008年影响兰州城区冬季12月空气质量的轨迹可分为5类,输送类型可分为城区内输送和城区外输送. 第1、3类轨迹出现频率均大于20%且污染轨迹出现频率均大于38%,是污染物的主要输送路径,对应潜在源区为兰州城关区东北部和榆中县东部,这2个源区对ρ(PM₁₀)的影响最大,对ρ(SO₂)的影响最小,对ρ(PM₁₀)、ρ(SO₂)和ρ(NO₂)的贡献分别超过200、80和60 μg/m³. 来自榆中县的第4类轨迹和兰州西固区的第5类轨迹易造成大气重污染,而来自皋兰县的第2类轨迹属于清洁轨迹. 兰州冬季污染既受局地输送的影响,也与地面天气形势密切相关.

红枫湖流域表层沉积物中全氟化合物的污染特征

刘琰, 江秋枫, 韩梅, 赵兴茹, 郭睿

2015, 28(4): 517-523.

摘要(3383) PDF(4757)

摘要:
PFCs(perfluorinated compounds, 全氟化合物)因具有持久性、生物富集效应和毒性而受到环境科学领域的普遍关注. 采用超高效液相色谱-串联质谱联用仪(UPLC-MS/MS)并结合固相萃取的方法,对贵阳市主要饮用水水源地——红枫湖主要入湖支流及湖区表层沉积物中10种PFCs的质量分数进行了检测,分析了其污染水平、空间分布及组成特征. 结果表明,各采样点w(∑PFCs)(10种PFCs的总质量分数)为0.27~1.65 ng/g,其中PFBA(全氟丁酸)、PFPeA(全氟戊酸)、PFOA(全氟辛酸)、PFBS(全氟丁烷磺酸)、PFOS(全氟辛烷磺酸)及PFHxA(全氟己酸)不仅检出率高,而且对各采样点w(∑PFCs)的贡献较大,是红枫湖表层沉积物中主要的PFCs；受湖区水文水动力条件及沉积物有机质的影响,北湖表层沉积物中w(∑PFCs)高于南湖,并且全湖w(∑PFCs)的最高值位于出湖口处,达到1.65 ng/g；红枫湖流域表层沉积物中的w(PFOA)和w(PFOS)分别为0.07~0.51和nd(未检出)~0.16 ng/g,与国内外其他流域相比处于较低水平；大气沉降可能是红枫湖流域PFCs的主要来源.

滇池表层沉积物中氨氮的释放特征

邓伟明, 徐晓梅, 陈春瑜, 何佳, 刘文斌, 李森

2015, 28(4): 524-531.

摘要(3832) PDF(4998)

摘要:
为研究滇池内源污染特征,于2013年在滇池全湖布设36个采样点,采集表层沉积物样品,并对沉积物中w(NH₄⁺-N)的分布及NH₄⁺-N释放动力学特征进行研究. 结果显示:滇池表层沉积物中w(NH₄⁺-N)为155.8～667.8 mg/kg,平均值为333.7 mg/kg,湖心区域最高. 0~5 min内NH₄⁺-N释放速率最大,可达到3.34～42.31 mg/(kg·min)； 5 min后NH₄⁺-N释放速率逐渐降低,并在120 min左右基本达到释放平衡. 沉积物中NH₄⁺-N的释放潜能为17 147～34 163 mg/kg,NH₄⁺-N释放量随着水土质量比的增加而增大；滇池大部分区域NH₄⁺-N的释放潜能相对较高,特别是在草海北部以及外海盘龙江河口处. 滇池沉积物中NH₄⁺-N释放速率、释放潜能均高于长江中下游湖泊沉积物；与同为高原湖泊的洱海相比,其沉积物中NH₄⁺-N释放速率基本相当,但是NH₄⁺-N释放潜能却远高于洱海,表明滇池表层沉积物中NH₄⁺-N具有非常高的释放风险.

城市流域降雨径流水质特性及初期冲刷现象

王书敏, 郭树刚, 何强, 颜文涛, 宋力

2015, 28(4): 532-539.

