最新研究進(jìn)展
——2011年上半年，我國(guó)科學(xué)家在國(guó)際頂級(jí)農(nóng)林與環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域期刊上發(fā)表文章的精選

利用污泥堿性發(fā)酵液減少厭氧-好氧生物污水處理工藝的N2O和NO生成

陳銀廣 教授 同濟(jì)大學(xué)環(huán)境工程學(xué)院

我們報(bào)道了一種有效減少厭氧-好氧（低溶氧）工藝的N2O和NO生成的方法。與文獻(xiàn)報(bào)道乙酸等傳統(tǒng)碳源相比，利用活性污泥堿性發(fā)酵液作為模擬污水的碳源可以將N2O和NO的生成量分別減少68.7%和50.0%，并同時(shí)提高了總磷和總氮的脫除率。低溶氧階段會(huì)產(chǎn)生N2O和NO，利用污泥發(fā)酵液可以顯著減少由反硝化作用產(chǎn)生的N2O和NO。研究發(fā)現(xiàn)發(fā)酵液中的Cu2+和丙酸在減少N2O和NO產(chǎn)生中起重要的作用。反硝化酶活性分析表明發(fā)酵液引起亞硝酸鹽還原酶活性/NO還原酶活性的比例及NO還原酶活性/N2O還原酶活性的比例顯著地減少，這導(dǎo)致NO和N2O產(chǎn)生較少。熒光原位雜交分析表明在污泥發(fā)酵液反應(yīng)器中與N2O產(chǎn)生相關(guān)的糖原累積細(xì)菌數(shù)量比乙酸反應(yīng)器中低很多。編碼N2O還原酶的nosZ基因的定量檢測(cè)顯示使用發(fā)酵液提高了具有將N2O還原為N2能力細(xì)菌的數(shù)量。最后，我們證實(shí)利用污泥發(fā)酵液減少厭氧-低溶氧處理工藝的NO和N2O產(chǎn)生的方法可被用于城市污水處理。

——摘自《ENVIRON SCI TECHNOL》

圖1、厭氧-好氧處理工藝流程示意圖

表1、分批實(shí)驗(yàn)中，污泥發(fā)酵液的主要有機(jī)物和Cu2+對(duì)NO和N2O產(chǎn)生的影響

短水力停留時(shí)間中溫消化污泥中的胞外生物有機(jī)物

趙慶良 教授 哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院

實(shí)踐中，人們傾向于選擇在短水力停留時(shí)間的操作條件下進(jìn)行厭氧消化。我們對(duì)短水力停留時(shí)間下運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的中溫消化污泥中胞外生物有機(jī)物和懸浮有機(jī)物進(jìn)行分析，水力停留時(shí)間被設(shè)為20、15和10天。親水性和疏水性酸組分是污泥胞外生物有機(jī)物的主要組成部分。當(dāng)水力停留時(shí)間為10天時(shí)，厭氧過(guò)程的限制性因素為與胞外生物有機(jī)物有關(guān)的疏水性酸的水解率。而當(dāng)水力停留時(shí)間為20天時(shí)，限制性因素變?yōu)榕c懸浮物中蛋白相關(guān)的親水性酸的水解率。當(dāng)水力停留時(shí)間為20天時(shí)，提高水溶性親水有機(jī)物水解有助于提高消化反應(yīng)器的性能。為了縮短消化段的水力停留時(shí)間必需提高親水性酸組分水解的效率。

——摘自《WATER RES》

圖2、連續(xù)攪拌厭氧反應(yīng)器工藝流程示意圖

尿液中多環(huán)芳香族碳?xì)浠衔锏拇x物和精子DNA損傷的聯(lián)系：中國(guó)重慶地區(qū)人口的研究

曹佳 教授 第三軍醫(yī)大學(xué)軍事預(yù)防醫(yī)學(xué)院

多環(huán)芳烴是一類最常見的環(huán)境污染物，可能影響男性生殖功能，但相關(guān)問(wèn)題的人群研究卻很有限。我們?cè)O(shè)計(jì)一項(xiàng)研究，旨在揭示男性人群中多環(huán)烴的環(huán)境暴露是否會(huì)影響精液質(zhì)量、造成精子DNA損傷和精子細(xì)胞凋亡等問(wèn)題。我們?nèi)〉昧酥袊?guó)重慶地區(qū)232名男性樣本，測(cè)量了尿液中四種多環(huán)芳烴代謝產(chǎn)物的水平，并分析精子質(zhì)量，AnnexinV法檢測(cè)精子凋亡，彗星電泳法分析精子DNA損傷情況。我們發(fā)現(xiàn)尿液中2-羥基萘水平上升與彗星參數(shù)上升有關(guān)，這些參數(shù)包括尾部DNA的比例、尾的長(zhǎng)度和尾的分布。尿液中1-羥基芘的水平僅與尾部DNA的比例有關(guān)。另外，尿液中四種多環(huán)芳烴水平的上升與AnnexinV的負(fù)精子計(jì)數(shù)下降之間存在顯著的聯(lián)系。然而，尿液中多環(huán)芳烴水平和人精液參數(shù)或精子形態(tài)之間無(wú)明顯聯(lián)系。我們研究數(shù)據(jù)顯示環(huán)境多環(huán)芳烴暴露的水平與精子DNA損傷上升有關(guān)，但與精液質(zhì)量無(wú)關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)表明暴露在多環(huán)芳烴下可能會(huì)擾亂精子DNA，因此會(huì)影響男性的生育能力。

