基于WRF-CAMx空气质量模型,定量模拟了火电行业主要大气污染物排放对全国城市环境空气质量的影响.结果表明,火电行业对全国城市SO₂、NO₂、PM_2.5、硫酸盐、硝酸盐及一次PM_2.5年均浓度平均贡献率分别为15.6%、19.6%、8.5%、11.7%、12.0%和5.2%,并呈现空气污染越重地区,火电行业污染贡献率越低的总体特征.其中,京津冀鲁豫、长三角、以武汉城市群及长株潭城市群为中心的两湖平原地区、成渝地区中大部分空气污染最为严重的区域,火电行业对PM_2.5年均浓度的贡献率低于8%.因此,火电行业对环境空气质量的影响总体较小,在深化火电行业污染减排的同时,必须强化非电力行业多污染物协同控制.

利用遥感影像解译的土地利用现状和植被资料,对四川省天然源VOCs的排放情况和时空分布进行研究,建立了四川省天然源VOCs的排放清单.2012年四川省天然源VOCs的排放量为1413.74kt.其中异戊二烯占29.4%,为415.53kt,单萜烯占30.2%,为427kt,其他VOCs占40.4%,为571.215kt.排放量具有夏季高冬季低的典型特征,夏季占全年排放量的44%,冬季占9%.天然源VOCs的排放主要集中在林地密集和日照时间长的达州、巴中、广元、绵阳、乐山、眉山、攀枝花等地.研究表明,四川省天然源臭氧潜势为6134kt, 二次气溶胶的生成潜势为136kt.这说明其对环境空气质量的影响不容忽视.

采用“SUMMA罐采样—GC-MS” 离线分析方法,通过对北京市东部城区2014年10月16日~11月27日大气环境挥发性有机化合物(VOCs)监测,得出APEC期间VOCs结果,会议前(10月16~30日)、会议期(11月5~11日)、会议后(11月12~27日),TVOCs(检出VOCs化合物之和)24h日平均浓度分别为49.12×10^-9、25.17×10^-9、23.38×10^-9,随时间呈下降趋势;而3个时间段,TVOCs白天平均浓度分别为41.43×10^-9、17.36×10^-9、20.08×10^-9,会议期浓度最低,且烯烃体积百分比升高,烷烃和芳香烃降低,与会议前、后VOCs化学组分特征形成显著差异.会议前、会议后的TVOCs浓度与气象要素的相关性分析表明:VOCs受温度影响最大(相关性0.74),其次相对湿度(相关性0.67),与风速相关性不显著.最后,基于北京市VOCs排放清单和主要源VOCs化学成分谱,核算了会议期15种主要化合物的日减排量.APEC期间,该15种化合物的减排量与其白天均浓度较会议前、后的下降量显著相关,相关性达到0.76~0.80,间接校验了北京市VOCs排放清单的准确性.

对北京地区2013年10月2~7日一次严重雾霾过程中的气溶胶光学特性开展研究,分析了气象条件对雾霾过程的影响,并结合HYSPLIT模型分析污染物的来源.结果表明,在污染天气中气溶胶光学厚度、?ngström波长指数、细模态体积尺度谱峰值浓度远高于清洁天.10月5日雾霾最为严重,440nm波长处气溶胶光学厚度高达3.89.在雾霾发生前后,单次散射反照率日均值随波长增大而增大,而在10月5日,单次散射反照率值随波长增加先增大后减小,在675nm波长处达到最大值0.965.雾霾过程中大气气溶胶以强散射型细粒子为主,人为因素贡献较大,且受气象条件影响明显.

利用线性回归、聚类分析及相关分析等统计方法对华南地区57个地面气象站的观测资料进行分析,探究近54年华南地区霾日数的时空变化特征及其气候成因.结果表明,年平均霾日数大值区主要分布在广东珠江三角洲(珠三角)地区和广西中东部.54年来霾日数呈现显著的上升趋势,而2008年后有所下降.霾日数的季节变化表现为冬季最多,其次是秋季和春季,夏季最少.2008年以后春、夏、秋3季霾日数有所下降,而冬季仍维持在较高水平.不同等级霾日数在近54年来均有不同程度的上升,霾污染不仅在日数上有明显的增加趋势,而且污染强度在加强.不同地区霾日数的快速增长时期不一样,污染严重和正常污染地区发生在20世纪90年代,而相对清洁地区发生在2000年以后.另外近10年污染严重和正常污染地区霾日数有所下降,但相对清洁地区仍维持快速的增长趋势.近54年华南地区年降水日数、年平均风速、大风日数和年小风日数等气候因子变化结果致使气溶胶粒子的湿沉降减弱,污染物扩散能力下降,霾天气生成概率增加.

