太湖流域上游河网污染物降解系数研究

污染物在河流中物理、化学和生物过程的共同作用下浓度会发生衰减,衰减的速率可用表观降解系数表示,其中,仅有生物过程引起污染物浓度衰减的速率用生物降解系数表示.为了探究太湖流域上游河网污染物的降解规律,在20个采样点开展原位实验测算了高锰酸盐指数、氨氮(NH+4-N)、总氮(TN)和总磷(TP)的表观降解系数和生物降解系数,并分析了生物降解系数占表观降解系数的比重.结果表明,太湖流域上游河网高锰酸盐指数、NH+4-N、TN和TP的表观降解系数分别为0.0216~0.1974、0.0152~0.3123、0.0080~0.7870和0.0274~0.5914 d~(-1);生物降解系数分别为0.0083~0.1264、0.0021~0.2138、0.0021~0.0905和0.0110~0.1528 d~(-1).高锰酸盐指数、NH+4-N、TN和TP生物降解系数与表观降解系数的比值分别为19.35%~91.30%、13.85%~99.12%、13.70%~97.78%和3.94%~98.39%.太湖流域上游河网不同河段的表观降解系数和生物降解系数存在较大差异.生物降解在TN和NH+4-N表观降解中发挥的作用较大,在高锰酸盐指数和TP表观降解中发挥的作用相对较小.     

氨氮对异养硝化菌Acinetobactor sp.活性影响及动力学特性分析

异养硝化菌株Acinetobactor sp.JQ1004能够在初始氨氮浓度为0~2000mg/L范围内进行生长和氮源代谢,菌株在初始氨氮浓度为2500mg/L条件下被完全抑制,无法生长.当菌株在温度为30℃,pH7.5,转速为160r/min,初始氨氮浓度分别为100,300,500,700,1000,1500,2000,2500mg/L条件下培养时,菌株的最大比生长速率分别为0.251,0.308,0.286,0.243,0.197,0.115,0.088h^-1,相应的最大比氨氮降解速率分别为1.335,1.906,1.859,1.759,1.562,1.286,0.965g/（gDCW·d）.在高浓度氨氮和游离氨的抑制作用下,菌株的比生长速率及对氨氮的比降解速率随初始氨氮浓度的增加呈先增加后降低的趋势.3种基质抑制动力学模型（Haldane,Yano,Aiba模型）均能够很好地模拟菌株随初始氨氮浓度的生长变化规律,对应地相关系数分别为0.9944,0.9983和0.9929.由Haldane模型可知,菌株在不同初始氨氮浓度（游离氨）条件下的最大氨氮比降解速率μ_max为2.604h^-1,基质亲和系数K_s为22.57mg/L,基质抑制系数K_i为1445.31mg/L.其中由K_i值远大于自养菌（硝化细菌及厌氧氨氧化菌等）的值,这表明异养硝化菌株Acinetobactor sp.JQ1004比自养菌具有更强的抗抑制能力.另外,菌株在游离氨浓度为5.436mg/L时,比生长速率达到最大值0.583h^-1.以上研究结果表明,菌株JQ1004在处理高氨氮废水中具有潜在的应用前景.     

