基于Aura-OMI HCHO数据产品,解译并分析了2008~2017年长江三角洲(以下简称长三角)地区甲醛柱浓度的数量分布、动态规律和影响因素.结果显示:10年甲醛柱量均值为14.16×1015molec/cm2、最大值15.41×1015molec/cm2、最小值12.27×1015molec/cm2、最大增速17.8%、平均增速0.17%、最大降速15.95%.时间上,10年来甲醛浓度呈波动上升的态势,以四级、三级和五级的变化为主,夏季最高,春秋次之,冬季最小,春夏秋冬四季的分担率分别是25.96%、34.28%、22.00%、17.76%.空间上,浓度整体从中部向两侧递减,沿海地区最低,高值区由西北向东南逐渐转移扩大.影响长江三角洲甲醛柱浓度变化的主要因素为自然因素和人为因素,自然因素以气温和降水为主,人为因素以能源消费总量、第二产业、第三产业、生产总值及家具和建房装修材料为主.长三角和京津冀的时空演化及影响因素有相同之处,也有不同之处.
通过收集1995~2015年中国大陆31个省级行政区风速、降水量和气温地面站数据,结合各省、市自治区的土地利用分布及每种土地利用类型对应的土质类型,基于环保部推荐的起尘模型建立了1995~2015年中国风蚀扬尘颗粒物(TSP、PM10和PM2.5)排放清单.研究表明,在本研究的时间序列中,中国土壤风蚀扬尘颗粒物排放量呈现波动的趋势,2015年全国风蚀扬尘颗粒物TSP、PM10和PM2.5的年排放量分别约为2.27×107、6.77×106和1.17×106t.排放量的空间分布总体上呈现"北强南弱",并且以"黑河-腾冲"一线为界呈现"西强东弱"的排放格局,排放强度最大的地区出现在内蒙古西部和新疆大部.基于IPCC对于未来气候变化的预测情景,估计了未来风蚀扬尘颗粒物的排放变化趋势,在降水和气温共同作用下,不考虑风速变化,2100年的排放量相对2005年的变化幅度在-8.5%~7.7%之间,降水量增多会抑制风蚀扬尘颗粒物排放,温度升高则会使得地表更容易产生风蚀扬尘颗粒物.
利用TrajStat软件和全球资料同化系统数据,计算了2005~2016年北京市逐日72h气流后向轨迹,采用聚类分析方法,结合北京同期PM2.5逐日质量浓度数据,分析北京市年及四季后向气流轨迹特征及其对北京市颗粒物浓度的影响,运用潜在源贡献因子分析法(PSCF)和浓度权重轨迹分析法(CWT),探讨研究时期内不同季节影响北京市颗粒物质量浓度的潜在源区以及不同源区对北京颗粒物质量浓度的贡献.结果表明,就全年而言,西北输送气流占总轨迹的比例最高,达59.97%,且其输送距离最远、输送高度最高、移速最快.输送高度最低、距离最短、移速最慢的东南气流占比次之,为27.64%,东北气流占比最低为12.40%,其移速和输送距离介于前两者之间.主要污染轨迹来自山东、河北,其次为来自俄罗斯、蒙古国和内蒙古荒漠戈壁地区的西北气流.PSCF和CWT分析发现,蒙中、晋中、冀西南、豫北及鲁西是影响北京PM2.5的主要潜在区域.而不同季节、不同输送路径对北京PM2.5污染影响的差异显著,春季主要受来自蒙晋交界区域的短距离输送气流影响,潜在源区位于冀南、鲁西、豫东和皖西北地区,夏季污染轨迹来自鲁、晋地区,潜在源区为豫东北、皖北和苏北地区;秋季主要受来自冀南地区的短距离气流影响,潜在源区为晋北、冀南、豫北和鲁西地区,冬季主要受来自蒙古国中西部和蒙中地区的远距离输送气流影响,潜在源区主要在冀南、鲁西、豫北、晋和蒙西地区.
