气候变化和人类活动对长江经济带生态敏感性的影响分析

当前气候变化和人类干扰日益加剧,二者分别以单独和交互作用对地区生态敏感程度施加影响. 因而厘清气候和人为因素在生态敏感性变化中的作用,对于提升地区生态环境韧性和可持续发展水平至关重要. 以中国生态文明建设的先行示范带——长江经济带为研究对象,基于2001~2021年长江经济带130个城市的气象、遥感和统计数据,构建气候变化、人类活动和生态敏感性指标体系,并运用响应曲面法（RSM）探究各地区的气候和人为单因子及交互作用对生态敏感性的影响效应. 结果表明：①长江经济带生态敏感值在时间上波动上升,2001~2021年上升了2.2%;空间上总体呈现出“北高南低”空间分布,2021年长江经济带内重度和极度敏感城市的比例将近50%. ②对于单因子,同一因子影响效应的分布具有一定的特征,其中经济发展、降雨量和气温单因子对生态敏感性产生正向影响的地区,分别集中于经济水平高或发展速度快的地区、长江沿线和长江以南. 对于交互因子,78.6%的因子间作用对生态敏感性的影响效应为负交互,则这些交互因子中一个因子水平的变化会改变另一因子对地区敏感性的影响效应方向. ③以生态敏感性和气候敏感性为复合敏感程度依据来划分长江经济带的综合生态管治区,其中需优先改善的治理区在3个城市群内部及其北邻区域聚集分布,即长江经济带中城市的气候敏感程度和生态敏感程度具有溢出效应. 本研究有望为流域经济区乃至全国和全球在区域生态治理领域的努力提供启发性意见.     

磁性碳基复合纳米材料对四环素类抗生素的吸附和降解研究进展

近年来,磁性碳基复合纳米材料（magnetic carbon-based composite nanomaterials,MCCN）因其具有比表面积大,方便磁分离及回收循环利用等优点而引起众多科研工作者关注. 鉴于四环素类抗生素（tetracycline antibiotics,TCs）在环境中耐性强、不易分解,长期累积对人体健康造成潜在的威胁. 由此,本文综述了近3年来发展的各类新型MCCN作为优良吸附剂和催化剂应用于TCs的去除,并在吸附和降解两方面对去除TCs的机理和影响因子作出总结. 重点阐述了磁性碳基复合纳米材料作吸附剂时,其碳前驱体被炭化、活化、磁化以及杂原子改性后获得的磁性碳基材料,通过氢键、π-π作用、静电作用等机制吸附去除TCs;作为催化剂时,磁性碳基材料主要作为基底,负载功能化催化剂,通过激活一些过硫酸盐,促使催化过程中产生活性物种如·O₂⁻、·OH、¹O₂等,将TCs降解为CO₂、H₂O或其他小分子物质. 最后,对磁性碳基纳米复合材料未来的研究方向提出一些建议.     

地下结构与不同刚度地表结构体系地震响应规律研究

为探讨不同刚度地表结构与地下结构相互作用体系的地震响应规律,构建了地表结构基频低于、等于和高于场地土卓越频率的三种不同刚度的地表结构,地下结构为典型的三层三跨框架结构。采用Davidenkov模型考虑土体的非线性,考虑地震动类型和幅值的影响。计算结果表明:地下结构的存在整体上放大了场地效应,而地表结构的影响取决于体系的频率特征。单一地表结构对地下结构的影响十分有限,而地下结构的存在放大了地表结构的响应,其放大程度仍取决于体系的频率特征。     

可燃吸附剂从焦化废水中分离潜热实现低能耗工艺的实验研究 ——以活性炭为例

以活性炭和焦化废水为例,将吸附废水尾水的粉末活性炭(PAC)分离,再吸附原水,从吸附过程和投加量考察COD的去除,运用GC/MS对吸附过程的微观组分进行解析,再进行燃烧热值测定.研究结果表明,针对尾水选择合适粉末活性炭,少量投加即可使出水COD达标排放;吸附尾水时主要去除生物系统难以降解的有机组分,再吸附原水时,对酚类物质、氮杂环化合物以及多环芳烃类都具有显著的效果,表现出非选择性,吸附过程完全受控于高浓度组分;单位废水可提供的热值Qw=(45.990±3.521)×Cm,吸附原水有机物的活性炭,其燃烧热值有显著提高,增量ΔQ由ΔQ=(45.990±3.521)×(Cm－Ce)×V决定.针对高浓度难降解的工业有机废水,上述工艺通过能源回收的方式可实现工程造价与运行费用的显著降低.     