选取我国光化学活跃的珠江三角洲地区(PRD)典型石油炼化工艺的炼油装置、化工装置和污水处理装置,采用离线和在线的多种先进仪器监测其VOCs的无组织排放特征,并采用间、对-二甲苯/苯(X/B)、甲苯/苯(T/B)、乙苯/苯(E/B)比值分析其VOCs的老化特征,采用最大增量反应活性法(MIR)、等效丙烯浓度法和OH自由基反应速率法(L_OH)3种方法综合评价其VOCs的化学反应活性及臭氧生成潜势(OFP).研究发现,炼油装置区和化工装置区总挥发性有机物(TVOC)浓度早晚高,中午低;污水处理区呈双峰趋势.3个装置区无组织排放的VOCs中烷烃浓度均占比最高,同一装置区内的不同装置VOCs排放特征不同.石化企业X/B、T/B和E/B值较城区和郊区的高,化工装置区的压缩碱洗装置区(CAW)T/B值最大.石化企业VOCs的活性较城区和郊区的强,其平均OH消耗速率常数为15.22×10^-12cm³/(mol·s),最大增量反应活性为4.21mol(O₃)/mol(VOC).化工装置区对石化企业OFP总量的贡献最高,为84.83%;其次是污水处理区,12.95%;炼油装置区最低,为2.22%.化工装置区的CAW对石化企业OFP贡献率最高,为34.26%;污水处理区的浮选池(FT)贡献率最低,为0.36%.

通过发动机台架实验研究了发动机的转速、负荷对缸内直喷(GDI)汽油机排放PM_2.5的排放水平、化学组成及颗粒物数浓度等的影响.结果表明:GDI汽油机排放PM_2.5,OC,EC的排放因子分别为(49.8±28.2),(21.6±6.9),(11.4±10.8)mg/kg.低转速时,PM_2.5排放量随着负荷的增加先减少后增加,中、高转速时随着负荷的增加逐渐增加.碳质气溶胶是GDI汽油机排放的PM_2.5的主要组成成分,有机物(OM)和元素碳(EC)分别占PM_2.5的45.6%~70.6%和7.9%~42.7%.PM_2.5数浓度呈核态 (10nm< Dp< 30nm)和积聚态(30nm< Dp< 200nm)的双峰分布,数浓度排放量比进气道喷射(PFI)汽油机高2个数量级,不同转速下积聚态颗粒数浓度随着负荷的增加而增加.

由于焦炉无组织苯并[a]芘排放因子难以测量,导致了焦炉苯并[a]芘大气污染研究存在一定的不确定性.针对上述问题,本研究根据1999年~2003年上海某焦化厂的产量、空气质量监测等数据,建立了基于AERMOD(AMS/EPA REGULATORY MODEL)模型反演苯并[a]芘排放因子的方法.结果显示,企业周边3个监测点年平均浓度结果分别为0.033,0.0024,0.0031μg/m³,均超过了2012年颁布的环境空气质量标准,通过AERMOD模型反演得到该焦化厂苯并[a]芘平均排放因子为14.71mg/t焦煤, 苯并[a]芘预测浓度超标面积125km²,超标区域主要集中在焦化厂周围,超标焦炉苯并[a]芘防护距离为6300m.

以2007~2012年为一个时间序列,通过详细调查上海市机动车道路交通等基础资料对机动车各污染物排放量进行测算,并利用协同控制坐标系评价方法,设计单一措施、结构性措施和综合性措施等3种机动车污染减排控制情景.结果表明:2007~2012年,上海市机动车污染物年排放量呈递减趋势,其中摩托车(MC)、小型汽油客车(LDGV)、重型柴油货车(HDDT)和大型柴油客车(HDDV)是机动车污染物主要的排放源,其排放量总和占到机动车污染物总量的90%以上.按当前上海市机动车保有量增长速度,2018年机动车尾气排放的可吸入颗粒物(PM₁₀)增长7%,温室气体增长比例为15%~108%,其中二氧化碳(CO₂)增长比例达到45%以上.在各控制情景下污染物和温室气体均有不同程度下降,但减排效果有明显差异.在单一措施控制情景下,淘汰黄标车和提高排放标准对两类污染物的削减效果明显,削减比例均在20%以上;而结构性控制措施对这两类污染物的削减尤为明显,削减比例达到40%以上且正向协同效应突出.

使用盐酸羟胺对聚丙烯腈非织造布(nPAN)进行了化学改性,并将所得改性聚丙烯腈非织造布(AO-nPAN)与Fe(III)配位制得改性聚丙烯腈非织造布铁配合物(Fe-nPAN),分别使用扫描电镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和UV-Vis吸收光谱对Fe-nPAN进行了表征,然后将其作为光催化剂应用于甲醛气体的氧化降解反应中.结果表明:提高Fe(III)初始浓度、反应温度和AO-nPAN的增重率都能够增加Fe-nPAN的Fe(III)配合量.Fe-nPAN中偕胺肟基团与Fe(III)发生了配位反应,使其在可见光区有明显的吸收带.增加Fe(III)配合量和可见光强度都能够促进甲醛的降解反应,而且与PAN纱线制备的铁配合物催化剂相比,Fe-nPAN明显具有更高的催化活性.

考察了5%H₂/Ar还原再生丙烷催化还原NO_x中硫中毒Cu-Ir/H-ZSM-5催化剂的工艺参数影响,采用N₂吸附、X射线衍射、X射线光电子能谱和氢气程序升温还原等手段研究了催化剂再生行为的构效关系.结果表明,硫中毒Cu-Ir/H-ZSM-5催化剂由于CuSO₄的生成导致催化剂活性位损失,比表面积、微孔面积和孔体积的减小.H₂还原再生的最佳工艺参数为再生温度500℃和再生气体用量42.8L/g_催化剂,再生催化剂的活性可恢复到新鲜催化剂的95%.在最佳再生条件(500℃和42.857L/g_催化剂)下,再生催化剂表面CuSO₄含量最低(0.4%),且再生催化剂的比表面积、微孔面积和孔体积较失活催化剂有较大提高.