于2016年12月13日~2017年1月5日采集了徐州、东山、南京、寿县4个站点的PM2.5样品,分析了水溶性离子的组成及其来源,并结合天气形势分析了长江三角洲地区大范围霾天气的形成消散及水溶性离子的时间变化特征.结果表明:观测期间徐州站PM2.5平均质量浓度171.5μg/m3,远高于其他3个站点,4个站点最主要的离子成分均为NO3-,SO42-,NH4+,Cl-和Ca2+.在同一天气系统影响下,长江三角洲大范围区域污染物浓度变化基本一致,在没有大的区域输送的静稳天气下,各站点离子浓度容易受局地源影响,徐州站受燃煤影响,南京站受化学工业源影响为主,2个站点以SO42-为主,东山站三面环湖,Cl-在静稳天气有大幅上升,达到了6.12μg/m3,寿县站受当地农业活动氨排放影响,NH4+有大幅上升,达到了25.09μg/m3.4个站点PM2.5和水溶性离子质量浓度随时间的变化趋势一致.弱高压的均压场形势下,并伴随有逆温层出现时有利于污染物的累积.主成分分析发现4个站点二次转化对PM2.5有着最大的贡献率,4个站点贡献率分别为39.83%、42.27%、50.56%和38.40%.
针对目前在线监测仪器无法监测Al、Si标识组分可能增加源解析结果不确定性的问题,基于正交矩阵因子分解法模型和实测源成分谱反演Al、Si受体数据,提出缺失组分反演-嵌套PMF算法.设置周期性和非周期性模拟实验,利用PMF模型对缺失Al、Si受体数据、含反演Al、Si受体数据和含Al、Si受体数据分别进行源解析评估,并将源解析结果与真实值进行对比分析,验证缺失组分反演-嵌套PMF算法的可靠性.研究结果表明对于周期性扰动模拟实验,缺失Al、Si对解析土壤源、机动车、燃煤源有较大的影响,反演Al、Si能优化源解析结果,降低源解析结果的不确定性.
选择内蒙古河套灌区强度盐碱土壤S1[电导率(EC)2.60dS/m]和轻度盐碱土壤S2[电导率(EC) 0.74dS/m]为研究对象,2014~2016年,利用静态箱法3年野外原位观测试验,研究盐碱土壤氧化亚氮(N2O)排放通量.结果表明:2种不同盐碱程度土壤N2O排放每年均存在显著差异,轻度盐碱土壤N2O累积排放量低;随EC升高,土壤盐碱程度加重,土壤N2O累积排放量升高.2014~2016年作物生长季(4~11月)轻度盐碱土壤N2O累积排放量分别为180.6,167.6,118.2mg/m2;强度盐碱土壤N2O累积排放量比轻度盐碱土壤分别增加19%、26%和45%,修复盐碱土壤成为减缓盐碱土壤N2O累积排放的重要农艺措施.
以元素硫的地球化学循环为指导,系统研究硫酸盐还原菌(SRB)生化代谢产物还原性硫化物与亚硫酸根的反应过程机理及产物形态.结果表明,在生化烟气脱硫及硫回收反应体系中,pH=(4.04±0.10)、ORP=(-134±17mV)时硫磺产量最大,硫磺产率大于40%;SO2(aq)-S2-(aq)体系证明pH=(3.99±0.21)、ORP=(-159±40)mV、SO32-/ΣS2-物质的量比约1:1时为产硫磺最佳条件区间;S2O32-与S2-的产硫磺反应为副反应,有利于硫磺的产生;近中性条件下硫磺的消耗归因于产多硫化物和连多硫酸盐反应的进行;SO2(aq)-S2-(aq)体系和生化体系的固体产物表征分析为球状高纯斜方硫,生化体系产生的硫磺被胞外多聚物粘附裹挟.
研究了2016和2017年传统灌溉(沟灌)和节水灌溉(喷灌)方式氨(NH3)挥发的季节年际动态变化特征及其影响因素.采用通气法进行原位监测,分析了土壤温度、体积含水量、铵态氮(NH4+-N)、硝态氮(NO3--N)以及气温降水等因素对NH3挥发的影响.结果表明,NH3挥发速率的峰值出现在施用氮肥后1~2周,喷灌有效降低NH3挥发峰值,喷灌和沟灌的NH3挥发速率峰值在2016年分别为2.67kg/(hm2·d)和11.11kg/(hm2·d),2017年分别为2.42kg/(hm2·d)和11.73kg/(hm2·d);马铃薯生长季NH3挥发存在明显的季节变化,挥发高峰主要发生在7~8月,追肥期高于基肥期.2016~2017年农田土壤NH3累积挥发量均表现为喷灌<沟灌,与沟灌相比,喷灌分别减少58.15%和43.55%.NH3挥发速率与土壤温度呈显著正相关(P<0.05),与体积含水量、NH4+-N、NO3--N浓度呈极显著正相关(P<0.01).