基于临近台站气象数据的参考作物蒸散量估算方法

参考作物蒸散量（ET₀）是评估区域植被耗水进而指导水资源优化管理所需的主要参数之一,但我国大部分地区标准化气象台站稀疏、部分研究点的气象资料通常难以获取,给ET₀的计算带来了很大困难。以地处内陆旱区的内蒙古河套灌区为例,利用该区4个标准气象站1981-2006年的气象资料,讨论了研究点在没有历史气象数据且现有气象数据不完备的情况下,采用临近台站气象数据估算ET₀的可靠性。估算方法分别为估算未知气象数据的FAO56 Penman-Monteith方程（PM56）、基于临近台站气象数据校正的经验公式以及利用临近台站气象数据训练的人工神经网络模型。结果表明：（1）在完全没有气象数据的条件下,可采用临近站点的气象数据估算研究点的ET₀,平均绝对误差（MAE）为0.43~0.52 mm d^-1,均方根误差（RMSE）为0.56~0.63 mm d^-1;估算精度与台站间的距离有关,利用维度信息校正太阳辐射值可提高估算精度。（2）仅有最高和最低气温数据时,估算气象数据的PM56方程计算误差较大,且站点之间表现不稳定,人工神经网络模型的估算精度最高,MAE和RMSE分别为0.14~0.22 mm d^-1和0.17~0.29 mm d^-1;校正后的Hargreaves公式的估算效果次之,MAE和RMSE分别为0.23~0.26 mm d^-1和0.30~0.31 mm d^-1。（3）在已知温度和辐射数据时,利用临近台站气象数据训练的人工神经网络模型依然表现最好,MAE和RMSE分别为0.13~0.19 mm d^-1和0.17~0.25 mm d^-1,其他两种方法误差较大。在内陆干旱条件下,利用研究点的气温数据结合临近台站的历史气象信息可有效估算参考作物蒸散发。     

关中平原城市群夏季城市热岛特征及驱动力

以2001~2017年夏季长时间序列的MODIS地温产品及相关数据为基础,使用Mann-Kendall非参数检验与Sen’s斜率分析法揭示了关中平原城市群地表热环境的时空变化趋势,利用主成分分析法构建城市热环境指数（UTEI）来表征地区热环境的优劣,借助地理探测器对影响地表温度（LST）的主要因子进行驱动力分析.结果表明,关中平原城市群2001~2017年间夏季白天平均LST为29.3℃,夜晚为18.3℃,白天和夜晚LST的变化率分别为-0.053和0.026℃/a,白天的降温幅度略高于夜间的增温幅度.地表热岛强度（SUHII）在17a间呈上升趋势,白天的增长速率大于夜间,老城区的SUHII大于新建城区.UTEI与LST之间存在显著的负相关,白天（P<0.05,R²=0.850）和夜晚（P<0.05,R²=0.624）都表现为二次曲线关系.因子探测分析表明,地表干度指数（NDBSI）、高程（DEM）与增强植被指数（EVI）是白天LST空间分异的主控因子（q>0.6）,夜晚LST受夜间灯光、DEM与气溶胶光学厚度（AOD）的影响更大（q>0.4）.交互探测结果显示,DEM与NDBSI之间的交互效果在白天最好,DEM与夜间灯光之间的交互作用在夜间最大,任意双因子之间的交互作用优于单一因子的作用效果.本研究对于加强关中平原城市群地表热环境的监测与评价具有重要指导意义.     

2013~2019年上海早晨接地逆温指标与PM2.5定量关系研究

利用2013~2019年上海宝山观象台08：00时高分辨率气象探空资料识别SBI并计算其3个指标（垂直温差、厚度、强度）,发现在易污染月份（11月、12月、1月、2月）上海早晨SBI的发生频次为35.7%,垂直温差、厚度、强度分别为3.7℃、118m、3.6℃/100m.2013~2019年出现接地逆温的频次有所下降,但其3个指标均没有显著的年变化趋势.当出现接地逆温（SBI）时,2019年易污染月份早晨的PM_2.5浓度高达61.9µg/m³,较无逆温（NTI）时偏高了79%,表明SBI是促发早晨PM_2.5污染的重要气象条件之一.SBI的大气动力热力条件呈现水平风速降低（69%）、边界层通风能力下降（18%~44%）、垂直层结稳定（Ri>0.25）和低温（降低42%）、高湿（上升10%）的特点,非常有利于PM_2.5的局地累积和二次非均相生成,使得2013~2019年早晨的PM_2.5浓度较NTI时偏高了20%~107%.PM_2.5浓度与SBI的垂直温差、厚度都显著正相关,分别拟合为二次非线性关系（P<0.05）,然而与强度的相关性不显著.当接地逆温的垂直温差大于4.6℃、或者厚度大于100m,PM_2.5浓度超过100µg/m³,可作为判别PM_2.5重污染天气的参考阈值.     

