Almond shell activated carbon: adsorbent and catalytic support in the phenol degradation

In this work, two technologies are studied for the removal of phenol from aqueous solution: dynamic adsorption onto activated carbon and photocatalysis. Almond shell activated carbon (ASAC) was used as adsorbent and catalytic support in the phenol degradation process. The prepared catalyst by deposition of anatase TiO₂ on the surface of activated carbon was characterized by scanning electron microscopy, sorption of nitrogen, X-ray diffraction, Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy, and pH_ZPC point of zero charge. In the continuous adsorption experiments, the effects of flow rate, bed height, and solution temperature on the breakthrough curves have been studied. The breakthrough curves were favorably described by the Yoon–Nelson model. The photocatalytic degradation of phenol has been investigated at room temperature using TiO₂-coated activated carbon as photocatalyst (TiO₂/ASAC). The degradation reaction was optimized with respect to the phenol concentration and catalyst amount. The kinetics of disappearance of the organic pollutant followed an apparent first-order rate. The findings demonstrated the applicability of ASAC for the adsorptive and catalytic treatment of phenol.     

基于信号改进深度学习网络的京津冀城市群二氧化氮浓度预测

在中国华北地区,二氧化氮污染仍旧不容忽视,尤其是在机动车辆密集和工业生产相对集中的京津冀城市群.运用小波分解(WD)和长短期记忆(LSTM)神经网络建立了W-LSTM组合模型,用于预测未来京津冀地区二氧化氮日均浓度和分指数.使用2014年1月-2018年5月主要大气污染物数据对组合预测模型进行训练试验,在获得最优模型参...     

生物综合毒性分析仪的毒性测试方法及适用范围研究

比较研究了三种常用便携式生物综合毒性分析仪测定重金属及有机污染的灵敏度,初步提出了仪器使用注意事项及建议使用范围。结果表明,基于生物发光原理的Toxscreen-II和Deltatox仪器对重金属污染敏感,Toxscreen-II测得Hg、Cr(VI)、As的EC50值分别为0.0082、0.07、4.41mg/L;基于化学发光原理的Eclox对有机污染敏感,Eclox的EC50(苯酚)为1.21mg/L。鉴于综合毒性分析仪中等毒性检测限高于我国地表水标准限值,建议该类仪器更适用于环境污染事故中污染水体的毒性初筛判定。     

广州市春季一次沙尘天气过程综合观测

2017年4月21—23日广州市经历了一次远距离传输的沙尘天气过程,为了解沙尘过程对广州市空气质量的影响,基于广州市大气超级站,利用单颗粒气溶胶质谱(SPAMS)、气溶胶激光雷达观测数据并结合HYSPLIT后向轨迹模型分析了沙尘过程细颗粒物组分及污染来源贡献变化和沙尘气溶胶的来源及路径。结果表明:受沙尘过境影响,PM_(10)浓度大幅升高,PM_(2.5)/PM_(10)最小值仅为12.1%;沙尘过境期间影响近地面颗粒物的沙尘高度主要分布在1 km以下区域,近地面颗粒物消光系数均值为100.11 Mm~(-1),探测到最大退偏振比为0.28。SPAMS研究发现沙尘过境期间含硅酸盐颗粒物(SI)的细颗粒物数浓度比例达25.9%,是沙尘过境前的1.4倍;PM_(2.5)中扬尘贡献率明显增大,达到了17.3%,是沙尘过境前的1.9倍。后向轨迹模型HYSPLIT显示此次沙尘为典型的北方沙尘传输,沙尘源自中国西北地区,传输方向为自西北输送至华东地区后,转为东南方向影响广州市。     

Modeling photocatalytic destruction of the organic contaminants in continuous stir flow reactor

Thin-film technique is becoming an industry standard for the preparation of TiO₂-based photocatalyst for organic destruction. The catalyst provides several advantages over the conventional powder TiO₂ in the treatment of wastewater and groundwater. In this study, a continuous stir flow reactor model is developed capable of describing the photocatalytic process. The model incorporates the following fundamental mechanisms: adsorption, diffusion, liquid-film transfer, UV attenuation, and photocatalytic reaction. All of the simulation results indicate that there exists a highly nonlinear relation between each of these parameters and the destruction rate. Various incident light intensities also are incorporated to simulate the energy efficiency. The simulations illustrate that the photocatalytic model can be used to elucidate the effect of process variables. It is also possible to “custom-design” a catalyst for the treatment of a particular waste stream.     

