纳米吸湿性串联差分迁移率分析仪的建立与性能评估

对新生态细粒子(粒径≤30 nm)的吸湿性测量是了解其物化特性,进而深入认识其生成机制及其环境与气候效应的重要手段之一.然而,目前无论是实验室研究还是外场观测都缺乏相应的仪器设备.本文基于商用纳米差分迁移率分析仪(Nano-DMA),设计搭建了一套纳米吸湿性串联差分迁移率分析仪(Nano-HTDMA),开展了系列性能测试,并结合理论模型对该系统进行了评估.对于粒径小于30 nm的纳米气溶胶颗粒的初步测试表明,该装置在室温条件下,加湿范围在相对湿度(RH)20%～90%之间可控,波动范围为±0.5%;并测量了(20±2) nm聚苯乙烯乳胶(PSL)小球在85%相对湿度条件下的吸湿增长因子(g),获得该系统的校准因子为0.007.同时,针对20 nm的硫酸铵和氯化钠气溶胶粒子的吸湿增长进行了测量,与引入形状因子χ后的理论模型进行了分析与对比;并针对不同粒径(15、20、30 nm)的硫酸铵、氯化钠的吸湿增长开展了研究,讨论了粒径对纳米颗粒物g因子、潮解点(DRH)的影响.系列测试结果都表明,不同条件下的实验研究结果与理论模型值都呈现出较好的一致性,证明了该系统的可靠性、稳定性与适用性,有望用于新生态气溶胶粒子的实验室与场地物化特性研究.     

基于粒径分化的厌氧氨氧化污泥性能与微生物多样性分析

为明确基于粒径分化的厌氧氨氧化（ANAMMOX）污泥特性与菌群演替规律,研究了高氨氮生物滤池反应体系中ANAMMOX絮体污泥形成颗粒过程中的性能变化和微生物群落结构.结果表明,粒径增加显著提高了厌氧氨氧化颗粒污泥（AnGS）比活性（SAA）和耐受性,R4（>4.75 mm）的SAA最高为426.8mg·（g·d）^-1,但也给传质带来不利影响.高通量测序结果显示,菌属间动态变化普遍存在.<4.75 mm时,粒径增加强化了菌群结构稳定性,絮体中含量较多的氨氧化细菌（AOB）被淘汰,脱氮比例逐渐稳定.R3（2.8~4.75 mm）具有最专一的菌群组成,功能菌Candidatus Kuenenia占比达到52.7%,而R4群落复杂度升高,功能菌占比下降,异养菌丰度增加,对颗粒结构产生负作用.此外,R3微生物的基因功能表达水平最佳,在基因复制修复和能量转化等方面明显优于小颗粒.最后通过样本间OTU矩阵分析了AnGS的进化过程.这些结果对AnGS系统的优化具有一定指导意义,将有助于ANAMMOX工艺的应用.     

生物柴油发动机颗粒排放物粒径及其分布试验研究

为获取燃用不同比例生物柴油的发动机排放颗粒物粒径及其分布特性,对1台增压直喷式车用柴油机进行了台架测试.用80 L/min定量泵和装有直径90 mm的玻纤滤膜采样器在排气管内采样10 min,用激光粒度仪测量与分析颗粒粒径和分布.结果表明,随着发动机转速提高,排放颗粒粒径变小且分布更集中.干法众数对应的粒径级较大（约10～12 μm）且较集中,湿法众数的较小（约4～10 μm）且分散.用干法分析,发动机低速时,B100的Sauter平均直径d₃₂最大,纯柴油最小,而B20的结果介于二者之间.而高速时B20的粒径最大,纯柴油次之,B100最小.中数粒径d(0.5)的结果也反映这一趋势.用湿法分析,除了2?000 r/min点外, B20的d₃₂最大,B100次之,柴油最小.湿法众数比干法分散,因而d₃₂也较大.     