1961~2019年黄河流域大气自净能力指数变化特征分析

利用2015~2019年环境空气质量监测数据和黄河流域73个站点1961~2019年的气象观测资料,对11个站点的大气自净能力指数的适用性及其与环境空气质量之间的关联性进行了验证,并分析了黄河流域大气自净能力指数的时空变化特征及影响因子.结果表明,1961~2019年黄河流域大气自净能力指数整体呈下降趋势,下降速率为每10a下降0.18t/（d×km²）,平均值为4.44t/（d×km²）,且在1969年达到最大值,为5.32t/（d×km²）,2011年达到最小值,为3.81t/（d×km²）;黄河流域73个站点中有64个站点大气自净能力指数呈下降趋势,50个站点呈显著和极显著下降趋势.从年内变化看出,黄河流域大气自净能力指数最高值出现在4月,为5.30t/（d×km²）,最低值出现在1月,为3.48t/（d×km²）.在年空间分布上,黄河流域大气自净能力指数分布以青海西南部,山东、四川大部分地区,内蒙古、宁夏以及甘肃少部分地区,陕西西安,山西的五寨和右玉等大气自净能力较好,大气自净能力指数在4.69~7.18t/（d×km²）,其余地区大气自净能力相对较差.影响因子中,混合层高度与大气自净能力指数呈极显著正相关,相关系数为0.63（n=4307）;小风日数与大气自净能力指数呈极显著负相关,相关系数为-0.78（n=4307）,日平均风速³2.5m/s的日数及日平均风速³5.5m/s的日数与大气自净能力指数均呈极显著正相关,相关系数分别为0.78和0.55（n=4307）;降水日数与大气自净能力指数呈极显著正相关,相关系数为0.18（n=4307）,中雨及以上日数与大气自净能力指数呈显著正相关,相关系数为0.03（n=4307）,黄河流域小雨对大气自净能力的影响明显高于中雨.逐步回归分析显示,大气自净能力指数主要受日平均风速³2.5m/s的日数、降水日数和混合层高度的综合影响,其中,日平均风速³2.5m/s的日数对大气自净能力指数的贡献率最大,其贡献为正.     

浏阳河长沙段CODMn、NH3-N和TP综合降解系数研究

采用现场水团追踪法,研究了浏阳河长沙段COD_Mn、NH₃-N和TP的综合降解系数与河段水流流速之间的相关关系,并通过河段历史水文和水质监测数据对所建立的相关方程进行了验证.结果表明,浏阳河长沙段COD_Mn、NH₃-N和TP的综合降解系数与流速之间呈明显的线性相关关系,相关方程形式分别为K（COD_Mn）=0.037+0.635v、K（NH₃-N）=0.059+0.315v和K（TP）=0.004+0.140v.所建立的线性相关方程对研究河段COD_Mn、NH₃-N和TP浓度预测结果的决定系数均大于0.90、相对均方根误差均小于0.10.受风浪作用、紊动水流和弯道环流的影响,当流速小于0.35m/s时,顺直河段的污染物综合降解系数均大于弯曲河段的污染物综合降解系数;当流速大于0.46m/s时,弯曲河段污染物综合降解系数均大于顺直河段的污染物综合降解系数.研究成果对浏阳河长沙段水质管理与水环境保护具有重要的参考价值.     