摘要(3602) PDF(4566)

摘要:
为了解城市流域降雨径流水质特性及其初期冲刷现象,以重庆市盘溪河流域和虎溪流域为研究对象,对6场降雨径流进行监测. 结果表明:各场次降雨中,城市流域降雨径流污染物浓度均呈抛物线型分布；在所监测的6场降雨中,盘溪河流域ρ(TSS)(TSS为总悬浮物)、ρ(COD_Cr)、ρ(TN)、ρ(TP)平均值分别为2 000、420、13.0、5.7 mg/L,虎溪流域ρ(TSS)、ρ(COD_Cr)、ρ(TN)、ρ(NH₃-N)、ρ(NO₃--N)、ρ(TP)、ρ(Fe)、ρ(Zn)、ρ(Pb)、ρ(Cd)的平均值分别为33、38、2.6、0.7、1.1、0.1、2.1、0.2、0.6、0.06 mg/L. 在盘溪河流域和虎溪流域降雨径流中,磷均以颗粒态为主(分别占56%和87%),氮均以无机氮为主(分别占72%和82%). 盘溪河流域未发现明显的初期冲刷现象,虎溪流域初期40%的径流携带了50%~80%的污染负荷. 降雨径流流量分析表明,单峰降雨事件的峰值流量取决于且滞后于峰值雨强,多峰降雨事则件往往导致多峰流量响应.

流域总量控制下赣江流域控制单元划分技术

方玉杰, 万金保, 罗定贵, 孙善磊, 陈春丽

2015, 28(4): 540-549.

摘要(2503) PDF(4130)

摘要:
作为“控制单元的总量控制技术”的关键环节,控制单元的概念、内涵及划分方法一直存在较大分歧,其重要性没有得到应有的体现. 在分析欧美控制单元的基础上,提出了控制单元的概念(基于“控制单元的总量控制技术”的理念,为实现水环境容量总量的计算、分配和管理等目标,综合考虑水文、水环境、水生态和水体使用功能等因素而人为划分的水质目标管理单元),并阐述了其内涵. 基于GIS技术,采用多指标空间叠加分析和专家判断方法,提出了不同尺度流域的控制单元的划分原则、指标体系及技术路线,并以赣江和锦江流域为例进行了控制单元的划分,赣江流域划分为17个1级控制单元、57个2级控制单元；锦江流域划分为4个控制单元. 对锦江流域开展了非点源参与下动态水环境容量计算及控制单元总量动态分配,丰水期COD_Mn和NH₄⁺-N水环境容量分别占研究区年总容量的63.4%和60.6%. 假设总量利用率为70%,将控制单元的分配结果作为SWAT(soil and water assessment tool)模型的点源输入,验证控制单元划分方案的可行性,模拟结果显示,良田和均车断面的ρ(NH₄⁺-N)均满足GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质标准的要求,说明划分方案可行.

降水波动对呼伦贝尔草甸草原初级生产力年际动态影响

吕世海, 刘及东, 郑志荣, 叶生星, 常学礼

2015, 28(4): 550-558.

摘要(3169) PDF(4613)

摘要:
降水是控制草原植被生产力最关键的因素. 为探明降水量在不同时间尺度上的波动及其对草原植被的响应机制,以呼伦贝尔草甸草原为研究对象,选用反映年际降水量波动的降水集中度和偏离期2个因子,将以地面光谱生物量模型计算获得的草甸草原植被NPP(net primary production,净初级生产力)与不同周期降水量和降水波动因子建立回归模型,分析年际降水量波动对草甸草原植被NPP的影响. 结果表明:①在呼伦贝尔草甸草原区,以年内4—7月为关键期,P_k(关键期累积降水量)对草甸草原植被NPP的影响最大,C_dk(关键期降水集中度)平均值为0.439±0.182,d_k(关键期降水偏离期)平均值为31.6 d,变幅为-3.6~94.2 d. ②以P_k和以旬为单位的C_dk、d_k构建的草甸草原植被NPP估算模型,y=-52.11+88.957C_dk+0.724d_k+0.953P_k,能较好地反映草甸草原植被NPP与降水波动之间的关系,模型估测精度可达91.0%. 因此,在半干旱草原区,利用基于遥感植被反射光谱构建的NPP模型计算草甸草原植被NPP具有较高的可信度,并且与样方调查结果有极高的关联性.

基于系统仿真模拟的三峡库区生态承载力分区动态评价

翟羽佳, 王丽婧, 郑丙辉, 王会肖, 王山军

2015, 28(4): 559-567.