废水处理生物出水中COD构成的解析 ——以焦化废水为例

以焦化废水为例,采用连续过滤及化学分析的方法考察了悬浮组分、胶体组分及溶解组分对生物出水残余COD的贡献,并结合紫外-可见光谱和GC/MS图谱定性解析各形态组分的有机构成特征,构建了一种废水生物出水COD构成解析的评价方法.实验结果显示,焦化废水生物处理出水中悬浮态和胶体态组分对残余COD的贡献分别占COD总量的25.9%—46.3%和18.7%—44.4%,建议优先考虑采用混凝沉淀工艺去除约35.0%—45.0%的COD,使处理出水基本能够达标排放;溶解组分的COD占COD总量的24.6%—40.7%,其中4.3%—15.8%的COD由硫化物、硫氰化物等还原性物质贡献,其余部分主要由链状烃类、酯类及醇类等溶解有机组分贡献,建议采用氧化或吸附工艺进行处理,以满足更高的出水水质要求.     

酚类化合物在焦化废水处理过程中的降解与转移

研究了4种烷基酚、7种氯酚和2种硝基酚物质在广东韶关钢铁集团焦化废水处理站的浓度演变与转移.针对设计处理量为2000 m3·d-1,生物处理采用A/O1/O2工艺,已经稳定运行5年的实际废水处理工程,同一时间分别采集水样、气样与综合排泥样若干批次,采用GC/MS方法分析酚类物质的浓度.研究结果表明,焦化废水中酚类物质在原水与各个处理工段中均存在成分与浓度的特征分布,烷基酚类物质浓度高但容易通过生物降解去除,氯酚和硝基酚的去除率略低,经生物处理的出水酚类物质浓度均低于5 μg·L-1,达到了有关排放标准的要求;所有酚类物质在废水处理过程中存在气相转移的现象,转移污染物浓度分布差异显著,取决于废水本底浓度与该物质的化学性质;污泥样品能够高倍数富集氯酚类物质,在处理与处置工艺的选择方面需要防止扩散.酚类化合物在焦化废水处理过程中的浓度削减主要是生物阶段,气相转移与固相转移可能构成环境风险,未来的水处理工程需要考虑二次污染的消除问题.     

焦化废水缓冲体系的存在证明与集水调节池中水质结构调控

采用FeSO4对焦化废水原水进行pH调节,发现焦化废水原水中存在酸碱缓冲体系,具有很强的酸碱缓冲能力.焦化废水原水pH值约为9.6时,HCO3-、CN-、HS-、S2-、NH3、C6H5O-和胺类等以共轭碱的形式存在,对应的缓冲容量较高;随着pH的降低,共轭碱所占比例逐渐减少,对应的弱酸分布分数逐渐增多,缓冲容量逐渐减小;当pH调节至中性时,pH与pKa值接近,共轭碱与弱酸的分布分数近似相等,废水的缓冲容量有升高的趋势.在调节pH的过程中,由于FeSO4的水解、沉淀与络合作用,在投加量为2.0 g·L-1,反应时间15 min时,焦化废水中的氰化物、硫化物、油分及COD的去除量分别为1.5 mg CN-·g-1、27.3 mg S2-·g-1、15 mg总油·g-1及504 mg COD·g-1,pH影响各种污染物的形态分布而实现水质结构的调控.     