超高温预处理对猪粪堆肥过程碳氮素转化与损失的影响

以猪粪、砻糠为原料,利用自行设计的超高温预处理装置,开展了为期56d的模拟堆肥试验,比较了超高温预处理好氧堆肥（HPC）和常规高温好氧堆肥（CK）过程中碳、氮素转化及损失.结果表明,CK有机质最大降解度（42.58%）比HPC堆体（49.29%）小,但降解速率常数（0.1d^-1）高于HPC（0.07d^-1）,两种堆肥工艺碳素降解率差异不显著.HPC堆体NH₄⁺-N、TN质量分数平均比CK高143.9%、11.2%,而NO₃^--N质量分数则比CK低58.8%.HPC堆肥后期胡敏酸含量及腐殖质聚合程度分别比CK高45.2%~56.8%、59.1%~65.3%.在预处理阶段以及后续堆肥阶段,HPC、CK有机碳损失率分别为48%、51%,氮损失率分别为18%、27%.说明超高温预处理不仅有利于堆肥过程的保氮,而且促进富里酸向胡敏酸的转化,提高了堆肥产品腐殖化水平.     

鸡粪中高温厌氧甲烷发酵产气潜能与动力学特性

采用富含氮素的鸡粪为原料,包括原料鸡粪、鸡粪固相部分和鸡粪液相部分,选取以鸡粪为原料连续稳定运行超过90d的中高温厌氧反应器新鲜出料为接种污泥,在中温（35℃）和高温（55℃）条件下开展动力学和产甲烷潜能试验.采用Gompertz模型、一级动力学模型和两阶段模型对鸡粪中高温累积产甲烷量进行拟合.结果表明,鸡粪中高温甲烷发酵均呈现明显的快速产气期和慢速产气期两阶段特征,快速产气期的动力学常数K₁分别为0.4174和0.2104d^-1,快速产气分别在4.5和6.5d结束,快速产气量占到总产气量的69%和58%.原料鸡粪和液相部分的中温发酵动力学常数（K₁）分别为0.4177和0.2330d^-1,均高于高温的0.1721,0.2214d^-1,发酵产气速率较快.鸡粪固相部分中温发酵的动力学常数为0.1960d^-1,低于液相中温发酵的0.2330d^-1和固相高温的0.2310d^-1,中温条件下,水解过程是限制鸡粪甲烷发酵速率的主要因素之一.鸡粪固体和鸡粪液体高温发酵的动力学常数K分别为0.2310,0.22214d^-1,鸡粪固体发酵产甲烷的速率快于液相部分,水解过程不是限制鸡粪高温发酵产甲烷速率的最主要因素.产甲烷潜能试验表明鸡粪在中温和高温下产甲烷潜能分别为212,177mL/gTS.因此,仅从发酵效率的角度考虑,鸡粪中温发酵比高温发酵的产甲烷潜能更高,产甲烷速率更快.     

包埋固定化硝化污泥处理氨氮废水的过程特性

采用聚乙烯醇（PVA）包埋硝化效能良好的活性污泥制备固定化颗粒,针对不同初始氨氮浓度的模拟废水,基于序批式间歇反应器小试实验,探讨了包埋颗粒的传质效能与氮去除过程特性.实验结果表明：颗粒体积投加率为10%,实验水温为26~30℃,pH值为7.5~8.5,反应器DO浓度为4~5mg/L的条件下,各初始氨氮浓度（50~400mg/L）稳定期包埋颗粒最大氨氮去除负荷为61.8~242.3mgN/（L-particles·h）.包埋颗粒对氨氮的去除较符合零级反应动力学模型,其最大氨氧化速率（μ_max）为271.40mgN/（L-particles·h）,半饱和常数K_s为66.69mg/L,包埋颗粒内氨和氧的有效扩散系数（D_e）分别为0.467×10^-9m²/s、0.279×10^-9m²/s.SEM观察和比表面积测试结果表明,与新鲜颗粒相比,稳定期颗粒内部的比表面积和平均孔径增加.包埋颗粒,活性污泥,包埋颗粒与活性污泥混合3种体系对比实验表明,各初始氨氮浓度条件下混合体系可显著强化生物硝化与脱氮过程,并发生同时硝化反硝化现象.     

