无机态氮素转化机制及水土体氮源识别方法

氮素在生物生命活动中起着至关重要的作用,是有机分子的基本组成元素,也是土壤的主要养分.对于氮污染的研究首先要明确各种氮形态转化机制,这是解决各种氮科学问题的基础,也是研究者容易忽略的重点.本文论述了氮素在生态系统中的转化过程及作用机制的基础,归纳总结了近年来国内外有关水土中氮源分析的研究方法及氮同位素分馏作用,重点综述了地表水及地下水体中氮源识别方法与应用,包括定性识别和模型识别方法.指出利用水化学方法与多种同位素方法相结合能够有效识别水土氮污染来源.针对传统亚硝化反应中氧原子来源识别中的问题,提出了反应过程的现代观点,解释了二次氧化反应过程中δ~(18)O-NO~-_3的富集原理.提出盆地含水层中原生铵态氮对地下水污染具有重要贡献,并给出了新的研究设想.     

三峡库区澎溪河回水区溶解态金属离子来源和时空分布特征分析

以三峡库区北岸最大支流澎溪河的高阳平湖段为例,探讨随着调水方式导致的水位变化,三峡库区支流金属离子Ca、Zn、Fe、Cr、Pb、Cu和Hg等在时间、水平和垂直空间维度上的分布和动态.在2013年6月5日~2014年5月29日为期1 a的采样周期内于澎溪河长年回水区高阳平湖的4个采样点采样共21次,平均每17.3 d采集一次.水体样品分别采自水体表层(0~0.5 m)、中层和底层(底泥以上0.5 m).冬季水体不分层期间,中层样品采自水深1/2处,分层时则采自温跃层.应用RBR-80220型水质自动分析仪监测各样点水温、电导率、水深等数据.水样采用冷原子吸收法和电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定各金属质量浓度.运用Excel、SPSS软件进行数据统计分析;以Hg离子为例,利用Matlab软件构建各水位时期金属离子质量浓度分布三维柱状图.结果表明:(1)从水体可溶性金属离子质量浓度角度,澎溪河水质总体较好,Cr、Pb、Cu、Zn和Hg等离子均低于地表水环境质量标准(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准相应离子质量浓度;(2)在来源上,Cr、Pb和Cu等离子来源于干流回水;Fe和Zn离子来源于澎溪河内源;Hg离子来源受干流回水和内源影响.金属离子随着温度分层出现质量浓度分层现象;(3)影响高阳平湖电导率的主要物质是非金属离子.     

污泥性质对微波预处理-厌氧消化的影响及古菌群落结构分析

污泥性质对预处理强化厌氧消化工艺的效果有较大影响.本研究对比了某实际污水厂A~2O工艺和A~2O-MBR工艺产生的剩余污泥在微波预处理-厌氧消化过程中污泥性质的变化与产气效果,并考察了在预处理和厌氧消化过程中污泥的古菌群落结构变化.结果表明,A~2O工艺剩余污泥有机质含量比A~2O-MBR污泥高出16. 4%(分别为66. 4%和50. 0%),SCOD、溶解性蛋白质和多糖分别为后者1. 24、2. 02和4. 84倍,具有更好的可生物降解性.虽然预处理对生物降解性差的A~2O-MBR污泥有机物释放效果更好,但A~2O污泥在微波预处理-厌氧消化后产甲烷量比相应处理后的A~2O-MBR污泥多26. 1%.两种剩余污泥的古菌群落结构差异较大,A~2O-MBR污泥中甲烷丝菌属和甲烷八叠球菌属丰度分别比A~2O污泥多3. 68%和19. 73%.预处理对古菌群落的丰富度和均匀度影响相对较小,但厌氧消化后波动较大.污泥中有机组分不同是引起古菌群落结构变化的重要影响因素.     

