上海市大气可吸入颗粒物的粒度分布分形特征

采用分形维数定量表征颗粒物的粒度分布的方法,计算2005年上海市大气可吸入颗粒物粒度分布的分形维数,分析不同采样点颗粒物粒度分布分形维数的变化与可吸入颗粒物粒度分布的关系,讨论采样时气象条件等因素对颗粒物粒度分布分形维数的影响;推导大气颗粒物的粒度分布分形维数与颗粒物表面吸附性能之间的关系,并结合部分金属元素的含量进行讨论.结果表明,上海市可吸入颗粒物粒度分布的分形维数在0.6506～2.9254之间,并且相对湿度较大,风力较小均会使颗粒物的粒度分布分形维数减小;粒度分布分形维数值越大,颗粒物中细颗粒物越多,粒度分布分形维数较好地表征了颗粒物的粒度整体分布.粒度分布分形维数和颗粒物比表面积等物理性能有直接关系,粒度分布分形维数值越大,细粒子所占的比表面积越多,对有毒有害污染物吸附更多.     

NAPLs污染物垂向指流迁移分形表征中图像处理的影响研究

染色示踪技术是研究多孔介质中指流形态的主要手段之一,而如何更精确地对所采集的图像数据进行分析,是该研究工作中非常重要的组成部分.分形理论在染色示踪影像的基础上对指流形态进行定量描述,以质量分形维数(D m)表征渗流面积,以界面分形维数(D s)表征渗流驱替边界长度,对于识别和预测指流形态有一定的实际意义.而分形维数的计算基于二值化图像完成,因此明确图像二值化过程对分形维数表征的影响对分形维数的应用有重要意义.本研究以4种非水相流体在二维砂箱中迁移的130幅染色图像为目标影像,详细比较了图像预处理过程中不同饱和度(红色)阈值、不同亮度(灰度)阈值以及图形中"湖"的填充3个因素分别对D m和D s的影响.结果表明,在砂箱实验中,与田间实验相比由于染色污染物与石英砂颜色对比度较大,红色阈值调整对两种分形维数影响相对较小;随着灰度阈值的提高D m平均降低0.02,D s平均增加0.05;图形中"湖"的填充对D m几乎没有影响,而使D s平均降低0.10.研究发现与D s相比,D m在图像处理过程中受各种因素影响较小,建议在进一步研究中以D m为指流形态指示指标以避免图形处理过程中主观因素的影响.     

不同碳源培养的成熟好氧颗粒污泥的分形表征

为了表征不同碳源培养的好氧颗粒污泥的密实以及规则程度,试验利用不同碳源培养的成熟好氧颗粒污泥SEM照片,采用Photoshop、Fips2对图形进行处理并且对图像进行分形计盒维数的计算.其中,1号(葡萄糖膨胀颗粒)好氧颗粒的计盒维数最低,达到1.794±0.011,3号(蛋白胨颗粒)与5号(生活污水颗粒)的分形维数较高,达到了1.866±0.018和1.880±0.015,较为致密.不同碳源培养的好氧颗粒污泥的边界计盒维数主要分布在1.14左右,其中6号(啤酒颗粒)的形状较为规则,计盒维数达到1.115±0.003,7号(垃圾渗滤液颗粒)污泥的形状最不规则.结果表明,利用二维分形维数能够较好地表征、区分不同好氧颗粒污泥的密实程度、规则程度,并且能够表征好氧颗粒污泥的状态,如膨胀等.分形表征一定程度上弥补其他现有表征好氧颗粒污泥的理化特性方法的缺陷,为研究好氧颗粒污泥的组成、结构及物化特征的关系提供重要依据.     

颗粒物表面酸碱特性与孔表面分形的研究

通过电位滴定试验,证明了5种颗粒物的表面存在着一定量的OH-受体,其表面位浓度(Hs)在0.1219～0.3134 mmo.·L-1之间,表面位密度(DoH)在0.8586～2.1305个·nm-2之间,且不同采样点的颗粒物,其表面位浓度和表面位密度差别很大.所采集的5种颗粒物的孔结构接近平行板狭缝,孔尺寸分布不是均一的,平均孔径分布范围较宽(1.8～76nm);BET比表面积为9.5669～34.5605 m2·g-1,累积脱附孔体积为0.01729～0.06711 cm3·g-1,BJH脱附平均孔径为5.6768～7.7388nm,处于中孔范围,且平均孔径均大于其PSD峰值对应的孔径.通过分形FHH方程模拟N2吸附和脱附等温线数据计算出这些颗粒物的孔表面分形维数Ds比较接近(2.68～2.82之间),但它们的分形标度区间不同.另外,采用热力学模型和分形FHH理论计算出的表面分形维数的差异主要归因于这些样品孔尺寸分布的不均一性.     

