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环境工程微生物技术与产业发展研究
1
作者 杨旭楠 刘丛竹 +4 位作者 宋仲戬 吴清平 刘东风 俞汉青 许玫英 《中国工程科学》 北大核心 2025年第3期175-191,共17页
环境工程微生物技术是生态文明建设的重要技术支撑。本文通过系统的横向对比评述,深入剖析了环境工程微生物技术在水处理、土壤修复、废气治理、固体废物处置以及通用技术等领域的研究进展与核心技术路径;研判了环境工程微生物技术的发... 环境工程微生物技术是生态文明建设的重要技术支撑。本文通过系统的横向对比评述,深入剖析了环境工程微生物技术在水处理、土壤修复、废气治理、固体废物处置以及通用技术等领域的研究进展与核心技术路径;研判了环境工程微生物技术的发展趋势,即在微生物代谢调控、功能载体创新及合成生物学等关键技术的驱动下,从经验应用到理性设计范式,从单一功能菌剂到协同微生物群落,从局部修复到系统级优化;梳理了环境工程微生物产业的发展环境与发展现状,剖析了我国产业发展在政策驱动、市场格局、技术瓶颈等方面面临的挑战。为推动我国环境工程微生物技术及产业的高质量发展、加快产业化应用,研究建议,加强基础研究,着重发展基于多组学技术的功能菌群设计、智能材料介导的微生物菌剂精准投递以及数字孪生系统促进的动态过程优化等技术方向;构建“技术‒产业‒市场”协同创新体系,推动从技术突破到产业落地的全链条发展。 展开更多
关键词 环境工程 微生物技术 水处理 土壤修复 废气处理 固体废物处置
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基于微生物的生态环境监测技术发展动态与产业趋势分析
2
作者 杨旭楠 刘丛竹 +7 位作者 陈杏娟 宋仲戬 杜娟 李曼 吴清平 刘东风 俞汉青 许玫英 《中国工程科学》 北大核心 2025年第3期192-203,共12页
基于微生物的生态环境监测技术是利用微生物对环境变化的敏感响应,通过检测其生理生化特征、群落结构或功能变化来评估环境质量的技术体系,在生物多样性保护、环境污染防治和生态系统健康诊断等领域展现出独特优势。本文通过文献调研,... 基于微生物的生态环境监测技术是利用微生物对环境变化的敏感响应,通过检测其生理生化特征、群落结构或功能变化来评估环境质量的技术体系,在生物多样性保护、环境污染防治和生态系统健康诊断等领域展现出独特优势。本文通过文献调研,系统梳理了基于微生物的生态环境监测技术的基础原理与研究进展;基于专利分析,揭示了该领域的技术发展路径和技术发展特点;结合行业调研,评估了政策支持、市场需求和技术创新等产业发展条件,阐述了产业发展现状及面临的挑战。研究表明,基于微生物的生态环境监测技术已成为突破传统理化监测局限的重要途径:微生物指示法、微生物传感器和微生物生态评价等技术的创新推动环境监测进入新阶段,合成生物学技术、环境脱氧核糖核酸分析和智能化检测设备的发展使监测手段更加丰富,细分领域市场需求持续增长。研究建议,强化技术创新与完善微生物组学标准体系建设、构建微生物环境监测产业创新生态、加强政策保障和生物安全管理,促进我国微生物环境监测产业高质量发展。 展开更多
关键词 微生物环境监测 指示微生物 微生物传感器 环境微生物组 环境脱氧核糖核酸 生态评价
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近年华北平原跨年污染过程的气象条件影响及预报技术研究
3
作者 赵熠琳 高媛赟 +1 位作者 王威 黄永海 《生态与农村环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第12期1585-1594,I0001,共11页