气溶胶粒径吸湿增长与散射吸湿增长的关系

基于成都市2017年10~12月AURORA-3000积分浊度计、AE-31黑碳仪和GRIMM180环境颗粒物监测仪的地面逐时观测资料,以及该时段同时次的环境气象监测数据（大气能见度、相对湿度RH和NO₂质量浓度）,通过Mie散射理论与免疫进化算法反演气溶胶粒径吸湿增长因子Gf（RH）,并利用光学综合法测量气溶胶散射吸湿增长因子f（RH）,探究了Gf（RH）与f（RH）之间的关系.结果表明：当RH<85%,Gf（RH）和f（RH）随RH的增加均表现为平缓式增长;当RH>85%,Gf（RH）和f（RH）随RH的增加则均呈现出爆发式增长.Sigmoid函数f（RH）=17.34/（1+e^{-2.43·[Gf（RH）-2.15}]）较好地拟合了f（RH）随Gf（RH）的变化形态,其f（RH）拟合值与测量值之间的决定系数（R²）和平均相对误差（MRE）分别为0.97和4.01%.利用sigmoid函数计算Gf（RH）,模拟了观测时段内一次灰霾演化过程中气溶胶的散射系数b_sp（RH）和吸收系数b_ap,二者的模拟值与测量值基本吻合,对应的R²分别为0.99和0.98,MRE分别为2.94%和5.24%.     

低表观气速间歇曝气AGS-SBR系统处理实际生活污水

实验选用3个SBR反应器接种污水厂活性污泥,R1采用高表观气速（SGV）连续曝气,R2采用低SGV连续曝气,R3采用低SGV间歇曝气,在低碳氮比的实际生活污水中培养好氧颗粒污泥,探究不同SGV曝气条件对好氧颗粒污泥的形成及系统处理效果的影响.经过120d的培养,R1、R2和R3中颗粒粒径分别为（754±78）,（812±86）,（1183±93）μm,R3的脱氮除磷效果优于R1和R2.结果表明,应用低SGV间歇曝气策略在低碳氮比实际生活污水中培养的好氧颗粒污泥脱氮除磷性能良好,且系统中反硝化聚磷菌（DPAO）占聚磷菌（PAO）比例为24.75%.     

气溶胶粒径吸湿增长与散射吸湿增长的关系

基于成都市2017年10~12月AURORA-3000积分浊度计、AE-31黑碳仪和GRIMM180环境颗粒物监测仪的地面逐时观测资料,以及该时段同时次的环境气象监测数据（大气能见度、相对湿度RH和NO₂质量浓度）,通过Mie散射理论与免疫进化算法反演气溶胶粒径吸湿增长因子Gf（RH）,并利用光学综合法测量气溶胶散射吸湿增长因子f（RH）,探究了Gf（RH）与f（RH）之间的关系.结果表明：当RH<85%,Gf（RH）和f（RH）随RH的增加均表现为平缓式增长;当RH>85%,Gf（RH）和f（RH）随RH的增加则均呈现出爆发式增长.Sigmoid函数f（RH）=17.34/（1+e^{-2.43·[Gf（RH）-2.15}]）较好地拟合了f（RH）随Gf（RH）的变化形态,其f（RH）拟合值与测量值之间的决定系数（R²）和平均相对误差（MRE）分别为0.97和4.01%.利用sigmoid函数计算Gf（RH）,模拟了观测时段内一次灰霾演化过程中气溶胶的散射系数b_sp（RH）和吸收系数b_ap,二者的模拟值与测量值基本吻合,对应的R²分别为0.99和0.98,MRE分别为2.94%和5.24%.     

新型气浮装置ES-DAF中气泡粒径分布的表征

对EsDAF气浮装置进行了研究.该装置取消了溶气灌,在循环泵的压水管和吸水管之间装有一个射流器和一个静态混合器进行吸气和溶气.采用显微摄像系统,对该装置中气泡粒径分布进行了探讨.结果表明,当环流比由10%增加到40%时气泡平均粒径由52.9μm降低到40.9μm,当表观气水比由12%降低到4%时,气泡平均粒径由55.9μm降低到40.1μm.这说明提高溶气系统中的紊流强度能够形成更多的原始气泡核位,从而可以形成更小的气泡随着溶气压力由300kPa增加到600kPa,气泡粒径分布曲线变低变宽说明压力的升高加剧了气泡的碰撞与并聚作用.     

