于2015年1月9~31日同步采集了南京、苏州和临安3个站点的PM2.5样品,深入探讨冬季长江三角洲地区霾与轻雾天气下水溶性离子(Na+、NH4+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO2-、F-、NO3-和SO42-)的理化特征并进一步分析其来源及形成机制.结果表明:冬季长三角地区颗粒物污染严重,采样期间南京、苏州及临安PM2.5日均浓度分别为(150.54±53.56)、(159.37±58.39)和(123.64±53.25)μg/m3,是国家环境空气质量二级标准的(2.13±0.71)、(2.01±0.77)和(1.65±0.71)倍.轻雾天PM2.5及总水溶性离子(TWSIs)质量浓度较霾天显著上升,其中尤以二次离子(SO42-、NH4+和NO3-)浓度增长最多,分别是霾天的1.70、1.62和1.48倍,相对湿度(RH)的升高对南京二次离子浓度的影响最大.3个站点轻雾天原位pH值分别为2.55、2.44和2.5,均高于霾天,由于其颗粒物含水量较高导致酸性较弱;其硫氧化率(SOR)与氮氧化率(NOR)也均大于霾天.RH与SOR间较高的相关性表明观测期间硫酸盐主要通过非均相氧化反应生成,轻雾天颗粒物中较高的液水含量很可能促进了这一反应的发生.在前人研究的基础上通过NOR与NH4+的高相关性以及对过量NH4+和NO3-间拟合直线的分析,推断NO3-主要通过气相均相反应生成,而轻雾天较弱的酸度可能更有利于这一反应的发生.
2015年1月16~26日长江三角洲(以下简称长三角)地区出现了一次持续区域性重污染过程,为研究重污染过程期间含碳气溶胶的区域分布特征及其来源.使用中流量采样器分别对南京、苏州和临安1月13~28日PM2.5进行了连续采样,并使用Model 2001A热/光碳分析仪分析了样品中的有机碳(OC)和元素碳(EC)含量.结果表明:长江三角洲地区冬季重污染过程中以PM2.5污染为主,南京、苏州、临安PM2.5的平均浓度分别为176.84,176.65,158.07μg/m3,是清洁天的1.91、2.01和2.97倍.含碳气溶胶是PM2.5的重要组成部分,总碳(TC,TC=OC+EC)占PM2.5的比例分别为南京(18%)、苏州(21%)、临安(23%).轻度污染天和中/重度污染天,长三角地区PM2.5中OC的平均浓度分别为20.75,32.64μg/m3,为清洁天的1.66和2.61倍;EC的平均浓度分别为5.41,8.87μg/m3,为清洁天的2.06和3.37倍.污染过程中不同碳组分的变化特征不同.一次有机碳(POC)、二次有机碳(SOC)、焦炭(Char-EC)的浓度随着污染程度的加剧而不断上升;烟炱(Soot-EC)随着污染程度变化较小.4个采样时段中,OC、EC浓度峰值出现于15:00~20:40时段.污染期间,长三角地区含碳气溶胶的主要来源为燃煤和机动车尾气,同时还有部分生物质燃烧源的影响,柴油车尾气的影响较弱.清洁天,影响长三角地区的气团主要来自于海洋上空,气团较为清洁,碳气溶胶来源简单;污染天气团主要来自于我国西北地区及长三角周边省份,受到外来输送与本地源排放的影响,使得碳气溶胶来源变得相对复杂.
运用WRF-CMAQ模式对2016年1月1日~1月7日青岛市的PM2.5重污染天气进行了模拟研究,分析了青岛市PM2.5重污染形成、持续和清除过程的主要影响因素.与观测对比表明,模式能够较好地模拟出青岛市主要气象要素和近地面PM2.5浓度的变化特征.在重污染形成期,持续的西南气流将山东南部、安徽、江苏等地PM2.5及其前体物传输至青岛地区;逆温层的出现及大气边界层高度的降低使得输送至青岛地区的PM2.5在近地面积累,浓度升高.由山东西南部、安徽北部、河南东部等地传输至山东西北部和京津冀地区的PM2.5及其前体物,在重污染持续期沿近地面传输至青岛,加之液相化学过程生成了大量的二次气溶胶,导致PM2.5浓度一直维持在200μg/m3以上.重污染清除期,风速加大,水平传输作用加强,高浓度的PM2.5污染带向下风向转移.区域传输对此次青岛市PM2.5重污染事件具有重要贡献,3个时期的贡献率分别为87.0%、68.5%和57.6%.
2014年在北京市城市对照点定陵(城市背景点)、东四(城区点)和永乐店(东南区域传输点)3个不同功能站点进行了为期一年的大气挥发性有机物连续自动观测,测定了包括含氧VOCs在内的98种挥发性有机物,系统分析了北京地区大气VOCs的组成特征、时空分布特征及大气化学活性.结果表明,北京市大气VOCs的年均体积分数为(47.36±13.78)×10-9,化学组成以烷烃为主,占39.55%,其次是OVOCs,再次是烯烃和芳香烃.中心城区点和东南区域传输点的VOCs浓度水平显著高于城市背景点.中心城区点VOCs受交通源和生活燃气排放影响显著,东南区域传输点受交通源和工业溶剂源影响显著,而城市背景点则受上风城区传输影响大.总VOCs浓度季节变化整体表现为冬高、夏低的特点.受污染来源的差异影响,不同点位的不同组分表现出并不相同的日变化特征.甲苯/苯的比值分析显示,北京地区冬季采暖期燃煤影响突出,春夏季溶剂挥发贡献增加.北京VOCs大气化学活性以烯烃为主,其次是芳香烃和OVOCs,关键活性组分有乙烯、乙醛、间/对-二甲苯、甲苯、丙烯、邻-二甲苯、乙苯、正丁烷、1-丁烯和丙醛等.