摘要(2976) PDF(4650)

摘要:
针对现有生态承载力评价研究中时间动态性、空间差异性考虑不足等问题,引入系统动力学(SD)模型,围绕生态承载力关键指标实施三峡库区分单元的系统仿真模拟和预测,整合生态承载力综合评价方法,对不同控制单元承载力状况进行动态评价. 结果表明:①2010年三峡库区生态承载力指数为0.55,为弱可承载状态. 生态承载力限制因素分析显示,长江嘉陵江重庆市辖区控制单元、长江涪陵区万州区控制单元主要受制于资源、环境要素,其他3个控制单元(澎溪河开县控制单元、长江云阳县巫山县控制单元、长江恩施州宜昌市控制单元)主要受制于社会、经济要素. ②现有发展趋势下,2010—2025年三峡库区生态承载力指数为0.48~0.57,呈先增后减的趋势,拐点出现在2015年附近,整体亦处于弱可承载状态. 2015年后,以资源、环境为主要限制因素的2个控制单元生态承载力指数开始逐年下降；以社会、经济为主要限制因素的其他3个控制单元生态承载力指数则呈延续上升态势. ③综合调控方案下,三峡库区生态承载力指数在2015年达到0.60,由弱可承载提升为基本可承载；至2018年,所有控制单元均达到基本可承载,生态承载力指数为0.60~0.76. 可见,综合调控方案对各控制单元人口、经济、环境、资源因素的调控行之有效.

丹江口水库新增淹没区农田土壤重金属生态危害评价

王剑, 尹炜, 强小燕, 朱惇, 史志华

2015, 28(4): 568-574.

摘要(2348) PDF(4314)

摘要:
为研究丹江口水库新增淹没区农田土壤重金属污染状况,通过野外调查,采集169个土壤样品,分析了土壤中7种重金属(Cr、Cd、Pb、Ni、Zn、Cu、As)的污染特征和空间分布,并采用I_geo(地质累积指数)法对土壤重金属进行生态危害评价. 结果表明:w(Cr)低于河南省土壤环境背景值,w(Cd)、w(Pb)、w(Ni)、w(Cu)、w(As)、w(Zn)均高于河南省土壤环境背景值,其中,w(Cr)比河南省土壤环境背景值低18.90 mg/kg,w(Zn)比河南省土壤环境背景值高11.21 mg/kg,w(Cd)则为河南省土壤环境背景值的16倍. 空间分析表明,河南省淅川县、湖北省丹江口市附近的库区以及河南省九重镇、盛湾镇库周的土壤重金属质量分数较高,而其余区域较低；I_geo法评价结果表明,Cd是丹江口水库新增淹没区主要的污染元素,Cr、Pb、Ni、Zn、Cu、As则处于无污染水平.

水泥窑共处置过程中水泥生料对Pb与Cd的吸附/冷凝特性

丛璟, 闫大海, 李丽, 蒋旭光, 周英男, 王琪, 彭政

2015, 28(4): 575-581.

摘要(2227) PDF(4277)

摘要:
为了研究水泥窑共处置过程中水泥生料对Pb、Cd的吸附/冷凝特性,采用氮吸附仪和SEM(场发射扫描电镜)对水泥生料的基本物理性质(比表面积、孔径和微观表面积)进行研究；同时,利用小型试验装置对重金属Pb、Cd的氧化物(PbO、CdO)展开了吸附/冷凝研究. 结果表明:水泥生料的比表面积(2.49 m²/g)较小,微观表面结构致密无孔,因此,在水泥窑共处置过程中水泥生料对重金属的吸附/冷凝作用以冷凝为主. 进入控温立式炉的重金属可分为三部分:①冷凝在管壁上,其中Pb、Cd分别占各自入炉总量的67%～72%、58%～65%；②吸附/冷凝在水泥生料上,其中Pb、Cd分别占各自入炉总量的13%～17%、16%～21%；③随烟气释放到空气中,其中Pb、Cd分别占各自入炉总量的10%～18%、14%～26%. 水泥生料对Pb、Cd的吸附/冷凝特性均可用双常数方程拟合,线性拟合的相关系数均在0.95以上. 动力学方程拟合得到水泥生料对Pb、Cd的吸附/冷凝活化能,二者分别为5.827、6.050 kJ/mol,由此可预测水泥生料对Pb和Cd的吸附/冷凝量.

废旧塑料浮选分离中气泡黏附行为的影响

赵钺, 黄佳, 李彦鹏, 刘珺, 孟庆龙

2015, 28(4): 582-588.

