新工科背景下电化学生物传感器案例在环境化学教学中的应用

在新工科背景下,注重科技前沿在教学中的应用、科研反哺教学。以环境学科专业基础课《环境化学》为例,将“以学生为中心”的成果导向型教育理念赋予了更多可能性,融入更多侧重于实用性、交叉性和综合性的课程内容。学生对关键知识点涉及原理的理解、延展和发散缺乏具体的认知,而新兴技术电化学生物传感器的构建原理及应用能很好地弥补这部分缺失。一方面将前沿科研融入教学,另一方面将教学内容联系生活,这样有助于培养具有实践和创新能力的“新技术”多领域交叉型高素质人才。     

济南市水资源环境与经济发展耦合关联性测度及前景预测

结合环境库兹涅茨曲线(EKC)与耦合关联度模型对济南市水资源环境与经济发展间的耦合作用机理进行定性与定量研究,并利用弹性预测法对二者间的发展前景作出预测。结果表明:2005—2017年间水资源环境与经济发展存在耦合关系,且现状条件下生活用水、排污量与经济发展的耦合作用要强于工业用水。此外,结合EKC走势和预测结果,引入潜在风险控制指标和重点监控指标的概念,其中生活COD、工业NH₃-N为潜在风险控制指标;重点监控指标分别为生活NH₃-N、生活废水排放量及工业、生活用水量。研究成果可为促进济南市经济增长与水资源环境协调发展提供依据。     

高铁酸钾预氧化对消毒副产物生成势的影响

为了有效控制氯化过程消毒副产物的生成,以苯胺（AN）作为目标污染物,探究了高铁酸钾（Fe(VI)）预氧化对后续氯化消毒过程中消毒副产物生成势的影响,并重点考察了Fe(VI)浓度、氯化pH、液氯浓度、氯化时间以及水质背景成分对消毒副产物生成势的影响。研究表明,高浓度Fe(VI)(150μmol/L)预氧化可有效减小各消毒副产物的生成势,氯化pH可以影响液氯的存在形式及消毒副产物的稳定性,从而对各消毒副产物的生成势产生不同的影响。消毒副产物的生成势受液氯浓度以及氯化时间的影响比较显著。在氯化工艺前耦合Fe(VI)预氧化工艺可明显降低天然水体中消毒副产物的生成势。     

自动液液萃取-气相色谱-质谱法同时测定饮用水中卤乙腈和卤代硝基甲烷

近年来,含氮消毒副产物因其高毒性在饮用水检测与控制方面的研究引起广泛关注,文中依托多功能全自动样品前处理平台,优化了影响自动液液萃取效率的技术参数,研究建立了自动液液萃取-气相色谱-质谱法同时测定饮用水中6种卤乙腈和6种卤代硝基甲烷的检测方法。10 mL水样在pH值=2、投加1.0 g无水硫酸钠和1 mL甲基叔丁基醚(MTBE)、搅拌器转速为600 r/min、搅拌时间为5 min的条件下进行液液萃取,萃取后经气相色谱-质谱法进行测定。结果表明,12种目标消毒副产物在一定浓度范围内具有良好的线性关系,相关系数均大于0.999,方法测定下限为0.10～0.30μg/L,检出限为0.02～0.10μg/L,加标回收率为73.2%～117.8%,精密度为0.1%～8.9%。该方法实现了全过程自动化测样,具有高效简便与环境影响小等优点,适用于饮用水中卤乙腈和卤代硝基甲烷的高通量检测。     

水厂处理工艺对典型抗性细菌和抗性基因的去除效能分析

文章以黄河中下游两个水厂为研究对象,分析对比不同水处理单元对可培养总细菌、阿莫西林(AMX)抗性细菌和磺胺甲恶唑(SMZ)抗性细菌,以及2种磺胺类抗性基因(sulⅠ、sulⅡ)、1种β-内酰胺类抗性基因(bla_CTX-M)、整合子基因(intⅠ1)、16S rDNA基因的去除效能。结果表明,两个水厂混凝沉淀和过滤工艺对3类细菌及抗性基因都不能实现有效去除。中间臭氧氧化工艺对典型抗性细菌和抗性基因具有一定的去除效果。消毒单元基本可以实现抗性细菌的完全去除,抗性基因平均去除率也在0.80log以上。该研究有助于了解饮用水处理流程中不同处理工艺对抗性细菌和抗性基因的去除效能,为水厂的优化运行提供理论参考和依据。     

酵母菌强化磷酸铵镁结晶体系处理富磷污泥上清液

利用一株除磷酵母菌在除磷过程中表面形成局部富磷区域的现象,将其引入到结晶除磷中,开发了酵母菌诱导强化磷酸铵镁（MAP）结晶协同除磷新体系。以A²/O污泥浓缩池富磷上清液为处理对象,探究了pH、Mg/P、N/P、反应时间和搅拌强度对该体系除磷效能的影响,采用扫描电子显微镜能谱仪（SEM-EDS）、X射线衍射仪（XRD）分析结晶产物的形貌及晶型。结果表明,酵母菌诱导强化MAP结晶体系处理A²/O污泥浓缩池富磷上清液的最优参数如下：pH=10.0、Mg/P=2.0、N/P=2.0、反应时间=30 min、搅拌强度=300 r/min,出水磷浓度可低至1.71 mg/L,除磷率为97.14%。结晶产物分析结果表明,酵母菌分泌的大量胞外聚合物（EPS）可以吸附废水中的PO₄^3--P和Mg²⁺,在菌体周围形成富磷区域,进而以酵母菌为晶核形成MAP结晶产物,实现磷的去除与回收。     