采用厌氧/缺氧/好氧与生物接触氧化工艺组成的双污泥系统(A²/O-BCO)处理实际生活污水.通过投加乙酸钠调节进水碳氮比(C/N=2.44~8.85),考察了系统的反硝化除磷特性.试验结果表明:进水有机物主要是通过改变硝化性能(即缺氧段反硝化负荷)以及聚-β-羟基链烷酸脂(PHA)的贮存和利用,进而影响系统的脱氮除磷效果.当进水C/N为4~5时,COD、TN和PO₄^3--P去除率分别达到88%,80%和96%,实现了有机物、氮和磷的同步高效去除.碳平衡分析表明,A²/O反应器去除的COD占去除总量的71.86%~77.28%,BCO反应器去除的COD仅占2%~12%,碳源的高效利用是A²/O-BCO工艺在低C/N条件下实现深度脱氮除磷的重要原因.此外,通过进水C/N与曝气量、硝化液回流比、厌/缺氧反应时间等相关性的分析,提出了系统的优化运行策略.

为实现对氮磷的高效同步去除,采用将缺氧后置的SBR工艺,以生活污水为处理对象,考察反硝化除磷工艺的启动与运行效果.结果表明,先通过短污泥龄(SRT)驯化富集聚磷菌(PAOs),再延长污泥龄并引入缺氧段,39d即可实现反硝化除磷工艺的启动,COD、TP、NH₄⁺-N、TN去除率分别为92.9%、98.4%、100%和87.6%.进水COD与TN比(C/N)对系统氮磷去除有一定影响:C/N短暂的降低幅度不超过17.65%时,氮磷去除效率并没有明显变化;当超过33.3%时,脱氮除磷性能下降,但伴随着运行时间的延长,出水COD浓度减少,反硝化除磷菌(DPAOs)在PAOs比例也会提升,这在一定程度上弥补了DPAOs反硝化脱氮效率的下降.周期实验表明,pH值与DO可以作为厌氧释磷结束与周期结束的实时控制参数,大大缩短反应时间,降低曝气能耗.

采用ASBR反应器,研究了温度对厌氧氨氧化与反硝化耦合反应的短期影响.试验结果表明:耦合反应的活化能要小于单纯厌氧氨氧化反应的活化能,厌氧氨氧化与反硝化耦合反应可在一定程度上缓解低温对单纯厌氧氨氧化反应造成的消极影响,温度降低对厌氧氨氧化反应的影响大于对反硝化反应的影响.温度与耦合反应最大比反应速率的关系符合Arrhenius方程,在25~35℃时,耦合反应活化能为49.56kJ/mol,小于厌氧氨氧化反应的活化能66.18kJ/mol,且厌氧氨氧化反应为主导反应,对脱氮的贡献率约为61.29%.9~25℃时耦合反应的活化能为74.91kJ/mol,小于此温度梯度下厌氧氨氧化的活化能106.40kJ/mol,反硝化反应对脱氮的贡献率随温度的降低逐渐升高,9℃时,反硝化反应成为主导反应,对脱氮的贡献率约为75.10%.温度低于25℃时,反应器的容积氮去除速率(NRR)会受温度的影响.

采用ASBR厌氧氨氧化反应器,通过逐步提高所含海水比例,研究了厌氧氨氧化工艺处理含海水污水的脱氮特性.结果表明:经过一定时间的驯化后,厌氧氨氧化菌可以在各个海水比例下保持活性并维持较高的脱氮性能.当海水比例不高于40%时,反应器的稳定性和脱氮效能几乎不受盐度提升的影响,同时厌氧氨氧化菌的活性还会得到增强,比厌氧氨氧化活性(SAA)最高时的海水比例为30%,是10%海水比例时的121.3%;当海水比例高于40%时,反应器的脱氮效能开始下降,但经过一段时间的驯化后会得到恢复,在此期间反应器对海水盐度的响应可分为敏感期、过渡稳定期和恢复期3个阶段.在100%海水比例下,反应器的NRR可达0.341kgN/(m³·d),为10%海水比例时的73.7%,且其还有进一步提升的趋势.

采用ASBR厌氧氨氧化反应器,在全海水条件下,通过固定进水NH₄⁺-N 110mg/L,逐渐提高进水NO₂^--N的方式研究了NO₂^--N对厌氧氨氧化脱氮的影响及抑制动力学和脱氮过程动力学.结果表明:进水NO₂^--N浓度达到170mg/L时,厌氧氨氧化反应开始受到明显抑制, NH₄⁺-N的去除率下降8.41%;修正的Logistic过程动力学研究结果显示,进水NO₂^--N低于151.49mg/L会促进厌氧氨氧化反应的进行,进水NO₂^--N高于170mg/L时开始抑制厌氧氨氧化反应的进行;Luong模型适合描述全海水条件下高浓度NO₂^--N对厌氧氨氧化脱氮效能的抑制动力学.Luong模型得到的最大基质转化速率(NRR_max)为0.53kg N/(m³·d),出水NO₂^--N半饱和常数(K_S)为0.10mg/L,净生长停止的出水NO₂^--N浓度(S_m)为338.22mg/L,Luong动力学常数(n)为0.41,相关系数为0.97801.