NH3针对传统近地面NO2浓度空间模拟过程中NO2浓度与其影响要素之间关系的复杂非线性机制解释不充分的缺陷,本研究基于随机森林(RF)算法、融合多源地理要素开展了近地面NO2浓度空间分布模拟研究.以卫星OMI对流层NO2柱浓度数据和多源地理要素(道路交通、气象因子、土地利用/覆盖、地形高程、人口数量)为输入变量,近地面NO2浓度为输出变量,利用RF算法构建近地面NO2浓度反演模型.通过对比地面观测数据与传统土地利用回归模型(LUR)检验RF模型的有效性,基于所构建的最优RF模型在不同时间尺度下模拟分析中国大陆地区近地面NO2浓度空间分布特征.结果表明:(1)集成多源地理要素的RF回归模型精度高,月均模型整体拟合度R2 0.85,RMSE 6.08μg/m3,交叉验证的R2 0.84,RMSE 6.33μg/m3,显著高于LUR模型(拟合R2 0.53,RMSE 10.48μg/m3,交叉验证的R2 0.53,RMSE 10.49μg/m3); (2)地面NO2浓度与预测变量呈现显著的复杂非线性与时间尺度依赖关系,卫星OMI柱浓度对模型影响程度最大,重要性指标IncMSE介于97.40%~116.54%,多源地理特征变量对RF模型同样具有不可忽视的贡献力(IncMSE在23.34%~47.53%之间);(3)中国大陆地区NO2污染程度较高,年均模拟浓度为24.67μg/m3,存在明显季节性空间差异,NO2浓度冬季(31.85μg/m3) > 秋季(24.86μg/m3) > 春季(23.24μg/m3) > 夏季(18.75μg/m3),呈现以华北平原为高值中心、向外围逐渐减轻的空间分布格局.较已有研究揭示对流层NO2柱浓度宏观分布特征,本研究对近地面NO2污染特征的研究成果对于合理制定污染防控策略、降低居民暴露健康损害具有指导意义.
利用人口统计、分布数据及能源消费统计资料,对中国1980~2015年人为热通量(Qa)的时空变化进行了研究,并将其与地表净太阳辐射(Rn)进行了对比分析,以探讨人为热对不同尺度地表能量平衡的影响.结果表明,在研究时段内,全国平均Qa呈显著升高趋势(0.11W/m2/10a,P<0.001),从1980年的0.07W/m2上升到2015年的0.45W/m2,已经约相当于全球工业革命以来CO2排放引起辐射强迫(1.68W/m2)的27%;其中Qa高值区(≥ 1.00W/m2)已由1990年的点状分布变为2015年的面状分布,占到全国面积的10%;全国平均Rn的趋势率(0.18W/m2/10a)略大于Qa,但未通过显著性检验(P=0.381).对于参与计算的31个省会城市,2015年市区Qa平均值在1~32W/m2之间,平均达17W/m2,相当于Rn平均值(147W/m2)的12%;在栅格尺度上(0.5min×0.5min),除拉萨外,其余城市的Qa像元最大值均超过了120W/m2,已经导致局地的热平衡发生了本质变化.研究认为,人为热释放因素不但需要在城市气候模拟研究中给予更多考虑,而且在全球和区域气候模拟与评价中以及制定气候变化应对策略时也有必要给予充分考虑,以促进全面认识并减缓气温升高.
为定量、直观地反映空管运行指挥对飞机温室效应的影响,首先基于快速存取记录器(QAR)记录数据建立飞行参数与飞行轨迹的BP神经网络匹配模型;然后基于QAR数据对模型进行验证;之后建立了温室效应表征参数计算模型;最后根据雷达模拟机上的飞行航迹试验数据,估算出污染物排放量和总温变潜势大小,并对不同管制员的指挥差异性进行对比分析.结果表明,利用油耗估算模型计算得到的燃油流量估算值和QAR记录的真实值之间的相对误差不超过2%,运用油耗指标与温室效应指标评估管制员水平结果不同.研究结果可以用于定量分析空管运行对温室效应的影响.
以实际低C/N生活污水为研究对象,依次分别采用A2O工艺和A2O+BCO(生物接触氧化)工艺考察系统的脱氮除磷性能.试验在进水负荷和运行参数基本维持不变的情况下运行134d.结果表明,相对于A2O系统,A2O+BCO系统由于采用双污泥工艺,硝化菌和聚磷菌(PAOs)污泥龄分离,同时反硝化除磷"一碳两用",碳源利用率更高,TN和TP去除率分别提高了18%和28%.其次FISH试验表明,在稳定运行的A2O+BCO工艺中,PAOs比例为22%,远远超过A2O中7%的比例,从微生物角度证明了脱氮除磷效果好的原因.
