实验室开放基金

1.利用废铝箔、废铁鳞等固体废弃物制取净水剂的实验研究
  该项目以当前我国每年大量产生的废铝箔、铁鳞类废弃物为原材料来展开制取聚铝、聚铁净水剂产品的实验研究;同时对比分析实际应用中的净水剂产品特性,考察其技术性能和经济上的可行性。通过设计的正交实验来获取不同实验条件组合情况下的净水剂产品;分析产品针对实际废污水的絮凝法处理实验效果,考察其实效性;对聚铝、聚铁净水剂进行不同比例的复合并考察其对废污水的处理效果;主体研究的创新点体现在制取两类净水剂过程中,通过电磁波、超声波的利用,改变用其受热反应形式上。
  主要研究内容:以废铝箔、铁鳞为反应材料,对净水剂的制备设计不同pH、反应受热形式、温度等条件的正交实验,以获取不同性能的净水剂产品;以各净水剂产品针对实际污水进行絮凝法处理,通过考察处理前后废水净化指标分析各产品的有效性;为确定最优实验条件提供数据支持;将聚铁、聚铝絮凝剂产品按不同摩尔比复合,并通过对废液的净化效果来考察复合方法的可行性。
  参与学生:周婷、张震震、汪子霞、李灏。

2. 海河流域下游湿地特征的研究
  本课题是海河流域下游环境研究的子项目——海河流域下游湿地特征的研究,以海河流域下游为研究对象,在现场与历史资料充分调研分析的基础上,分析各水系主要河流及湿地的现状及时空变化规律和发展趋势;研究海河流域下游湿地分布变化过程,为研究海河流域的环境现状提供科学依据。
  主要研究内容:本研究利用2001、2003、2005、2007、2009年TM(30米)影像数据,通过影像纹理的面向对象分析方法,应用监督分类技术手段,并结合水体指数对海河流域下游的湿地特征进行研究。由解译的效果图可以看出由监督分类和基于纹理的面向对象方法结合可以很好地对水体进行细划分。本研究结合了研究区域的野外实地考察,野外考察为分类提供了先验知识,为解译提供参考,提高了分类精度。
  参与学生:纪长绵、郑寒冬、袁承志、曹颖

3.环境矿物材料处理垃圾渗滤液中难降解有机毒害物质实验研究
  垃圾渗滤液传统处理方法(如生物处理法)存在有两大问题,一是虽然其COD指标已经达到100mg/L,但是仍含有难降解有机毒害物质,生物毒性较强,二是其中渗滤液中高浓度氨氮对生物反应活性有抑制作用;针对此问题,项目结合环境矿物材料法与化学沉淀方法预处理垃圾渗滤液,有效去除有机毒害物质及高浓度氨氮,为后续的生物处理打下良好基础。这一方法的建立,对有效处理垃圾渗滤液的方法探索有着积极意义。
  主要研究内容:以改性泥炭为预处理材料对垃圾渗滤液进行预处理,在水溶液中有机物主要以范德华力被吸附在泥炭表面,泥炭经改性后,一方面可增加表面吸附中心的数目,使吸附量增加,另一方面也可提高表面与吸附分子的作用能,增加吸附过程的自由能。对经过改性硅藻土处理前后的垃圾渗滤液进行气相色谱-质谱联用(GC-MS)分析,结果表明比生化出水减少了6种物质,这说明利用矿物材料深度处理渗滤液能在一定程度上去除生化方法无法处理的难降解有机物。利用化学沉淀方法(磷酸铵镁结晶法)预处理垃圾渗滤液中的高浓度氨氮,以苦卤作为镁源,磷酸(模拟工业废弃磷酸)作为磷源,通过单因素实验和正交实验探讨了pH值、镁氮比、磷氮比、反应时间4个因素对氨氮去除率的影响,结合氨氮去除率以及余磷量得出最佳工艺条件.
  本实验室开放项目实施过程中,对于参与项目的学生,有机会接触到各种表征仪器,许多实验需要参与同学亲自动手设计方案并完成,培养了学生良好的实践和创新能力。
  参与学生:解迪、胡萌、洪刚、赵亮、熊发。