对2013~2015北京市PM2.5、气体组分及气溶胶谱分布结合气象条件进行系统的分析,结果表明:2013~2015年PM2.5质量浓度显著降低,空气质量呈明显改善;交通源对大气污染的贡献不能忽略,且呈现出逐渐加重的趋势;相对湿度和风速对PM2.5浓度影响的响应相对较快,滞后1h左右对PM2.5浓度的影响最大,而PM2.5的变化对温度的响应相对较慢,一般在改变温度的7~8h后对污染物浓度的影响最大.污染日较清洁日气溶胶的粒径分布均有不同程度地向大粒子一侧拓宽的现象,清洁日时,峰区直径集中在3~5nm,污染天时,峰区直径增大至100~200nm;随降雨量级逐渐增大,气溶胶峰值浓度逐渐向积聚模态方向发展;2015年2月18至2015年2月21日污染事件中,烟花燃放时段烟花对气溶胶数浓度的贡献为26.1%,且伴随新粒子生成.烟花燃放使积聚模态粒子和爱根核模态粒子出现显著的峰值,核模态粒子浓度变化不大.
本文主要研究了清华大学MEIC 2012基准年0.25°×0.25°排放清单应用于WRF-CHEM模式所需的主要处理技术,包括:单位面积污染物排放质量(或物质的量)浓度的计算,经纬度格点浓度到中尺度格点浓度的转换,使用模式地表类型数据对排放清单进行细化处理,各部门小时排放数据的确定以及PM2.5组成成分比例的区域分配等.通过重污染个例的预报和模拟试验分析了清单处理技术的应用效果,结果表明:模式能较好地反映出污染物局地累积和水平输送的变化趋势,但高污染中心的浓度预报值要低于实际观测值,这与气象场的预报偏差有较大关系.清单细化处理技术可以改变模式格点上污染物的模拟浓度,但在不同气象条件下,改变量有所不同,静稳天气下,城市及其周边地区的改变量较大.
选取南京地区典型的生物质种类(水稻、芦苇、玉米、梧桐、桂花和白玉兰)进行室内模拟燃烧实验,同时采用Model 2001A热/光碳分析仪和元素分析-同位素质谱仪(EA/IRMS)分别对不同粒径段颗粒物中OC、EC的浓度和生物质燃烧的不同产物EC同位素组成进行了测定.结果表明,除芦苇秸秆外,其他各类生物质燃烧产生的OC排放因子均在<0.43μm粒径段内达到最大;EC排放因子除梧桐和桂花树叶以外,最大值均分布在<0.43μm和0.43~0.65μm粒径段内,其中,玉米秸秆燃烧产生的OC、EC排放因子均为最高.6种生物质燃烧产物中的碳质(OC、EC)浓度最大值均主要集中在<0.43μm的亚微米粒径段上.玉米秸秆燃烧所产生的烟尘和烟灰中EC的同位素组成均高于其他生物质,除了生物质自身的组分会影响同位素分馏以外,燃烧过程的温度较高,也会促进秸秆和树叶发生热解从而形成碳同位素分馏.
利用1980~2012年川渝地面气象站资料,采用14:00时法对川渝霾日进行重建,统计分析了川渝霾日的时空分布和长期变化特征.结果表明:1980~2012年川渝霾日集中分布在四川盆地,多发于冬季、秋末和初春;盆地年平均霾日数为63.5d,主要分布在盆地东北部、中部和南部.1980~1998年盆地的年霾日数呈上升趋势,之后维持在年平均值附近,近2年略微下降.不同能见度等级霾的分析显示,轻微霾分布最广且日数最多,日数逐年来持续小幅上涨,另外3种霾在2000年之后逐渐减少;轻度霾主要分布在四川盆地南部,而中度霾和重度霾则集中在重庆西南部.典型城市霾日的长期变化趋势表明,其霾日由冬季霾为主逐渐向春季和秋季扩展;20世纪80年代广安和绵阳2市的霾日数均呈上升趋势,90年代则明显下降,21世纪以来又出现了剧烈上升.乐山、内江威远、宜宾南溪以及重庆涪陵4市的年霾日数一直呈持续上升趋势,宜宾南溪的霾日数由1980年的93d持续上升至2006年的237d;相比之下,重庆涪陵的年霾日数上升幅度相对较小,但重庆荣昌的霾日数逐年变化较大,其离差系数为涪陵的2倍.
基于空气质量模型CAMx的臭氧溯源技术(OSAT),对2015年7月京津冀13个城市O3污染及传输规律进行定量模拟,建立了京津冀13个城市间的O3相互影响矩阵,并分析了北京、天津、石家庄3个典型城市O3污染逐日输送特征.研究表明,京津冀13个城市O3污染受传输贡献显著(>80%),而受本地源贡献相对较小,仅占6.9%(廊坊)~19.7%(北京),传输贡献中由京津冀区内城市间互相输送(区内传输)贡献范围为10.3%(沧州)~32.2%(廊坊),区外传输贡献约为37.3%(承德)~60.7%(秦皇岛),边界场BC贡献为14.4%(邯郸)~23.1%(张家口).典型城市O3逐日传输矩阵证明传输贡献占主导,尤以区外贡献最为突出,本地贡献相对较小,但在O3超标日,本地贡献明显上升.
通过统计乌鲁木齐市2015年土地利用,气象数据,叶面积指数和帕尔默干旱指数等数据,利用GLOBEIS模型估算天然源VOCs的排放量,建立了天然源VOCs的排放清单.结果表明:2015年天然源VOCs的排放总量为13750.72t,VOCs的排放强度为1.82t/(km2.a);其中,异戊二烯、单萜烯、其他VOCs排放量分别为77.00t、5057.51t、8616.20t,占总排放量的0.56%、36.78%和62.66%.VOCs的排放量随季节变化为:夏季>春季>秋季>冬季.天然源VOCs排放的空间分布主要集中在乌鲁木齐县中部,达坂城区以及米东区南部.
为准确估算混凝土搅拌站扬尘排放清单,本研究综合美国环保局和南加州的搅拌站扬尘排放因子,并在北京市典型搅拌站开展道路积尘负荷测试,建立了北京市搅拌站各生产环节及综合扬尘排放因子.结合北京市搅拌站扬尘治理过程,估算北京市1991~2014年搅拌站扬尘排放清单,并预测2015~2020年排放清单.结果表明:北京市2015年搅拌站道路积尘负荷平均值为(26.2±11.5) g/m2,是南加州推荐值(11.0g/m2)的2.4倍;②1995年以前北京市搅拌站PM2.5综合排放因子为86g/m3混凝土,第1季度混凝土产量月不均匀系数是其他季度的1/3,2015年PM2.5综合排放因子相比1995年以前下降89.4%,场区道路扬尘排放占比由10%增加至70%;③《北京市2013~2017年清洁空气行动计划》实施后,2015年搅拌站扬尘PM2.5排放量下降至543.1t/a,相比2013年减排48.3%,其中清退无资质搅拌站对PM2.5减排的贡献为18.6%;④搅拌站扬尘排放主要集中在五环至六环(52%),六环外排放量占总量的28%.未来北京市搅拌站扬尘减排工作应该着力于继续清退无资质搅拌和加强场区道路清扫保洁.
