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前期干旱天数对生物滞留系统除氮性能的影响

环境科学 2021年第1期42卷 263-273页

作者：陈垚李欣芮郑爽刘臻余雪花程启洪重庆交通大学河海学院重庆400074 重庆交通大学环境水利工程重庆市工程实验室重庆400074

生物滞留系统是海绵城市建设的优选设施之一,但其对氮素的去除特性受前期干旱天数(ADD)影响较大.通过设计不同ADD(1、2、3、5、7、12和22 d)条件,形成7种恒定干湿交替周期的生物滞留系统,研究ADD对氮素去除性能的影响,并根据不同ADD条... 详细信息

生物滞留系统是海绵城市建设的优选设施之一,但其对氮素的去除特性受前期干旱天数(ADD)影响较大.通过设计不同ADD(1、2、3、5、7、12和22 d)条件,形成7种恒定干湿交替周期的生物滞留系统,研究ADD对氮素去除性能的影响,并根据不同ADD条件下氮还原酶和微生物种群的空间变化规律,分析ADD对生物滞留系统除氮过程的影响机制.结果表明,生物滞留系统对NH+4-N的去除受ADD影响不显著,但去除率会因填料水力渗透性能和植物生长状况的影响而呈现较大的波动性;当ADD从7 d增至22 d时,NO-3-N和TN去除率随ADD的增加而减小.ADD在一定程度上影响土壤中硝酸还原酶(NaR)、亚硝酸还原酶(NiR)和羟胺还原酶(HyR)的空间分布;生物滞留系统中氮素转化过程受淹没层含水率调控,且NO-3-N可通过淹没层中氮还原酶的次第催化还原作用发生硝酸盐异化还原成铵(DNRA),进而影响NH+4-N的去除.ADD会显著改变土壤微生物群落结构及其空间分布,影响系统对不同形态氮的综合去除能力.其中,较短ADD(1~5 d)条件下,具反硝化能力的Firmicutes为优势菌门,其优势菌属Clostridium_sensu_stricto_1还具有DNRA功能.结果证实,恒定干湿条件下ADD对生物滞留系统中氮素的去除能力、氮还原酶活性以及微生物种群结构空间变化存在一定的影响.

关键词：生物滞留系统干湿交替前期干旱天数(ADD) 除氮氮还原酶微生物群落

气候变量和设计参数对生物滞留系统去除硝酸盐氮的影响

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中国环境科学 2023年第5期43卷 2328-2340页

作者：吴琼唐颖辉陈垚刘臻李运晴袁绍春重庆交通大学河海学院重庆400074 重庆交通大学环境水利工程重庆市工程实验室重庆400074

为探究生物滞留系统对NO3--N去除不稳定的主要影响因素,利用国际最佳管理措施数据库(BMPDP)和相关论文中的研究数据,统计分析了气候变量和设计参数对生物滞留系统去除NO3--N的影响,结合偏最小二乘回归(PLS)定量分析了不同影响因素的相... 详细信息

为探究生物滞留系统对NO3--N去除不稳定的主要影响因素,利用国际最佳管理措施数据库(BMPDP)和相关论文中的研究数据,统计分析了气候变量和设计参数对生物滞留系统去除NO3--N的影响,结合偏最小二乘回归(PLS)定量分析了不同影响因素的相对重要性,并提出了不同气候类型下的优化设计建议.结果表明,不同气候类型下生物滞留系统对NO3--N的去除能力分别为亚热带湿润气候(Cfa)>温带大陆气候(Dfa/Dfb)>温带地中海气候(Csb)>寒冷半干旱气候(BSk),对数去除率(LRV)中位数分别为-0.058、-0.212、-0.241和-0.327.设置内部存水区(IWS)、提高植物多样性、设置合理的服务面积比、添加介质土改良剂等措施均可在一定程度上增强生物滞留系统对NO3--N的去除能力.最小二乘回归(PLS)分析表明,气候变量较设计参数更能影响生物滞留系统对NO3--N的去除,尤其是最大降雨量、年总降雨量、年平均前期干旱期(ADP)、年暴雨次数、年平均降雨量和年平均气温等6个气候因子的变量重要性指数(IVI)达1.037~1.158.可通过优选功能植物、延长滞留时间、设置/取消IWS和(或)覆盖层等优化措施来提高不同气候类型下生物滞留系统对NO3--N的去除能力,以最大程度降低NO3--N的淋洗现象.