4.重金属锌、铬对毛蚶的致毒效应研究
  近年来,重金属对海洋污染日趋严重,对近岸海域生物资源及水产养殖生态系统造成威胁。毛蚶在天津海域海分布广泛,是人们喜食的海产品,其营养丰富,是我国沿海的主要经济水产资源。研究双壳类壳类软体动物对重金属及其他有害物质的累积问题是当前科学研究重要内容之一,也对保护沿海群众健康有着极为重要的意义。
  主要研究内容:本试验从重金属锌、铬对毛蚶的单因子急性毒性试验和联合急性毒性试验的传统环境毒理学试验方法入手,采用静态急性毒性试验,研究了不同浓度的锌、铬及其交互作用对毛蚶的致毒效应,得到锌、铬对毛蚶的半数致死浓度和安全质量浓度及锌、铬交互作用对毛蚶的毒性;根据急性毒性试验结果,采用半静态的方法,研究在一定浓度下的锌、铬对毛蚶富集规律实验,实验干样经消化后,用火焰原子吸收分光光度法测定毛蚶体内锌、铬的含量,得到重金属在毛蚶体内的富集规律,系统认识其富集动力学特性,实验结果用以指示环境质量以及对人类的潜在威胁进行预测,为毛蚶安全性的建立、毛蚶的加工和消费提供必要的理论依据;采用体内、体外染毒实验,研究了不同浓度的锌、铬对毛蚶肌肉内SOD、CAT活性的影响,得到重金属胁迫条件下SOD、CAT的变化规律,实验结果可以进一步探讨以SOD、CAT活性变化作为氧化污染生化指标的可能性,同时为抗氧化防御系统的毒理学研究提供基础资料。
  参与学生:康旭、夏雪桐、阚丽莹。

5.生态浮床技术在治理富营养化水体中的作用研究
  项目针对湖泊、水库及河流等水体富营养化日益严重、水生生态系统遭到严重破坏的问题,采用水生植物生态修复技术(生态浮床技术)对富营养化水体进行治理。水生植物生长过程需要吸收大量氮、磷作为营养物质合成自身物质,利用植物的这一生理生化特性,在污染水体中有选择地种植一些耐污染净化较强的水生植物,能够有效地吸收水体中的氮、磷元素,减轻水体的富营养化程度。既美化环境又实现了对水体的原位修复。水生植物生态修复技术是一种没有污染转移的、安全的、彻底的、可持续发展的生态模式。
  主要研究内容:富营养化水体氮磷浓度对植物吸收效果的影响;不同种类植物的处理效果对比;混合种植和单一种植对处理效果的影响;植物量与氮磷去除效果的关系。
  通过验室开放基金活动,使学生有更多的机会走进实验室,大大增加了同学们设计、动手、观察和思考的机会。有利于学生对所学理论知识的理解,提高了动手能力,而且使学校实验设备得到最大限度的有效利用,通过实验室开放基金使学生的动手能力、创新能力得到提高,将实践科学和理论知识结合的能力也增强了。同学们在共同研究过程中,学到了知识,获得了经验,增强了团队合作精神。
  参与学生:崔雪,陈冰然,冷晓云,魏书君

6.连续颗粒床过滤装置的开发
  传统的颗粒床过滤器是利用过滤介质去除水中各中悬浮物、微生物以及其他微细颗粒,实现净化水质的一种净化设备,但传统的这类过滤器存在停机反冲洗间歇操作过程,须中断过滤操作,若需连续过滤就必须增加交替的过滤装置,即使达到连续过滤的目的,但设备和操作费用都很高,工艺过程能耗也大。为此,设计开发一种新型连续颗粒床过滤装置,替代传统的颗粒床过滤器。
  主要研究内容:本设计开发的连续颗粒床过滤器与传统过滤工艺相比抗冲击性强,出水水质稳定,设备投资小,过程运行能耗低,自动化程度高。利用三相流清洗技术,有效控制清洗液用量,不仅可以实现传统的过滤和反冲洗同时连续进行,而且不同粒径的颗粒滤料实现了有效分布,有利于减小过滤阻力,增强过滤效果,降低过程能耗。
  参与学生:王静义、胡金鹏、张 祥、王登辉、吴长春、殷仁鹏。