对UV/Cl高级氧化工艺降解水中广谱抗菌剂三氯生(TCS)进行研究,对比单一UV、单一Cl和UV/Cl工艺对TCS的去除效果.考察UV光强、余氯初始浓度、溶液pH值和氨氮浓度等因素对反应的影响,探究TCS在UV/Cl工艺中的降解机理,评估其生态风险.结果表明,与单一UV、单一Cl相比,TCS在UV/Cl工艺中降解效果较好,反应符合准一级反应动力学,降解速率常数随UV光强、余氯初始浓度增大而增大,随NH4+-N浓度的增加而减小.基于HRMS Q-TOF解析出17种中间产物,提出了降解反应路径.发光细菌毒性分析和ECOSAR预测均表明,TCS在UV/Cl工艺中产生毒性较高的中间产物,随着反应的进行,产生了毒性较低的中间产物,生态环境风险得以减少.
从群体感应角度考察基质冲击对ANAMMOX颗粒特性的影响,以期为提高ANAMMOX颗粒抗基质冲击能力提供理论指导与借鉴.结果表明,24h 1500mg/L总氮冲击刺激颗粒AHLs释放量由4.3大幅增加至10.0,同时颗粒结合性胞外聚合物(B-EPS)过量释放(增加了107.3mg/g VSS),导致颗粒沉降性能下降(密度和沉速分别降低了53%和33%).但基质浓度恢复至稳定期水平后,AHLs释放量逐渐恢复至稳定期水平,同时B-EPS产量和颗粒性状也逐渐恢复至稳定期水平,推测基质冲击导致AHLs释放量的变化进而引起B-EPS产量的变化.批次试验结果进一步证实了基质浓度显著影响AHLs释放量,B-EPS产量与AHLs释放量密切相关.总氮浓度为1000mg/L时,AHLs释放量高达11.7,导致B-EPS中的松散结合性EPS(LB-EPS)相比总氮浓度为200mg/L时增加了69mg/g VSS,颗粒沉降性能下降.然而紧密结合性EPS(TB-EPS)含量不受基质浓度影响,认为LB-EPS是决定颗粒沉降能力的关键因素.低浓度抑制剂可有效抑制高基质浓度引起的AHLs过量释放,使LB-EPS产量降低36%,颗粒沉降性能和活性得以提高.
分别用生物沥浸法(BC)、Fenton法和石灰/三氯化铁/PAM法(石灰法)对同一批城市污泥进行调理,并以常规PAM法(CC)为对照,探究不同调理后污泥的理化性质及其脱水性能的变化差异,并用流式细胞仪测定污泥中细胞裂解情况,以分析其机理.结果表明,BC法、Fenton法和石灰法均能大幅提高城市污泥脱水性能,表现在污泥过滤比阻(SRF)值仅为常规处理的0.43%~6.12%,尤其以石灰法处理脱水性能最佳.但BC法脱水泥饼中的有机质和养分能得到最大程度的保留,有机质(56.9%)、总氮(4.66%)、速效氮(0.47%)、矿化氮(1.80%)和总磷(1.60%)含量均远高于石灰法处理,而且污泥中重金属能被部分去除(Cr、Mn、Ni、Zn溶出率分别为18.7%、50.0%、48.7%和72.9%),该处理的污泥最具资源化潜力.而石灰法脱水泥饼由于大量脱水剂添加导致有机质(49.5%)、总氮(3.55%)和总磷(1.20%)含量明显下降,且泥饼呈强碱性(pH值接近11).脱水滤液中的sCOD(645mg/L)和TP(4.62mg/L)也显著高于其他处理.流式细胞仪测定结果显示,BC法、Fenton法和石灰法均能导致污泥微生物凋亡,活细胞数量由原始的86%降至75%左右,特别是石灰法对污泥中细胞的破解效果最为彻底,从而释放出更多内部水和胞内物质,这可能是引起其有机质和养分大量损失至脱水滤液中的原因之一.与Fenton法和石灰法调理相比,生物沥浸法既具有能大幅提高污泥脱水性能,脱水滤液水质相对较好的优点,又具有泥饼有机质和氮磷养分高,重金属含量低的优点.