基于环境一号卫星的PM2.5浓度遥感反演研究

2014年12月29—30日,青岛市发生了一次空气污染过程,利用环境一号卫星CCD遥感影像数据和实测PM_(2.5)浓度数据,分析了该过程前后5 d的实测PM_(2.5)浓度与环境一号卫星CCD遥感影像的DN值之间的相关性,分别按日期和区域建立了反演模型。结果表明,按日期拟合反演模型相关系数为0.02~0.51,按区域拟合反演模型相关系数为0.01~0.80,总体来说,区域拟合结果较好。     

基于WRF-NAQPMS的一次沙尘天气预报评估

为提高沙尘天气的预报准确率,利用ECWMF再分析资料和近地面PM₁₀小时质量浓度监测数据,评估WRFNAQPMS模式对2021年3月15—21日甘肃强沙尘过程的预报能力。结果表明,WRF-NAQPMS能够在一定程度上模拟此次污染过程:WRF对“3· 15”天气系统的模拟与实况整体趋势较为一致,随着预报时效延长,气象模拟场移动偏快,导致沙尘预报场发展偏快、沙尘二次传输影响下游时间提前;近地面风向的局地偏差是导致甘肃中东部地区沙尘浓度出现预报误差的主要气象因素。NAQPMS模式对PM₁₀小时质量浓度的模拟随着预报时效增加和离沙源地距离的增大,预报误差逐步增大:在河西地区,沙尘影响时段和起沙浓度的模拟值均接近监测值,其中嘉峪关、酒泉、张掖的PM₁₀小时质量浓度模拟值与监测值相关系数r>0.8;中部地区城市的沙尘影响时段预报略有偏差,且模拟值低于监测值;受复杂下垫面和气象场预报误差影响,省内其他地区沙尘预报结果参考性较低。     

Photocatalytic degradation of phenol

In this study photocatalytic degradation of phenol in thepresence of UV irradiated TiO₂ catalyst andH₂O₂was investigated. Effects of TiO₂ andH₂O₂concentrations and pH on photocatalytic degradation were examined. The rate constants for photocatalytic degradation wereevaluated as a function of TiO₂ and H₂O₂ concentrations and pH of the solution. It was found thatphotodegradation is an effective method for the removal of phenoland disappearance of phenol obeyed first order kinetics. The amount of CO₂h produced during photocatalytic degradation wascorresponding to the complete mineralization. Photodegradationcan be an alternative method for the treatment of phenol containing wastewaters.     

2018年11月上旬一次中韩PM2.5相互影响传输过程分析

2018年11月5—7日,韩国首尔出现了一次PM_(2.5)污染过程。利用拉格朗日轨迹分析(HYSPLIT)模型分析了首尔峰值浓度气团的来源,结合污染物监测和气象资料,定性分析了中国对韩国浓度高值可能的影响及其程度。利用嵌套网格空气质量预报模式(NAQPMS)及其耦合的在线污染来源追踪模块进行了污染来源解析和敏感性测试,分别计算了同一时期中韩两国相互间的PM_(2.5)传输贡献。结果显示:2018年11月5—7日,中国对韩国首尔污染过程的日均贡献不足10%;此次污染过程后期,首尔的污染气团对上海PM_(2.5)浓度峰值产生了影响。     

上海市秋季典型PM2.5污染过程数值预报分析

基于2012年10月上海出现的一次典型PM2.5污染案例,验证评估上海市空气质量数值预报系统Model-3/CMAQ预报性能,采用过程分析技术,定量评估不同大气物理化学过程对上海代表性点位PM2.5浓度变化的作用规律。结果表明:Model-3/CMAQ模式系统能较好地反映PM2.5的浓度变化趋势与特点。对于上海市区点位(徐汇上师大)和东南部点位(奉贤海湾和浦东惠南),PM2.5浓度上升主要受本地源排放影响,其贡献比例超过40%,其次是区域大气传输作用的影响。对于西北部点位(崇明监测站和青浦淀山湖),区域大气传输是PM2.5浓度上升的主要原因,贡献比例超过70%,其次是源排放。各点位PM2.5浓度的主要去除途径均为大气传输,贡献比例均超过70%,其次是干沉降。气溶胶过程对PM2.5主要起二次颗粒物生成的作用,特别是市区及东南部点位,贡献比例较西北部点位更高。     

区域PM2.5时空回归建模与预测

基于区域PM_(2.5)时空建模和预测的需要及PM_(2.5)浓度呈现明显的时空分布趋势的状况,以苏南地区2014年PM_(2.5)日监测数据为实验数据,使用回归克里格对区域PM_(2.5)进行时空建模和估值。利用最小二乘法建立了PM_(2.5)与时空位置的三元二次回归趋势模型,建模点趋势值与实测值间的平均误差接近于0,表明趋势模型拟合效果较好;拟合了样点残差的理论变异函数模型,表明该地区PM_(2.5)的空间和时间相关性范围分别为150 km和4 d;基于该模型,使用时空普通克里格对残差进行时空插值;插值结果与趋势项相加,得到PM_(2.5)回归克里格估值结果;通过对比不考虑趋势的时空普通克里格估值结果,发现考虑时空趋势的时空回归克里格法精度提高了1. 29%。对所提方法进行了创新性分析,并对不足之处进行了讨论。     