近年来,华北中南部的河南和山东中西部地区连续多年出现了跨年重污染过程。这种重污染过程的形成与近年来出现的独特气候条件密切相关。以2022年底至2023年初的一次跨年重污染过程为例,从预报经验的角度分析了在这种情况下可能影响环境... 近年来,华北中南部的河南和山东中西部地区连续多年出现了跨年重污染过程。这种重污染过程的形成与近年来出现的独特气候条件密切相关。以2022年底至2023年初的一次跨年重污染过程为例,从预报经验的角度分析了在这种情况下可能影响环境空气质量的5种气象条件因子的作用。同时,对不同层级气象产品进行了区间定位和分型解读,旨在通过对冬季华北地区气象条件因子的分型,进而掌握捕捉重污染过程的方法。应用数值模拟预报技术对重污染过程进行模拟,使用嵌套网格空气质量预报模式系统(NAQPMS)数值预报模型进行预测模拟和准确率评估,并结合比对预报员人工订正后的空气质量指数(AQI)级别准确率进行模型验证。研究结果表明,在重污染过程捕捉中,研究地区的高空受脊区或者均压场控制、地面受均压场控制、风速较弱且风向并非偏西或偏北、湿度较大且无强降水的时候,重污染过程较易形成。NAQPMS数值模式的72 h预报结果对于华北地区不同省份的捕捉命中率不一。预报员对于区域整体的预测准确程度在重污染过程前期偏低,对于豫南准确率可以达到100%,但是豫中北地区准确率仅达到50%。 展开更多
关键词 预报 重污染 空气质量 华北 气象因子
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基于机器学习的河南省农业碳排放驱动因素分析和情景预测 被引量：1
4
作者 史新杰 谭雪勤 +3 位作者 周茹 熊晋冉 李玲 李栋浩 《中国环境科学》 北大核心 2025年第10期5885-5893,共9页
选取土地管理、粮食种植、畜牧养殖3类指标对2000~2021年河南省各地市农业碳排放进行了测算,结合局部莫兰指数分析了各地市农业碳排放的时空演变趋势和格局,最后采用随机森林模型识别了主要驱动因素并预测了基准、低碳、高碳情景下的河... 选取土地管理、粮食种植、畜牧养殖3类指标对2000~2021年河南省各地市农业碳排放进行了测算,结合局部莫兰指数分析了各地市农业碳排放的时空演变趋势和格局,最后采用随机森林模型识别了主要驱动因素并预测了基准、低碳、高碳情景下的河南省农业碳排放量.结果表明:2000~2021年,河南省农业碳排放先上升后下降,在2006年达到峰值5849.52万t,2021年较2006年下降40.60%;各地市农业碳排放分布不均,整体呈现“东南高、西北低”的特征.土地翻耕面积、农村人口数量、行政区面积以及农业机械总动力是影响河南省农业碳排放最主要的正向驱动因素,城镇化率为负向驱动因素.河南省农业碳排放已于2006年达峰值,在3种情景下,2022~2030年河南省农业碳排放均持续下降,与达峰状态相比下降范围分别为2241.55~2470.73万t,2245.67~2482.22万t,2240.10~2459.74万t.研究结果可以为河南省各地市未来农业碳减排路径提供依据,确保“双碳”目标达成. 展开更多
关键词 农业碳排放 随机森林 机器学习 河南省
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硫基自养反硝化处理市政污水的性能研究
5
作者 刘蕊 施海仁 +5 位作者 常丽如 李伟 黄宇 赵姗姗 李坚 潘元 《环境化学》 北大核心 2025年第8期3059-3072,共14页
硫自养反硝化技术因无需投加碳源即可脱除水中硝态氮,达到降低水体富营养化风险的同时,具备节约脱氮成本、产泥量低等优点而备受关注.单质硫自养反硝化的应用受限于系统持续降低的酸碱度.硫铁矿作为电子供体虽具有成本低廉的优点,但矿... 硫自养反硝化技术因无需投加碳源即可脱除水中硝态氮,达到降低水体富营养化风险的同时,具备节约脱氮成本、产泥量低等优点而备受关注.单质硫自养反硝化的应用受限于系统持续降低的酸碱度.硫铁矿作为电子供体虽具有成本低廉的优点,但矿石中的铁、硫溶出速率限制了反硝化脱氮反应速率.