青岛大气颗粒物数浓度变化及对能见度的影响

为研究青岛地面大气颗粒物数浓度的变化及对能见度的影响,2010年9月~2011年8月使用便携式light house激光粒子计数器进行了大气颗粒物数浓度观测,利用Hysplit模式计算大气颗粒物的后向轨迹,运用统计分析方法初步探讨了气象因子对大气颗粒物数浓度和能见度的影响.结果表明,青岛大气颗粒物数浓度冬春最高,秋季次之,夏季最低;源自新疆、甘肃一带的气团颗粒物数浓度偏高,而来自于东北方向及海上的大气颗粒物数浓度较低;大气颗粒物数浓度变化与风速、相对湿度和混合层高度的变化呈现较好的负相关关系.当气团来源于西或西北方向,地面风向为南到东南风且混合层高度较低时,细粒子数浓度较高,容易出现低能见度现象.     

引入分形维数的混凝动力学方程数值求解

运用Smoluchowskj基本原理,建立了引入絮凝体分形维数的混凝动力学模型.该模型在絮凝过程中考虑了不同时刻形成的絮凝体中引入的初始颗粒数目和空隙率,并以此来推求不同时刻形成的絮凝体所对应的分形维数.采用有限差分法对建立的混凝动力学模型进行了数值计算.结果表明,初始颗粒的结构特征和碰撞效率是影响絮凝体粒径分布的主要因素.初始颗粒的分形维数和碰撞效率越大,絮凝体粒径分布越宽泛,大尺寸的颗粒所占的份额越多.同时计算结果表明,絮凝体的分形维数有随其粒径增大而逐渐降低的趋势,其原因是絮凝体的成长粒径与絮凝体中所包含的初始颗粒增长速度不成比例.以腐殖酸为混凝对象,采用硫酸铝作为混凝剂进行混凝实验,并以其初始絮凝条件作为数值计算初始条件,研究表明数值计算分析结果和模拟结果吻合较好.     

引黄水库沉沙条渠沉积物的表面理化及分形特征研究

研究了引黄水库沉沙条渠泥沙沉积物的表面微观形貌和孔表面分形特征.采集了引黄供水鹊山水库沉沙条渠6个泥沙沉积物样品,对其粒径、形貌、孔隙结构、表面元素分布及分形特征进行分析,目的是考察由不同模型计算的颗粒孔表面分形维数和标度空间存在差异的原因,探讨这些颗粒表面微观形貌对其表面元素分布的影响.结果表明,泥沙沉积物颗粒的平均...     

模拟扰动条件下太湖水体悬浮物的结构特性

设计了1个水体扰动模拟实验装置, 通过该装置中的光散射分析仪和图象采集、分析系统,能在线记录底泥受到不同强度扰动时水体中悬浮颗粒物的变化过程.利用该装置,研究了太湖梅梁湾3个采样点的底泥在受到不同强度扰动后,水体浊度变化规律和悬浮颗粒物结构特性.结果表明,底泥含水率及粒度分布对底泥受扰动后再悬浮的潜力有较大影响,含水率越高,再悬浮的潜力越大.随着扰动强度增大,水体的浊度相应增加,水体中悬浮颗粒物中值粒径也增大,分别从6.63, 5.79, 5.51 μm上升到12.49, 11.38, 13.33 μm.悬浮颗粒物图象分析表明,颗粒物在扰动中发生聚集、絮凝过程.颗粒物图象的形态学分析表明,悬浮颗粒物形状呈现分形现象,颗粒物的长短比在1.27～1.52之间,分形维数D₂则在1.72～1.94之间.     