渝东南典型城区冬季一次罕见的PM2.5污染过程及溯源分析

2020年12月底,以生态旅游业为主的重庆市渝东南地区出现了一次较为罕见的PM_2.5污染过程,持续时间长且污染程度重。以渝东南地区武隆区为例,应用污染特征雷达图、后向轨迹模型及潜在源污染贡献估算等方法分析了本次PM_2.5污染的特征及来源,结果表明：(1)在污染前期主要受扬尘、燃煤和机动车等污染排放影响,污染源直接排放贡献较大;中、后期污染受二次颗粒物影响显著,扬尘影响也较为明显。(2)污染期间的气流轨迹均为短距离输送,轨迹主要来自东北方向(65%)。(3)除自身污染排放贡献外,渝东北地区和主城都市区是武隆区PM_2.5污染的主要潜在源区,对武隆区传输贡献占比超50%。     

京津冀一次空气重污染过程激光雷达走航观测分析

针对2016年国庆期间一次污染消散过程,开展了激光雷达定点与走航观测,并综合运用中国环境监测总站国家预报平台数值模型预报结果和国控站点PM_(2.5)监测数据,对污染团的移动和分布进行了分析。结果表明,雷达定点观测的消光系数突变,主要由北京西部累积污染团在夜间弱西北气流作用下的回流所引起。受此西北气流影响移出北京的污染气团在天津至沧州一带滞留。北京至保定沿线颗粒物污染消散现象,被雷达走航观测所捕捉。     

南充市大气PM10与PM2.5排放清单及特征

以四川省南充市为研究区域,通过实地调研、现场测试及结合统计年鉴等获得数据,采用排放因子法计算南充市2014年大气PM_(10)、PM_(2.5)排放量并建立排放清单。结果表明,南充市2014年扬尘源、移动源、生物质燃烧源、化石燃料固定燃烧源、工艺过程源排放总量PM_(10)分别为85 187、1 777、9 175、2 417、3 519 t,PM_(2.5)分别为16 093、1 619、7 322、914、1 585 t,PM_(10)贡献率分别为83.5%、1.7%、9.0%、2.4%、3.4%,PM_(2.5)贡献率分别为58.4%、5.9%、26.6%、3.3%、5.8%。城市区域扬尘源、生物质燃烧源、移动源、化石燃料固定燃烧源、工艺过程源对PM_(10)贡献分别为60.0%、12.5%、6.3%、8.6%、12.5%,对PM_(2.5)贡献分别为41.8%、21.6%、14.4%、8.1%、14.1%。南充市2014年大气PM_(10)、PM_(2.5)排放源总量和贡献率以及区域空间分布特征均存在差异。     

郑州市PM2.5浓度时空分布特征及预测模型研究

利用统计学原理和GIS技术,对郑州市2013年8月17—12月31日期间PM2.5浓度时空分布特征进行分析,同时结合气象资料与前一日污染数据,建立人工神经网络反向传播算法模型(BP-ANN)和多元线性回归模型用于该市细颗粒物污染的短期预测。结果表明,郑州市PM2.5浓度日变化呈单峰模式,随逆温现象的发生和交通的密集于上午11:00达到峰值,午后逐步下降。在工作日、周末与国庆节的对比中,国庆节期间颗粒物污染浓度高出平日32.8%,表明人为活动的加剧影响PM2.5的排放;周末与工作日期间无显著差异。在空间分布上,金水区、管城回族区污染最为严重,工业燃煤、地铁施工等源排放是造成污染的主要原因;位于远郊的岗里水库,受秸秆焚烧和市区污染输送等影响,PM2.5浓度亦维持较高水平。最后,研究将所构建的BP-ANN预测模型和多元线性回归模型对比,结果发现两模型在建模阶段预测值与真实值的拟合一致性指标分别为0.944、0.918,均方根误差分别为59.788、70.611;验证阶段拟合一致性指标分别为0.854、0.794,平均绝对误差分别为25.298、32.775,表明BP-ANN模型在预测郑州市PM2.5污染过程中更具优势。     

