Development of a PEMFC-based heat and power cogeneration system

Hydrogen-fed proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) has to overcome high installation and operation cost before being adopted as a distributed power candidate. Cogeneration of power and heat is a good approach to increase hydrogen energy utilization rate. A PEMFC-based power and heat cogeneration system is proposed and established in the current study to investigate system’s technological and economical feasibility. This cogeneration of heat and power (CHP) system composes of a 2.5-kW fuel cell stack, hydrogen supply system, air supply system, water and heat management system, and heat recovery system. The control strategies to automate the system operation are realized by a programmable automation controller (PAC) system. Detailed measurement of the system is also constructed along with a web-based human–machine interface (HMI) platform to facilitate experiments and demonstration. Preliminary testing of the CHP system shows good performance of heat and power outputs. System’s electrical power conversion efficiency and thermal efficiency of the CHP system are measured at 38% and 35%, respectively. System combined efficiency therefore reached about 73%.     

上海地区大气中氯化氢和颗粒氯排放源清单初步研究

氯自由基对于臭氧和二次气溶胶的生成贡献不容忽视.夜间颗粒相氯(Cl~-)可以通过与N_2O_5的复杂反应转化生成ClNO_2,其光解产生的氯自由基将显著影响大气污染的形成机制.本文以上海地区为案例,以2017年为基准年,收集了人为源活动水平数据,采用排放系数估算方法,首次建立了上海地区人为源氯化氢(HCl)和颗粒氯(Cl~-)的排放清单;并进一步结合模型计算海盐气溶胶排放的颗粒氯(Cl~-).结果表明,2017年上海市人为源和天然源排放的HCl和Cl~-分别为1207 t和820 t,其中,燃煤、工业、垃圾焚烧和秸秆燃烧产生的HCl排放量分别为327、134、722和24 t.燃煤源中的燃煤电厂和其它行业燃烧约占燃煤源排放的80%;工业源中水泥为HCl的最大排放源,约占工业源排放的51%;垃圾焚烧厂排放约占总HCl排放的60%,为最大的HCl排放源.燃煤、工业源、垃圾焚烧、秸秆焚烧、烹饪源和海盐的颗粒Cl~-排放量分别为82、153、498、47、39和0.6 t,燃煤源中的燃煤电厂占燃煤Cl~-排放的40%,供热、其他行业和家庭燃烧分别占燃煤Cl~-排放的24%、22%和14%;钢铁行业为工业源的主要Cl~-排放源,约占工业源排放的90%,垃圾焚烧厂占全部Cl~-排放的61%,烹饪源中餐饮企业为最主要排放源,占烹饪源的70%;天然源海盐的排放量极少,未占到总排放的1%.从空间分布来看,浦东新区、宝山、普陀、松江和金山排放的HCl和Cl~-占到全市人为源总排放的80%,为主要的HCl和Cl~-排放区域.本文研究建立的上海地区大气中氯化氢和颗粒氯排放源清单,对于深入研究氯化学机制对二次污染的影响提供了重要的数据参考.     

石期河流域地下水化学特征及物质来源分析

为明确典型岩溶溶丘洼(谷)地区域地下水化学特征及其成因,以石期河流域为研究对象,运用Gibbs图、Piper图、端元分析及离子比例系数等方法,对地下水水化学特征及物质来源进行了定性和定量分析.结果表明,研究区内地下水pH值介于6.06～8.07之间,Ca~(2+)、 Mg~(2+)和HCO~-_3是地下水中的主要离子,其质量浓度范围分别为2.61～108.7、 0.54～27.61和8.1～370.74mg·L~(-1),符合岩溶水高钙弱碱性特征;地下水物质成分中, Ca~(2+)和Mg~(2+)主要受到碳酸参与的灰岩和白云岩风化作用的控制, Na~+主要来源于硅酸盐岩的溶解,同时, Ca~(2+)和Na~+在地下水流动过程中进行阳离子交替吸附作用; K~+、 Cl~-和NO~-_3主要受到农业化肥施放和生活废水排放的影响.此外,大气降水作为该区域地下水的主要补给来源,对当地地下水化学特征和物质来源也有一定的影响.     