为探究如何持续高效脱氮,维持反应系统稳定的酸碱条件,并尽可能减少硫酸根的产生,构建了硫(B1)、硫-菱铁矿(B2)、硫-黄铁矿(B3)、硫-石灰石-麦饭石(B4)4种反应体系,以实际污水厂二级处理出水为实验进水,测试4种反应系统在不同空床停留时间、进水硝态氮浓度下的脱氮性能.结果表明,相较于其他反应体系,B4系统具备更好的pH缓冲能力,实验过程中该系统出水pH平均下降量仅为0.12,为自养反硝化菌提供了适宜生长的稳定的酸碱环境.除单质硫外,麦饭石中溶出的Fe^(2+)提供了额外的反硝化电子供体,将反应区域从麦饭石表面拓展到液相中.得益于稳定的pH条件和S、Fe^(2+)电子供体,B4系统中的微生物种类和数量分布呈更加多样性及均衡性趋势,系统中检出的Thiobacillus(8.7%)、Sulfurimonas(13.6%)、Ferritrophicum(18%)等脱氮功能菌均促进了反硝化脱氮.B4系统在各反应阶段均呈现最优的脱氮效果,中间产物亚硝态氮最不易发生累积.在空床停留时间为1—24 h时,该系统硝态氮去除率约为100%.当空床停留时间降低为0.5 h时,进水硝态氮浓度14.8—18.3 mg·L^(-1),其硝态氮去除率达91.5%±8.5%,硝态氮去除负荷最高可达0.88 kg·m^(-3)·d^(-1).实验过程中出水硫酸根浓度均低于250 mg·L^(-1),满足《生活饮用水标准》(GB 5749—2006)中对出水硫酸根浓度的要求.本研究提供了一种十分具有应用潜力的硫-石灰石-麦饭石填料组合,在短时空床停留时间、低碳氮比的深度处理工艺段具有较高的工程应用价值. 展开更多
关键词 自养反硝化 硫基 市政二级出水 硝态氮去除负荷 高通量测序.
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铁氧化物表面Mn(Ⅱ)氧化结晶生成的MnO_(x)对氯代多环芳烃降解动力学的影响及机制
6
作者 宋瑶 赵旭强 +2 位作者 李代微 田芹 程鹏飞 《贵州师范大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第6期53-62,共10页
针对铁氧化物表面氯代多环芳烃(ClPAHs)降解的关键过程,以针铁矿(Gt)和赤铁矿(Hm)代表铁氧化物,研究了Mn(Ⅱ)在铁氧化物表面氧化结晶生成的锰氧化物(MnO_(x))对9-氯蒽(9-ClANT)降解的影响与机制。结果发现:Mn(Ⅱ)可以被氧化生成MnO_(x)... 针对铁氧化物表面氯代多环芳烃(ClPAHs)降解的关键过程,以针铁矿(Gt)和赤铁矿(Hm)代表铁氧化物,研究了Mn(Ⅱ)在铁氧化物表面氧化结晶生成的锰氧化物(MnO_(x))对9-氯蒽(9-ClANT)降解的影响与机制。结果发现:Mn(Ⅱ)可以被氧化生成MnO_(x)涂层(黑锰矿);在Gt和Hm表面9-ClANT的降解速率常数(k)分别为0.21h^(-1)和0.44h^(-1),MnO_(x)涂层的存在使9-ClANT的k值分别增加了2.2倍和1.3倍;铁氧化物和含MnO_(x)涂层的铁氧化物主要通过电子转移和活性氧氧化途径降解;MnO_(x)涂层具有较高的氧化电势和较低的电阻率,可加速电子转移速率,且具有丰富的氧空位,能够生成活性氧(超氧阴离子自由基,·O_(2)^(-)),从而促进9-ClANT的降解。可见,MnO_(x)涂层能增强铁氧化物的氧化还原活性,从而提升铁氧化物转化降解有机污染物的能力。 展开更多
关键词 铁氧化物 锰氧化物 氯代多环芳烃 降解
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水体中微塑料对重金属汞的吸附行为及其对涡虫的毒性效应 被引量：2
7
作者 吴欣 李晓薇 +5 位作者 陈依晴 陈海洋 张淑静 董玉玲 张鹏 谢昌健 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第8期1036-1046,共11页