COVID-19疫情对河南省空气质量及社会经济活动短期影响

分析了COVID-19疫情初期河南省空气质量指数（AQI），并探讨了2项重要污染物（PM_2.5和NO₂）分布状况和变化趋势，发现疫情管控后AQI总体趋势向好，MODIS载荷反演PM_2.5浓度下降了22.7%，TropOMI卫星反演NO₂柱浓度同比下降61.95%，环比下降70.25%。另外，对NO₂日遥感监测结果按照"前-中-后"3个时段进行周尺度归一化社会经济活动指数SSEI计算，结果显示疫情管控措施对社会经济活动有明显的抑制作用，在疫情得到基本控制后，大部分地区的工业热源企业虽已逐步有序恢复生产，但经历了缓慢的恢复过程。河南省的经济活动恢复水平在春节后第1周至第5周处于渐进式增长状态，第6周有所回落，第7周继续攀升。     

2018年11—12月北京市重污染天气过程数值预报能力评估

2018年11—12月北京市发生了4次以PM_2.5为首要污染物的重污染天气过程,为了分析数值模型对4次重污染过程的预报能力,将CMAQ模式提前1~7 d对北京市PM_2.5的小时预报结果与观测结果对比,分别从离散统计和分类统计2个方面评估CMAQ模式对4次重污染天气过程的预报效果,并简要分析了偏差产生的气象方面原因。结果表明：CMAQ模式提前1~6 d对重污染天气过程的预报显示出良好的性能,为日常业务预报提供了可借鉴的参考信息,可较好地预报出PM_2.5小时浓度变化趋势和浓度水平,离散统计结果显示提前1~4 d的预报结果好于提前5~7 d,相关系数r基本大于0.8,但有一定程度的低估趋势;分类统计结果显示不同预报时效预报准确率大于70%,探测准确率高于55%,部分时段可以达到80%~90%,对人工预报起到了良好的参考作用;输入的气象场的变化及其偏差对于重污染的起始时间、持续时间及清除时间有一定的影响,对相对湿度预报偏小和风速预报偏大是造成CMAQ模式低估的一个重要原因。     

山西省大气污染特征及对公众健康的空间影响

利用山西省11个地级市大气环境监测站的PM_2.5、PM₁₀和O₃浓度数据,分析了2015—2020年山西省PM_2.5、PM₁₀和O₃浓度时空变化特征,采用空间计量模型和岭回归方法,分析了空气污染对公众健康的空间影响。结果表明:PM_2.5和PM₁₀年均质量浓度总体下降,两者在2017年最高,2020年最低;O₃年均浓度总体增加。在季节尺度上,PM_2.5和PM₁₀质量浓度在冬季的12月和1月最高,夏季的8月最低;O₃浓度在6月最高。空间上,相较2015年,2020年山西省各地级市PM_2.5污染程度均有改善,其中长治改善效果最好;2020年山西各地级市PM₁₀污染兼有加重和减轻的情形,所有地级市PM_2.5和PM₁₀污染水平均超过国家二级污染浓度限值;2020年山西多数地级市O₃浓度升高。山西公众健康水平具有明显的空间离散特征,PM_2.5和PM₁₀浓度的局部空间自相关特征高度一致,呈现"南高北低"的格局,O₃浓度分布呈"南部高,中北部低"的格局。大气环境质量和经济发展水平均对医疗机构诊疗人数和健康体检人数的变化有正向影响,每万人卫生技术人员数量和公共财政支出比例对公众健康均有负向影响,其中经济发展水平和大气环境质量的影响最显著。山西省PM_2.5治理取得一定成效,但大部分城市PM_2.5和PM₁₀达标率较低,O₃浓度有持续升高的趋势,PM₁₀和O₃污染改善缓慢,深度减排仍面临挑战。PM_2.5和PM₁₀是危害山西公众健康的主要大气污染物,未来需要加强PM_2.5、PM₁₀和O₃的精细化管理及协同治理。     

多尺度环境空气质量预报业务产品测试研究

为了探讨NAQPMS数值模式预报产品及其他预报业务所需产品在国家-区域-城市不同尺度单位的有效使用率、重污染过程中的作用,以及不同地区(城市)预报业务需求及作业产品需求偏差,选取17家单位进行测试研究。分析数据显示:15类参与研究产品均为各省市监测中心空气质量日常预报业务的开展作出了重要贡献,NAQPMS数值预报产品准确率最高可达到84.72%,省会城市准确率略低,总体平均可达50.21%,重污染过程的平均捕捉准确率为52.33%;研究测试产品在各尺度的获取时间均可控制在2.5 h左右。研究结果表明,指导产品能基本反映污染物形成、发展及变化趋势,明确不同地区城市预报业务需求及产品偏差,在PM_(2.5)和O_3预报准确率和重污染过程捕捉预报结果偏低等方面有待加强。