低温条件下好氧颗粒污泥培养及其脱氮性能研究

为研究在低温条件下好氧颗粒污泥（AGS）的形成及其脱氮性能,在序批式反应器（SBR）中15℃条件下60d内培养出了成熟的具有良好短程硝化功能的AGS,稳定运行阶段亚硝酸盐氮积累率（NAR）可以达到90%以上,扫描电镜显示AGS主要由短杆菌和球菌构成.通过批次实验研究了温度在15℃时,粒径为R1（1.0~2.0mm）、R²（2.0~3.0mm）和R3（>3.0mm）的短程硝化AGS的脱氮特性.其中R1亚硝酸盐氮积累效果最差,R²、R3相差不大,其NAR均可达到90%左右,效果较好.AGS粒径的增大会对基质的传质产生影响,这为氨化细菌（AOB）、硝化细菌（NOB）和反硝化细菌的生长提供了适宜的场所,有利于短程硝化的实现.通过微电极测定,在温度为15℃、水中溶解氧（DO）浓度为6~7mg/L时,AGS中氧气的传质深度为600~700μm.     

黏性土壤淋洗修复过程中粒径高效分级系统的研发及应用

传统淋洗技术针对黏性重金属污染土壤修复效率偏低,因此可将污染土壤进行分级减量化,以提高淋洗效率。通过研发一种土壤的高效分级系统,使得土壤颗粒实现快速筛分,以提高土壤污染淋洗修复的工作效率。该系统利用过滤分离原理,通过泵的主动加压和筛网表面的旋转,使得堆积在筛网表面的颗粒受到离心力、重力以及液体剪切力的作用,固液体系充分扰动,极大地降低土壤颗粒在筛网表面的架桥堆积现象,强化筛分过程,将土壤水溶液中的大小颗粒按目标粒径进行高效分级。通过多级粒径的实际验证（250~35μm）可知:与常规气流分离系统相比,该系统筛分速率明显提升,筛分效率和收率均可得到保证,能很好地达到土壤粒径分级的目的。此外,基于该筛分系统进行分级淋洗实验,粒径分级后需淋洗修复的土壤质量减少20%左右,并确定EDTA淋洗Pb污染土壤的最优工艺参数为淋洗液浓度为0.01~0.05 mol/L,pH=7,淋洗时间为10 h。     

高岭土负载纳米铁在含水层的运移行为及重金属污染修复效能研究

为克服重金属污染物修复过程中纳米零价铁易氧化、团聚等缺陷,本研究将其负载于高岭土表面合成负载型纳米零价铁复合材料（K-nZVI）,并利用批次试验、沉降试验及模拟柱试验研究了K-nZVI在含水层中的运移行为及其对地下水重金属污染的修复效能.结果表明,K-nZVI对Pb、Cu、Cd均有很好的去除效果,去除率随着初始浓度的增加、反应温度的升高、反应时间的延长而升高,且在弱碱性条件下修复效果最好.此外,K-nZVI在含水层中表现出较好的分散和稳定性能,运移行为可通过一维对流-弥散-沉积模型描述,其运移能力随着初始浓度的增加、砂颗粒粒径的减小、地下水流速的降低和离子浓度的升高而逐渐减弱.     