采用晚期垃圾渗滤液对UASB反应器中无机环境培养条件下厌氧氨氧化菌进行驯化,探讨基质浓度和水力停留时间对系统运行性能的影响,通过批式试验分别对基质和垃圾渗滤液抑制厌氧氨氧化动力学进行测定并建立相应的动力学模型.结果表明,经过75d的运行,系统逐渐适应垃圾渗滤液并实现高效脱氮.基质的去除量随进水基质浓度的升高呈先升高后降低的变化趋势.随着HRT的延长,进水基质及渗滤液浓度逐渐升高,系统脱氮效果降低.厌氧氨氧化基质抑制的阈值是NH₄⁺-N浓度为489.03mg/L和NO₂^--N浓度为192.36mg/L.当以铵盐为抑制剂时,V_{max(NH4⁺-N)}为0.1893mg/(mg·d),半饱和常数为39.39mg/L,抑制动力学常数为3482.27mg/L.当以亚硝酸盐为抑制剂时,V_max(NO2^--N)为0.246mg/(mg·d),半饱和常数为43.19mg/L,抑制动力学常数为701.15mg/L.厌氧氨氧化受垃圾渗滤液影响尤为显著,垃圾渗滤液条件下厌氧氨氧化活性被完全抑制的浓度为1450.69mg/L (以COD计) .

在以A/O方式运行的SBR工艺中,研究了3种不同进水碳氮比下硝化与反硝化过程中污泥羟胺氧化酶(HAO)活性变化、N₂O的产生/释放规律及两者之间的关联性.结果表明,当C/N=3.5与C/N=9.5时,HAO平均酶活性分别为(283.77±19.64),(348.87±17.94)U/g MLSS,而C/N=6.5条件下的平均酶活性仅为(246.45±23.30)U/g MLSS,总体上3个条件下缺氧阶段HAO活性均较好氧阶段高;反应过程中HAO的活性变化趋势基本与气态N₂O释放速率、溶解态N₂O及亚硝氮的浓度变化趋势成正相关,在C/N=9.5下好氧段HAO活性与后三者呈现完全一致的变化规律. N₂O主要产生于好氧阶段进行的硝化过程,尤其是羟胺氧化是N₂O产生的主要环节;碳源相对不充分的条件下(如C/N=3.5),缺氧段N₂O的释放与HAO活性关系密切;碳源相对较充分的条件下,缺氧段N₂O的产生与HAO酶活性无明显关联.推测可能是因为缺乏电子受体NO₂^-而导致HAO酶未参与反应;在N₂O产生较多的条件下,HAO活性相对也较高.

聚β羟基烷酸酯(PHA)是强化生物除磷系统中颗粒污泥胞内重要碳源和能源,其快速测定对强化生物除磷机理研究有重要意义. 采用Savitzky-Golay平滑法(SG)-多元散射校正法(MSC)对污泥的近红外光谱进行预处理,通过改进的偏最小二乘法(iPLS、siPLS、biPLS)建立污泥样品近红外光谱与PHA含量的定量分析模型.结果表明,SG-MSC预处理减弱噪声和背景等表面因素对光谱的影响,采用联合区间偏最小二乘法(siPLS)将全光谱等分为30个子区间, 联合子区间[13 21 24 29]建立的模型预测效果最优,其交互验证均方根误差(RMSECV)和预测均方根误差(RMSEP)分别为0.2018和0.3120,校正集和预测集相关系数分别达到0.9925和0.9391,该光谱区段与PHA分子结构中C—H的伸缩变形、弯曲振动和C=O的伸缩振动密切相关. 改进偏最小二乘有效地优化光谱建模区域,提高模型预测能力,实现污泥胞内PHA含量的快速定量分析.

为了改善氢辅助型原位沼气提纯系统中高氢分压对丙酸降解的抑制, 考察了不同颗粒型厌氧生物膜(有无载体、导电和非导电载体) 培养初期和末期的丙酸降解性能;并通过微生物形态和群落分析,探讨了颗粒型生物膜丙酸降解机制.结果表明,导电碳毡厌氧生物膜和厌氧颗粒污泥能有效改善高氢分压下丙酸降解抑制问题.其最大丙酸降解速率分别达到2.2,1.2mmol/(L·h).碳毡厌氧生物膜可能主要通过产酸细菌(Thermovirga、Levilinea、Syntrophomonas属)和产甲烷古菌(Methanosaeta属)的电子直接传递(DIET)途径实现丙酸的降解;而厌氧颗粒污泥降解丙酸的途径可能主要依靠产酸细菌(Syntrophobacter属)与嗜氢型甲烷菌(Methanolinea 、Methanobacterium属)的共生营养代谢过程.