基于X射线荧光光谱法确定的4种ZSM5分子筛硅铝比,分析了不同硅铝比分子筛吸附氨氮性能的差异,结合扫描电镜、X射线衍射分析结果,从分子筛的骨架组成、表面形貌和晶体结构角度,考察了硅铝比对分子筛吸附氨氮性能的影响机制;并探讨了分子筛骨架脱硅对其吸附性能的改善作用,为分子筛应用于污水厂尾水深度脱氮提供技术参考.结果表明,不同硅铝比分子筛的表面形貌、晶体结构与吸附氨氮性能具有显著差异:随着分子筛硅铝比增加,其结晶度下降、晶粒形态逐渐模糊、吸附容量降低;当实际硅铝比由35增大至237时,氨氮平衡吸附量由5.65mg/g降至0.41mg/g,由Langmuir吸附等温式确定的饱和吸附量由6.5963mg/g下降至0.4430mg/g.分子筛吸附过程符合准二级动力学模型,吸附速率受离子交换化学吸附作用机理控制,随着硅铝比升高分子筛的离子交换容量下降,其吸附速率降低.分子筛骨架脱硅能够显著改善其氨氮吸附性能,硅铝比为35的分子筛经碱蚀脱硅处理后,其氨氮平衡吸附量提高81.6%,该方法为改善分子筛吸附性能提供了一种有效的技术途径.
以实际规模A2O-MBR污水厂为研究对象,主要考察好氧池生物泡沫现象及其基本特征(质/量特征和生物特征),探究引发生物泡沫的潜在原因,并分析生物泡沫对污染物去除效果及膜污染的影响.结果表明试验期间,好氧池生物泡沫现象日趋严重,泡沫质/量特征值(泡沫量-Scum index,SI*和泡沫潜能/稳定性-Foam power,FP)随运行时间延长呈上升趋势,且SI*和FP与总胞外聚合物(extracellular polymeric substance,EPS)和结合型EPS浓度显著相关.生物泡沫中丝状菌丰度、微生物活性均高于污泥混合液.经分析生物泡沫的产生及稳定可能是由EPS作用和丝状菌(主要是微丝菌和0092型菌)作用引起的.生物泡沫持续存在期间,A2O-MBR系统对污染物去除效果(COD、NH4+-N、TN、TP和浊度)稳定,并未受到负面影响.泡沫对膜污染具有一定的影响.
利用廉价的农业废弃物稻草秸秆,通过磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)活化制备得到秸秆生物炭(SBC),通过扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析(BET)、红外光谱(FTIR)等手段对其进行表征.研究了SBC对双氯芬酸钠(DCF)的吸附去除,并探讨了吸附时间、SBC投加量、pH值、阴离子浓度对吸附过程的影响.结果表明,当SBC投加量为0.3g/L时,DCF浓度为0.05mmol/L,60min后吸附量达到平衡;pH值范围在5.00~9.00时,SBC对DCF的吸附量去除率随着pH值的增加而减少;Cl-、SO42-和HCO3-对吸附过程的影响不大.拟合结果表明,SBC对DCF的吸附过程更符合准二级动力学模型和Freundlich吸附等温线.经Langmuir等温线模型计算理论最大吸附量为277.78mg/g(pH=7.00,T=20℃).热力学参数表明SBC对DCF的吸附是自发吸热过程.同活性炭和碳纳米管相比,SBC对DCF的吸附效果更好.
为了研究泡沫在地层多孔介质中的微观渗流行为、去除污染物的过程和机理,以及纳米SiO2颗粒对泡沫稳定性能的影响,制作了真实砂岩微观模型并利用硬脂酸钠对纳米SiO2颗粒进行了改性以稳定泡沫.结果表明,泡沫在多孔介质中的生成、破灭和运移是同时发生的,其生成方式与注入气流速度有关,破灭与气体扩散有关,运移则是以大部分被孔道所捕集而少部分以气泡链的形式进行;泡沫去除污染物硝基苯的方式包括乳化增溶、剥离携带和封堵作用,其中封堵作用是主要方式;疏水改性的纳米SiO2颗粒对泡沫的稳定性有极大的提升,添加的纳米颗粒浓度越大,稳定性越强;纳米SiO2颗粒稳定的泡沫在模拟中迁移时仍具有较强的稳定性,随着泡沫注入体积的增大,注入压力及阻力因子增大,封堵效应增强.