——摘自《ENVIRON HEALTH PERSP》

SBA-ANAMMOX工藝強(qiáng)化醫(yī)藥廠廢水的氮脫除

鄭平 教授 浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院

圖3、水力停留時(shí)間為16小時(shí)，二號(hào)反應(yīng)器在第二階段（SRB-ANAMMOX工藝建立，42-76天）和第三階段（氨濃度提高，77-170天）的性能表現(xiàn)

有效生物氮脫除是醫(yī)藥廠廢水處理的關(guān)鍵。我們利用厭氧氨氧化（AnaerobicAmmoniumOxidation，ANAMMOX）工藝處理生產(chǎn)硫酸粘桿菌素和吉他霉素的廢水。基于發(fā)光細(xì)菌和明亮發(fā)光細(xì)菌（T3突變）的細(xì)胞毒性分析表明醫(yī)藥廠廢水包含幾種相對(duì)光度為3.46% +/- 0.45%的毒素。在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，廢水中有毒污染物的累積毒性導(dǎo)致傳統(tǒng)ANAMMOX工藝的崩潰。我們將高效ANAMMOX反應(yīng)器與序次生物催化劑（ANAMMOX顆粒）相結(jié)合開發(fā)出新型ANAMMOX工藝（SequentialbiocatalystadditionANMMOX，SBA-ANMMOX）。生物催化劑的添加速率為0.025gVSS/L·d，該工藝處理醫(yī)藥廠廢水的氮脫除率高達(dá)9.4kg/Nm3·d。出水的氨濃度低于50mg/L，符合中國(guó)醫(yī)藥廠廢水處理標(biāo)準(zhǔn)（GB 21903-2008）。SBA-ANAMMOX在富氨廢水處理的方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

——摘自《WATER RES》

CFD模型優(yōu)化全尺寸氧化溝的能量消耗和出水質(zhì)量

楊家寬 教授 華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院

氧化溝的操作條件顯著影響能量消耗和污水處理廠的出水質(zhì)量。基于計(jì)算流體力學(xué)（ComputationalFluidDynamics，CFD）模型，我們提出了一個(gè)經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的數(shù)學(xué)工具用于優(yōu)化操作條件，主要考慮了兩個(gè)重要因素：流場(chǎng)和溶氧濃度分布。該模型可以預(yù)測(cè)裝備表面曝氣機(jī)和淹沒(méi)式葉輪的氧化溝的流態(tài)和氧氣傳質(zhì)特點(diǎn)。在中國(guó)河南省平頂山市污水處理廠的兩個(gè)全尺寸Carrousel氧化溝對(duì)原操作條件和優(yōu)化條件進(jìn)行了性能測(cè)試和比較。我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)移動(dòng)墻模型和一個(gè)扇模型分別用于模擬表面曝氣機(jī)和淹沒(méi)式葉輪。單位分析法預(yù)測(cè)溝內(nèi)氧傳質(zhì)。在暴氣區(qū)域，表面曝氣機(jī)被設(shè)為溶氧的來(lái)源。在直槽中，修正SOD-DO模型模擬氧氣消耗。我們得到了以下結(jié)果：（1）CFD模型表征全尺寸氧化溝的流態(tài)和溶氧濃度。預(yù)測(cè)流場(chǎng)值與實(shí)測(cè)值的差值為1.98+/- 4.28%，預(yù)測(cè)溶氧濃度值與測(cè)量值之間差值為-4.71+/- 4.15%。（2）表面曝氣機(jī)應(yīng)該移至距曲線彎入口15m處，以減少由曲線彎墻處強(qiáng)烈撞擊引起的能量損耗。（3）在優(yōu)化操作條件下，氧化溝內(nèi)的溶氧濃度梯度更適于同步消化和反硝化。

圖4、氧化溝結(jié)構(gòu)示意圖

圖5、兩個(gè)操作條件下氧化溝水平剖面的流態(tài)，a原操作條件，b優(yōu)化操作條件

——摘自《WATER RES》

水田中地表水和土壤的溶解性有機(jī)碳和溶解性氮對(duì)CO2富集的響應(yīng)