A~2/O工艺中好氧污泥絮体的分形结构与理化特征分析

采用图像法和沉降柱法分别研究了A2/O工艺中好氧污泥絮体的形貌、粒度分布、低维分形维数和沉降速率、有效密度、空隙率以及质量分形维数,并尝试探讨了上述相关性质与这些污泥宏观操作性质(沉降、压缩、脱水和稳定性)相关的各种理化指标以及胞外高分子物质(EPS)的含量之间的变化关系.结果表明,污泥絮体呈现不规则的形貌,表面具有空隙.其有效密度一般随着其粒径的增加而降低,而空隙率和沉降速率却呈现与有效密度相反的变化趋势,这些均表明了污泥絮体的分形结构的存在.2次所采集的污泥絮体的中位直径分别为248.81、332.86μm,有效密度的平均值分别为0.0040、0.0072g·cm-3,自由沉降速率的平均值分别为2.67、4.79mm·s-1,空隙率的平均值分别为0.94、0.89,一维分形维数分别为1.03、1.19,二维分形维数分别为1.64、1.84,采用基于Logan经验公式的有效密度-最大直径的双对数关系确定的质量分形维数分别为1.74、2.29.尽管第2次所采集的污泥絮体较为密实,但其表面粗糙程度却比第1次的低.此外,研究中发现絮凝能力较高或负电荷较高的A2/O好氧污泥絮体具有高的SVI和ZSV值;分形维数较低...     

石油类物质环己烷对活性污泥沉降性能的影响

炼油废水中石油类物质容易影响活性污泥沉降性能、干扰处理效果.为了定量分析石油类物质对活性污泥沉降性能的影响,采用定量图像分析技术,通过图像采集、图像处理、图像分析和数据处理流程,考察了不同浓度环己烷影响下活性污泥絮体微观参数变化情况及参数间的相关性,并分析了微观参数与宏观参数[SV（污泥沉降比）、SVI（污泥容积指数）和MLSS（污泥浓度）]间的相关性.结果表明:①絮体微观参数值随环己烷投加浓度的变化规律具有明显的分组现象,同组参数间相关性强,可据此将参数分为大小类、规则性类和密实性类.②环己烷在低于1 g/L浓度条件下使活性污泥沉降体积增大,此时密实性参数与环己烷投加浓度、SV和SVI分别具有一定相关性.③环己烷投加浓度≥ 1 g/L时会导致污泥上浮流失,此时大小类和规则性类参数均分别与SV和MLSS具有一定相关性,其中,孔率与环己烷投加浓度呈负相关（R2为0.91）,分形维数与SV和MLSS分别呈负相关（R2分别为0.75和0.89）.研究显示,利用定量图像分析技术检测孔率和分形维数等污泥絮体微观参数,能够反映石油类物质对活性污泥沉降性能的影响,当孔率降至0.98以下预示着污泥流失,并且分形维数越大,流失越严重.      

活性污泥絮体粒径分布与分形维数的影响因素

絮体粒径分布和分形维数是活性污泥的重要参数.应用激光粒度仪测量了好氧活性污泥絮体在絮凝过程的粒径分布,研究了速度梯度、VSS/SS、EPS含量及Zeta电位对絮体粒径分布的影响.结果表明,絮体平均粒径与速度梯度显著负相关(R2>0.80),与Kolmogorov尺度数量级基本相当,其间差异性与污泥VSS/SS、絮体强度等有关;相同的速度梯度下,絮体平均粒径与VSS/SS或EPS含量显著正相关(R2>0.85),与Zeta电位负相关.有机质和EPS在活性污泥絮凝中作用明显,会增强絮体强度,提升絮凝效果;EPS中蛋白质比多糖对絮凝的促进作用更明显.基于显微图像分析方法,得到了好氧活性污泥絮体二维分形维数为1.28~1.72,三维分形维数为1.70~2.69.絮体分形维数随VSS/SS或EPS含量的增加而减小;对于相同的活性污泥,絮体三维分形维数随粒径增大而减小,符合幂函数关系式.     