选用地下环境中普遍存在的四氯乙烯(PCE)为典型DNAPLs污染物,建立二维砂箱模型,研究一种人为引入表面活性剂Tween 80对粗砂介质中DNAPLs迁移和分布的影响.测定了含不同浓度Tween 80水溶液/石英砂/PCE三相体系下的液/液界面张力及PCE在石英介质表面的接触角,结果表明PCE在石英砂表面的接触角随着Tween 80浓度的增大而增大,PCE/水的界面张力随着Tween 80浓度的增大而减小,Tween 80浓度在CMC值附近时变化急剧.随后的二维砂箱实验定量描述地下水中表面活性剂Tween 80对PCE的迁移和最终形态的影响.由于Tween 80可以使石英砂介质由水相润湿转变为中间润湿或油相润湿态,相应地在20~30目的粗砂均质介质中Tween 80对DNAPLs迁移存在明显影响.背景溶液中表面活性剂的存在使得DNAPL的垂直运移速度减小,垂向迁移距离减小,最终使得被截留在运移路径上的残留PCE增加.和纯水流情况下相比,地下水中含有表面活性物剂Tween 80时,使得DNPAL污染羽向水流方向偏移减弱,污染羽展布面积与纯水情形下相比,在垂向上均明显减小,并且以较大饱和度残留的DNAPL量增加.
为了阐明生活垃圾多组分的混合对其厌氧降解产气性能的影响,通过在中温(37±1)℃下对餐厨类、纸类和园林类垃圾组分进行单独和联合厌氧降解产甲烷实验,研究接种物来源对单组分和多组分物料厌氧降解产甲烷性能的影响,应用修正的Gompertz模型拟合和分析物料产甲烷过程动力学特征,并借鉴和发展评价混合物料联合厌氧降解性能的量化指标方法.试验与模型拟合结果均表明:接种物来源对各组分及其组合的厌氧生物可降解程度无显著影响,但对其降解速率存在明显影响.此外,尽管物料的混合对试验初期物料降解产甲烷速率存在促进作用,但仅有3组分混合试验组在最终累计甲烷产率方面表现出显著的协同促进,在2种接种物条件下,相比于3组分单独降解的甲烷产率分别增长了16%和14%.
为研究实际生活垃圾卫生填埋场中渗滤液长期作用于飞灰固化体的浸出行为,分别采用pH值为5.5的醋酸-醋酸钠溶液和pH值为7.0的去离子水作为初始浸提液,建立飞灰固化体的动态浸出试验.初始浸提液pH值的差异会影响飞灰固化体的结构完整性和固化体表面晶体的生成情况,当初始浸提液为醋酸-醋酸钠溶液时,实验过程中飞灰固化体会破碎;当初始浸提液为去离子水时,飞灰固化体表面生成的CaCO3晶体可能会抑制重金属浸出.当实验进行至约120d时,2组实验浸出液的pH值和重金属浓度基本稳定,且pH值相差不大;但采用去离子水浸提时,Pb、Cr的累计浸出量明显更高,且Pb的浸出浓度(0.29mg/L)甚至一度超过填埋场入场限值,其潜在风险应受到关注.
选取重庆某地区3个页岩气田作为研究对象,研究了5个钻井平台页岩气开采过程中废水基和油基钻井岩屑中重金属、多环芳烃(PAHs)和石油烃的污染特性.结果表明,两类钻井岩屑中Ba元素平均含量明显高于其他重金属,废水基钻井岩屑的重金属以Zn、Ba、Cr、Ni、Cu、Pb为主,废油基钻井岩屑中的重金属以Ni、Cu、Zn、Pb、Ba、As、Cr为主且Ni、Cu、Zn、Pb平均含量超过《危险废物鉴别标准毒性物质含量鉴别》(GB5085.6-2007)标准限值.废水基和油基钻井岩屑中PAHs的范围分别为1.74~14.8mg/kg和302~595mg/kg,均未超过GB5085.6-2007标准限值.废油基钻井岩屑石油烃含量为112~213g/kg,远超GB5085.6-2007标准限值.同时,废水基和油基钻井岩屑中BaP超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB15618-2018)标准限值;废油基钻井岩屑中部分PAHs(BaP、BbF、BkF、DahA)浓度超过《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)中筛选值,岩屑中石油烃含量远超管制值.
基于危险废物转移联单的归纳整理以及实地调研分析,研究了重庆市废有机溶剂的产生特性.结果表明,重庆市废有机溶剂产生行业多达11种,废有机溶剂的产生量从2011年的20万t,到2015年增加到了40多万t,,年平均增长率高达29%,2016和2017年的产生量趋于稳定状态..化工行业的产生量占总产生量的99%,其次为电子行业与汽车制造行业.重庆市的废有机溶剂主要处置方式包括精蒸馏回收,危险废物焚烧炉焚烧以及水泥窑协同处置等.结合重庆市产生行业及产生种类,回收方式等特点,对重庆市废有机溶剂的管理提出了分类回收、加大回收率及小量豁免等建议.