張衛(wèi)建 研究員 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)所

日益增加的證據(jù)表明，溶解性有機(jī)物在C和N由陸地生態(tài)系統(tǒng)向周圍水生態(tài)系統(tǒng)流失的過(guò)程中起主要作用，并對(duì)CO2富集異常敏感。然而，至今仍缺乏生態(tài)系統(tǒng)尺度下CO2對(duì)溶解性有機(jī)物影響的直接證據(jù)，尤其在濕地系統(tǒng)中。因此，我們同時(shí)調(diào)查了華東水田地表水和土層中溶解性有機(jī)碳含量和溶解性氮含量。CO2水平上升顯著增加了地表水中溶解性有機(jī)碳和溶解性氮的含量，平均分別為18.0%和14.3%。CO2水平上升也增加了土壤中溶解性有機(jī)碳的含量，但降低了溶解性氮的含量。0-1cm土層的土壤-水界面的溶解性有機(jī)碳和溶解性氮的含量比5-15cm土層的平均分別高22.4%和47.5%。此外，土壤孔隙中水比地表水含有更高的溶解性有機(jī)碳和溶解性氮。由于水稻種植地區(qū)的復(fù)雜的排水體系和暴雨徑流，基于預(yù)測(cè)氣候模式，地表水中CO2引起的溶解性有機(jī)碳和溶解性氮的含量上升可能導(dǎo)致C和N從水田流失至周邊水生態(tài)系統(tǒng)。

——摘自《AGR ECOSYST ENVIRON》

Acidithiobacillusferrooxidans培養(yǎng)中Cl離子馴化對(duì)氧氫氧化鐵和細(xì)胞形態(tài)的影響

郭榮 教授 揚(yáng)州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院

Acidithiobacillusferrooxidans是一種非常重要的用于生物浸礦和煤脫硫的化能自養(yǎng)菌，在A. ferrooxidans存在的富鐵酸性硫酸鹽廢水中，氧氫氧化鐵因其可有效清理重金屬而被廣泛的研究。我們研究了固定相中細(xì)胞的形態(tài)和元素組成。并且，在有/無(wú)0.2M Cl離子（NaCl/ FeCl2）的條件下，研究了A. ferrooxidans在含0.15M鐵離子的改進(jìn)9K培養(yǎng)基上培養(yǎng)所產(chǎn)生的氧氫氧化鐵的動(dòng)力學(xué)變化。研究結(jié)果顯示，細(xì)胞形態(tài)和元素?cái)z取受Cl離子馴化的影響很小，而主要與培養(yǎng)基有關(guān)。進(jìn)而，在細(xì)菌培養(yǎng)最適pH值范圍內(nèi)（2.9+/- 0.1to2.6+/- 0.1），典型斯沃特曼礦物首先沉淀出來(lái)。由于成功地降低了pH值，部分斯沃特曼礦物可以轉(zhuǎn)化為菱形黃鉀鐵礬。然而，與高濃度硫酸鹽培養(yǎng)相比，在低硫酸鹽和高Cl離子濃度的培養(yǎng)過(guò)程中，黃鉀鐵礬出現(xiàn)在第5-4天的停滯期，這可能的原因是硫酸鹽攝取受到影響和出現(xiàn)Cl離子適應(yīng)期。

——摘自《ENVIRON SCI TECHNOL》

圖6、a固定相細(xì)胞形態(tài)的場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡圖像，b場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡檢測(cè)細(xì)胞的對(duì)應(yīng)能量色散譜

伴隨氧腐蝕納米級(jí)零價(jià)鐵的亞砜和三價(jià)砷的氧化中高鐵離子自由基（Fe4+）在Fenton反應(yīng)中作為活性中間體的證據(jù)

馬軍 教授 哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院

先前的研究表明氧氣通過(guò)Fenton反應(yīng)腐蝕零價(jià)鐵，可導(dǎo)致多種有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物氧化。然而，該過(guò)程氧化劑的本質(zhì)是高鐵離子自由基，還是羥自由基，仍然是一個(gè)有爭(zhēng)議的問(wèn)題。在這里，我們重新評(píng)估了在空氣飽和水中納米級(jí)零價(jià)鐵氧化過(guò)程中這兩種氧化劑的相對(duì)重要性及其在三價(jià)砷氧化中的作用。研究顯示，F(xiàn)e4+可以通過(guò)兩個(gè)電子轉(zhuǎn)移步驟與亞砜類物質(zhì)（如二甲基亞砜，甲基苯基亞砜，甲基-P-甲苯亞砜等）反應(yīng)生成相對(duì)應(yīng)的砜，這與羥自由基參與反應(yīng)的生成產(chǎn)物明顯不同。利用這些亞砜作為探針化合物，在寬pH范圍內(nèi)納米級(jí)零價(jià)鐵氧化體系羥自由基不能產(chǎn)生砜類產(chǎn)物，氧化產(chǎn)物的組成表明支持了Fe4+參與反應(yīng)的觀點(diǎn)。在空氣飽和水中，三價(jià)砷可以完全或部分被納米級(jí)零價(jià)鐵體系氧化。在酸性pH下，增加液相的高鐵離子自由基和/或羥自由基的清除劑可以淬滅三價(jià)砷氧化，但當(dāng)pH升高時(shí)該方法卻不起作用，這表明在近中性條件下錯(cuò)雜鐵表面反應(yīng)對(duì)于三價(jià)砷氧化的重要性。

——摘自《ENVIRON SCI TECHNOL》