基于稀释通道采样系统和室内模拟燃烧实验,实测采集两种民用燃煤(蜂窝煤和块煤)燃烧排放的细颗粒物(PM2.5),利用离子色谱分析样品中的Na+、NH4+、Mg2+、K+、Ca2+、F-、Cl-、NO3-和SO42-等9种水溶性离子,计算得到相关排放因子,并结合能源统计年鉴,基于“自上而下”方法获得2013年全国(除港、澳、台地区)民用燃煤排放PM2.5中水溶性离子的排放总量,以人口密度数据作为空间分布权重因子,建立全国1km×1km的网格化清单.结果表明,除Ca2+和Mg2+以外,蜂窝煤燃烧排放水溶性离子排放因子普遍高于块煤燃烧排放,因而需对块煤加工成蜂窝煤的多种有害组分的减排效果进行系统评估.9种水溶性离子中SO42-离子排放因子远高于其他水溶性离子的排放因子;对于蜂窝煤和块煤,分别为494mg/kg和105mg/kg.从阴阳离子当量浓度之比(2.0~2.5)来看,民用燃煤排放一次颗粒物呈酸性.民用燃煤水溶性离子人均排放量最多的省份是山东、河北和北京,分别为520.2,401.1,362.7g/人;单位面积排放强度最高的是山东、北京和上海,分别为323.9,287.3,197.9kg/km2.从民用燃煤离子单位面积排放强度和人均排放量来看,北京和山东均需要对该类源减排引起足够重视.高分辨率空间分布显示民用燃煤排放水溶性离子分布有以下几个特点:(1)东部高于西部;(2)平原、盆地多;山地、高原少;(3)受到自然地理环境因素和经济发展水平制约,主要集中分布于平原、盆地及河谷地区人口密布,从应对冬季大气重污染过程的角度,需加大对民用燃煤排放水溶性离子及其气态前体物的管控力度.
通过向亚铁-过硫酸盐(Fe2+/PDS)体系中引入具有还原性及络合性的绿茶提取物EGCG,促进Fe3+/Fe2+循环,增强其对偶氮类染料金橙G (OG)的降解.实验考察了PDS投加量、OG初始浓度、溶液初始pH、Fe2+投加量、EGCG投加量以及溶液中共存阴离子对该体系降解OG的影响.结果表明:单独投加Fe2+、EGCG、PDS以及投加EGCG/PDS、Fe2+/EGCG均不能有效地降解OG;EGCG的引入使得Fe2+/PDS体系对OG的降解有了显著的提升,从30.89%上升到83.71%;OG的降解效率随着PDS及Fe2+投加量的增大而增大、随着OG初始浓度的增大而减小;当EGGC投加量在10~40μmol/L时,降解效率随着其投加量的增大而增大,而当EGCG投加量大于40μmol/L时,降解效率随着其投加量的增大有一定程度的降低;与Fe2+/PDS体系相比,EGCG的引入使得该体系在pH为2.0~7.0范围内均能取得较好的去除效果;体系中共存阴离子对OG的降解效率有着不同程度的抑制作用,其中PO43- > CO32- > Cl-.另外,通过分别加入淬灭剂甲醇和叔丁醇,证明了体系中存在着硫酸根自由基以及羟基自由基,且硫酸根自由基占主导地位.
以2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)作为目标污染物,对超声强化零价铁/过硫酸钾(Fe0/PS)的高级氧化技术进行研究,并考察了2,4,6-TCP浓度、溶液初始pH值、过硫酸钾用量、零价铁投加量等因素对2,4,6-TCP降解的影响.通过对不同体系中反应速率、亚铁离子浓度变化的比较分析以及联合体系中自由基种类鉴定,探索了体系的初步降解机理.结果表明,在2,4,6-TCP浓度为20mg/L,过硫酸钾用量为0.4g/L,零价铁投加量为0.2g/L,初始pH值为6时,2,4,6-TCP去除率可达95.5%.前20min反应符合一级反应动力学方程.超声强化零价铁/过硫酸钾体系中同时存在硫酸根自由基和羟基自由基,起主要作用的仍然是硫酸根自由基.超声波可通过加速铁粉表面的更新持续产生更多的亚铁离子,更好活化过硫酸钾来显著加速目标污染物的降解.
考察了蛋白核小球藻出发株及其离子注入突变株在实际城市污水中的生长情况和产脂性能,以及对污染物的去除能力.结果表明,突变藻株在污水中油脂产率为32.5mg/(L·d),相比于出发株分别显著提高了23.81%(P<0.05).通过对生成的脂肪酸甲酯进行气相色谱分析,结果显示离子注入诱变并未改变小球藻脂肪酸成分,但提升了单不饱和脂肪酸的含量,有利于改善所得生物柴油的品质.培养结束后出水水质可达到一级A排放标准,相较于出发株,突变株对污水中污染物具有更好的降解效果.利用扫描电镜观察可以发现出发株和突变株藻细胞形态差异较小,元素含量分析发现突变株H/C值相比出发株有所下降,系统发育树构建说明突变株与出发株属于同种变异.
研究对比了热,碱和Fe3O4 3种方法激活过硫酸钠对二恶烷的降解情况.结果表明,加碱且反应液pH值不超过12h,过硫酸钠对二恶烷的降解受到了抑制.加热可以有效激活过硫酸钠降解二恶烷,在40℃、过硫酸钠与二恶烷的物质的量比为20:1的条件下,反应48h时二恶烷的降解率达98%,降解反应的准一级反应速率常数为68.1×10-6h-1.非均相体系中,Fe3O4也可显著激活过硫酸钠降解二恶烷,过硫酸钠与二恶烷的物质的量比为80:1,Fe3O4与混合溶液固液比仅为1:100时,二恶烷降解的准一级反应速率常数为61.1×10-6h-1,接近上述加热激活的水平.Fe3O4激活过硫酸根降解二恶烷时,由于过硫酸根优先与二恶烷反应而不是Fe3O4发生反应,因此在二恶烷降解完成之前溶解态Fe产生量低、Fe3O4消耗少.该研究结果反映出应用Fe3O4激活过硫酸盐的方法修复有机污染地下水的较大潜力.