摘要(2303) PDF(4217)

摘要:
塑料浮选作为一种基于表面活性剂的废旧塑料分选技术,是解决废旧塑料环境污染的有效方法. 为深入考察塑料浮选过程中气泡的黏附行为及影响因素,运用高速摄影技术结合气泡黏附时间模型,对比分析纯水中气泡与亲/疏水材料的黏附效果,重点比较不同溶液〔纯水、鼠李糖脂和SDS(十二烷基硫酸钠)溶液〕中气泡与疏水材料的黏附时间变化,并探讨其影响机制. 结果表明:气泡在纯水中只与疏水材料发生黏附,表面活性剂及其浓度对气泡与疏水材料的黏附时间影响显著. 在c(鼠李糖脂)和c(SDS)(二者均为0.03 mmol/L)均较低的溶液中,气泡与疏水材料的黏附时间由纯水中的158 ms分别降至120和140 ms,而二者较高(10.00 mmol/L)时黏附时间分别增至1 134和338 ms. 基于黏附时间模型分析表明,黏附时间是气泡尺寸、接触角、溶液黏度及表面张力等参数的函数,通过控制这些参数可以调控气泡在目标塑料表面的黏附时间,实现浮选效率的优化.

不同生态床对剩余污泥脱水和稳定化的影响

侯霜, 李子富, 张扬

2015, 28(4): 589-595.

摘要(2581) PDF(4660)

摘要:
对比分析传统干化床、芦苇生态床及芦苇-蚯蚓复合生态床3种处理方式对城镇污水处理厂剩余污泥的处理效果. 结果表明:传统干化床处理简单易行、成本低,但脱水效率低,处理15 d后污泥含水率仍在79.8%左右. 芦苇生态床较传统干化床具有明显优势,其处置后污泥含水率可降至67.8%,但其对有机质、TN、TP的去除效果不明显. 芦苇-蚯蚓复合生态床对污泥脱水效果最佳:①污泥含水率由原来的95.1%降至44.4%,体积明显减少,达到了污泥减量化的目标；②扫描电镜试验显示,处理后污泥具有孔隙及片状结构,有利于水分散失；③污泥中w(有机质)、w(TN)、w(TP)分别降低了14.5%、20.3%和13.2%左右. 热重分析发现,污泥中不稳定化合物含量有所降低. 经芦苇-蚯蚓复合生态床处理后,Cu、Ni、Zn、Cr残渣态所占比例分别由原污泥的3.2%、23.7%、15.2%、55.8%增至73.3%、43.1%、78.3%和78.6%,大幅降低了重金属的迁移风险,并且污泥红外图谱显示─COOH和酰胺明显增多,有利于重金属的稳定. 综上,复合生态床可有效实现污泥减量,并且降低了二次污染的风险.

VOCs污染场地风险管理策略的筛选及评估

钟茂生, 姜林, 张丽娜, 夏天翔, 韩丹, 姚珏君, 郑迪

2015, 28(4): 596-604.

摘要(2883) PDF(4211)

摘要:
以某VOCs(volatile organic compounds,挥发性有机化合物)污染场地为例,结合实地调查,将健康风险评估用于场地风险管理策略的筛选. 结果表明:①该场地不同深度土壤均受到氯仿、二氯甲烷和苯的污染,污染物垂向迁移特征明显,最大迁移深度达25.8 m,其中深度≤15.0 m的土壤污染较重. ②基于保守的通用场地概念模型对将其规划为居住用地时的健康风险进行评估显示,氯仿、二氯甲烷和苯的致癌风险分别达6.0×10-2、2.9×10-4、7.4×10-5,均超过可接受风险水平(1.0×10-6),三者修复目标分别为0.22、12.00和0.64 mg/kg. 如采取策略一,即将场地内超过修复目标的土壤进行清除,需修复的土壤深度达24.0 m,修复土方量为33.4×10⁴ m³. ③结合污染物垂向分布及场地未来地下空间开发规划,提出策略二,即对0~15.0 m深度范围内重污染土壤进行清除异位修复、>15 m深度范围内土壤采取工程控制措施. 实施策略二后的风险评估结果显示,虽然>15.0 m深度范围内土壤中依然存在w(氯仿)超过修复目标的采样点,但致癌风险(8.3×10-8)远低于可接受水平；概率风险评估显示,该风险值对应的累计频率为99.5%,考虑各参数取值的不确定性后,风险模拟结果最大值也仅为1.06×10-7. 可见,策略二足够保守,能够保障未来居民的身体健康；与策略一相比,策略二可减少修复土方量6.4×10⁴ m³,因此更具经济性,为风险管理策略的优选方案.