7. 人工纳米材料对环境污染物的吸附特征
  人工纳米材料(Manufactured nanomaterials,简称 MNMs)是指至少在一个几何面上的关键尺寸低于100nm,并具有高度均匀性的材料,特别是指人工制造出来以应用为目的产品。MNMs尺寸很小,结构特殊,因此具有许多优良且奇异的物理化学特性,如小尺寸效应、巨大的表面效应、界面效应、极高的反应活性、量子效应等。这些特性使 MNMs在国民经济各个行业中被广泛应用,其产量越来越大。随着其日益增加的产量和广泛应用,MNMs不可避免会在其整个生命周期过程(生产、贮存、运输、消费、处置或回收再生产)中被泄露到环境中。这些具有特殊理化性质的MNMs进入环境后,是否会导致特殊的毒性作用,从而给生态系统带来难以预料的影响,日益受到研究者的关注。进入水环境的 MNMs可能会发生复杂的行为,一方面可能在水中分散并稳定悬浮或因团聚而沉降到底泥中;另一方面,由于 MNMs 所具有的特殊物理化学性质,如高比表面积等,使其往往容易吸附环境中的现有污染物,并随着MNMs在水中悬浮、团聚和沉降从而影响现有污染物在水中的迁移、归趋和生物效应。MNMs吸附现有污染物形成复合物,可能既体现MNMs 的毒性效应,又体现吸附态污染物的毒性效应,或产生其他的复合毒性效应。因此,了解 MNMs 进入水环境后的行为特征,明确其与污染物相互作用导致的复合污染效应,对于确定 MNMs 的水环境效应和生态风险,具有极为重要的环境意义。
  主要研究内容:选取当前及未来应用广、产量大以及与人类生活密切相关的典型人工纳米材料:nTiO2和 C60,考察其进入天然淡水及海水前后,各种理化性质(包括粒径,形态,比表面积以及表面电荷等)的变化,以及人工纳米材料在天然淡水和海水中的团聚、悬浮或沉降行为。
选取环境中常见主要污染物(重金属镉和持久性有机污染物菲等),通过吸附/解吸实验,初步研究典型人工纳米材料在天然淡水和海水特定环境条件下与环境污染物相互作用的一般规律,探索人工纳米材料对污染物的吸附解吸行为,尝试回答人工纳米材料进入水环境后,是否与环境中原有的污染物形成复合物,并随着人工纳米材料在水中的团聚、悬浮或沉降行为,改变污染物在水环境中的分布。
  参与学生:顾世民、唐天月、张亚南、高一楠。

8. 天津近岸海域浮游植物群落结构与富营养化关系研究
  近岸海域水体富营养化现象是近年来河口、海湾水质污染的主要问题之一,我国近岸海域水体富营养化评价方法目前尚停留在以海洋水体营养盐评价为基础的第一代评价体系上,即根据无机氮、无机磷和COD浓度等营养盐数据来计算水体富营养化指数的各种数学公式。这一现状已不适应于我国海岸带富营养化问题的科学研究和海岸带管理的需求。在海洋水体富营养化形成的整个过程中,生物过程起着主导作用并贯穿于所有的物理化学过程,因此,结合海洋水体中浮游植物群落结构自身的结构特点和种群特征的变化规律来评价近岸海域水体富营养化问题是一条新的思路。
  研究内容:对天津近岸海域水化学要素(溶解氧、化学耗氧量、亚硝酸氮、硝酸氮、氨氮、无机磷等)进行年度调查;同时对该海域浮游植物群落结构进行调查(浮游植物群落组成、优势种、丰度、物种多样性进行分析),并运用生态系统评价模型对天津近岸海域海水富营养化水平进行了综合评价;研究该海域富营养化水平与浮游植物群落结构的关系,阐明生物群落变动与环境影响的关系及其变化过程,揭示赤潮的发生规律。
  运用生态系统评价模型对天津近岸海域海水富营养化水平进行了综合评价,同时研究天津近岸海域富营养化水平与浮游植物群落结构的关系,从而弄清生物群落变动与环境影响的关系及其变化过程,揭示赤潮的发生规律。
  参与学生:王子轩、邓毅、黄惟贵、张涛、官蕊

