最新研究进展——2011年上半年，我国科学家在国际顶级农林与环境科学领域期刊上发表文章的精选<br/>

利用污泥碱性发酵液减少厌氧-好氧生物污水处理工艺的N2O和NO生成

陈银广教授同济大学环境工程学院

我们报道了一种有效减少厌氧-好氧（低溶氧）工艺的N2O和NO生成的方法。与文献报道乙酸等传统碳源相比，利用活性污泥碱性发酵液作为模拟污水的碳源可以将N2O和NO的生成量分别减少68.7%和50.0%，并同时提高了总磷和总氮的脱除率。低溶氧阶段会产生N2O和NO，利用污泥发酵液可以显著减少由反硝化作用产生的N2O和NO。研究发现发酵液中的Cu2+和丙酸在减少N2O和NO产生中起重要的作用。反硝化酶活性分析表明发酵液引起亚硝酸盐还原酶活性/NO还原酶活性的比例及NO还原酶活性/N2O还原酶活性的比例显著地减少，这导致NO和N2O产生较少。荧光原位杂交分析表明在污泥发酵液反应器中与N2O产生相关的糖原累积细菌数量比乙酸反应器中低很多。编码N2O还原酶的nosZ基因的定量检测显示使用发酵液提高了具有将N2O还原为N2能力细菌的数量。最后，我们证实利用污泥发酵液减少厌氧-低溶氧处理工艺的NO和N2O产生的方法可被用于城市污水处理。

——摘自《ENVIRON SCI TECHNOL》

图1、厌氧-好氧处理工艺流程示意图

表1、分批实验中，污泥发酵液的主要有机物和Cu2+对NO和N2O产生的影响

短水力停留时间中温消化污泥中的胞外生物有机物

赵庆良教授哈尔滨工业大学市政环境工程学院

实践中，人们倾向于选择在短水力停留时间的操作条件下进行厌氧消化。我们对短水力停留时间下运行的实验室规模的中温消化污泥中胞外生物有机物和悬浮有机物进行分析，水力停留时间被设为20、15和10天。亲水性和疏水性酸组分是污泥胞外生物有机物的主要组成部分。当水力停留时间为10天时，厌氧过程的限制性因素为与胞外生物有机物有关的疏水性酸的水解率。而当水力停留时间为20天时，限制性因素变为与悬浮物中蛋白相关的亲水性酸的水解率。当水力停留时间为20天时，提高水溶性亲水有机物水解有助于提高消化反应器的性能。为了缩短消化段的水力停留时间必需提高亲水性酸组分水解的效率。

——摘自《WATER RES》

图2、连续搅拌厌氧反应器工艺流程示意图

尿液中多环芳香族碳氢化合物的代谢物和精子DNA损伤的联系：中国重庆地区人口的研究

曹佳教授第三军医大学军事预防医学院

多环芳烃是一类最常见的环境污染物，可能影响男性生殖功能，但相关问题的人群研究却很有限。我们设计一项研究，旨在揭示男性人群中多环烃的环境暴露是否会影响精液质量、造成精子DNA损伤和精子细胞凋亡等问题。我们取得了中国重庆地区232名男性样本，测量了尿液中四种多环芳烃代谢产物的水平，并分析精子质量，AnnexinV法检测精子凋亡，彗星电泳法分析精子DNA损伤情况。我们发现尿液中2-羟基萘水平上升与彗星参数上升有关，这些参数包括尾部DNA的比例、尾的长度和尾的分布。尿液中1-羟基芘的水平仅与尾部DNA的比例有关。另外，尿液中四种多环芳烃水平的上升与AnnexinV的负精子计数下降之间存在显著的联系。然而，尿液中多环芳烃水平和人精液参数或精子形态之间无明显联系。我们研究数据显示环境多环芳烃暴露的水平与精子DNA损伤上升有关，但与精液质量无关。这些发现表明暴露在多环芳烃下可能会扰乱精子DNA，因此会影响男性的生育能力。

——摘自《ENVIRON HEALTH PERSP》

SBA-ANAMMOX工艺强化医药厂废水的氮脱除

郑平教授浙江大学环境与资源学院

图3、水力停留时间为16小时，二号反应器在第二阶段（SRB-ANAMMOX工艺建立，42-76天）和第三阶段（氨浓度提高，77-170天）的性能表现

有效生物氮脱除是医药厂废水处理的关键。我们利用厌氧氨氧化（AnaerobicAmmoniumOxidation，ANAMMOX）工艺处理生产硫酸粘杆菌素和吉他霉素的废水。基于发光细菌和明亮发光细菌（T3突变）的细胞毒性分析表明医药厂废水包含几种相对光度为3.46% +/- 0.45%的毒素。在长期运行过程中，废水中有毒污染物的累积毒性导致传统ANAMMOX工艺的崩溃。我们将高效ANAMMOX反应器与序次生物催化剂（ANAMMOX颗粒）相结合开发出新型ANAMMOX工艺（SequentialbiocatalystadditionANMMOX，SBA-ANMMOX）。生物催化剂的添加速率为0.025gVSS/L·d，该工艺处理医药厂废水的氮脱除率高达9.4kg/Nm3·d。出水的氨浓度低于50mg/L，符合中国医药厂废水处理标准（GB 21903-2008）。SBA-ANAMMOX在富氨废水处理的方面具有潜在的应用价值。