环境中的微塑料(MPs)污染日益增加,已经成为备受关注的全球环境问题。已有研究表明,微塑料通过自身的物理效应和吸附作用,能够吸附重金属等污染物,产生“特洛伊木马效应”。因此,微塑料与重金属之间的相互作用在风险评估中具有特殊且重... 环境中的微塑料(MPs)污染日益增加,已经成为备受关注的全球环境问题。已有研究表明,微塑料通过自身的物理效应和吸附作用,能够吸附重金属等污染物,产生“特洛伊木马效应”。因此,微塑料与重金属之间的相互作用在风险评估中具有特殊且重要的意义。以聚苯乙烯(PS)为例,选用东亚三角涡虫作为实验动物,探究微塑料吸附重金属汞(Hg)后的生物效应和毒性机制。采用红外光谱、扫描电子显微镜、动态光散射分析对PS-MPs及PS-Hg^(2+)进行详细表征。急性毒性实验表明,Hg^(2+)对整体涡虫的半数致死浓度(LC_(50))值为0.13 mg/L,对再生涡虫的LC_(50)值为0.12 mg/L。Hg^(2+)能够在涡虫体内富集,并产生毒性效应,导致涡虫死亡和胚基生长的抑制。此外,结合同步辐射X射线荧光光谱成像(XRF)和原子荧光光谱仪(AFS)分析技术,发现PS-MPs会增强Hg^(2+)在涡虫体内的富集和毒性。通过组织学分析、原位杂交、免疫荧光及测定SOD、MDA、ATP含量、ATP合酶和GPX4活性、线粒体膜电位及线粒体中Fe^(2+)的相对水平和总Fe含量,发现Hg^(2+)会引起涡虫组织学损伤,影响涡虫体内Neoblasts的维持与增殖,引起涡虫抗氧化防御系统的紊乱、细胞损伤和线粒体功能的破坏,而PS-MPs的引入会加剧这些现象。综上所述,PS-MPs与Hg^(2+)具有联合作用,PS-MPs的加入能够增强Hg^(2+)的毒性,扰乱涡虫的稳态。因此,应重视微塑料与重金属的联合作用,并从多方面进行污染物的风险评估。 展开更多
关键词 聚苯乙烯 汞 东亚三角涡虫 干细胞 毒理学
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南海古海啸重建与海啸沉积研究进展 被引量：5
8
作者 杨文卿 谢周清 孙立广 《地学前缘》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期246-257,共12页
中国东海、南海等近海临近琉球海沟、马尼拉海沟等俯冲带,地震频发。过去的海啸研究主要关注历史文献分析、海啸数值模拟等,据此评估中国近岸海啸灾害的历史和风险。历史时期是否引发了海啸,特别是具有特大致灾风险的大海啸记录,目前还... 中国东海、南海等近海临近琉球海沟、马尼拉海沟等俯冲带,地震频发。过去的海啸研究主要关注历史文献分析、海啸数值模拟等,据此评估中国近岸海啸灾害的历史和风险。历史时期是否引发了海啸,特别是具有特大致灾风险的大海啸记录,目前还不明确。近年来,本课题组通过对海岛、海洋沉积和海岸带及其岛屿的沉积过程、海啸遗迹和历史记录研究,阐述了确定古海啸的系列研究方法。首先通过对南海西沙群岛东岛湖泊沉积序列、大量砗磲和珊瑚块在海岛分布的特征分析,识别出距今千年的一次海啸事件。以此为标志,根据湖泊沉积结构作为识别海岛海啸沉积的特征。同时提出了确定海岛海啸发生时代的样品采集和定年方法,其中包括根据事件沉积层顶部和底部植物残体14 C年龄定年和历史文献记录的印证。首次确定在过去1300年中,南海发生过一次海啸,其发生时间为公元1076年。为了寻找更古老的海啸记录,结合对东海闽浙沿岸过去两千年海洋泥质沉积的分析,发现南海海啸在沉积序列中留下记录,但除此之外沉积记录中并无更强的扰动,因此东海在过去两千年中受到海啸的影响较小。1076年的海啸同时冲击了南海沿岸,通过对广东南澳岛考察发现,岛屿东南海岸保存着距今约1000年的海啸沉积层,其中夹杂着宋代陶器瓷器残片。对遗迹数量变化的分析显示,岛上的文化受海啸破坏出现了长达500年的文化中断,直至明代中后期设镇之后才逐渐恢复。根据海啸层植物残体、贝壳14 C测年、覆盖海啸层的海砂光释光定年以及瓷器碎片的年代鉴定了海啸的发生时代,并据此提出了海岸带古海啸沉积的定年方法。此外,不同环境下海啸沉积的特征也存在较大区别,需要结合地形、沉积物来源以及地球化学特征等多种指标进行识别。有迹象表明海南岛东侧海岸带有海啸破坏的明显证据,需要进行深入的研究。 展开更多