亚磷酸盐(HPO₃^2-,H₂PO₃^-,+3价)是磷生物地球化学循环中的还原态形式,其在水环境中的光氧化过程可能是亚磷酸盐转化的重要途径之一.以300W汞灯为光源,研究了环境浓度(1μmol/L)的亚磷酸盐在NO₃^-溶液中的光氧化过程,探讨了NO₃^-浓度、溶液pH值、环境中普遍存在的离子(Cl^-、SO₄^2-、HCO₃^-、Fe³⁺、Mn²⁺)及腐殖酸对亚磷酸盐光氧化过程的影响.结果表明,亚磷酸盐在NO₃^-溶液中的光氧化反应符合准一级动力学规律,当NO₃^-浓度由0增至120μmol/L时,其速率常数由0.020h^-1增至0.271h^-1;酸性溶液(pH = 4)有利于亚磷酸盐在硝酸根溶液中的光氧化,水环境中SO₄^2-及Cl^-对光氧化过程存在弱抑制,而HCO₃^-对光氧化过程产生较强的抑制作用.Fe³⁺促进了亚磷酸盐在NO₃^-溶液中光氧化过程,而Mn²⁺则是抑制作用.腐殖酸的加入对亚磷酸盐光氧化过程存在抑制作用.活性氧猝灭剂(异丙醇,叠氮化钠)的加入大大抑制了亚磷酸盐的光氧化过程,表明亚磷酸盐光氧化过程中,活性氧的产生对其光氧化起到关键作用.模拟太湖水样中亚磷酸盐的减少量与正磷酸盐的增加量一致,证明亚磷酸盐光氧化产物是正磷酸盐.

采用Fe(II)催化过碳酸钠(SPC)体系处理水溶液中的乙苯(EB),考察c(SPC)、c(Fe(II))、阴离子浓度、天然有机物(NOM)以及溶液初始pH值对EB降解效果的影响,并确定EB降解过程中起主导作用的自由基.结果表明,对于浓度为1mmol/L的EB溶液,c(SPC)、c(Fe(II))均为12mmol/L时,20min内EB可被完全去除; Cl^-、HCO₃^-、NOM的存在均会抑制EB降解,SO₄^2-和NO₃^-对EB降解无影响;溶液初始pH值(pH3.00~11.00) 越高,EB去除率越低,但当pH=9时,降解效果仍很显著,表明该体系能够在较宽pH值范围内高效降解水溶液中EB;自由基探针试验证实体系中存在^·OH和O₂^·-,自由基清扫试验表明^·OH对EB降解起主导作用.

研究了模拟太阳光照射下水环境中不同形态氮(NO₃^-、NO₂^-和NH₄⁺)对酮洛芬(KET)光解的影响.结果表明,KET在平均波长(200~450nm)下量子产率Φ_o为0.14. NO₃^-浓度从0.01mmol/L^-增至1.0mmol/L时, KET光解速率常数从0.0109降至0.0085; NO₂^-浓度从0.01mmol/L增至1.0mmol/L时, KET光解速率常数从0.0095降至0.0069, NH₄⁺对KET的光解基本无影响. NO₃^-的光掩蔽现象对KET光解的影响起主要作用; NO₂^-则通过光掩蔽现象和羟基自由基猝灭来抑制KET的光解.同时研究了当水环境中pE值发生变化而引起水中无机氮形态转化时,不同形态氮共存对KET光解的复合影响,随着pE值的增大,KET的光解速率先减小后增大;当NO₂^-和NH₄⁺共存时,两者对KET光解的影响存在拮抗作用,这一拮抗作用也存在于NO₂^-和NO₃^-之间.

采用自制微波无极紫外连续式消毒反应器,对二沉池出水进行消毒.紫外光源为自制圆柱形无极灯,灯内充汞10mg、氩气压强666.61Pa紫外光强5.07mW/cm²,进水流量0.072L/s,出水细菌总数2CFU/mL,大肠菌群数0.微波无极紫外作用过程中,微波破坏细胞壁细胞膜结构使蛋白质、K⁺等胞内物质产生渗漏,这种不可逆的破坏过程有效抑制紫外光复活现象.

通过比较两种介体物质丁香醛(SA)和1-羟基苯并三氮唑(HBT)对漆酶降解5种典型磺胺类抗生素的影响,考察了介体的起始浓度、pH值、反应温度、漆酶起始浓度等因子的影响,得到介体SA对漆酶催化降解磺胺类抗生素的效果更好.在漆酶+SA反应体系中,反应体系pH值为5~6,反应温度为30℃,SA起始浓度为0.5mmol/L,漆酶起始浓度为0.5mg/mL时,漆酶对5种磺胺类抗生素的降解效果最佳,降解去除率在15min时达到75%左右,1h内均达到97%以上. 本研究表明,适当的介体物质可大大提升漆酶对磺胺类抗生素的降解效果.漆酶在介体物质的作用下对抗生素类污染物的生态净化具有良好的应用潜力.

以富勒烯(C₆₀)和多壁碳纳米管(MWNTs)纳米颗粒悬浮液为对象,采用动态光散射技术对比研究了电解质、有机物等环境因素对其在水中凝聚和稳定性的影响.结果表明,电解质存在下,可通过压缩双电层作用使水中碳纳米材料发生凝聚反应,凝聚过程均符合经典的胶体稳定性(DLVO)理论;MWNTs较C₆₀稳定性弱、更易凝聚;两种纳米颗粒悬浮液对应的Na⁺、Mg²⁺ 和Ca²⁺的临界凝聚浓度均远高于其在天然水体中的含量.Na⁺和Mg²⁺凝聚体系中,腐殖酸(HA)可通过空间位阻作用抑制凝聚发生,且对C₆₀的抑制作用更强.HA可与Ca²⁺发生络合,强化纳米颗粒凝聚反应,并对MWNTs具有更强的强化凝聚作用.不同碳纳米材料和环境因子存在着不同的相互作用关系,将影响其在水中的稳定性.

