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1.內(nèi)容提要 本書共分七章，分別是緒論、格拉斯河沉積物柱的微生物群落和多氯聯(lián)苯、多氯聯(lián)苯在哈德遜河和格拉斯河沉積物中的脫氯研究、硫酸根對哈德遜河和格拉斯河沉積物中多氯聯(lián)苯脫氯的影響、三價鐵對哈德遜河和格拉斯河沉積物中多氯聯(lián)苯脫氯的影響、多氯聯(lián)苯在中國太湖沉積物中的脫氯研究、結(jié)論與展望。本書可供市政工程、環(huán)境工程、環(huán)境科學(xué)以及相關(guān)專業(yè)的研究人員參考使用。 2.序 作為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)，土木工程是我國提升人居環(huán)境、改善交通條件、發(fā)展公共事業(yè)、擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、促進(jìn)商業(yè)發(fā)展、提升城市競爭力、開發(fā)和改造自然的基礎(chǔ)性行業(yè)。隨著社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步，基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)模、功能、造型和相應(yīng)的建筑技術(shù)越來越大型化、復(fù)雜化和多樣化，對土木工程結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與建造技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。尤其經(jīng)過三十多年的改革開放和創(chuàng)新發(fā)展，在土木工程基礎(chǔ)理論、設(shè)計方法、建造技術(shù)及工程應(yīng)用方面，均取得了卓越成就，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來，在高層、大跨、超長、重載等建筑結(jié)構(gòu)方面成績尤其驚人，國家體育場館、人民日報社新樓以及京滬高鐵、東海大橋、珠港澳橋隧工程等高難度項目的建設(shè)更把技術(shù)革新推到了科研工作的前沿。未來，土木工程領(lǐng)域中仍將有許多課題和難題出現(xiàn)，需要我們探討和攻克。 另一方面，環(huán)境問題特別是氣候變異的影響將越來越受到重視，全球性的人口增長以及城鎮(zhèn)化建設(shè)要求廣泛采用可持續(xù)發(fā)展理念來實現(xiàn)節(jié)能減排。在可持續(xù)發(fā)展的國際大背景下，“高能耗”“短壽命”的行業(yè)性弊病成為國內(nèi)土木界面臨的最嚴(yán)峻的問題，土木工程行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步已成為建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的迫切需求。以利用預(yù)應(yīng)力技術(shù)來實現(xiàn)節(jié)能減排為例，預(yù)應(yīng)力的實現(xiàn)是以使用高強(qiáng)高性能材料為基礎(chǔ)的，其中，高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼筋的強(qiáng)度是建筑用普通鋼筋的3~4倍以上，而單位能耗只是略有增加；高性能混凝土比普通混凝土的強(qiáng)度高1倍以上甚至更多，而單位能耗相差不大；使用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，則可以節(jié)省混凝土和鋼材20％~30％，隨著高強(qiáng)鋼筋、高強(qiáng)等級混凝土使用比例的增加，碳排放量將相應(yīng)減少。 東南大學(xué)土木工程學(xué)科于1923年由時任國立東南大學(xué)首任工科主任的茅以升先生等人首倡成立。在茅以升、金寶楨、徐百川、梁治明、劉樹勛、方福森、胡乾善、唐念慈、鮑恩湛、丁大鈞、蔣永生等著名專家學(xué)者為代表的歷代東大土木人的不懈努力下，土木工程系迅速壯大。如今，東南大學(xué)的土木工程學(xué)科以土木工程學(xué)院為主，交通學(xué)院、材料科學(xué)與工程學(xué)院以及能源與環(huán)境學(xué)院參與共同建設(shè)，目前擁有4位院士、6位國家千人計劃特聘專家和4位國家青年千人計劃入選者、7位長江學(xué)者和國家杰出青年基金獲得者、2位國家級教學(xué)名師；科研成果獲國家技術(shù)發(fā)明獎4項，國家科技進(jìn)步獎20余項，在教育部學(xué)位與研究生教育發(fā)展中心主持的2012年全國學(xué)科評估排名中，土木工程位列全國第三。 