关键词 古海啸 海啸沉积 古海啸定年 南海 东海 海岸灾害
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天体轨道长期数值积分的误差估计方法 被引量：1
9
作者 宋浩冉 黄卫东 《天文学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期91-109,共19页
数值积分方法是进行天体力学研究的重要工具,尤其对于行星历表的研究工作而言.由于在使用数值方法计算天体轨道时,最终误差通常是难以预知的,所以在面对精度要求较高或者积分时间较长的工作时具体积分方案的设计---尤其是当使用定步长... 数值积分方法是进行天体力学研究的重要工具,尤其对于行星历表的研究工作而言.由于在使用数值方法计算天体轨道时,最终误差通常是难以预知的,所以在面对精度要求较高或者积分时间较长的工作时具体积分方案的设计---尤其是当使用定步长方法时的步长选择---需要十分谨慎,因为这将意味着是否能在时间成本可以被接受的范围内使解的精度达到要求.因此,在使用数值方法解决实际问题时如何快速寻找效率与精度之间的最佳平衡点是每一个数值积分方法的设计者与使用者都会面临的难题.为解决这一问题,在定步长条件下对数值积分方法的舍入误差概率分布函数以及截断误差积累量对步长的依赖关系和随时间的增长关系进行了深入研究.基于所得结论,提出了一种仅需较少的数值实验资料即可对选择任意时间步长积分至任意积分时刻时的舍入误差概率分布函数与截断误差积累量进行准确估计的方法,并使用Adams-Cowell方法对该误差估计方法在圆周期轨道条件下进行了验证.该误差估计方法在未来有望用于不同数值算法的性能对比研究,同时也可以对数值积分方法求解实际轨道问题时的决策工作带来重要帮助. 展开更多
关键词 天体力学 历表 方法:数值 方法:统计
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离子热碳化制备Fe/N共掺杂生物炭及其催化性能研究
10
作者 季翔宇 刘武军 俞汉青 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期85-91,共7页
以铁基离子液体[BMIm]FeCl_(4)和木质纤维类生物质废弃物为前驱体,采用离子热碳化方法制得铁/氮共掺杂生物炭(Fe-N/BC)催化剂,并对其性质进行了表征。研究了Fe-N/BC催化剂活化过一硫酸盐(PMS)处理有机污染物罗丹明B和双酚A的性能,并对Fe... 以铁基离子液体[BMIm]FeCl_(4)和木质纤维类生物质废弃物为前驱体,采用离子热碳化方法制得铁/氮共掺杂生物炭(Fe-N/BC)催化剂,并对其性质进行了表征。研究了Fe-N/BC催化剂活化过一硫酸盐(PMS)处理有机污染物罗丹明B和双酚A的性能,并对Fe-N/BC催化剂进行了吸附实验、催化动力学实验和自由基淬灭实验。结果表明,Fe-N/BC为包覆有铁金属纳米颗粒的氮掺杂石墨化碳材料,空泡结构和发达的孔隙结构使其具有很强的吸附性能,60 min后才达到吸附平衡,吸附50%的双酚A;加入氧化剂过一硫酸盐后,30 min后对双酚A的降解率达到95.5%,远远快于氮掺杂生物炭(N/BC)材料和生物炭(BC)。Fe-N/BC活化PMS降解双酚A过程中对pH不敏感,反应方式主要通过非自由基路径实现。 展开更多
关键词 过一硫酸盐(PMS) 非均相类芬顿催化剂 生物炭 双酚A(BPA) 非自由基路径
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