基于原位试验场的融雪水补给地下水过程研究

基于原位试验场地,本研究通过对土壤含水率、温度和地下水位、温度、电导率的测量,分析了2017年2月～5月长春市融雪水补给地下水过程,并运用氢氧稳定同位素技术对补给过程进行证明。结果表明,当地大气降水线为δD=7. 53δ~(18)O-3. 41(R~2=0. 76)。在δD-δ~(18)O关系图中,地下水各水样点主要分布在当地大气降水线附近,说明地下水主要受融雪水补给。融雪水对地下水的主要补给时间为气温保持在0℃左右的20余天内,地下水位上升幅度能达到0. 6 m。在此阶段,地下水位与地下水温度和电导率具有显著相关性,相关系数均在0. 9以上。之后由于春季工农业用水增加,水位开始下降。在整个过程中,融雪水对地下水的贡献率为20. 1%。黄土地层的田间持水率约为39%。     

厚层包气带土壤水氢氧同位素特征及其补给来源判别

采用环境同位素示踪技术研究了临潼斜口镇土壤水来源与运移机理。在研究区内选取四个土壤剖面分层采集不同土地利用类型的土壤水,测定其稳定同位素δD、δ¹⁸O的值,分析了包气带土壤水稳定同位素沿剖面的变化规律。结果表明：厚层包气带中土壤水在入渗的同时经历了明显的混合作用,在垂向上从上至下可以划分为三个层段;剖面内δD的补给水值处于-75‰~-60‰范围内,介于大气降水和地下水之间,反映了厚层包气带下部土壤水主要来源于地下水的补给,上部主要来源于大气降水与灌溉水的混合补给。     

Photodegradation of Hexafluoropropylene Oxide Trimer Acid under UV Irradiation

As a novel alternative to traditional perfluoroalkyl substances (PFASs), including perfluorooctanoic acid (PFOA) and perfluorooctane sulfonate (PFOS), hexafluoroproplyene oxide trimer acid (HFPO-TA) has been detected worldwide in surface water. Moreover, recent researches have demonstrated that HFPO-TA has stronger bioaccumulation potential and higher hepatotoxicity than PFOA. To treat these contaminants e.g. PFOA and PFOS, some photochemical techniques by adding exogenous substances had been reported. However, there is still no report for the behavior of HFPO-TA itself under direct UV irradiation. The current study investigated the photo-transformation of HFPO-TA under UV irradiation in aqueous solution. After 72 hr photoreaction, 75% degradation ratio and 25% defluorination ratio were achieved under ambient condition. Reducing active species, i.e., hydrated electrons and active hydrogen atoms, generated from water splitting played dominant roles in degradation of HFPO-TA, which was confirmed by different effects of reaction atmospheres and quenching experiments. A possible degradation pathway was proposed based on the products identification and theoretical calculations. In general, HFPO-TA would be transformed into shorter-chain PFASs, including hexafluoropropylene oxide dimer acid (HFPO-DA), perfluoropropionic acid (PFA) and trifluoroacetate (TFA). This research provides basic information for HFPO-TA photodegradation process and is essential to develop novel remediation techniques for HFPO-TA and other alternatives with similar structures.     

京津冀西北典型流域地下水化学特征及补给源分析

为揭示京津冀西北典型流域地下水循环特征,运用环境同位素和水化学技术等方法分析张家口市不同流域水体氢氧同位素特征、水化学特征及时空变化特征、地表地下水转化关系。结果表明：地表水化学类型主要为HCO₃-Mg·Na和HCO₃·Cl-Na型;地下水化学类型不同时期表现出不同的类型,水化学类型更为多样,主要以HCO₃-Mg·Na型、HCO₃·Cl-Na型、HCO₃·Cl-Na·Mg为主。地表河水和地下水中离子均主要来源于岩石风化作用;张北和桑干河流域地下水中离子偏向于蒸发浓缩作用控制。张家口市各流域地表地下水δ¹⁸O、δD组成较为接近,表明了当地地表水和地下水均受到大气降水的补给。大气降水和地表河水对地下水的补给比例均值分别为37.74%和62.26%,以地表河水的补给为主要方式。     