近年來，東南大學(xué)土木工程學(xué)院特別注重青年教師的培養(yǎng)和發(fā)展，吸引了一批海外知名大學(xué)博士畢業(yè)青年才俊的加入，8人入選教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才，8人在35歲前晉升教授或博導(dǎo)，有12位40歲以下年輕教師在近5年內(nèi)留學(xué)海外1年以上。不遠(yuǎn)的將來，這些青年學(xué)者們將會成為我國土木工程行業(yè)的中堅力量。 時逢東南大學(xué)土木工程學(xué)科創(chuàng)建暨土木工程系（學(xué)院）成立90周年，東南大學(xué)土木工程學(xué)院組織出版《東南土木青年教師科研論叢》，將本學(xué)院青年教師在工程結(jié)構(gòu)基本理論、新材料、新型結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)性能、工程管理等方面的最新研究成果及時整理出版。本叢書的出版，得益于東南大學(xué)出版社的大力支持，尤其是丁丁編輯的幫助，我們很感謝他們對出版年輕學(xué)者學(xué)術(shù)著作的熱心扶持。最后，我們希望本叢書的出版對我國土木工程行業(yè)的發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步起到一定的推動作用，同時，希望叢書的編寫者們繼續(xù)努力，并挑起東大土木未來發(fā)展的重?fù)?dān)。 東南大學(xué)土木工程學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)讓我為本叢書作序，我在《東南土木青年教師科研論叢》中寫了上面這些話，算作序。 中國工程院院士： 呂志濤 2013.12.23 3.前言 多氯聯(lián)苯（Polychlorinated Biphenyls，簡稱PCBs）作為典型的持久性有機(jī)污染物，其在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化歸趨備受關(guān)注。其中，沉積物既被認(rèn)為是多氯聯(lián)苯主要的匯，也被認(rèn)為是水體中多氯聯(lián)苯重要的源。因而，多氯聯(lián)苯污染沉積物的修復(fù)成為研究的熱點和難點。在沉積物中多氯聯(lián)苯可以通過微生物催化實現(xiàn)脫氯降解。微生物降解相對于化學(xué)、物理修復(fù)方法有價格低廉、環(huán)境負(fù)面影響少等優(yōu)勢。然而該降解方式受生物地球化學(xué)因素的影響機(jī)制尚不明晰。降解特征的時空差異性較大。本書首先從美國紐約州格拉斯河柱狀沉積物中獲得天然微生物降解多氯聯(lián)苯的證據(jù)，再分別以美國、中國三種典型沉積物為研究對象，考察常見生物地球化學(xué)因素對多氯聯(lián)苯脫氯降解的影響，通過跟蹤監(jiān)測探尋不同生物地球化學(xué)條件下多氯聯(lián)苯降解速率、效果和路徑等的變化規(guī)律和脫氯相關(guān)微生物的響應(yīng)情況，綜合評價多氯聯(lián)苯微生物厭氧脫氯降解效果，為監(jiān)測自然衰減法原位修復(fù)多氯聯(lián)苯污染沉積物提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。 本書介紹了沉積齡超過40年的格拉斯河柱狀沉積物中多氯聯(lián)苯和微生物的分布情況，發(fā)現(xiàn)多氯聯(lián)苯微生物脫氯現(xiàn)象在沉積物柱中普遍存在，并且隨沉積時間的增長多氯聯(lián)苯的脫氯程度升高；同時首次找到了多氯聯(lián)苯脫氯相關(guān)細(xì)菌在柱狀沉積物中存在的證據(jù)。研究結(jié)果支持了多氯聯(lián)苯的自然降解理論，有助于實現(xiàn)脫氯微生物對多氯聯(lián)苯脫氯降解效果的預(yù)測。隨后，本書著重介紹了碳源、競爭電子受體等對美國的哈德遜河、格拉斯河和中國的太湖沉積物中多氯聯(lián)苯脫氯的影響，發(fā)現(xiàn)脫氯速率、程度和路徑受沉積物生物地球化學(xué)性質(zhì)控制，可以考慮通過適當(dāng)改變沉積物的生物地球化學(xué)性質(zhì)來實現(xiàn)多氯聯(lián)苯的天然微生物降解的強(qiáng)化。 實現(xiàn)微生物原位修復(fù)一直是水污染治理所追求的目標(biāo)之一。本書選擇兩個國家三種典型沉積物進(jìn)行天然微生物降解多氯聯(lián)苯的研究以獲得數(shù)據(jù)支持。由于作者的學(xué)術(shù)見識有限，本書的許多觀點論證尚不夠嚴(yán)密，疏漏在所難免，敬請各位讀者、同行批評指正。 