计算机控制扫描电镜技术(CCSEM)在大气颗粒物表征及源解析中的应用

近年来,我国环境空气质量不断改善,在此背景下准确掌握大气颗粒物的理化性质及其来源是精准治污的重要基础. 计算机控制扫描电镜技术(CCSEM)的快速发展大幅提高了单颗粒分析效率,为实现颗粒物精细化源解析提供新的技术手段. 本文介绍了CCSEM技术的原理、特点、测试流程及技术发展,梳理了CCSEM在大气颗粒物的理化性质、来源解析及健康效应中的研究成果,总结了CCSEM的发展前景及局限性. 结果表明:CCSEM可通过自动化测试快速获取更全面的颗粒物信息,后处理功能便于快速掌握颗粒物污染源精细化信息,寻找部分隐匿的污染源,对比不同区域颗粒物类型的差异,并获取颗粒物精细化源解析结果. CCSEM对重金属等有潜在健康危害的高原子序数元素有较高的识别效率,可应用于颗粒物健康效应研究. 因此,CCSEM在大气颗粒物精细化源解析及健康效应研究等方面有较好的应用前景. 但是,CCSEM在颗粒物识别、分类标准及分析时效性等方面有一定的局限性,在未来应通过加强CCSEM形貌识别提高颗粒物的识别效率,结合单颗粒源谱数据库制定更科学的颗粒物分类规则,以及加强采样、测试及分析的连贯性以提高分析时效性.      

柴油机排气颗粒表面特征与吸附能力分析

利用全自动比表面积与孔隙分析仪和光学接触角测量仪,分别对炭黑和柴油机排气颗粒的比表面积与孔隙以及接触角等表面特征参数进行了测量,并对炭黑和柴油机排气颗粒的分形维数和表面张力进行了计算,对比分析了炭黑和柴油机排气颗粒的吸附能力,探讨了柴油机排气颗粒表面特征参数与吸附能力之间的关系.通过检测与分析,炭黑和柴油机排气颗粒的比表面积分别为78.003和65.408m²/g,平均孔径分别为13.845和14.483nm,分形维数分别为2.5885和2.5515,在0.985s时刻的表面张力分别为51.1和56.6mJ/m²,结果表明炭黑与柴油机排气颗粒的比表面积,孔径分布,分形维数和表面张力均相似.炭黑和柴油机排气颗粒均表现了极强的亲油性,轻微亲水性.柴油机排气颗粒亲水性略强,表面更为光滑,吸附能力略低于炭黑.     

利用SPAMS研究南宁市四季细颗粒物的化学成分及污染来源

为研究南宁市四季大气颗粒物的化学成分及污染来源,利用单颗粒气溶胶质谱仪(single particle aerosol mass spectrometer,SPAMS)对南宁市2015年四季大气细颗粒物进行观测.SPAMS所测得4个观测阶段大气细颗粒物数浓度与细颗粒物质量浓度线性相关系数均在0.75以上,在一定程度上颗粒物数浓度可反映大气污染状况.南宁市四季大气细颗粒物平均质谱图体现出冬、春两季二次反应生成的污染物质较多.利用自适应共振神经网络分类方法对细颗粒物化学成分进行分类,南宁市细颗粒物各化学成分数浓度占比和污染来源在四季均有差异,且化学成分能体现污染来源.冬季元素碳最高,对应较高的燃煤源;秋季有机碳最高,对应较高的机动车尾气源;夏季富钾颗粒、左旋葡聚糖和矿物质较高,对应较高的生物质燃烧源和扬尘源;春季富钠颗粒和重金属略高.在污染升高过程,生物质燃烧源和燃煤源等贡献较大.     

基于动态质量平衡的室内颗粒物沉降规律研究

目前室内颗粒物污染问题已经受到广泛关注.越来越多的流行病学研究表明,大气悬浮颗粒物浓度对人体健康存在显著的负影响.由于个人在室内滞留的时间可能超过全天时间的90％,因此剖析室外颗粒物向室内的传输渗透机理,对掌握室内微环境下的颗粒浓度水平至关重要.本实验以青岛一办公室为研究对象,使用具有4个尺寸间隔的光学计数器同时测量室内和室外的颗粒物浓度,粒径分布范围在0.3~2.5μm,采集时间为2016年4月~9月.根据实验数据,采用基于时间的动态质量平衡模型,估算了换气次数在0.03~0.25h^-1范围内的室内颗粒物渗透率和沉降速率分别为0.45~0.82h^-1和0.94~2.82m/h,并分析了这些参数随粒径大小的变化规律.其结论为进一步研究颗粒物在室内的传输机理和运动轨迹提供参数.     