填埋场长期渗漏的环境风险评价方法与案例研究

徐亚, 能昌信, 刘峰, 董路, 刘玉强, 黄启飞

2015, 28(4): 605-612.

摘要(2329) PDF(4257)

摘要:
填埋场的长期渗漏是由于防渗膜老化、导排层淤堵等原因,导致填埋场封场后渗滤液渗漏量增加的现象. 为分析渗滤液长期渗漏对填埋场环境风险的影响,采用Landsim-HELP耦合模型进行渗漏源强计算和污染组分迁移转化计算. 在此基础上,以致癌风险和非致癌风险为渗滤液渗漏的环境风险表征,采用剂量-效应模型对风险值进行计算. 最终构建了基于Landsim-HELP耦合的填埋场长期渗漏的环境风险评价模型,并将其用于山西省某工业固体废物填埋场渗漏风险研究. 结果表明:①短期(0~100 a)内,在CLTP(考虑长期性能衰减)和NCLTP(不考虑长期性能衰减)情景下,渗滤液渗漏的环境风险无明显差异, 并且二者的风险值均低于可接受风险水平；而长期(>100~1 000 a)状态下,2种情景的风险值差别较大,其中CLTP情景下的风险为NCLTP情景下的7倍左右,并且主要体现为Cr(Ⅵ)的致癌风险(10-4). 采用Monte Carlo方法分析风险结果的不确定性,其中Cr(Ⅵ)致癌风险值的不确定性为6.7,Cr(Ⅵ)和TCr的非致癌风险评价结果的不确定性分别为2.3、2.1.

模拟光伏曝气硝化SBR自动控制策略及其AOB群落结构

马方曙, 李安定, 李波茵, 崔智博, 施春红, 周北海

2015, 28(4): 613-620.

摘要(2598) PDF(4455)

摘要:
采用模拟光伏曝气硝化SBR(序批式反应器)去除污水中的NH₄⁺-N,探究适用于反应器硝化过程的自动控制策略,并采用PCR(聚合酶链式反应)和TA克隆考察反应器内AOB(氨氧化细菌)群落结构. 结果表明,反应器可在15 d内成功启动,NH₄⁺-N平均去除率达97.8%,出水ρ(NH₄⁺-N)平均值为0.67 mg/L. ρ(DO)和pH变化曲线上均存在指示氨氧化终点的特征点——氨谷和DO肘,可通过d pH/d t(pH导数)准确判断氨氧化终点,而d ρ(DO)/d t〔ρ(DO)导数〕信号波动较大. Nitrosomonas为反应器内绝对优势AOB,但AOB的群落结构并不稳定,只有2个OTU(分类操作单元)在7个克隆文库(d15、d30、d45、d60、d75、d90和d105)中均有分布,AOB群落结构的平均变化率(Δ₁₅ d)为22.1%±16.5%,20%的AOB累积相对丰度随时间变化范围为40.0%~60.7%,表明维持硝化SBR稳定运行的关键是AOB的多样性及群落结构的动态变化,而不是某些特定的AOB种.

U(Ⅵ)胁迫下碎米莎草体内抗氧化系统响应特征

聂小琴, 董发勤, 丁德馨, 刘宁, 张东, 李广悦, 刘明学

2015, 28(4): 621-628.

摘要(3811) PDF(5109)

摘要:
采用水培方式研究了铀尾矿库土著优势植物——碎米莎草不同生长期各部位在不同质量浓度铀〔U(Ⅵ),记为U〕溶液胁迫下w(SP)(SP为可溶性蛋白)、C_MDA(丙二醛含量)以及SOD(superoxide dismutase,超氧化物歧化酶)、POD(peroxidase,过氧化物酶)、CAT(catalase,过氧化氢酶)、ATPase(三磷酸腺苷酶)活性的变化. 结果表明,ρ(U)≤250 mg/L时,碎米莎草各部位SOD、POD、CAT活性在整个生长阶段均受到显著诱导(P＜0.05),而C_MDA、ATPase活性与对照组相比无显著差异(P＞0.05)；ρ(U)≥750 mg/L时,SOD、POD和CAT活性与对照组相比显著降低(P＜0.05)；ρ(U)达到1 000 mg/L以上时,与对照组相比,降低趋势更显著(P＜0.01),而ATPase活性受到显著诱导(P＜0.05),C_MDA在幼苗期显著增加(P＜0.05),膜脂过氧化损伤程度严重. 表明碎米莎草对铀胁迫的生理响应中,以根系SOD、C_MDA的响应最为敏感.