近55年来山东省极端气温事件时空分布特征

【目的】为了解山东省极端气温事件趋势变化和时空格局,【方法】基于1965—2019年93个气象站点逐日最高气温和最低气温,采用sen′s趋势、去趋势波动分析、皮尔逊相关性检验等方法及Arcgis软件分析了山东省极端气温事件的时空变化特征及影响因素。【结果】结果表明,与基准期(1965—1989年)相比,当前气候状况下(1990—2019年),山东省极端气温指数的暖指数、极值指数以及作物生长期指数大多呈现明显的增加趋势,冷极端气温指数和日气温较差则呈现减少趋势。【结论】除夏季日数外,其他极端气温指数未来变化趋势与过去相一致。当前气候状况下极端气温指数空间差异较为明显,青岛、烟台和威海等东部沿海城市以及临沂极端暖事件(冷事件)增加(减少)速率较其他地区更快。部分极端气温指数与经度和海拔呈现显著的相关性,与纬度相关性较低。山东省极端气温指数的时空变化与AMO、AO和EA/WR密切相关。欧亚大陆上空反气旋的增强加速了山东省升温。     

钴锰共掺杂金属有机框架催化过一硫酸盐降解四环素的性能

【目的】制备高效固体催化剂,实现水中污染物四环素(tetracycline, TC)的高效降解。【方法】采用溶剂热法制备钴、锰共掺杂的金属有机框架化合物MIL-88B(Co-Mn),并用于催化过一硫酸盐去除水中TC,分别考察钴、锰不同物质的量比对催化剂性能的影响,进行实验条件优化。【结果】在催化剂Co(NO₃)₂·6H₂O和Mn(NO₃)₂·4H₂O的物质的量比为3∶2,反应体系pH为5,TC质量浓度为10 mg/L,催化剂质量浓度为20 mg/L,过一硫酸盐浓度为2 mmol/L,反应时间为60 min时,TC去除率可达94%以上;所制备的MIL-88B(Co-Mn)催化剂具有良好的循环利用性,经过4次循环,TC去除率仍大于90%。【结论】制备的MIL-88B(Co-Mn)是一种高效催化剂,在处理抗生素废水的过程中证明是可行的,能有效催化过一硫酸盐去除水中TC。     

水系连通过程中土地利用与生态服务价值变化分析——以济南西部多水源连通交汇区为例

水系连通是水资源管理、水利建设的一项极其重要的内容。研究水系连通区的土地利用与生态服务价值变化具有重要意义。以济南西部多水源连通(黄河、长江、玉符河、小清河、玉清湖水库)交汇区为研究对象,基于遥感影像解译数据,定量分析1988-2014年研究区水系连通过程中土地利用转型及其对生态环境的影响。结果表明:1988-2014年,济西多水源连通交汇区林地、耕地和建设用地分别减少了7.76、3.26和4.77 km~2,水域和草地分别增加了9.77和6.03 km~2;研究区土地利用转型经历了以林地转化为主导和以耕地转化为主导的两个阶段,前一阶段土地利用的稳定性较差,后一阶段土地利用的稳定性有所提升; 1988-2014年,研究区生态服务价值由9.04×10~8元增至15.01×10~8元,说明当地生态质量不断提高,生态系统逐渐趋于复杂。济西湿地是研究区生态质量提高的关键,湿地的修复与建设既是水系连通的成果,又是水系连通的保障。     

基于指标优选和模糊综合优化模型的地下水质量评价研究

进行地下水质量评价时往往需要较多的水质指标,一方面增加了取样和检测成本,另一方面容易引起评价过程中的重复描述,导致评价结果失真。通过利用Pearson相关系数(相关性)和因子分析(主控性)对水质评价指标进行优选,在此基础上结合模糊综合优化模型对2017年寿光市枯水期地下水质量状况进行评价。结果表明：通过将模糊综合评价和可变模糊集耦合,能够很好地解决水质等级划分的不确定性和模糊性,其评价结果也更加准确合理;利用指标优选将7个原始水质指标优选为4个指标,不但能够有效减少数据冗余,而且能够充分保留原始指标的有效信息,并且具有更高的评价合理性;在此基础上,识别出研究区地下水污染的主控指标为硝酸盐、总硬度、锌和COD;研究区内的蔬菜种植区地下水污染较为严重,其主要超标因子为硝酸盐和总硬度,主要是氮肥的过度使用及地表污染物通过河流进入地下水体逐渐累积的结果。