分别于2017年3月和12月沿色季拉山318国道采集表层土和冷杉(Abies Mill.)样品,测定了多环芳烃(PAHs)的含量.表层土和冷杉叶中∑16PAHs的含量范围分别为30.21~366.94ng/g dw和39.53~236.42ng/g dw,组成以低环(2、3环)为主.通过特征单体比值法和主成分分析法分析表明,色季拉山PAHs主要来源于化石燃料和生物质的燃烧,同时也受到车辆石油泄漏和大气远距离传输的影响;通过反向气团轨迹判断,色季拉山PAHs大气传输污染主要来自于印度次大陆.色季拉山公路沿线土壤中PAHs的终生致癌风险值均低于1×10-6,说明对当地居民的致癌风险较小.
通过连续2a田间试验,研究了在Cd重度污染土壤上施用有机肥、石灰、石灰与有机肥配施1a后,第2a连续施用和不再施用改良剂对稻田土壤有效态Cd含量和水稻Cd吸收的影响.结果表明,有机肥、石灰单施及石灰与有机肥配施均能显著提高稻田土壤pH值,降低土壤中有效态Cd含量和水稻各部位Cd含量,第1a有机肥、石灰、石灰与有机肥配施处理的糙米中Cd含量较对照分别显著降低35.9%、69.2%和65.4%.与对照相比,第2a连续施用有机肥、石灰及石灰与有机肥配施处理下,稻田土壤pH值分别显著升高0.27、0.57和1.05个单位,土壤有效态Cd分别显著降低26.6%、29.7%和59.4%;糙米中Cd含量较对照分别显著降低63.1%、79.5%和83.6%,其中,第2a连续石灰与有机肥配施处理下糙米中Cd含量为0.20mg/kg,达到《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB2762-2017)中糙米限量值.第2a不再施用有机肥、石灰及石灰与有机肥配施处理的糙米中Cd含量较对照分别显著降低49.2%、69.7%和75.4%.双因素方差分析结果表明其值与连续施用改良剂的处理无显著性差异.上述结果表明,石灰与有机肥配施可有效降低污染稻田土壤中有效态Cd含量和水稻Cd含量,施加后一年内可不施或减少改良剂施用量.
通过选择性去除土壤组分的方法,探讨了三峡库区消落带落干期3种典型土壤中有机质、铁氧化物组分对磷形态和磷吸附-解吸的影响.结果发现,三峡库区消落带落干期3种典型土壤去除的有机质以易氧化组分为主,去除有机质后,土壤中各种磷形态的含量变化较小.然而,去除游离铁氧化物后,土壤中各种磷形态的含量均发生明显降低.同时,去除有机质、游离铁氧化物组分后并未改变土壤中各种磷形态的相对大小顺序,均为:钙结合磷(Ca-P) > 有机磷(OP) > 铁/铝结合磷(Fe/Al-P).此外,黄壤(FJ)、紫色潮土(KX)和灰棕紫泥(FL)去除有机质后对磷的吸附能力较原始土壤仅分别降低0.5%、2.3%、6.5%(P=0.017<0.05,显著性差异),表明3种土壤中有机质组分对磷吸附的影响较小;而去除游离铁氧化物后对磷的吸附能力分别降低45.6%、51.7%、43.9%(P=0.004<0.05,显著性差异),表明土壤中游离铁氧化物组分是决定磷吸附大小的重要因素.另外,3种土壤去除游离铁氧化物后较原始土壤吸附磷的解吸能力明显增加,表明游离铁氧化物组分是控制3种土壤吸附磷的解吸的重要因素.FL土壤去除有机质组分后较原始土壤吸附磷的解吸能力略有降低,而KX和FJ土壤去除有机质组分后较原始土壤吸附磷的解吸能力无明显差异,表明有机质组分对土壤吸附磷的解吸的影响与土壤类型有关.
以三峡库区消落带落干期土壤为研究对象,采用室内模拟培养的方法,探讨了大气氮沉降通量及其组成对土壤呼吸的影响.结果表明,土壤呼吸速率对氮添加的响应为短期效应.1倍当前大气氮沉降添加下,无机氮和有机氮对土壤累积CO2释放分别表现为无影响和抑制作用.除NH4+-N在2倍氮沉降添加下表现为抑制作用外,2、3倍氮沉降添加均促进了土壤累积CO2释放.与硝态氮相比,2、3倍氮沉降添加的铵态氮对土壤累积CO2释放具有抑制作用.