研究了水体中常见无机阴离子和腐植酸对以氧化锆为固定膜的新型薄膜扩散梯度技术(Zr-oxide DGT)测量砷(As)的影响及其在自然地表水体中的应用.结果表明,短期(16h)暴露,SO₄^2-无影响,而HCO₃^-、Cl^-、SiO₃^2-和腐植酸有一定的影响,其忍耐的最高浓度值分别为360mg/L、45g/L、100mg/L和36mg/L.1~4d暴露期间,37~148mg/L的HCO₃^-、1.44~2.88g/L的SO₄^2-、12~24g/L 的Cl^-、8~24mg/L的SiO₃^2-和3~9mg/L的腐植酸均无影响,而高浓度的HCO₃^-(370mg/L)、SO₄^2- (8.64g/L)、Cl^-(72g/L)和腐植酸(27mg/L) 3~4d以及SiO₃^2-(72mg/L) 2~4d的存在明显降低该技术对As的吸收富集,并对As(III)的作用更大.将Zr-oxide DGT技术应用于南京市地表水体,并与传统的主动监测方法进行比较,发现利用Zr-oxide DGT技术测得的溶解态As浓度与传统的主动采样技术测定浓度一致.

通过向剩余污泥发酵系统中加入不同剂量的矿化垃圾的方法,探究了矿化垃圾对剩余污泥厌氧水解、酸化过程的影响.结果表明,添加1/3g/g TSS(总悬浮固体)剂量以内的矿化垃圾能显著提高WAS的水解、酸化过程,且矿化垃圾的最佳投加量为1/3g/g TSS,在此条件下,试验组SCOD/TCOD以及最大产酸量(183.45mg COD/g VSS,发酵时间为6d)均高于空白组(79.45mg COD/g VSS,发酵时间为10d).机理研究表明,矿化垃圾能够促进污泥的溶解、蛋白质和多糖的水解以及氨基酸和葡萄糖的酸化.在投加矿化垃圾的反应体系中与水解、酸化有关酶的活性也均高于空白试验组,进一步证实了矿化垃圾能够强化污泥厌氧发酵的水解酸化反应.

选用壳聚糖和活性炭两种吸附材料,分别以不同的质量比添加到供试土壤中,固化后进行毒性浸出实验,研究吸附材料对土壤中钒(V)、铬(Cr)的稳定化效果,并通过表征吸附材料的红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)探究吸附材料对V、Cr的稳定化机理.结果表明,壳聚糖对V、Cr均有较好的稳定化效果,活性炭对V的稳定化效果不稳定,对Cr的稳定化效果很好.吸附材料添加量的改变对稳定化效果影响不大.稳定化30d时,0.5%壳聚糖对V、Cr的稳定化率分别为74.04%、46.77%;0.5%活性炭对V、Cr的稳定化率分别为1.86%、87.75%.FTIR和XPS表征结果表明,壳聚糖中含活性强的氨基和羟基较多,活性炭中含氨基、羟基较少.因此壳聚糖和活性炭可作为土壤重金属的稳定剂,使钒矿污染土壤得到修复.

选择苯甲腈为目标污染物,研究添加不同热解温度制备小麦秸秆生物碳对黄土吸附苯甲腈的影响. 研究表明:不加生物炭黄土对苯甲腈的吸附约8h达到平衡,而加入生物炭后,黄土对苯甲腈的吸附时间缩短,并随着加入生物炭热解温度的升高,吸附平衡时间缩短越明显,同时,黄土对苯甲腈的饱和吸附量也显著增加;添加生物炭黄土对苯甲腈的动力学吸附数据显示较好的符合了准二级动力学方程;无论是否添加生物炭,苯甲腈在黄土上的吸附都符合Freundlich吸附的等温模型,随系统温度升高,添加生物炭黄土对苯甲腈的饱和吸附量也显著增加,表明该吸附过程为吸热反应;苯甲腈在黄土上的吸附等温线符合C-型吸附等温模式. 计算结果显示,平均吸附自由能E介于1.865~3.171kJ/mol,表明苯甲腈在黄土上的吸附,无论是否添加生物炭,都以物理吸附为主;热力学参数计算结果显示,无论是否添加生物炭,黄土对苯甲腈的吸附过程中吉布斯自由能ΔG^θ均小于0、熵变ΔS^θ和焓变ΔH^θ均大于0,表明土壤对苯甲腈的吸附为自发进行的吸热过程. 研究结果说明,添加生物炭黄土对苯甲腈的吸附过程包含表面吸附和颗粒内部扩散、外部液膜扩散等机制.