——摘自《WATER RES》

CFD模型优化全尺寸氧化沟的能量消耗和出水质量

杨家宽教授华中科技大学环境科学与工程学院

氧化沟的操作条件显著影响能量消耗和污水处理厂的出水质量。基于计算流体力学（ComputationalFluidDynamics，CFD）模型，我们提出了一个经实验验证的数学工具用于优化操作条件，主要考虑了两个重要因素：流场和溶氧浓度分布。该模型可以预测装备表面曝气机和淹没式叶轮的氧化沟的流态和氧气传质特点。在中国河南省平顶山市污水处理厂的两个全尺寸Carrousel氧化沟对原操作条件和优化条件进行了性能测试和比较。我们设计了一个移动墙模型和一个扇模型分别用于模拟表面曝气机和淹没式叶轮。单位分析法预测沟内氧传质。在暴气区域，表面曝气机被设为溶氧的来源。在直槽中，修正SOD-DO模型模拟氧气消耗。我们得到了以下结果：（1）CFD模型表征全尺寸氧化沟的流态和溶氧浓度。预测流场值与实测值的差值为1.98+/- 4.28%，预测溶氧浓度值与测量值之间差值为-4.71+/- 4.15%。（2）表面曝气机应该移至距曲线弯入口15m处，以减少由曲线弯墙处强烈撞击引起的能量损耗。（3）在优化操作条件下，氧化沟内的溶氧浓度梯度更适于同步消化和反硝化。

图4、氧化沟结构示意图

图5、两个操作条件下氧化沟水平剖面的流态，a原操作条件，b优化操作条件

——摘自《WATER RES》

水田中地表水和土壤的溶解性有机碳和溶解性氮对CO2富集的响应

张卫建研究员中国农业科学院作物科学所

日益增加的证据表明，溶解性有机物在C和N由陆地生态系统向周围水生态系统流失的过程中起主要作用，并对CO2富集异常敏感。然而，至今仍缺乏生态系统尺度下CO2对溶解性有机物影响的直接证据，尤其在湿地系统中。因此，我们同时调查了华东水田地表水和土层中溶解性有机碳含量和溶解性氮含量。CO2水平上升显著增加了地表水中溶解性有机碳和溶解性氮的含量，平均分别为18.0%和14.3%。CO2水平上升也增加了土壤中溶解性有机碳的含量，但降低了溶解性氮的含量。0-1cm土层的土壤-水界面的溶解性有机碳和溶解性氮的含量比5-15cm土层的平均分别高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机碳和溶解性氮。由于水稻种植地区的复杂的排水体系和暴雨径流，基于预测气候模式，地表水中CO2引起的溶解性有机碳和溶解性氮的含量上升可能导致C和N从水田流失至周边水生态系统。

——摘自《AGR ECOSYST ENVIRON》

Acidithiobacillusferrooxidans培养中Cl离子驯化对氧氢氧化铁和细胞形态的影响

郭荣教授扬州大学化学化工学院

Acidithiobacillusferrooxidans是一种非常重要的用于生物浸矿和煤脱硫的化能自养菌，在A. ferrooxidans存在的富铁酸性硫酸盐废水中，氧氢氧化铁因其可有效清理重金属而被广泛的研究。我们研究了固定相中细胞的形态和元素组成。并且，在有/无0.2M Cl离子（NaCl/ FeCl2）的条件下，研究了A. ferrooxidans在含0.15M铁离子的改进9K培养基上培养所产生的氧氢氧化铁的动力学变化。研究结果显示，细胞形态和元素摄取受Cl离子驯化的影响很小，而主要与培养基有关。进而，在细菌培养最适pH值范围内（2.9+/- 0.1to2.6+/- 0.1），典型斯沃特曼矿物首先沉淀出来。由于成功地降低了pH值，部分斯沃特曼矿物可以转化为菱形黄钾铁矾。然而，与高浓度硫酸盐培养相比，在低硫酸盐和高Cl离子浓度的培养过程中，黄钾铁矾出现在第5-4天的停滞期，这可能的原因是硫酸盐摄取受到影响和出现Cl离子适应期。

——摘自《ENVIRON SCI TECHNOL》

图6、a固定相细胞形态的场发射环境扫描电子显微镜图像，b场发射环境扫描电子显微镜检测细胞的对应能量色散谱

伴随氧腐蚀纳米级零价铁的亚砜和三价砷的氧化中高铁离子自由基（Fe4+）在Fenton反应中作为活性中间体的证据

马军教授哈尔滨工业大学市政环境工程学院

先前的研究表明氧气通过Fenton反应腐蚀零价铁，可导致多种有机和无机化合物氧化。然而，该过程氧化剂的本质是高铁离子自由基，还是羟自由基，仍然是一个有争议的问题。在这里，我们重新评估了在空气饱和水中纳米级零价铁氧化过程中这两种氧化剂的相对重要性及其在三价砷氧化中的作用。研究显示，Fe4+可以通过两个电子转移步骤与亚砜类物质（如二甲基亚砜，甲基苯基亚砜，甲基-P-甲苯亚砜等）反应生成相对应的砜，这与羟自由基参与反应的生成产物明显不同。利用这些亚砜作为探针化合物，在宽pH范围内纳米级零价铁氧化体系羟自由基不能产生砜类产物，氧化产物的组成表明支持了Fe4+参与反应的观点。在空气饱和水中，三价砷可以完全或部分被纳米级零价铁体系氧化。在酸性pH下，增加液相的高铁离子自由基和/或羟自由基的清除剂可以淬灭三价砷氧化，但当pH升高时该方法却不起作用，这表明在近中性条件下错杂铁表面反应对于三价砷氧化的重要性。

——摘自《ENVIRON SCI TECHNOL》