采用菌糠协同高效石油烃降解菌Microbacterium.sp.Q2进行石油污染土壤修复试验研究,分别设置菌糠固定化微生物组(SIM)、菌糠-游离菌组(SMSB)、菌糠单独组(SMS)和对照组(CK)4组修复实验.考察不同处理方式下对石油污染土壤微生物数量、酶活性和石油烃降解效果的差异性并确定石油污染土壤的最佳修复方案.结果表明:不同修复方式下,SIM组的土壤呼吸强度、微生物数量及酶活性较其他组有明显提高,其对石油烃去除率分别比其他3组提高11.84%、22.15%、54.09%.土壤中脱氢酶活性以及微生物活性与石油烃降解率的相关性显著,此外菌糠固定化微生物对石油污染土壤修复具有生物强化和生物刺激协同的作用机制.
为研究不同污染情况下土壤复电阻率的时间变异特征及控制机制,设计了人工砂土和水2种不同的介质作对照,以NaCl、MnCl2和模拟海水作为污染物分别模拟海水入侵和金属离子污染场景,测量100~103Hz范围内的相位变化并观测其时变特性.结果显示,无论在纯液相介质中还是在土壤介质中,相位值都随着污染物浓度的增大而减小,随频率的增大而增大.随着污染物浓度的变化,土壤介质中的相位比水相介质中更加敏感.在土壤和水的背景环境下,通入1g/L的NaCl溶液,在1Hz条件下测量,土壤相位下降了约42%,而水相介质几乎看不出相位变化.针对固定频率进行多次测量的结果表明,水相介质中的相位值稳定而土壤介质中的相位值在中高频段(>16Hz)表现出了明显的时变特征,这种时变性也随着污染物浓度的增大而减小.在102Hz时,测得沙柱背景值的相位浮动范围在-4.05~-11.67mrad,方差达到4.8,而在水相溶液中方差仅为0.09.复电阻率法对金属离子污染土壤的反应很灵敏,有较好的指示意义,其参数变化主要与孔隙水中金属离子含量有关.但由于多相介质的相界面特征以及孔隙结构的复杂性,使得交变电流下电荷载流子在介质中的迁移极化规律混乱,造成相位波动.
运用自主设计生物质燃烧系统,测定草本燃烧排放因子,基于MODIS火点数据,运用排放因子法对内蒙古区域2000~2017年草本燃烧排放污染物时空格局进行分析.结果表明,狼尾草、芦苇、拂子茅和狗尾草CO2、CO、NOx、CxHy、PM2.5、TC、OC和EC排放因子范围为1402.6~1550.1,140.3~253.8,0.67~1.55,21.5~93.7,3.74~6.89,1.66~3.06,1.42~2.71和0.23~0.44g/kg;区域生物质密度时空分布不均匀,地上生物质密度总体呈东北向西南递减趋势.草地总燃烧生物量为8061.46kt,排放各污染物CO2、CO、NOx、CxHy、PM2.5、TC、OC和EC总量分别为:11296.13,1609.79,10.80,408.96,44.50,20.06,17.23,2.83kt;共发生49374次草地火,火面积和火点密度从东北向西南逐渐递减,月变化呈双峰分布,主峰火点(3月)显著高于次峰(9月).
以子流域为空间单元,应用生态系统服务和交易的综合评估模型(InVEST)进行土壤保持服务评估,并借助景观指数计算软件(FRAGSTATS)表征景观格局特征,综合运用空间自相关探讨土壤保持量与景观格局指数的空间关联关系,同时从景观格局角度出发,开展土壤保持量与景观格局指数的空间回归分析.结果表明:2014年土壤保持服务较高的子流域具有景观类型组成相对单一、景观各类型间非均匀分布、存在优势斑块、景观分离度低的格局特征; 2014年甘肃白龙江14个子流域表现出土壤保持服务与景观格局显著的空间相关关系,占子流域总数量的37.84%;模型对比方面,空间滞后模型(SLM)优于非空间线性模型(OLS),表明甘肃白龙江各子流域的土壤保持量在空间上具有实质性的空间依赖.景观类型多样性及其均匀程度是影响甘肃白龙江子流域土壤保持量的重要景观指标.
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