关键词：生物滞留硝酸盐氮气候变化设计改良偏最小二乘回归

三峡库区万州段河流水-气界面CO_(2)通量支干流对比及影响机制初探

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环境科学 2022年第1期43卷 377-386页

作者：秦宇欧阳常悦王雨潇方鹏重庆交通大学河海学院环境水利工程重庆市工程实验室重庆400074 重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074

以三峡库区万州段干流及典型支流澎溪河为研究对象,监测2019年4~9月水华期间水体中CO_(2)浓度以及12个环境指标,估算水-气界面CO_(2)通量并进行支干流对比.将12个环境指标分为气候因子、水环境因子、碳源因子、营养因子和沉积物因子,探... 详细信息

以三峡库区万州段干流及典型支流澎溪河为研究对象,监测2019年4~9月水华期间水体中CO_(2)浓度以及12个环境指标,估算水-气界面CO_(2)通量并进行支干流对比.将12个环境指标分为气候因子、水环境因子、碳源因子、营养因子和沉积物因子,探讨5类因子对CO_(2)通量的影响途径和贡献率,进一步为控制水库温室气体排放提供数据积累和理论支持.结果表明,监测期间内高阳、黄石和万州平均CO_(2)通量分别为(1.445±1.739)、(3.118±2.963)和(2.899±1.144)mmol·(m^(2)·h)^(-1),表现为:澎溪河支流高阳环境因子和沉积物因子,分别为18.81%、13.49%和8.08%.水库CO_(2)的排放控制可以着重从控制水体富营养化和控制碳源入手,全球变暖和底泥淤积等宏观现象也会对水库CO_(2)排放有一定的影响.

关键词：三峡库区 CO_(2)通量支干流对比随机森林算法影响机制

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生物滞留系统植物筛选与综合评价

环境工程学报 2019年第7期13卷 1634-1644页

作者：余雪花陈垚任萍萍郑爽程启洪重庆交通大学河海学院重庆400074 重庆交通大学环境水利工程重庆市工程实验室重庆400074

为科学筛选出生物滞留系统中能有效去除多种污染物的最佳植物,选取10种重庆市本土植物构建雨水生物滞留系统,以控制山地城市道路雨水径流污染;并采用反向传播动态神经网络(BP-DNN)技术构建了基于多目标污染物的综合评价模型,对所有生物... 详细信息

为科学筛选出生物滞留系统中能有效去除多种污染物的最佳植物,选取10种重庆市本土植物构建雨水生物滞留系统,以控制山地城市道路雨水径流污染;并采用反向传播动态神经网络(BP-DNN)技术构建了基于多目标污染物的综合评价模型,对所有生物滞留系统进行应用评价。结果表明:植物可有效去除有机物和营养物等多种污染物,但存在差异性;植被种类对COD的去除影响显著,其中,风车草去除效能最佳,而千屈菜最差;植物的栽种可有效提高系统对NH4+-N的去除率,但差异性并不显著,同时,部分植物能在一定程度上提高系统对NO3--N的去除,但不稳定;植物的栽种能有效提高系统的除氮性能,选用风车草时系统除氮性能最佳,TN去除率可达64.30%~86.82%,而植物的栽种对TSS和TP的去除无显著影响。在综合评价的10种植物中,风车草和美人蕉为生物滞留系统的最佳植物。

关键词：生物滞留最佳植物动态神经网络多目标污染物综合评价

干湿交替对生物滞留系统中氮素功能微生物群落的影响

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微生物学报 2020年第3期60卷 533-544页

作者：陈垚程启洪郑爽余雪花任萍萍重庆交通大学河海学院重庆400074 重庆交通大学环境水利工程重庆市工程实验室重庆400074

【目的】为探究生物滞留系统干湿交替下环境因子对氮素功能微生物群落的影响。【方法】应用高通量测序技术(Illumina MiSeq PE300),并以amoA和nirS功能基因为分子标记,对无植物型和植物型生物滞留系统在干湿交替下不同土壤空间位置(种... 详细信息

【目的】为探究生物滞留系统干湿交替下环境因子对氮素功能微生物群落的影响。【方法】应用高通量测序技术(Illumina MiSeq PE300),并以amoA和nirS功能基因为分子标记,对无植物型和植物型生物滞留系统在干湿交替下不同土壤空间位置(种植层、淹没层)的硝化和反硝化细菌的多样性和群落结构进行研究,并对微生物群落与环境因子的相互关系进行相关性分析。【结果】微生物种群的功能基因存在显著的空间差异,相比淹没层,种植层的功能细菌更丰富。种植层的OTUs高于淹没层,而进水再湿润促使两种功能基因在种植层和淹没层的OTUs占比差异性增大。群落组成分析表明,amoA型硝化细菌和nirS型反硝化细菌的优势细菌门均为变形菌门(Proteobacteria)。虽然植物根系对氮素功能微生物的多样性指数影响不显著,但在属水平上,植物系统种植层的反硝化菌群种类高于淹没层,而无植物系统则刚好相反。CCA/RDA分析表明,土壤空间位置是影响硝化和反硝化菌群结构的最重要环境因子。【结论】本研究证实干湿交替运行下生物滞留系统中的氮素功能微生物群落受土壤空间位置、水分含量和植物根系的共同调控,其机制有待进一步研究。