不同营养状态水体中生态浮床对浮游植物群落的影响

刘娅琴, 邹国燕, 宋祥甫, 潘琦, 付子轼, 刘福兴

2015, 28(4): 629-637.

摘要(2581) PDF(4151)

摘要:
为研究不同营养状态下水体中浮游植物群落对生态浮床系统的响应关系及其影响因素,设不同营养水平试验组〔A组ρ(COD_Cr)、ρ(NH₄⁺-N)、ρ(TP)分别为10.0、2.00、0.200 mg/L,B组分别为100.0、20.00、2.000 mg/L〕,每组设对照、框式浮床2个处理,每个处理3个重复. 自2012年8月5日—10月5日,定期对水体营养盐质量浓度、浮游生物群落特征、浮床植物的生长状况进行检测. 结果显示:①2个试验组浮床植物长势良好,其中B组浮床植物茎叶部分干物质量增加7.9倍,浮床系统对水体N、P的净去除率均在60%以上；②浮床系统能明显抑制浮游植物的大量生长(P＜0.05),对浮游植物密度和总生物量在峰值处的最大抑制率可达75.9%(A组)和83.6%(B组)；③框式浮床处理中浮游植物的群落结构比对照处理复杂,A组中浮游植物优势种为隐藻门的卵形隐藻(Cryptomonas ovata)、尖尾蓝隐藻(Chroomonas acuta)和绿藻门的四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)、小空星藻(Coelastrum microporum),B组为隐藻门的尖尾蓝隐藻和裸藻门的梭形裸藻(Euglena acus)；④B组试验中,框式浮床处理浮游植物Shannon-Wiener多样性指数显著高于对照处理,生态浮床对浮游植物群落的影响更多体现在提升浮游植物的生物多样性上. 研究表明,浮床系统能高效去除水体N、P,抑制浮游植物的增殖,改变浮游植物的群落结构,并且这些作用受到水体营养水平的影响.

铜绿微囊藻高温胁迫后的生长补偿效应

李婷, 景元书, 韩玮, 罗菊花

2015, 28(4): 638-646.

摘要(3277) PDF(4684)

摘要:
为探究藻类受高温胁迫后的恢复生长情况,以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)为材料,设置了40 ℃高温组及25 ℃对照组,分别处理3、6和12 d后转入25 ℃进行恢复培养30 d,测定生长过程中的细胞密度以及Chla(叶绿素a)、CAR(类胡萝卜素)、Pro(可溶性蛋白)、Sug(可溶性糖)和丙二醛的含量. 结果表明:40 ℃高温下铜绿微囊藻的生长受到显著抑制,胁迫至第12天时,细胞密度、ρ(Chla)和ρ(CAR)分别比对照组降低了81.08%、97.89%和90.31%. 解除胁迫后,40 ℃处理3 d组呈现一定的超补偿,细胞密度、ρ(Chla)和ρ(CAR)在恢复培养30 d的平均补偿指数分别为1.63、0.90和2.12；40 ℃处理6和12 d组呈现低补偿,恢复培养至第30天时,ρ(Pro)分别比对照组降低了14.86%和48.75%,ρ(Sug)分别比对照组降低了18.77%和53.73%. 胁迫时间越长,丙二醛含量越高,长时间(12 d)的高温胁迫会对细胞造成永久伤害. 采用Logistic方程拟合生长曲线,40 ℃处理6 d组在恢复培养24 d后出现明显的超补偿,细胞密度增大,预计39 d后超过40 ℃处理3 d组. 高温诱发超补偿生长与自然界中藻类暴发的过程具有密切关系,这种内源性因素及藻体生理特征的变化可为湖泊水华发生的理论研究提供依据.

玉米秸秆干式厌氧发酵乙酸产生规律及其对发酵的影响

陈斌, 杨天学, 耿向永, 魏自民, 席北斗, 赵越, 李雪

2015, 28(4): 647-652.