面向GF-1WFV数据的闽江下游叶绿素a反演模型研究

叶绿素a浓度是可直接遥感反演的重要水质参数之一,常用来评价水体的富营养化程度.为建立适合于闽江下游叶绿素a浓度的反演模型,利用地面采样数据,结合GF-1 WFV光谱响应函数,选用多元回归、BP神经网络和随机森林方法,构建了叶绿素a浓度反演模型;并根据验证数据与实测值之间的决定系数(R~2)、均方根误差(RMSE)和平均相对误差对模型反演结果进行了比较.结果发现,随机森林模型的R~2为0.895,RMSE为1.994 mg·m~(-3),平均相对误差为11.502%,是3种模型中最优的.为了评估模型的性能,进一步比较了WFV影像像元反射率反演的叶绿素a浓度值与相应的实测值.结果表明,随机森林模型同样具有较高的精度,其R~2为0.709,RMSE为3.540 mg·m~(-3),平均相对误差为25.616%.本研究可为闽江下游水环境的监测提供一定的理论依据和技术参考.     

辽宁阜新煤矿生态环境动态演变的预测

通过对影响煤矿生态质量16个指标因子的筛选,初步建立自然环境、生态环境及社会经济三维体系下由年开采量等7个指标组成的煤矿生态环境质量预测指标体系;根据2003年至2012年阜新煤矿生态环境指标因子环境统计数据,采用数值拟合得出埋藏深度、地面塌陷面积/开采面积、煤尘爆炸指数、矿区居民人均GDP及矿区经济贡献率5个指标因子的Quadratic模型;优化建立煤矿生态环境动态预测指标体系。应用煤矿生态环境指标因子预测模型对阜新煤矿2003年至2012年煤矿生态环境指标因子动态演变预测效果验证,验证结果表明Quadratic模型预测误差相对较小,煤尘爆炸指数指标因子的预测拟合曲线相关系数最高(R2=0.967 26)。最后应用Quadratic模型对2013年阜新煤矿矿区生态环境指标因子进行预测,并结合矿区实际给出预测模型的适用性。     

3种典型多孔高温改性固废材料对磺胺二甲嘧啶的吸附特性

以畜禽粪便、农作物秸秆和采煤废弃物这3种典型多孔固体废料为原料,用低氧控温炭化法制成牛粪炭和秸秆炭以及用煅烧后的煤矸石炭对磺胺二甲嘧啶(SMZ)进行批处理吸附实验.通过吸附动力学和等温吸附平衡研究牛粪炭、秸秆炭和煤矸石炭对SMZ的吸附特性,并结合FE-SEM、 FT-IR、 Boehm滴定、 BET及Zeta电位滴定分析表征手段探讨了其吸附机制.结果表明, 3种炭材料对SMZ的吸附在24 h时基本达到平衡. 3种炭材料对SMZ的吸附动力学均符合准二级动力学方程,R~2在0.996 8～0.999 9之间,吸附速率随着炭材料表面有效吸附位点的减少而减小.吸附过程主要由膜扩散、颗粒内扩散和平衡阶段这3个步骤组成,颗粒内扩散和膜扩散共同控制吸附速率.等温吸附数据更符合Freundlich模型,R~2在0.987 4～0.999 7之间,主要为物理吸附,是自发的放热反应. 3种炭材料的最大吸附量依次为牛粪炭(19.64 mg·g~(-1))煤矸石炭(12.06 mg·g~(-1))秸秆炭(9.16 mg·g~(-1)).SMZ在3种炭材料上的吸附机制主要有:分子间的氢键作用、多分子层的表面静电吸附作用和孔隙填充等.其中,静电吸附为主要吸附机制.牛粪炭吸附性能最佳可能是由于其具有较为丰富的含氧官能团、较多的负电荷和较大的比表面积和孔容.     