针对块状g-C3N4(BCN)的缺点,制备出拥有更高性能的二维超薄g-C3N4(UCN),并通过透视电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、BET氮气吸附、紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)与荧光光谱(PL)对UCN的形貌、结构、光学性能以及光催化活性进行表征.结果显示UCN具有二维超薄纳米片结构,且比表面积和孔隙体积相对BCN大大增加,并因此提供大量的活性位点和缩短物质传输距离而提高光催化活性.UV-vis DRS显示UCN的吸收光谱发生了红移,可提高对太阳光利用效率.光致发光光谱显示薄层的结构可以降低UCN的光生电子-空穴对复合率,因此提高其光催化活性.降解实验结果表明0.4g/L的UCN对恩诺沙星(ENX)降解效果最好,1h降解率为81.7%,其反应速率常数是BCN的4.1倍.ENX的光催化降解过程符合一级动力学和Langmuir–Hinshelwood模型.pH为5时ENX降解效果最好.猝灭实验表明O2·-贡献率为66.4%,是降解体系中的主要活性物质.
本研究利用等温滴定微量热技术获得了胞外聚合物和磺胺类抗生素的相互作用的热力学参数,探索了其作用机制.结果表明,胞外蛋白和磺胺二甲基嘧啶(SMZ)强烈结合,结合过程由疏水相互作用驱动的熵作为主要驱动力.结合强度显著地受pH和离子强度的影响.在pH为6.8的近中性条件下,EPS和SMZ的结合反应最有利,且构象变化最大.离子强度对EPS和SMZ之间的相互作用有明显的影响.该研究的结果表明,活性污泥中存在的EPS对抗生素的迁移转化有显著影响.
探讨了海泡石与生物质炭投加对于厌氧技术处理养猪废水效能的影响,并通过三维荧光光谱(EEM)与傅里叶红外光谱(FTIR)分析了海泡石与生物质炭对于厌氧污泥溶解性微生物产物(SMP)及胞外聚合物(EPS)组分的影响.结果表明,投加海泡石与生物质炭后,提高了厌氧反应器对COD与氨氮的去除效果,对COD的平均去除率分别提高了10.1%与15.4%,对氨氮的去除率最高分别达到了50.9%和71.5%.对于厌氧污泥SMP而言,投加海泡石后,其FTIR光谱中2930cm-1、1460cm-1处的吸收峰减弱,表明其对养猪废水中大分子有机物的去除效果有一定程度增强;而投加生物质炭后,其EEM光谱中类富里酸(Ex/Em=340nm/420nm)的吸收峰强度降低,从而提高了厌氧反应器出水水质.对于厌氧污泥EPS而言,通过EEM分析可知,投加生物质炭后厌氧污泥中简单类蛋白(Ex/Em=225nm/340nm)吸收峰、色氨酸类蛋白(Ex/Em=280/340nm)吸收峰强度增大,蛋白含量的提高有利于厌氧污泥的絮凝;同时出现了辅酶F420(Ex/Em=420nm/470nm)的吸收峰,这表明加入生物质炭后,厌氧反应器内产甲烷菌活性更佳,为厌氧反应器对养猪废水的高效处理提供了保障.
以中国东北地区典型工业基地沈阳浑河冲洪积扇为研究对象,采集区域内43个采样点水质样品,分析了16项地下水质关键指标,在水化学统计和水质分析确定水质等级及特征污染物的基础上,利用主成分分析(PCA)方法确定水质指标主要因子分类,运用ArcGIS软件刻画不同污染源的空间分布规律,利用绝对主成分得分多元线性回归受体模型(APCS-MLR)计算不同公因子对地下水质的贡献程度,并验证污染源解析结果的准确性.结果表明:研究区内地下水氮、磷和铁等元素超标严重,地下水水质演化受人类活动影响较大;4类主要污染因子分别是溶滤迁移作用因子(贡献率34.21%)、农业活动污染因子(贡献率20.13%)、地质环境背景因子(贡献率13.39%)和工业活动影响因子(贡献率8.97%),方差累计贡献率为75.64%;工业生产、生活污废水排放和农业生产中农药化肥使用是地下水主要污染源且多分布于沈阳西部、西北部和南部等地区,淋溶、迁移-富集作用和农业污染对地下水质影响较为明显,PCA-APCS-MLR模型预测浓度与实测浓度一致,该方法对于地下水污染源的计算分配具有良好的针对性,适用于地下水污染源解析.
溶解氧浓度是影响石英砂表面铁锰复合氧化膜催化氧化去除地下水中高浓度氨氮的关键因素.在中试实验条件下,采用在滤层底部和底部1/3处充氧的方式以满足氧化高浓度氨氮所需的溶解氧浓度.结果表明:充氧后,活性氧化膜对氨氮的去除效果较充氧前的1.5mg/L明显提高.当滤速为8m/h,底部和底部1/3处充氧时,氨氮的最大去除浓度分别提高至3.7,4.3mg/L.由此可知提高溶解氧浓度能充分地发挥活性氧化膜的催化活性,大幅度地提高对氨氮的去除效果.此外,用SEM和EDS对充氧前后氧化膜进行微观表征,发现氧化膜并未发生明显变化.
采用Fe (Ⅱ)活化过一硫酸盐(Fe (Ⅱ)-PMS)氧化对剩余活性污泥进行调理研究.结果表明,Fe (Ⅱ)-PMS氧化能有效改善污泥的脱水性能;在优化实验条件下(pH为6.7,Fe (Ⅱ)和PMS投量分别为60和120mg/gTSS),标准化毛细吸附时间(SCST=CST0/CST)和毛细吸附时间(CST)减少率分别为11.28和91.13%.Fe (Ⅱ)-PMS氧化有助于污泥稳定性提高和组分溶出,处理后VSS减少率为15.74%、上清液中TN和TOC的含量较初始值分别增加6.21和9.13倍.此外,研究表明Fe (Ⅱ)-PMS氧化能有效破解和降解胞外聚合物(EPS)(特别是蛋白质),释放出EPS结合水,进而显著改善污泥脱水性能.