生物滤池同步净化低温高铁锰氨氮地下水

为实现低温（5~6℃）高铁锰氨氮[TFe：9~15mg/L,Fe²⁺：6~12mg/L,Mn²⁺：0.8~1.2mg/L,NH₃-N：0.9~1.4mg/L]地下水的生物同步净化,以水厂实地滤柱进行实验.结果表明,在该种水质下,以1.0,3.0m/h滤速启动生物滤柱,分别历经128,91d启动成功.铁和氨氮自启动之初出水即合格,锰的去除仍然是滤池成熟的决定性因素.溶解氧（DO）充足条件下,净化所需滤层厚度随氨氮浓度的升高而加厚,氨氮极限去除浓度为1.60mg/L.进水DO不足是限制氨氮继续提升的主要因素.滤速越大,锰的去除量越少,净化所需滤层越厚,滤柱极限运行滤速为8.0m/h.沿程分析发现,铁和锰的氧化去除存在显著分级,铁和氨氮在滤层内可同步氧化去除,锰的高效氧化去除区间相对滞后.     

太湖流域典型河流含氮物消减速率研究

采用自主研发的原位培养装置,开展了太湖流域典型河流水体含氮物消减速率及其影响因素研究.结果表明,总氮和氨氮消减速率呈现显著的空间差异性（P<0.05）,消减速率分别为（280.6±180.0）~（1458.8±725.7）mg/（m³·d）、（35.2±3.7）~（343.6±88.4）mg/（m³·d）,但硝态氮消减速率（44.3±7.6）~（521.2±19.2）mg/（m³·d））无显著的空间差异性（P>0.05）.微生物作用下氮素消减速率为95.0~733.1mg/（m³·d）,分别占含氮物总消减速率和总负荷的12.9%~50.3%和2.0%~13.4%,非微生物作用下氮素消减速率为180.0~996.7mg/（m³·d）,占含氮物总消减速率和总负荷的49.8%~87.0%和7.4%~25.7%,说明污染物进入水体,短期内微生物作用对含氮物消减速率的贡献较低.氮素消减速率与TN、NO₃^-、SS均呈线性相关关系（P<0.05）,说明TN、NO₃^-、SS在一定程度上是氮素消减作用的影响因素.     

平原河网典型污染物生物降解系数的研究

生物降解是污染物综合降解的重要组成部分,生物降解过程的快慢用生物降解系数表示.为探明太湖上游平原河网典型污染物的生物降解规律,于2015年9月进行原位实验,采用一级反应动力学模型对高锰酸盐指数、氨氮(NH~+_4-N)、总氮(TN)和总磷(TP)的生物降解系数进行测算,并分析了生物降解系数的影响因素.结果表明,高锰酸盐指数、NH~+_4-N、TN和TP的生物降解系数分别为:0.008 3~0.126 4、0.002 1~0.213 8、0.002 1~0.090 5和0.011 0~0.152 8 d~(-1);高锰酸盐指数生物降解系数的主要影响因素为高锰酸盐指数和p H;NH~+_4-N生物降解系数的主要影响因素为NH~+_4-N浓度和p H;TN生物降解系数的主要影响因素为无机氮浓度、总溶解固体浓度和亚硝态氮浓度;TP生物降解系数的主要影响因素为TP浓度和p H.研究结果对太湖上游平原河网的污染物去除与生态恢复具有重要指导意义.     

喷灌和沟灌方式对农田土壤NH3挥发的影响

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）.     