本書是在作者博士論文的基礎(chǔ)上補(bǔ)充完善而來的，該論文是在美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)Jeanne VanBriesen教授和Kelvin Gregory 教授的指導(dǎo)下完成的，受到美國國防部（Department of Defense）環(huán)境策略與發(fā)展項目和美國鋁業(yè)公司（ALCOA）的支持，博士論文曾獲得卡內(nèi)基梅隆大學(xué)土木與環(huán)境工程系2012年度最佳博士論文獎（Mao Yisheng Outstanding Dissertation Award），作者是自該獎項設(shè)立后第二位獲獎的中國人。中國太湖部分的研究內(nèi)容得到了國家自然科學(xué)基金（項目號：41301546）的支持，東南大學(xué)土木工程學(xué)院碩士研究生陳曦、周亞子、劉莎承擔(dān)了野外和實驗室實驗及數(shù)據(jù)處理工作。傅大放教授、秦慶東副教授指導(dǎo)了該書的寫作。在此，深表感激。 本書中參考了國內(nèi)外眾多知名專家學(xué)者的論文和著作，在此表示深深的謝意！但是難免仍會有遺漏的文獻(xiàn)，在此向各位作者表示歉意。 許妍 2016年6月于東南大學(xué) 4.目錄 序 前言 第1章緒論1 1.1多氯聯(lián)苯概述1 1.2多氯聯(lián)苯的遷移轉(zhuǎn)化歸趨和污染治理5 1.2.1多氯聯(lián)苯的遷移轉(zhuǎn)化和歸趨5 1.2.2多氯聯(lián)苯污染治理5 1.3多氯聯(lián)苯的微生物降解6 1.3.1好氧氧化降解6 1.3.2厭氧還原降解7 1.4國內(nèi)外研究進(jìn)展8 1.4.1多氯聯(lián)苯的脫氯路徑、模式和歷程8 1.4.2多氯聯(lián)苯脫氯微生物10 1.4.3還原脫鹵酶12 1.4.4脫氯的影響因素13 1.4.5多氯聯(lián)苯跟蹤對18 1.4.6研究的目的和意義19 1.4.7研究的主要內(nèi)容20 第2章格拉斯河沉積物柱的微生物群落和多氯聯(lián)苯21 2.1沉積物柱的采集22 2.2沉積物柱的理化性質(zhì)22 2.3沉積物柱的微生物群落分析23 2.3.1DGGE分析24 2.3.2細(xì)菌克隆文庫分析26 2.3.3qPCR分析28 2.4沉積物柱的多氯聯(lián)苯分析31 2.4.1多氯聯(lián)苯分布31 2.4.2多氯聯(lián)苯的轉(zhuǎn)化/脫氯32 2.5本章小結(jié)36 第3章多氯聯(lián)苯在哈德遜河和格拉斯河沉積物中的脫氯研究37 3.1哈德遜河和格拉斯河沉積物理化性質(zhì)40 3.2沉積物微環(huán)境中產(chǎn)甲烷情況42 3.3沉積物微環(huán)境中的多氯聯(lián)苯44 3.3.1多氯聯(lián)苯總量44 3.3.2CPB46 3.3.3多氯聯(lián)苯跟蹤對51 3.3.4脫氯路徑55 3.4微生物群落定量分析58 3.5外加碳源的影響62 3.6本章小結(jié)63 第4章硫酸根對哈德遜河和格拉斯河沉積物中多氯聯(lián)苯脫氯的影響65 4.1硫酸鹽還原條件下的產(chǎn)甲烷情況66 4.2沉積物微環(huán)境中的負(fù)二價硫66 4.3添加SO2－4沉積物微環(huán)境中的多氯聯(lián)苯67 4.3.1多氯聯(lián)苯總量67 4.3.2CPB69 4.3.3多氯聯(lián)苯跟蹤對70 4.3.4多氯聯(lián)苯的代謝路徑71 4.4微生物群落定量分析74 4.5外加碳源對多氯聯(lián)苯脫氯的刺激作用77 4.6本章小結(jié)80 第5章三價鐵對哈德遜河和格拉斯河沉積物中多氯聯(lián)苯脫氯的影響81 5.1鐵還原條件下的產(chǎn)甲烷情況82 5.2微環(huán)境中三價鐵的還原83 5.3沉積物微環(huán)境中的多氯聯(lián)苯84 5.3.1多氯聯(lián)苯總量84 5.3.2CPB85 5.3.3三價鐵對母體多氯聯(lián)苯的影響87 5.4微生物群落定量分析92 5.5外加碳源對多氯聯(lián)苯脫氯的刺激作用94 5.6多氯聯(lián)苯脫氯的解毒作用97 5.7本章小結(jié)99 第6章多氯聯(lián)苯在中國太湖沉積物中的脫氯研究101 6.1太湖沉積物理化性質(zhì)102 6.2太湖沉積物微環(huán)境中的產(chǎn)甲烷情況104 6.3微環(huán)境中三價鐵和硫酸鹽的還原105 6.4微環(huán)境中微生物反應(yīng)吉布斯自由能分析106 6.5太湖沉積物微環(huán)境中的脫氯行為107 6.5.1多氯聯(lián)苯脫氯的證據(jù)107 6.5.2CPB109 6.5.3多氯聯(lián)苯的脫氯產(chǎn)物和脫氯路徑110 6.5.4外加碳源對太湖沉積物多氯聯(lián)苯脫氯的影響114 6.6太湖沉積物微環(huán)境中的TEQ變化117 6.7本章小結(jié)118 結(jié)論與展望119 參考文獻(xiàn)122 |
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