9. 基于氧化胁迫的菲-镉复合污染对底栖生物的联合毒性研究
  无机和有机复合污染对生物体的联合毒性研究是目前环境领域的研究热点和难点,菲和镉作为有机和无机污染的典型污染物,在渤海湾天津海域都有较高浓度的检出,二者对海洋生物都可以造成氧化胁迫。国内目前关于菲与镉联合作用对生物体毒性机理的研究报道很少,对于复合污染的联合作用机理尚有很多不明确的地方。本课题主要以渤海湾天津海域潮间带底栖生物为研究对象,通过染毒实验,考察菲和镉单一污染和不同浓度配比下复合污染对生物体的氧化胁迫,旨在从分子水平揭示菲和镉复合污染对底栖生物的联合毒性效应和机体防御作用机理。此研究可以为重金属-有机物联合污染对底栖生物的联合毒理机理提供理论依据,为掌握渤海湾天津海域中菲和镉的污染水平、联合毒性效应及生态风险提供基础数据。
  主要研究内容:选择典型底栖生物,如毛蚶、四角蛤蜊等为研究对象,设计急性毒性试验,测定菲和镉单一污染和不同浓度复合污染条件下对底栖生物的半致死浓度,研究菲和镉对底栖生物的急性毒性和联合毒性效应;同时进行慢性染毒实验,通过测定生物体组织中SOD、TAOC、MDA等含量的变化,比较菲和镉单一污染和不同浓度配比复合污染条件下指标变化的异同,分析两种污染物共存时对底栖生物氧化胁迫的联合作用方式;最后综合分析实验结果,建立菲和镉暴露浓度、暴露时间和不同浓度配比条件下与生物体组织中SOD、TAOC、MDA含量变化的相关关系,分析菲和镉复合污染对底栖生物的联合毒性效应和机体的防御作用机制。
  参与学生:高楠、詹志华、高杨、谭送琴、刘香、顾世民

10. 超高交联吸附树脂的孔结构调控及其VOCs吸附过程研究
  随着我国石油化工、化学工业和制造业的规模不断壮大,挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,简称VOCs)的污染问题日趋严峻,被视为继粉尘之后的第二类量大、面广的污染物。近年来,科研工作者发展了多种VOCs污染的控制技术,其中吸附分离法是消除净化VOCs的主流技术之一,而吸附材料与其吸附性能是决定这一技术有效性的关键因素,因此发展VOCs吸附技术关键是开发出高效吸附剂。无机VOCs吸附剂的吸附效果并不是很理想,存在对有机物的选择吸附性不高、吸附容量有限等缺点。近年来新开发的高比面积的超高交联聚合树脂,具有发达的微孔结构以及较好的疏水和亲有机物性,主要用在小分子气体的吸附上,这种以微孔或超微孔结构为主的吸附树脂同样不适用于大分子VOCs的吸附。
  主要研究内容:采用混合溶剂法一步聚合制得超高交联吸附树脂,研究混合溶剂对吸附树脂结构性质的影响规律;采用N2吸脱附、FT-IR、TGA-DTA等表征手段分析吸附树脂的孔结构、表面化学性质及热稳定性。通过VOCs静态吸附评价实验研究多级孔超高交联吸附树脂的吸附性能,阐明吸附树脂孔结构、表面化学性质变化对挥发性有机物吸附行为的影响规律;同时,利用吸附的相关理论模型考察吸附动力学,确定挥发性有机物在吸附树脂上的吸附机制。
  参与学生:段瑞颖、刘芳、张澜、刘梦殊、王勇、边鑫雨、王凯。