用模拟-优化方法进行地下水污染监测井网的优化设计,建立的优化模型以最大化覆盖高污染区域为目标,且综合考虑了各时段污染质的运移情况.为减小计算负荷,研究中引入Kriging方法建立模拟模型的替代模型,来代替模拟模型与优化模型进行耦合.最后通过一个假想案例评估替代模型的拟合精度和优化模型的性能.结果表明:替代模型的输出结果相对误差均小于0.5%,拟合精度较高;通过计算优化模型得到的最优布设方案污染质检出浓度和为3.37mg/L,检出率为85%,远高于随机布设方案.说明该方法能够以较小的计算量实现最大化覆盖高污染区域的目标.本次研究为监测井的布设提供了一种稳定可靠的优化方法.
利用PSO-DE混合优化算法结合移动监测平台研究了污染物源项识别问题,包括单点固定源和多点固定源位置的反演.该方法把源项识别反问题转化为非线性优化问题,用N个移动平台检测并记录所在水域的污染物浓度,将各自位置的坐标值记为此移动平台的pbest,每一个移动平台均对应一个pbest,即共有N个pbest,将N个移动平台获取的污染物浓度值进行对比,选择最大污染物浓度值对应的水域坐标,记为gbest,以此作为初始种群先进行PSO优化获得的种群,再进行DE优化,取两者浓度高的作为gbest,直到获得浓度值最高的点,即污染物初始投放点.多个算例的计算结果表明,采用该算法对含点源的二维水域污染源溯源问题能够得到精度较高的反演结果.
基于贝叶斯理论,结合浓度时间序列方差假定和Adaptive Metropolis MCMC后验采样,建立了用于突发水污染应急溯源的贝叶斯推理方法.该方法结合经验知识和监测事实对源项参数的分布进行推理,直接对溯源结果的反向不确定性用概率分布形式进行表征.依据河流实地示踪剂实验案例,对Bayesian推理溯源的实际效果、后验参数相关性和影响因素等方面进行了验证和测试,结果表明源项参数和方差的后验概率密度的偏度对方差假定敏感,且得到关键参数推荐值:使用RMSE为目标函数;异方差假定中稳定化因子λ1为0,λ2为0.1~0.5;AM采样建议比例因子sd选择0.1~0.3.并对贝叶斯方法和传统基于优化的频率法在求解思路、计算过程、溯源结果等角度进行了深层次的辨析.本研究相关结果为贝叶斯推理技术在污染溯源的实际应用中提供了较为重要的参考价值.
为有效处理采用水泡粪养殖模式的养猪企业粪污处理提供新的途径,评估辅料中添加不同量猪粪水对猪粪高温堆肥的影响,以期建立利用冲施猪粪水无害肥料化高效堆肥工艺.通过工厂堆肥,以蘑菇渣、砻糠和木屑为原料混匀建堆,堆体顶部挖槽,分7次添加不同量的猪粪水,研究添加不同量猪粪水高温堆肥过程中堆体温度、含水量、pH值、EC、C/N、铵态氮含量、硝态氮含量、水溶性有机碳含量、木质素含量、纤维素含量半纤维素含量、发芽指数和养分等理化指标的变化.结果表明,相比每次添加0.5t猪粪水(Z1)和每次添加1t猪粪水(Z2)的处理,每次添加2t猪粪水(Z3)的处理高温期温度最高,降温后熟阶段降温速率也最大;堆肥过程中各处理pH值变化基本一致,均是先降低再升高最后降低趋于稳定;各处理堆体在堆肥过程中,C/N均呈现逐步减小的趋势,并最终保持稳定,根据终点C/N与初始C/N的比值,至堆肥结束时,Z1、Z2处理未腐熟,Z3处理基本腐熟;各处理铵态氮含量逐渐下降,硝态氮含量逐渐增加;堆肥结束时,Z2和Z3处理类酪氨酸类物质和类色氨酸类物质减少至消失,胡敏酸类、富里酸类等物质成为DOM的主体部分,基本腐熟,而Z1处理未腐熟..相比Z1和Z2处理,Z3处理在堆肥过程中木质素、纤维素和半纤维素降解速率更快;堆肥过程中,各处理发芽指数(GI)不断增大,至堆肥结束时,Z1、Z2、Z3处理的发芽指数分别为72%、84%和101%,Z2和Z3处理腐熟,且Z3处理堆肥腐熟所需时间更短(第43d GI为85%).各处理有机质含量均下降,全氮、全磷、全钾含量在堆肥结束时比堆肥初始均有所增加.分次将猪粪水注入蘑菇渣、砻糠和木屑混合物进行高温堆肥可以有效解决规模化养猪厂猪粪水难处理的问题.
了解小型农村生活垃圾热处理炉二恶英和重金属的排放水平,对我国广西、云南、广东部分山区农村正在运行的3种小型生活垃圾热处理炉排放的二恶英和重金属进行采样调查.结果显示,小型生活垃圾焚烧炉、气化焚烧炉、气化炉烟气二恶英排放浓度分别为0.70~24.88、3.14~4.88、0.20~0.50ng I-TEQ/Nm3,平均排放水平为焚烧炉>气化焚烧炉>气化炉,而炉渣中二恶英浓度顺序正好相反.小型气化炉产生的二恶英主要存在于炉渣中,而焚烧炉和气化焚烧炉产生的二恶英主要存在炉渣和烟气中.3种不同炉型炉渣、烟气中二恶英同系物质量浓度分布特征不同,但是毒性当量浓度分布特征较相似,均以2,3,4,7,8-PeCDF所占比例最高.3种炉型烟气中Pb的排放浓度最高,除1个焚烧炉烟气中Cd排放浓度轻微超标,其余热处理炉烟气中Pb、Cd、Cr、Hg浓度均远低于生活垃圾焚烧污染物控制标准(GB18485-2014).炉渣的毒性浸出浓度显示,3种炉型炉渣重金属浸出浓度均低于危险废物浸出毒性鉴别标准(GB5085.3-2007),不同炉型炉渣中重金属浸出特性存在一定差异性.