低温投加短程硝化污泥下城市污水SPN/A工艺运行特性

以城市污水为研究对象,考察低温条件下通过生物添加强化氨氧化菌（AOB）活性,并进一步提高短程硝化-厌氧氨氧化一体化（SPN/A）工艺脱氮效果的可行性.平行运行2个序批式反应器（SBR） SBR1与SBR²,在间歇曝气条件下运行,控制温度由30℃梯度下降至15℃（30,27,24,21,18,15℃）,随后逐步回升至30℃.在降温与升温过程中,向SBR²中定期投加短程硝化污泥强化AOB活性,SBR1作为空白试验不进行投加.结果表明,30℃时SBR1与SBR²在不外加短程硝化污泥的条件下均可成功启动并稳定运行,脱氮效果均良好;温度降至15℃时,SBR1与SBR²出水NH₄⁺-N分别为36.38,33.10mg/L,总氮去除率分别为30.72%与35.76%,2个反应器脱氮效果均变差,SBR²较SBR1抗低温能力较强;梯度升温至30℃时,SBR1与SBR²总氮去除率分别升至52.43%与63.60%.通过考察SBR1与SBR²菌群活性可知,2个反应器的菌群活性均随着温度降低而降低,但SBR²的AOB丰度活性均高于SBR1;温度回升阶段,2个反应器的菌群活性有所升高,其中SBR²亚硝酸盐氧化细菌（NOB）活性受到抑制持续降低,推测这是因为SBR²中的AOB活性得到强化后,产生更多的亚硝酸盐,厌氧氨氧化菌（Anammox）可获得基质增多,造成Anammox活性丰度较高,所以SBR²脱氮效果相对较好.因此,在低温条件下通过生物添加强化SPN/A系统中AOB活性,可提高系统抗温度冲击能力,利于系统脱氮效果的恢复.     

rGO@nZVI-BC修饰的PRB增强糖皮质激素还原转化性能研究

为制备环境功能材料rGO@nZVI-BC,以此材料构建可渗透反应墙(PRB)实现对地下水中含氟糖皮质激素(FGCs)的有效阻控.结果表明,阻控过程可用改进Yoon-Nelson模型描述,在rGO@nZVI-BC和土壤系统中吸附速率和生物降解速率常数分别为0.485和0.035d^-1、0.233和0.029d^-1.提升阻控效能的主要机理是强化吸附和生物降解功能.其中运行初期以吸附作用占主导,贡献比为76.12%左右.生物强化机制主要为nZVI为GCs还原提供了电子供体,从而增强了还原脱氟功能,该部分贡献比约为87.06%,并伴随着脱羟基、氧化侧链降解和开环等降解.此外具有还原性脱卤属的功能性微生物(Xanthomonadaceae,Desulfuromonas和Sphingomonadaceae)物种丰度的增加进一步索证了功能材料rGO@nZVI-BC的效能.本研究为地下水中GCs的污染阻控提供了一种有效的方法.     

农业源头流域景观异质性与溪流水质耦合关系

以丹江口库区胡家山流域为研究区域,分析了溪流枯、丰水期的水质变化特征,结合流域和河岸缓冲带景观类型及其格局,运用Spearman秩相关分析筛选了影响溪流水质的景观指数,利用逐步回归和冗余排序法定量描述景观格局与溪流水质的耦合关系.结果表明：溪流水质指标中氨氮和总磷浓度时空变化较大,其标准变异系数范围分别为69.8%~207.6%和52.0%~146.1%.景观类型中耕地和居民地是溪流水体污染的重要来源,两者在100m河岸缓冲带尺度上对氨氮的解释程度为58.6%,高于流域尺度;景观格局指数中蔓延度、林地和居民地斑块密度、林地和居民地最大斑块指数以及林地和耕地聚集度指数等显著影响溪流水质（P<0.05）,流域尺度上各景观类型的景观指数对总氮和总磷的解释程度分别介于71.1%~81.6%和74.5%~83.8%,均高于100m河岸缓冲带尺度,其中蔓延度对总氮和总磷均有显著影响（P<0.05）.无显著因子进入高锰酸盐指数模型中,其浓度变化是各景观指数共同作用的结果.此外,景观格局季节变化也显著影响溪流水质.枯水期景观指数能够更好的解释总氮和总磷变化,而丰水期对氨氮的解释程度要好于枯水期.