以海藻酸钠为包埋剂,制备了己烯雌酚(DES)降解菌株S(Serratia sp.)的固定化菌剂,通过正交试验确定了菌株S的最佳固定化条件:海藻酸钠质量分数为4%,菌悬液与海藻酸钠重量比为1:2,CaCl₂质量分数为4%,交联时间为6h.菌株S的固定化菌剂比游离菌株更有优势;7d时,固定化菌株S对无机盐培养基中DES的去除率为83.84%,较游离菌株高22.84%.优化了固定化菌株S对溶液中DES的处理条件:固定化菌株S接入量为300g/L,初始底物浓度为20~40mg/L.固定化菌株S对DES浓度为40.01,37.90 ,33.52μg/L 3个排污口污水中DES的去除率分别达90.0%,96.0%,96.7%.利用固定化菌株处理实际污水中DES等雌激素具有应用潜力.

应用分子生物学技术研究北运河沉积物中主要脱氮功能微生物,反硝化细菌和厌氧氨氧化细菌(Anammox)的群落特征,探讨了微生物群落的季节变化及其与环境因子的响应关系.结果表明,沉积物中反硝化细菌和Anammox的丰度和群落组成随季节变化差异显著.从夏季到冬季,反硝化细菌丰度逐渐增加,Anammox的丰度却逐渐降低;反硝化细菌的多样性均显著的高于Anammox的多样性,反硝化细菌是北运河沉积物中主要的脱氮微生物.从夏季到冬季,沉积物中氮和TOC含量均逐渐升高,温度是决定脱氮微生物群落特征季节变化的关键因子,TN与反硝化细菌的群落丰度显著正相关,C/N与Anammox的丰度显著正相关;反硝化细菌的群落结构主要受到硝氮和pH的影响,pH也是影响Anammox物种时空分布的主要因子.系统发育分析表明,两种脱氮微生物的主要类群均具有较高的耐污性和良好的脱氮效率,反硝化细菌主要从属于Pseudomonas和Halomonas, Anammox物种发育多样性较低,主要为浮霉菌门的Candidatus Brocadia.

对海南岛东部陆架29个站位的表层沉积物重金属元素(Cu、Cr、As、Pb、Zn和Cd)进行了含量测试及分布特征分析,采用地累积指数(I_geo)、富集因子(EF)和潜在生态危害指数对其进行了评价.研究结果表明:重金属含量空间分布趋势较为相似,呈现出由陆向海略微减小的趋势.6种重金属元素可能有相同或相似的来源,但Pb和As受到了人类活动影响.以上地壳和海南岛近岸未受污染沉积物为背景值的I_geo和EF值排序有所不同.研究区单项潜在生态危害系数平均值排序为Cd> As> Cu> Pb> Cr> Zn,Cu、Cr、Pb和Zn等4种重金属为轻微潜在生态危害,As和Cd在个别站位达到了中等潜在生态危害水平.综合潜在生态危害指数评价结果显示,研究区绝大多数站位处于轻微潜在生态危害水平.潜在生态危害水平相对较高的区域邻近万泉河、陵水河和三亚河河口.

利用生态动力学模型Delf3D,对大连葫芦山湾海域多环芳烃(PAHs)在海洋中的理化及生态动力学过程进行耦合,并以大连葫芦山湾实际监测数据及相关文献资料为基础,确定了一套适用于该近岸海域PAHs生态动力学过程的特征参数,模拟研究了PAHs在近岸海域生态动力学过程.以浮游植物生长率作为指示近岸海域生态系统健康程度的指标,将PAHs含量的数值模拟结果与浮游植物生长率的动力学响应方程相拟合,定量的评估了PAHs对海洋生态系统的影响.结果显示:排污口选址于水深大、流速快、水动力强处,对PAHs污染物扩散、水质改善具有显著作用,反之造成PAHs大规模富集.PAHs富集作用对该湾生境影响较显著,湾顶水动力作用微弱,浮游生物生长率削减度高达18%.ArcGIS分析显示,浮游生物生长率削减程度与PAHs时空分布并不完全一致,体现海湾生态系统的动力复杂性与结构稳固性.

为研究热分层和富营养化对湖库溶解氧变化特征的影响,于2014年1月~12月对周村水库水温、溶解氧、叶绿素以及初级生产力的季节变化及垂向分布进行了监测.结果表明:水温和溶解氧的分层期均为4~11月份;分层期叶绿素在20~50μg/L之间,初级生产力为2.16~2.23gO₂/(m³·d),光补偿点在1~3m之间;恒温层在5月中旬进入厌氧状态;由于光补偿点位置较高,5~8月份氧跃层位置为1~6m,高于温跃层上界面;而氧跃层位置偏高造成溶解氧在垂向上的极值一般在表层,且变温层溶解氧浓度梯度较大;9~11月份温跃层的下移使得氧跃层和厌氧区界面同时下移,厌氧区界面与温跃层上界面的位置变化始终同步,而氧跃层受水体耗氧作用的影响在热分层结构相对稳定时会再次上移.热分层和水体富营养化均对溶解氧的浓度和分布有重要的影响.

人工模拟北京市清河水质,研究模拟人工湿地中植物收割对PAHs去除效果的影响.结果显示:植物和填料对PAHs的去除均有一定的贡献率.湿地种植芦竹并添加填料后对2环萘、3环菲、4环芘和5环苯并[a]芘的去除率平均提高了34.82%、47.92%、19.70%和7.78%.湿地植物收割后,对萘、菲、芘和苯并[a]芘的平均去除率分别提高了11.31%、10.42%、21.21%和12.22%,且在收割后第2周期达到最大.植物收割后,第1周期的相对生长率最低(0.03~0.04cm/d),第2周期的相对生长率最高(0.47~0.51cm/d),第4周期的相对生长率恢复正常水平(0.17~0.23cm/d);对PAHs的去除率在第4周期恢复正常水平.