采用现场工程试验方法对德士古水煤浆气化炉协同处置煤液化残渣(CLR)过程中多环芳烃(PAHs)的排放特征及环境风险进行了系统研究,通过对空白工况(不混磨CLR制浆)和协同处置工况(混磨15% CLR制浆)下,气化炉内温度、压力与合成气组分变化及所有排放节点固态液态气态排放物中16种PAHs含量及毒性当量浓度分析,评估CLR协同处置过程中PAHs的环境风险及该技术的可行性.结果表明:德士古水煤浆气化炉协同处置15%液化残渣过程对气化炉自身产气量及压力无显著影响,炉内温度升高5~11℃,对H2和CO的产生具有促进作用;协同处置过程造成部分气态排放产物和液态排放物中PAHs含量增加,但增幅很小,且毒性当量浓度也远低于标准限值,新增环境风险很小;协同处置过程使固态排放产物中PAHs含量显著增加,但总毒性当量浓度依然较低,固态产物中PAHs的排放风险在可接受的范围内.
为建立表面活性剂和营养盐强化电气石类芬顿联合微生物对PBDEs污染的高效土壤修复技术,分别选择两种氮源营养盐——氯化铵和硝酸铵,两种表面活性剂——TW-80和TX-100,考察它们的剂量及类型对电气石类芬顿去除土壤PBDEs效果及土壤真菌的影响.结果表明,高剂量的营养盐更能促进电气石类芬顿辅助微生物对PBDEs的降解,且修复效率最高可达75%;两种表面活性剂均能够促进电气石类芬顿辅助微生物对PBDEs的降解,降解效率最高可达76%.并且针对不同单体BDE,营养盐和表面活性剂均对促进低溴代联苯醚降解程度更高.氯化铵比硝酸铵更有利于土壤中微生物生长,且高浓度的营养盐促进土壤中真菌的生长和活性效果明显;TW-80比TX-100更有利于微生物生长,且较低浓度的表面活性剂促进土壤中真菌活性的效果更为明显.因此,不同类型营养盐和表面活性剂能够有效地强化电气石类芬顿联合微生物对PBDEs污染的土壤修复技术.
采用实时荧光定量PCR技术考察了UASB酸性条件下丙酸氧化菌的演替规律.结果表明,至少有3种已鉴定的丙酸氧化菌(Pelotomaculum schinkii,P.propionicum和Smithella propionica)存在于UASB反应器中.在pH值为7.5~7.1时,P.schinkii是主要的丙酸氧化菌群,其数量为(5.0~5.8)×103 16S rRNA基因拷贝数/ng DNA,约占检测到丙酸氧化菌总数的90.6%以上.pH从7.1降到6.8导致S.propionica数量显著增加,P.schinkii和S.propionica成为优势菌群,其数量占丙酸氧化菌总数的88.9%.在pH6.5条件下,S.propionica(74.8%)成为优势丙酸氧化菌群.当pH≤6.0时,S.propionica和P.propionicum演替为优势丙酸氧化菌,表明这两种丙酸氧化菌具有较强的耐酸性.当pH≤6.0时,丙酸氧化菌总数随pH降低而明显减少,这可能是厌氧反应器在酸性条件下发生丙酸积累的根本原因之一.
研究并分析了EM菌和LAS菌对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)生长和油脂积累的促进作用.结果表明:添加上述2种细菌对城市污水中斜生栅藻的干重和油脂产量有显著的促进作用,其油脂产量分别提高了36.2%和21.5%.通过对生成的脂肪酸甲酯进行气相色谱分析,结果显示EM菌的添加提升了斜生栅藻单不饱和脂肪酸的含量,有利于提升所得生物柴油的质量.培养结束后污水的菌群结构分析显示投加细菌会增加污水中菌群的丰富度和多样性,且相比于对照组,加菌后的试验组中β-Proteobacteria、α-Proteobacteria丰度有所提高,而拟杆菌门(Bacteroidetes)丰度有所降低.
为了解抗生素菌渣堆肥中抗生素残留对抗生素抗性基因(ARGs)环境行为的影响,以青霉素菌渣堆肥为对象,采用实时定量PCR方法分析了8种典型β-内酰胺酶基因,bla-TEM、bla-CTX-M-1、bla-CTX-M-9、bla-IMP-1、bla-VIM-2、bla-CMY、bla-OXA-23、bla-NDM-1在整个堆肥过程中的丰度变化.结果表明,高温堆肥处理大大缩短了青霉素的降解时间;bla-NDM-1在所有样品中均未检出.通过比较β-内酰胺酶基因在不同处理中第1d和30d的绝对数量变化,在处理组中除bla-IMP-1、bla-VIM-2基因绝对数量有所增加外;其他基因都明显减少.从相对丰度看,在堆肥前期,青霉素残留对bla-TEM、bla-CTX-M-1、bla-CTX-M-9、bla-CMY、bla-OXA-23、bla-VIM-2基因有一定诱导富集效应.随着堆肥进程及菌渣堆肥中抗生素浓度的降低,到了堆肥末期,各处理组及对照组bla-TEM、bla-CTX-M-1、bla-CTX-M-9、bla-CMY的相对丰度较堆肥前期显著降低;而处理组中bla-IMP-1、bla-VIM-2的相对丰度较堆肥前期显著增加.
海平面上升会对河口地区盐水入侵和物质输运造成一定影响,尤其将对饮用水安全造成威胁,因此海平面上升问题越发受到人们的关注.为研究水源地对海平面上升的响应,防范未来可能出现的盐水入侵危害,本文基于FVCOM模式建立了钱塘江河口三维潮流盐度数值模型,并在此基础上通过一系列数值试验分析未来海平面上升(SLR)对河口盐水入侵的影响.结果表明,海平面上升使得河口盐度整体有所增大,盐水入侵距离增加,且小潮期增幅更加明显,在相对海平面分别上升0.3、0.6和1.0m情况下,大潮期盐水入侵距离分别增加1.1、2.2和6.0km,盐度最大增幅发生在七堡附近,量值分别达到0.17、0.32和0.49;小潮期入侵距离则分别增加2.8、5.9和9.8km,盐度最大增幅发生在盐官附近,量值分别达到0.38、0.80和1.22.海平面上升也会引起各取水口盐度和超标时间的增加,在相对海平面上升0.3~1.0m时,南星桥至珊瑚沙3个取水口平均盐度增值分别为0.1~0.3、0.1~0.3和0.1~0.2,最长连续超标时间增值分别为1.0~4.1、0.5~1.6和0.1~0.2d.