摘要(3639) PDF(4924)

摘要:
为解决玉米秸秆干式厌氧发酵系统因乙酸积累而致发酵失败、工程运行不稳定等问题,利用气相色谱仪对玉米秸秆干式厌氧发酵过程中w(乙酸)和w(CH₄)进行检测,结合相关性分析和回归分析等方法,研究了乙酸动态产生趋势、w(TS)(TS为总固体)与w(乙酸)的相关性,以及w(乙酸)对CH₄产生的作用机制. 结果表明:发酵过程中w(乙酸)先增后降,w(TS)由20%增至30%,w(乙酸)增加的持续时间由5 d延至15 d. Pearson相关性分析结果表明,w(TS)与w(乙酸) 呈极显著负相关(R<-0.979,P<0.01). 一元线性回归分析得到拟合方程y=-1 214.8w(TS)+668.2,由斜率(-1 214.8)可知,w(TS)对产乙酸过程具有较明显的抑制作用. 玉米秸秆干式厌氧发酵系统内w(乙酸)为160~451 mg/g,随着w(乙酸)的增加,底物CH₄产率经历上升、稳定、下降后再稳定和下降4个阶段,其中w(乙酸)为212~312 mg/g时,底物CH₄产率(大于120 m³/t,以秸秆干质量计)最大,其次为w(乙酸)在>312~410 mg/g时的80~120 m³/t.

环境因素对气相甲苯光氧化反应机制的影响

曹媛媛, 郭婷, 耿春梅, 杨文, 殷宝辉

2015, 28(4): 653-659.

摘要(2192) PDF(4319)

摘要:
以低压汞灯为光源,采用石英管连续流动态反应系统和特氟龙气袋静态反应系统,研究了环境因素〔RH(相对湿度)、温度、光照强度、有氧(空气)/无氧(氮气)气氛条件〕对低浓度(10~20 mg/L)气相甲苯光氧化过程的影响. 结果表明:①RH对甲苯光氧化反应影响显著. 干燥条件(RH为0%~5%)下甲苯光氧化去除率在8.3%~8.7%之间；当环境中有水蒸气存在(RH为20%)时,甲苯光氧化去除率降至6.5%~7.2%,其后光氧化去除率随着RH的进一步增加而逐渐增大,在RH为60%时达到最大值(9.4%~11.5%)；但当RH继续增至80%时,去除率迅速降至4.4%~5.6%. ②甲苯光氧化去除率随着温度、光照强度的增加而提高. ③无论是干燥(RH为0%~5%)还是湿润(RH为60%)环境下,甲苯在有氧气氛下的去除率均高于无氧气氛；甲苯在有氧气氛下光氧化产物主要是苯和苯甲醛,在无氧气氛中的产物主要是苯. ④在干燥、有氧条件下,O(¹D)应是甲苯光氧化的活性物种；在湿润、有氧条件下,甲苯的光氧化主要是通过·OH氧化降解；在无氧条件下,甲苯的光氧化主要是通过甲苯的直接光解完成.

生物质再燃脱硝及其同相还原反应特性

束韫, 王洪昌, 朱金伟, 张凡, 黄家玉

2015, 28(4): 660-666.

摘要(3224) PDF(4454)

摘要:
利用固定床反应器研究了稻壳、木屑和玉米秸3种生物质在不同工况〔再燃温度、φ(O₂)〕下的再燃脱硝效率,同时考察了再燃区出口处CO、H₂、碳氢类物质(主要是CH₄)、HCN和NH₃的体积分数随工况的变化规律. 结果表明:生物质类型对再燃脱硝效率有很大影响,木屑再燃脱硝效率最大值达57.0%±2.1%,高于稻壳(50.0%±1.5%)和玉米秸(51.0%±1.1%). 在再燃过程中,生物质产生的热解气能够增强还原性气氛,从而提高再燃脱硝效率,当烟气中φ(O₂)为0%～1%时,再燃脱硝效率较高. 在还原性气氛(800～1 200 ℃)下,3种生物质再燃脱硝效率差异主要来自生物质不同热解气与NO的同相反应. 其中,碳氢类物质对NO的还原起到了关键作用,而CO和H₂所起作用并不大,φ(HCN)与φ(NH₃)之和反映了气相中NO向N₂的转化趋势. 因此,深入了解生物质热解气对其再燃脱硝效率的影响机制有益于燃料再燃脱硝效率的提高.

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2015年第28卷第4期

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