关键词：生物滞留系统干湿交替 amoA nirS 细菌多样性群落结构

17α-乙炔基雌二醇在微塑料上的吸附和解吸行为

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中国环境科学 2021年第5期41卷 2258-2267页

作者：蒋晖刘欣孙姣霞胡莺周金山刘秀丽阙思思重庆交通大学河海学院重庆400074 重庆交通大学内河航道整治技术交通行业重点实验室重庆400074 重庆交通大学环境水利工程重庆市工程实验室重庆400074

以内分泌干扰物17α-乙炔基雌二醇(EE2)作为目标污染物,系统研究了5种微塑料聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚氨酯(TPU)、聚氯乙烯(PVC)和聚苯乙烯(PS)对EE2的吸附动力学、吸附等温线及解吸作用.微塑料对EE2的吸附动力学和吸附等温线的结果表... 详细信息

以内分泌干扰物17α-乙炔基雌二醇(EE2)作为目标污染物,系统研究了5种微塑料聚酰胺(PA)、聚乙烯(PE)、聚氨酯(TPU)、聚氯乙烯(PVC)和聚苯乙烯(PS)对EE2的吸附动力学、吸附等温线及解吸作用.微塑料对EE2的吸附动力学和吸附等温线的结果表明,5种微塑料对EE2的吸附能力为PA>TPU>PE>PVC>PS;5种微塑料中TPU和PA具有最大的吸附能力和吸附容量,主要归因于氢键产生的化学吸附;而PE、PS、PVC主要是依靠范德华力的相互作用.因PA和TPU对EE2的吸附能力更强,两者的解吸量均高于其他3种物质.采用解吸率来反映不同微塑料的解吸性能,发现EE2在PS中的解吸率最高,PA和TPU上解吸率相对较低.采用单因素重复测量方差分析统计学方法对EE2在5种微塑料上的解吸特性进行分析,EE2在PS与其他4种微塑料之间表现为显著性差异,其余微塑料两两之间无显著性差异;尽管肠胃液中解吸率高于去离子水,但两者并无显著性差异.

关键词：内分泌干扰物 17α-乙炔基雌二醇微塑料吸附解吸

双酚A在消落带土壤中的吸附/解吸及降解行为

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中国环境科学 2024年第10期44卷 5705-5713页

作者：胡莺孙姣霞秦燕重庆交通大学河海学院重庆400074 重庆交通大学环境水利工程重庆市工程实验室重庆400074 重庆交通大学内河航道整治技术交通行业重点实验室重庆400074

为探究双酚A(BPA)在消落带的环境行为,于涪陵清溪消落带采集不同高程土壤样品(S_(L):155m,S_(M):160m,S_(H):165m),开展批量吸附/解吸和模拟降解实验,研究了BPA在消落带土壤中的吸附、解吸及降解行为.15℃、25℃、35℃条件下,各高程土壤... 详细信息

为探究双酚A(BPA)在消落带的环境行为,于涪陵清溪消落带采集不同高程土壤样品(S_(L):155m,S_(M):160m,S_(H):165m),开展批量吸附/解吸和模拟降解实验,研究了BPA在消落带土壤中的吸附、解吸及降解行为.15℃、25℃、35℃条件下,各高程土壤对BPA的吸附等温线符合Freundlich模型,吸附能力均随温度升高而降低,并表现出一定吸附非线性.各实验温度下,消落带土壤对BPA的吸附能力均与土壤有机质含量趋势一致,随采样高程降低而增加(S_(L)>S_(M)>S_(H)).吸附热力学参数ΔG、ΔH和ΔS均小于0,BPA在消落带土壤中的吸附为自发、放热的熵减过程,受物理吸附主导.解吸迟滞系数HI(0.853-0.981)接近1,BPA在消落带土壤中的解吸迟滞性不明显,易于解吸释放.25℃实验条件下,BPA在消落带土壤中的降解半衰期为S_(L)(4.88d)