为了解南中国海重金属含量现状及其潜在风险,采集南中国海16个采样点站位的表层海水样,分析重金属元素Cu、Pb、Zn、Cd含量及相关环境参数,并用Hakanson潜在生态危害指数法评价其生态风险.结果表明,Cu含量范围为0.012~0.127mg/L,Pb含量范围为0.051~1.113mg/L,Zn含量范围为0.045~0.186mg/L,Cd含量范围为0.047~0.324mg/L,重金属平均含量均超过我国海水水质三类标准.4种重金属间呈显著相关性,重金属与不同环境参数间也存在显著相关性,这可能与它们的污染来源相同有关.经重金属潜在生态风险指数分析,平均RI值为873.87,已具极强生态危害,其中Cd对生态危害贡献最大,海洋生态风险影响程度依次为Cd > Pb > Cu > Zn.提示应重点加强海洋环境生态危害较大重金属的监测.
依据2009年5月~2010年1月在连云港附近海域进行的4个航次海洋环境综合调查结果,对该海域的海洋环境因子、营养状态水平、有机污染状况的空间分布、季节间变化及相关性进行了研究,结合历史资料探讨了近年间主要污染因子的变化趋势与海洋环境现状.结果表明:该海区春夏季海洋环境质量状况较好,秋冬季的污染程度有所加强,石油类是秋冬季节主要的污染因子.评价显示春、夏季呈现富营养化和有机污染的状态,且二者季节变化和空间分布有一定共性.相关性分析显示叶绿素a与营养盐和化学耗氧量呈现显著正相关,但与溶解氧呈显著负相关(P<0.01),表明浮游生物生长与环境要素含量之间的关联性.数据显示日益增强的人类活动对近海海洋环境的显著影响,相关结果可为连云港海域的海洋资源开发利用和环境保护提供基础数据支持,同时为海洋管理部门开展以生态系统为基础的海洋资源管理提供科学依据.
为了探究城市化进程、水利工程建设等人类活动对河流水环境演变趋势的影响,于2015年9月在广东省滃江长湖水库采集沉积物柱状样品(CH1),测试沉积物剩余210Pb (210Pbex)活性、TOC、TN、TP含量、δ13C及粒径大小.结果表明,CH1的沉积历史约58a,沉积物TOC、TN和TP的平均含量分别为:1.07%(范围:0.65%~1.66%)、0.12%(0.08%~0.20%)、438.00mg/kg (294.74~675.44mg/kg);沉积物TOC、TN、TP含量在3个时段的分布特征:1957年之前,均呈现缓慢增加的趋势,在1957~1991年先减小后增加,在1991~2015年总体呈现出升高的趋势;1994年的暴雨洪水改变了沉积物的粒径特征进而减小了TOC、TN、TP的含量;结合C/N和δ13C特征辨析了沉积物有机质的来源主要为陆源和水相的混合源,大坝的修建是导致沉积物(24cm~20cm)有机质偏向陆源的一个重要原因.
为了揭示水盐梯度对河口湿地土壤有机碳组分的影响,对闽江河口不同淹水环境和盐度下短叶茳芏(Cyperus malaccensis)湿地土壤活性有机碳含量进行了测定与分析.结果表明,无论半咸水湿地还是淡水湿地,土壤微生物生物量碳(MBC)含量均随淹水频率增加而增加,增幅分别为67.8%和38.8%.半咸水湿地高低潮滩的土壤MBC含量均低于淡水湿地,高低潮滩降幅分别为52.9%和43.1%.半咸水湿地高低潮滩土壤可溶性有机碳(DOC)含量均高于淡水湿地,增幅分别为56.7%和105.6%.2种湿地土壤易氧化有机碳(EOC)含量均随淹水频率增加而降低,半咸水湿地高低潮滩间降幅18.0%,淡水湿地降幅50.1%.半咸水湿地高低潮滩土壤EOC含量均高于淡水湿地,增幅分别为20.2%和97.4%.微生物熵以及DOC和EOC占SOC的比值分别为0.42%~1.76%、0.39%~0.85%和20.14%~36.49%.微生物熵随盐度增加而降低,土壤DOC和EOC的分配比例随盐度的增加而增加.相对于淹水环境变化,土壤TN含量和电导率对SOC及其活性组分含量影响的贡献更大.土壤DOC、EOC与SOC显著正相关,土壤MBC与SOC、EOC和DOC均呈负相关,暗示底物的有效性和土壤MBC周转速率是影响土壤微生物活性和碳库积累的重要因子.淹水频率增加提高了土壤微生物的数量,但土壤微生物对淹水环境有一定的适应机制.盐度增加可提高土壤DOC、EOC含量,但降低土壤MBC含量.土壤氮含量和盐度是影响闽江河口湿地生态系统土壤碳库演变的重要限制性参数.
以闽江河口鳝鱼滩的短叶茳芏湿地及其转化而成的养虾塘为研究对象,于2016年5~11月,采用静态箱-气相色谱法和悬浮箱-气相色谱法分别对白天短叶茳芏湿地和养虾塘水-气界面N2O通量进行观测,并同步测定短叶茳芏湿地间隙水化学指标和养虾塘水体理化指标.结果表明,观测期间短叶茳芏湿地和养虾塘水-气界面N2O通量变化范围分别为-113.11~206.57μg/(m2·h)和-2.27~143.25μg/(m2·h),均值分别为(38.35±24.44)μg/(m2·h)和(46.44 ±15.93)μg/(m2·h),整体均表现为大气中N2O的排放源,但两者N2O通量无显著差异(P>0.05).短叶茳芏湿地N2O通量与土壤间隙水的盐度和营养盐呈显著正相关(P<0.05),养虾塘水-气界面N2O通量与水深、水体盐度和营养盐含量均呈极显著正相关关系(P<0.01).