焦化废水生物出水溶解性有机物特性光谱表征

利用非离子型DAX-8树脂和离子型交换树脂对某焦化废水二级生物出水溶解性有机物(DOM)进行组分分离,从溶解性有机碳(DOC)、紫外-可见光谱、三维荧光光谱、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)等4个方面对组分进行光谱学分析与特征识别.结果显示,疏水性酸性物质(HoA)、亲水性酸性物质(HiA)和亲水性中性物质(HiN)为DOM的主要组分,其DOC含量占总DOC的39.88%、20.85%、25.38%;DOM主要含有单环芳香族化合物或共轭双键类化合物成分,类腐殖质物质和类富里酸物质是DOM的特征有机物;低分子量有机物在亲水性物质组分(HIS)中含量最高,E254/E365=3.89,E445/E665=1.91,SR=0.926均证明了这一点;亲水性碱性组分(HiB)组分UV254占比为32%,SUVA值为49.94 L·mg-1·cm-1,不饱和物质和芳香性物质含量最高,芳香化程度最高;HoA的E300/E400值为2.58,腐化程度最高,组分中含有类富里酸物质.DOM光谱分析能够提供组分中亲疏水性物质的比例、芳香性高低、分子量、发色团及有机基团等信息,可以作为判断废水特征的参考依据.     

龙江-柳江-西江流域的水化学特征及其成因分析

河流的水化学特征受地质、气候和人类活动等多种因素的支配,可能通过水-环境-粮食-健康的转移链构成对流域经济和社会的持续影响.为此,分别于2015年4月和10月采集了龙江-柳江-西江流域38个点位共70份水样,测定所有样品的主要物理化学指标,运用阴阳离子三角图和相关性分析来探究水体中主要阴阳离子的含量分布及其来源,结合Gibbs图和端元图来分析水化学组成的控制过程.结果表明,龙江-柳江-西江流域水体整体呈弱碱性,四月份和十月份的TDS均值分别为204.81 mg·L-1和234.20 mg·L-1,低于世界主要大河的均值,EC、TZ-、TZ+、TDS和TH的均值空间分布都表现为龙江段>西江段>柳江段,含量最高的阴阳离子分别为HCO3-和Ca2+,流域的水化学类型为HCO3--Ca2+型;Ca2+、Mg2+与HCO3-主要来源于碳酸盐岩的溶解,Cl-、NO3-和SO42-主要来源于酸沉降、城镇生活污水和地下水的输入,K+和Na+主要来源于硅酸盐岩的溶解和人类活动的排放;该流域水体表现为典型的喀斯特地区水质特性,水化学组成主要由碳酸盐岩风化作用所控制,不同的下伏岩层分布决定了各江段控制作用的强弱,也决定了流域水化学组成的空间差异性,碳酸和硫酸共同参与了碳酸盐岩的风化作用,但以碳酸为主.总体而言,对龙江-柳江-西江流域水化学特征及其成因的上述认识,有助于制定水资源管理措施和水环境保护战略.     

超临界水中Ni/ZrO2催化气化聚乙烯醇水溶液的产氢特性

以追求产氢及降解有机污染物作为协同目标,利用一套连续式超临界水气化装置,在设定压力24MPa,反应温度400—500℃,反应停留时间20—120s条件下,以Ni/ZrO2为催化剂考察了聚乙烯醇(PVA)水溶液的超临界水气化产氢特性.实验结果显示,催化剂Ni/ZrO2能有效促进PVA水溶液的分解产生富氢气体,气体产物中氢气的含量最高可达81.40%.过程探索发现:反应温度的升高能提高PVA气化效率,但气体产物中H2的含量随反应温度的升高有所下降;随着反应温度的升高,PVA分解趋于彻底,在压力24MPa、温度500℃、停留时间120s的条件下,TOC去除率、有机碳气化率和氢气化率分别达到71.46%,67.97%和157.24%;停留时间的变化对气体产物含量没有明显的影响,但延长停留时间能提高PVA的气化效率;PVA气化反应中间产物主要为链状烷烃、环烷烃、芳香烃及小分子酸,根据中间产物出现的顺序推测PVA的降解为由C—C键断裂形成小分子物质,这些小分子物质一部分转化为H2,CO,CH4和CO2,一部分形成难降解的芳香族化合物.