基于电化学传感器的大气NO2与O3监测研究

利用四电极电化学传感器开展大气NO₂和O₃监测研究.为解决温度和湿度对传感器响应的影响问题,提出了一种具有温湿度补偿与零点校正功能的大气NO₂和O₃测量结果校准模型,通过活性炭吸附特性获得干净的背景气体,实现传感器准确的零点校正,并利用实验系统实测数据结合多元线性回归方法获得校准模型参数.首先对传感器线性响应特性进行了测试,发现O₂和O₃的测量灵敏度分别为3.889 ppbv·mV^-1和4.107 ppbv·mV^-1.同时,在合肥西郊科学岛开展了为期2 d的大气NO₂和O₃连续观测,发现两者的浓度分别为0~30 ppbv和2~100 ppbv.最后将传感器观测结果与NO_x/O₃分析仪测量结果进行了回归分析,发现两者测得的NO₂线性拟合斜率为0.9701±0.0182,R²为0.8378,测得的O₃线性拟合斜率为0.9850±0.0101,R²为0.9431.研究表明,校准后的电化学传感器可用于大气NO₂和O₃的长期监测,可为推动大气环境监测技术发展提供新的思路.     

Emission of particulate and gaseous pollutants from household laser processing machine

Indoor air quality (IAQ) directly affects the health of occupants. Household manufacturing equipment (HME) used for hobbies or educational purposes is a new and unexplored source of air pollution. In this study, we evaluated the characteristics of particulate and gaseous pollutants produced by a household laser processing equipment (HLPE). Various target materials were tested using a commercial HLPE under various operating conditions of laser power and sheath air flow rate. The mode diameters of the emitted particles gradually decreased as laser power increased, while the particle number concentration (PNC) and particle emission rate (PER) increased. In addition, as the sheath air flow rate quadrupled from 10 to 40 L/min, the mode diameter of the emitted particles decreased by nearly 25%, but the effect on the PNC was insignificant. When the laser induced the target materials at 53 mW, the mode diameters of particles were <150 nm, and PNCs were >2.0 × 10⁴ particles/cm³. Particularly, analyses of sampled aerosols indicated that harmful substances such as sulfur and barium were present in particles emitted from leather. The carcinogenic gaseous pollutants such as acrylonitrile, acetaldehyde, 1,3-butadiene, benzene, and C₈ aromatics (ethylbenzene) were emitted from all target materials. In an actual indoor environment, the PNC of inhalable ultrafine particles (UFPs) was >5 × 10⁴ particles/cm³ during 30 min of HLPE operation. Our results suggest that more meticulous control methods are needed, including the use of less harmful target materials along with filters or adsorbents that prevent emission of pollutants.     

冷冻PN/A颗粒污泥快速活化过程中的污泥形态与菌群演化特征分析

接种颗粒污泥是快速启动高性能自养脱氮反应器的有效方法之一.为建立污泥活化与反应器效能的响应关系,在连续流反应器中接种冷冻储存的颗粒污泥,并采用高负荷和高水力选择压的调控策略,在34 d内成功启动了部分亚硝化/厌氧氨氧化(PN/A)一体化系统.反应器总氮去除率大于83％,总氮去除负荷稳定在1.67 kg·(m3·d)-1...     

亚硝氮停供及恢复供给对Anammox反应器中氮去除的影响

在Anammox-UASB反应器中研究了亚硝氮停供及恢复供给后不同进水亚硝氮/氨氮比(R_I)对Anammox系统脱氮的影响,对Anammox系统停供亚硝氮培养后的污泥微生物群落进行了分析.结果表明,Anammox反应器在长期停供亚硝氮培养后,微生物多样性增加,氨氧化菌(Nitrosomonas)和Anammox菌都大量增殖,这两种微生物通过协同作用使得部分氨氮得以去除,NH_4~+-N最大去除速率可达68.77 mg·L~(-1)·d~(-1),出水p H低于进水.反应器恢复亚硝氮供给后,脱氮效果快速恢复.Anammox反应器中存在的氨氮"超量去除"现象是由氨氧化菌作用引起的,氨氧化菌活性易受亚硝氮浓度抑制.氨氮"超量去除"量占氨氮总去除量的百分比与R_I呈负相关关系.当R_I为0.17时,氨氮"超量去除"量占氨氮总去除量的百分比高达68.83%;当R_I增加到1.30∶1后,氨氮"超量去除"现象基本消失.     