2013年7月采集了10条洱海入湖河流缓冲带三圈(外圈、内圈、中圈)内沿程34个断面的表层水样,测定了水样中总氮、可溶性总氮和氨氮的含量,分析其空间分布特征.结果表明,缓冲带内3个采样点的水质变化规律有9种类型:连续升高型,连续降低型,先降低后升高的“V”字型,先升高后降低的倒“V”字型,平稳型,先升高后平稳型,先下降后平稳型,先平稳后降低型,先平稳后升高型,10条洱海入湖河流水体ρ(TN)较高,平均值为2.93mg/L,特别是内圈入湖河口处ρ(TN)平均值为3.74mg/L,对洱海威胁较大,应加大河道治理,完善缓冲带内圈村落管网收集系统和垃圾处理设施.其中,茫涌溪、黑龙溪和清碧溪流域缓冲带ρ(DTN)为0.30~2.31mg/L,占TN比例的平均值为81%,中圈水体中氮负荷明显较内圈和外圈的高,应通过测土平衡施肥以及有机肥增施来降低化肥使用量,减少农田污染物随径流流失.考虑入湖河流水质上游普遍较好,中游开始恶化,建议在缓冲带外圈建设生态砾石床、生态塘和地下渗透池等生态截蓄净化工程.

基于MODIS-NDVI数据,辅以一元线性回归分析、Mann-Kendall检验、Hurst指数等方法,分析了2000~2014年黄土高原植被覆盖时空演变特征及其驱动因素.研究表明:近15年黄土高原NDVI呈显著增加趋势,增速为6.93%/10a(P<0.01);空间上,植被归一化指数,或归一化值被指数Normalized Difference Vegetation Index(NDVI)呈由东南向西北递减的分布格局,高值区主要分布在东南部的土石山区、河谷平原区;同时,500m以下和3500米左右的NDVI值最高;在趋势上,NDVI呈现增加和减小趋势的面积比重分别为88.24%和11.76%;Hurst指数表明研究区未来NDVI变化趋势呈持续性和反持续的比重分别为50.07%和49.93%,其中持续改善和由改善变为退化的面积分别占43.98%和44.28%;降水是影响NDVI变化的主要驱动因子,表现为NDVI随降水的增加而增加;人类活动也是影响NDVI的重要因素,且对NDVI有双重影响.

为探讨大气PM_2.5及其不同组分对人肺上皮细胞A549的毒性作用及其剂量-反应关系,将前期采集的PM_2.5颗粒物用不同方法进一步制备PM_2.5水溶性组分、PM_2.5脂溶性组分和PM_2.5单纯颗粒物,将制备的PM_2.5颗粒物及其组分以不同浓度(10, 50, 100, 200, 400μg/mL)对A549细胞染毒,用MTS法分别在染毒6, 10, 24, 48, 72h后测定细胞活力,染毒24h后用ELISA及RT-QPCR法测定炎性因子IL-6和TNF-α表达量,AP位点计数法测定细胞DNA损伤情况.结果表明: 除PM_2.5水溶性组分外,其余染毒样本高浓度染毒时始终对细胞生长表现出抑制作用,其中低浓度染毒时可在较短时间对细胞生长表现出抑制作用,染毒时间较长时抑制作用减弱或消失,PM_2.5水溶性组分对细胞生长抑制作用并不显著;除PM_2.5水溶性组分外,其余染毒样本都显著升高了IL-6mRNA的相对表达量和IL-6蛋白的分泌,除PM_2.5脂溶性组分外,其余染毒样本都显著升高了TNF-α mRNA的相对表达量;除PM_2.5水溶性组分外,其余染毒样本都显著提高了DNA碱基缺失程度.总的来说,PM_2.5水溶性组分在抑制细胞活力、造成炎性损伤及DNA损伤方面作用相对较小,而PM_2.5所产生的毒性作用并不仅限于其所吸附的复杂成分,其中作为载体的固体核心颗粒对机体可能造成的毒性作用也不容忽视.

为探究气象环境条件对消化系统疾病的影响,结合分布滞后非线性模型与广义相加模型,分析了2009~2011年气象环境要素与北京市消化系统疾病急诊人数的暴露-反应关系.结果显示,气温对消化系统疾病的影响主要体现为“高温效应”,高于25℃的气温其危险度RR随气温升高而增加,且滞后效应能达到10d以上.较为极端的湿度(RH<10%或RH>90%)会显著增加消化系统疾病的发病,并有持久的作用,其与高温结合会形成“高温低湿”和“高温高湿”2种让人不适的情况.0～2m/s的风速在短的滞后期(5d)最能增加发病危险性.而3～4m/s的风速对疾病的危险性小,说明适度的风速不影响健康.浓度高于200μg/m³的PM₁₀和浓度高于70μg/m³的 NO₂具有即时的危险性(5d内显著);而较高浓度(>55μg/m³)的SO₂滞后一定时期后效应更加明显.