新型硫酸铝-壳聚糖助滤剂强化砂滤效能研究

将硫酸铝和壳聚糖复配作为微絮凝助滤剂（AS-CTS）,考察其强化过滤性能.利用分子量分级、荧光光谱等手段分析有机物的去除特性,通过Zeta电位、絮体粒径、分形维数的变化分析其强化过滤机理.结果表明：AS-CTS较AS、CTS强化过滤效果明显,在AS/CTS复配比为2：1、CTS投加量0.3mg/L,转速300r/min,搅拌时间2min的条件下,砂滤出水浊度能达到0.1NTU、颗粒物125个/mL,残余铝浓度0.02mg/L;浊度和颗粒物去除率较未加AS-CTS分别提高了58%、61.7%.AS-CTS强化过滤可有效去除分子量>30KDa的腐殖酸和1~3KDa间的色氨酸类蛋白、溶解性微生物代谢产物、类富里酸.AS-CTS主要靠高分子吸附架桥作用和界面化学作用,增加胶体颗粒在滤料表面的粘附;通过形成较大粒径和分形维数的微絮体,增强絮体向滤料表面的迁移.     

基于SPAMS的天津市夏季环境受体中颗粒物的混合状态及来源

天津位于京津冀区域,近年来面临的颗粒物污染问题受到广泛关注,研究其大气环境中颗粒物的化学组成及来源具有重要意义.为明确天津市夏季环境受体中颗粒物的混合状态及可能来源,于2017年7月利用单颗粒气溶胶质谱仪(single particle aerosol mass spectrometer,SPAMS)在津南区采集到成功电离有粒径及完整质谱信息颗粒209 887个,利用ART-2a对有质谱数据的颗粒按照质谱特征的相似性进行聚类共获得369个颗粒物类别,随后按照类别的化学组成(质谱谱图)的相似性进行人工合并获得19个颗粒物类别,包括:K-EC(0.20%)、K-EC-Sec(0.18%)、K-NO_3-PO_3(12.00%)、K-NO_3-SiO_3(2.98%)、K-Sec(0.16%)、EC(39.60%)、EC-Sec(3.46%)、EC-HM-Sec(3.93%)、HEC(1.49%)、HEC-Sec(1.38%)、OC-Amine-Sec(3.58%)、OC-Sec(0.36%)、OCEC-Sec(0.71%)、Dust-HEC(21.35%)、Dust-Sec(0.72%)、Cl-EC-NO_3(1.22%)、Na-Cl-NO_3(3.20%)、HM-Sec(2.58%)和PAH-Sec(0.90%)颗粒.得到的各个颗粒类别可归因于气溶胶颗粒的不同来源及不同的传输和反应过程,综合分析采集到的颗粒贡献源主要包括机动车排放源、生物质燃烧源、工业排放源、扬尘源、燃煤源和二次源等.其中K-EC、EC、HEC和Dust-HEC等颗粒主要来自一次源直接排放,K-Sec、OC-Amine-Sec、OC-Sec、OCEC-Sec和Na-Cl-NO_3等颗粒大都是一次源排放颗粒经历了不同程度的老化或与二次组分进行了不同程度的混合.     

城市大气颗粒物毒性效应及机制的研究进展

大气颗粒物（PM）严重影响人体的健康,其与人类多种疾病的发生存在着明显的暴露-效应关系.本文简述了大气颗粒物的组分和来源,从大气颗粒物的呼吸系统毒性、心血管毒性、免疫毒性、神经毒性、遗传毒性等方面,系统地阐述了其对人体健康的危害,并对大气颗粒物的毒性机制进行了总结和讨论,指出了目前相关研究中存在的问题,展望了该领域的研究趋势,为后续研究和控制大气颗粒物的健康危害提供相应的科学参考依据.     

青岛市大气环境中颗粒物污染及防治对策

本文研究青岛市大气环境中颗粒物的污染状况及其发展趋势,并对污染原因进行了探索与分析.本文为青岛市大气环境中颗粒物污染防治,提供了科学的依据和有效的防治对策.