污泥厌氧发酵产酸关键影响因素的函数模型研究

本研究以城市剩余污泥预处理液作为底物,调节底物不同C/N比,测定了厌氧发酵过程中几种关键酶的酶活及发酵产物乙酸、丙酸及丁酸的浓度.同时,利用Matlab软件通过回归分析和函数拟合构建了C/N比-关键酶活-酸产量之间的多项式函数模型,发现所建立的二元三次多项式模型的拟合优度R2均大于0.9,且残差平方和较小,因此,判定二元三次多项式更适合描述C/N比-关键酶活-酸产量的数学关系.最后,建立了关键酶活、C/N比和产酸量三因素间的曲面模型,发现该模型能够很好地描述污泥厌氧发酵中C/N比条件对关键酶和产酸类型的影响,并能进一步预测C/N比所对应的酶活和产酸发酵类型,可为今后的实验研究及工程放大提供理论参考.     

利用高光谱反演模型评估太湖水体叶绿素a浓度分布

叶绿素a浓度是评价水体富营养化和初级生产力的一个重要参数,高光谱遥感是获取叶绿素a浓度的有效手段.为建立太湖水域叶绿素a的最佳高光谱估算模型,选取2015年5—7月共计60组同步实测高光谱数据和叶绿素a浓度数据,在地面光谱反射率和叶绿素a浓度相关性分析的基础上,使用2∶1的数据样本进行太湖水域叶绿素a的最佳高光谱估算模型的建立和验证,筛选模型分别为波段比值、三波段、荧光峰位置、峰谷距离、一阶微分、NDCI(Normalized Difference Chlorophyll Index)、峰面积、荧光峰高度、WCI(Water Chlorophyll-a Index)和四波段模型.结果表明,建模得到的四波段模型决定系数最高,峰面积模型的决定系数相对最低;四波段模型的反演精度最高,均方根误差(RMSE)为0.00376 mg·L~(-1),平均绝对误差(MAPE)为27.86%,而WCI模型的反演精度相对最低,RMSE为0.01231 mg·L~(-1),MAPE为45.11%.将反演精度最高的四波段模型应用于2015年8月3日的两景HSI(Hyperspectral Imaging Radiometer)高光谱影像数据,也得到较高精度,利用同步实测叶绿素a浓度验证的决定系数为0.7643,RMSE为0.00433 mg·L~(-1),MAPE为45.62%.在春、夏季叶绿素对水体光学特性占主导作用且叶绿素分布均匀的情景下,本研究可为太湖水域叶绿素a的高光谱反演和水环境监测提供有价值的参考,其它季节水体光谱特点的研究尚待进一步开展.     

基于实测光谱的杭州湾悬浮物浓度遥感反演模式

悬浮物是我国近海水质遥感监测的主要参数之一.利用ASD地物光谱仪测量杭州湾水体的反射光谱,同步采集表层水样获取悬浮物浓度,模拟水色卫星MODIS和MERIS的波段设置提取遥感反射率,基于人工神经网络分别建立2种悬浮物浓度的遥感反演模式.实测结果表明,杭州湾水体中悬浮物浓度较高,泥沙含量远远大于叶绿素浓度,平均值分别为705 mg/L和1.164 mg/m³;2个监测站位的悬浮物浓度表现出时空上的差异,尤其是随潮汐变化的短周期变异十分显著;实测水体反射率光谱曲线在650～700 nm之间与800 nm附近分别出现峰值,光谱曲线一阶微分结果显示第一反射峰的位置随着悬浮物浓度增大向长波方向移动.基于神经网络建立的模拟算法充分利用了卫星不同通道的光谱信息,可以同时模拟水体中色素与非色素悬浮物的浓度,模型取得了较好的拟合效果,R²均大于0.95,可以应用于实际卫星遥感反演,尤其是MERIS数据,因其具有相对较高的空间分辨率,在近海水环境遥感监测中的应用前景更为广阔.