关键词：双酚A 消落带吸附解吸降解

BPA和EE2在PA微塑料上竞争吸附的位点能量

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中国环境科学 2021年第12期41卷 5736-5746页

作者：蒋晖刘秀丽孙姣霞胡莺周金山刘欣陈松蔡文全重庆交通大学河海学院重庆400074 重庆交通大学内河航道整治技术交通行业重点实验室重庆400074 重庆交通大学环境水利工程重庆市工程实验室重庆400074 重庆市求精中学重庆400015

为研究微塑料上雌激素共存的吸附行为,以17α-乙炔基雌二醇(EE2)和双酚A(BPA)为目标污染物,微塑料聚酰胺(PA)为吸附剂,通过等温吸附实验研究二者在单溶质和双溶质体系下的吸附性能,基于位点能量分布理论进一步剖析二者在PA微塑料上的的... 详细信息

为研究微塑料上雌激素共存的吸附行为,以17α-乙炔基雌二醇(EE2)和双酚A(BPA)为目标污染物,微塑料聚酰胺(PA)为吸附剂,通过等温吸附实验研究二者在单溶质和双溶质体系下的吸附性能,基于位点能量分布理论进一步剖析二者在PA微塑料上的的吸附特性.同时,采用X射线光谱(XPS)以及傅里叶变换红外光谱(FTIR)对吸附前后的PA微塑料进行表征,探究其可能存在的吸附机理.等温吸附拟合结果及XPS、FTIR的表征结果表明BPA和EE2及二者混合溶液在PA上的吸附属于非均质吸附,疏水分配及氢键作用为主要的吸附机制.位点能量分布分析结果表明,相同浓度(1~4mg/L)条件下,BPA吸附位点主要分布于高能量区;单溶质体系的EE2吸附位点主要集中于低能量区.双溶质体系下,相同浓度的两种物质位点分布函数均随着位点能量的增大而呈指数降低,BPA下降趋势较为平缓,吸附位点分布更集中.两种体系相比较,BPA平均位点能量和位点能量非均质性分别增加了0.749%和2.483%,吸附位点数量减少了10.852%;双溶质体系下EE2平均位点能量降低0.813%,位点能量非均质性增加1.870%,吸附位点数量增加42.429%.双酚A和EE2在PA微塑料上的竞争吸附中,EE2占优势.

关键词：吸附特征位点能量分布 EE2 双酚A 微塑料

nZVI/BC与(Cu-Pd)/BC协同提高硝酸盐的去除和氮气的选择性

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化工进展 2022年第2期41卷 981-989页

作者：潘伟亮吴齐叶曹云鹏张先炳古励何强重庆交通大学环境水利工程重庆市工程实验室重庆400074 重庆交通大学河海学院重庆400074 重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室重庆400045

为探明纳米零价铁(nZVI)/BC与(Cu-Pd)/BC联合作用对水中硝酸盐的去除机理,分别负载纳米金属于小麦秸秆生物炭上,制得nZVI/BC与(Cu-Pd)/BC两种复合材料,并通过SEM、TEM、EDS、XRD对材料进行表征分析,从nZVI/BC的SEM中可以看出,纳米零价... 详细信息

为探明纳米零价铁(nZVI)/BC与(Cu-Pd)/BC联合作用对水中硝酸盐的去除机理,分别负载纳米金属于小麦秸秆生物炭上,制得nZVI/BC与(Cu-Pd)/BC两种复合材料,并通过SEM、TEM、EDS、XRD对材料进行表征分析,从nZVI/BC的SEM中可以看出,纳米零价铁较好地分散在生物炭(BC)上面;从(Cu-Pd)/BC的TEM图中看出,纳米铜钯均有效地负载于BC上且分布均匀。结果表明,nZVI/BC:(Cu-Pd)/BC体系中硝酸盐的去除率可达100%,氮气转化率达到42%。当pH为4.05时硝酸盐去除效果最佳;硝酸盐去除率随着初始浓度的升高而降低;溶解氧的存在会降低硝酸盐去除率;存在PO_(4)^(3-)对去除效率的影响最大,去除率降低至15.8%,而CO_(3)^(2-)和SO_(4)^(2-)的存在对去除氮的影响不大,去除率接近100%。动力学研究表明:在最佳条件下,nZVI/BC与(Cu-Pd)/BC联合作用对NO_(3)^(-)-N、NO_(2)^(-)-N的去除均符合准二级吸附动力学模型,反应过程以还原反应为主。

关键词：硝酸盐氮气选择性纳米零价铁动力学生物炭

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