关中平原降水氢氧稳定同位素特征及其水汽来源

为探究关中平原降水氢氧稳定同位素特征及其水汽来源,本研究选取关中腹地的杨凌站点次降水为研究对象,利用当地2015～2018年间的98场次降水样品及同期气象资料,分析该地区降水氢氧稳定同位素(δ~2H、δ~(18)O和δ~(17)O)组成特征及其影响因素,建立当地大气降水线和三氧同位素大气降水线方程,并利用δ~(18)O、d-excess和~(17)O-excess指标尝试探讨当地可能存在的降水水汽来源,定量描述海洋和内陆源水汽对区域降水的贡献.结果表明,杨凌地区降水氢氧稳定同位素存在明显的季节性变化,同位素组成雨季(5～10月)贫化,旱季(11月～次年4月)富集;当地大气降水线的斜率和截距分别为7.7和9.1,说明研究区降水受到一定程度的蒸发分馏影响;三氧同位素大气降水线斜率为0.528,介于海水平衡分馏斜率(0.529)与水汽扩散斜率(0.518)之间,表明研究区处于海洋气团向内陆干旱区迁移的路径上.综合分析δ~(18)O、d-excess和~(17)O-excess,发现研究区降水受到来自东南季风的暖湿气团和来自西风的干冷气团的共同贡献,其中约有55%～79%的降水水汽来源于海洋,主要集中于6～8月; 21%～45%的水汽来源于内陆和局地蒸发,主要集中于10月～次年4月. 5月和9月降水水汽来源复杂,可能受海洋水汽和内陆水汽的共同补给.     

基于稳定氢同位素的太原市大气单环芳烃来源

采集太原市城北和城南区域环境空气和5类污染源挥发性有机物样品,测定样品中典型单环芳烃稳定氢同位素（δD）组成,基于同位素质量平衡原理计算单环芳烃从源到环境空气受体的δD初始混合值,探讨单环芳烃来源.结果表明,柴油挥发源、溶剂挥发源、汽油挥发源（97^#）、汽油挥发源（95^#）、机动车尾气（97^#）、机动车尾气（95^#）和民用燃煤源中单环芳烃δD范围依次为：（-138.7‰~-115.5‰）、（-147.0‰~-121.0‰）、（-150.8‰~-117.6‰）、（-131.8‰~-113.8‰）、（-171.2‰~-120.0‰）、（-138.9‰~-102.7‰）和（-168.3‰~-142.3‰）,民用燃煤源中单环芳烃δD显著贫重氢同位素（D）组成,机动车尾气源与汽油挥发源中苯的δD相比显著贫D,可用于探索污染物转化过程;城北和城南环境空气中δD范围为（-131.7‰~-115.1‰）和（-131.9‰~-74.9‰）,δD初始混合值为-138.4‰和-173.9‰,体现了其来源差异.     

东平湖DOM荧光特征及与氢氧同位素指标的相关性

本研究在运用三维荧光光谱示踪平水期东平湖DOM荧光特征的基础上,进一步分析其与氢氧同位素指标的相关性,并在此基础上尝试对大气降水的DOC贡献进行估算,以期为东平湖的污染控制及治理提供依据.结果表明,东平湖平水期DOM主要由类蛋白组分（C1和C4）和类腐殖质组分（C2和C3）构成,以类酪氨酸组分C1为主,C1所占比重将近50%.平水期东平湖DOM同时受陆源、内源及大气降水的影响,但以内源输入为主;外源输入中大气降水补给与大汶河输入所占比例相当;大气降水中的溶解性有机碳输入可能会对东平湖DOM产生不可忽视的影响,需进一步系统研究.氢氧稳定同位素与溶解态有机碳以及类腐殖质荧光之间呈显著相关关系,可以在一定程度上指示DOM的变化趋势.