以微山湖为研究对象,利用2015年6月11~13日获取的实测高光谱和水体叶绿素a浓度、总悬浮物浓度和浊度数据,构建3种水质参数遥感反演常用的经验模型和PSO-SVM模型并进行精度评价,确定参与3种水质参数集合建模的反演模型,分别利用以熵权法(EW-CM)、集对分析法(SPA-CM)为代表的确定性集合建模方法和以贝叶斯模型平均(BMA)为代表的概率性集合方法构建反演3种水质参数的EW-CM、SPA-CM和BMA集合模型.通过贝叶斯平均方法获取各模型和BMA集合模型反演3种水质参数的不确定性区间,对比3种水质参数各模型和集合模型反演结果.结果表明:(1)确定性集合模型中SPA-CM模型精度整体高于EW-CM模型;(2) BMA概率性集合模型建模精度整体上要优于SPA-CM和EW-CM集合模型,验证精度稍低于SPA-CM模型,和EW-CM模型相当;(3)概率性集合建模可以给出集合模型和各模型反演水质参数的不确定性区间;(4)确定性和概率性集合模型可以综合各模型信息,使得集合模型同时具有较高的建模和验证精度,降低单一模型反演水质参数的不确定性,并在一定程度上提高水质参数反演精度.
为了区分不同浓度铜离子(Cu2+)胁迫引发玉米的叶片光谱间微弱信息差异和铜污染程度,根据玉米叶片实测的SVC高光谱数据和同步获取的玉米叶片中铜含量数据,利用Daubechies小波系中的“Db5”小波,得到玉米叶片光谱在350~2500nm波段范围小波分解的第5层高频组分(d5),并采用盒维法计算d5的分形维数,通过分形维数邻近变化率(α)讨论不同铜胁迫梯度下玉米叶片光谱分形维数的变化趋势,从而可对d5的奇异范围、奇异幅度等光谱奇异性参数进行定量计算和分析.结果表明:d5能精确地探测到玉米不同铜胁迫梯度污染的光谱奇异性弱信息,并实现不同污染程度玉米高光谱信号的分离;d5分形维数随污染程度的增加先减小后缓慢升高,最后达到峰值,其中Cu (100)分形维数值最小;CK (0)与Cu (100)间α为负,其他两个胁迫梯度区间内均为正,且Cu (100)和Cu (300)间α绝对值最小,而Cu (300)和Cu (500)间α绝对值最大;通过建立玉米叶片铜含量估算模型验证了玉米叶片中铜含量与奇异幅度及分形维数之间存在较强的相关关系,各胁迫梯度玉米叶片中Cu含量的差异均达到显著水平(为0.05),其决定系数R2=0.9501.所以,光谱高频组分分形维数和奇异性特征能够有效地诊断并定量分析玉米铜污染程度状况,从而可为作物重金属污染监测提供借鉴意义.
实验室条件下,观测不同剂量-时间短链氯化石蜡(SCCPs)暴露下红树蚬(Polymesoda erosa)血液及鳃组织的4种氧化逆境标志物(SOD、CAT、GST酶活性及MDA含量)的响应特征.结果表明:在低浓度(0.5,1mg/L)和中浓度(5mg/L)胁迫组,血液和鳃组织SOD、GST酶基本表现为随胁迫时间延长,酶活性逐渐上升的趋势;高浓度(10,20mg/L)胁迫组SOD、GST酶在胁迫初期表现出很高的活性,之后逐渐下降.CAT酶在胁迫初期(1d)就表现出最高的酶活性,之后酶活性逐渐降低并最终受到抑制.低浓度胁迫组MDA含量呈现上升-下降-上升的趋势;中等浓度及以上胁迫组,MDA含量持续升高.抗氧化系统在低于5mg/L的SCCPs胁迫组能够有效发挥作用,而高于此浓度的胁迫组,抗氧化系统经过初期的应急反应后,随胁迫时间延长逐渐被破坏.本文还探讨了利用红树蚬作为指示生物的可行性.
基于改进的假设抽取模型,构建能源在行业间关联模型,分析供给侧、需求侧角度行业部门之间隐含在经济活动中能源转移效应.根据广东省的能源需求特征分析,非能源工业部门能源直接消费量最多,其中2012年消费量占总经济部门总消费量的57.2%,是社会经济生产过程是能源资源供给中的关键部门.而对行业间能源关联研究表明,能源部门、交通运输仓储及邮政业是净输出部门,而建筑业、其他服务业是能源净输入部门.农业部门、批发零售住宿餐饮供给侧与需求侧能源消费量大致持平,且在能源转移过程中与其他行业关联较小.从年际间动态变化分析,广东省能源部门供应于自身行业内部隐含能源转移增多,从2002年的8.55%升至2012年的24.67%,说明用于能源部门加工利用的能源更多,也从侧面印证了广东省能源利用更加有效与清洁.
运用SWMM模型,以深圳市茅洲河流域光明片区为例,以管网密度、距离及环境容量为约束条件,提出雨污分流改造和海绵城市改造的情景方案和决策判定依据.研究结果表明:海绵城市的建设中低影响开发面积改造比例与污染物削减率之间存在指数关系,9个雨污分流改造的研究小区中有鹅颈玉田、茅洲大凼和公明大凼区域需要匹配海绵城市改造,改造面积比例建议分别为30%、85%和20%.当某一研究小区与已建污水处理厂的距离小于27.25km时,投资建设污水管网与已建污水处理厂处理比新建污水处理厂更具有经济可行性,超过这个距离,新建一座污水处理厂比建设长距离污水管网更划算.对于本文研究案例,在只考虑污水处理厂节省的雨水处理成本下,各研究小区进行雨污分流改造的回本时间为27~64a.本研究提出的决策判定思路和依据能为城市建成区消除内涝和内河黑臭提供新的方法学视角,能为深圳市以及其他同类地区水环境整治规划提供决策信息参考.
针对滇池流域水资源短缺及现行水价政策存在的诸多问题,从政策仿真角度综合考虑水资源供给会影响水资源价格,进而影响居民和工业企业的水资源消费行为,提出基于滇池流域水资源承载力约束下耦合多主体建模(ABM)和系统动力学(SD)的流域水价政策复杂系统模型,并依据滇池水污染防治“十三五”规划目标,对滇池流域水价政策进行仿真分析.结果表明:若达到“十三五”规划的目标要求,在综合产业结构调整和政策调整的情况下,保持现有水价计量和计算方式不变,滇池流域居民水价应提高至3.23元/m3,工业水价应提高至4.99元/m3;通过加快对流域水价政策的调控,可有效引导居民Agents和企业Agents采取节水措施,提高其用水效率;建议滇池流域适当减少调水量至3.06亿m3,可将支付调水补偿的费用,用于再生水设施的建设,提高其再生水回用率至33%,从而保障水资源的长效可持续利用.
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