废旧轮胎翻新过程中多环芳烃排放及健康风险

对废旧轮胎翻新过程(露天堆放、混炼、硫化、打磨过程)和工人宿舍楼的环境空气中16种PAHs的排放特征进行了分析,并对工人的职业健康风险进行了评价.结果表明,废旧轮胎翻新过程及宿舍楼空气中都检测出PAHs.混炼过程PAHs浓度最高,其次是露天堆放过程和硫化过程,打磨过程的PAHs浓度最低,而工人宿舍楼PAHs平均浓度为11.1 ng·m~(-3).所有采样点的菲、荧蒽、蒽和芘对PAHs的总浓度的贡献较大,且与总浓度的线性相关性较强.从环数分析发现各采样点的PAHs主要集中在三环和四环,二环、五环和六环占比不超过10%.通过PAHs的可能影响因数分析发现露天堆放和宿舍楼可能受燃烧源的影响,而混炼、硫化及打磨过程可能受胶油类的影响.主成分分析和聚类分析结果显示,废旧轮胎翻新过程各采样点和彼此间的空间位置会对多环芳烃的分布产生较大影响.健康风险评价结果表明:职业工人终身致癌危险度几率较小,职业工人的预期寿命损失影响也不大.     

钢板弹簧断裂失效行为研究

目的研究汽车钢板弹簧断裂失效的原因。方法通过化学成分分析、硬度测试、断口形貌分析、金相组织分析等手段研究汽车钢板弹簧的失效行为。结果由于表面脱碳层过深,使得表面疲劳强度及耐蚀性降低,同时因长时间腐蚀作用在表面产生腐蚀坑及腐蚀裂纹,并且在循环外力作用下,腐蚀缺陷处产生应力集中,早期裂纹萌生于表面腐蚀缺陷处并扩展,最终导致腐蚀疲劳断裂。结论通过控制热处理条件、增加加工余量并去除脱碳层、表面喷丸处理等措施,钢板弹簧表面耐蚀及抗疲劳性能大幅提高,可有效避免脱碳引起的腐蚀疲劳断裂。     

废物焚烧厂烟气中PCDD/Fs和PCNs的排放特征

采用同位素内标稀释高分辨气质联用分析法,对废物焚烧厂的烟气样品PCDD/Fs和PCNs进行了测定,分析了其排放特征以及相关性,为有组织排放的PCDD/Fs和PCNs的控制提供理论依据.实验结果表明,空白实验中未发现明显的背景干扰;样品中PCDD/Fs的采样内标回收率范围为74.0%~90.1%,提取内标的回收率范围为53.3%~120.0%,均符合US EPA23和CHN HJ77.2-2008的质量控制标准;PCDD/Fs的同系物浓度均随着氯取代数目的增加而增加,而PCNs同系物则随着氯取代数目的增加表现出先增大后减小的规律.同系物之间的皮尔森相关系数分析结果可知,这两类污染物相邻同系物相关性系数明显大于非相邻同系物相关性系数,表明低氯代同系物可能是生成高氯代同系物的一个重要途径.此外,PCNs和PCDD/Fs同系物的线性相关分析结果表明,一些PCNs化合物（PeCN、HxCN、HpCN、OCN）与某些PCDD/Fs（OCDD、PeCDF、HxCDF、HpCDF）具有良好的相关性（R²=0.55~0.78）,由此推断在废物焚烧过程中这些同系物可能具有相类似的生成机制.     

密度效应对修复药剂在含水层迁移的影响——以KMnO4溶液为例的室内实验研究

利用典型的地下水修复药剂KMnO₄,通过一系列二维模拟槽实验,探究了密度效应作用下KMnO₄在模拟含水层的迁移分布规律,并分析了溶液浓度和介质粒径对密度效应的影响.结果表明,KMnO₄溶液在中砂和粗砂的模拟含水层中产生了明显的下沉现象,且迁移锋面的下沉程度会随着迁移进程不断加重,这导致KMnO₄的运移逐渐由推流向分层流转变,致使部分浅层模拟含水层无法接触KMnO₄;介质粒径越大、药剂浓度越高,密度效应造成的初期锋面下沉现象越明显,但后期下沉的变化幅度却和粒径与浓度成反比;对于锋面后的药剂迁移主体区域,KMnO₄会随着迁移时间延长逐渐分布均匀,并达到与原浓度基本一致的水平.     

调水调沙对黄河口颗粒态金属分布的影响

于2009年6~7月黄河调水调沙前、中、后期对黄河口水体悬浮颗粒物进行采样调查,采用ICP-AES测定Al、Fe、Mn、Cr、Cu、Ni、V、Zn的含量,探讨调水调沙对颗粒态重金属分布的影响,初步分析了调水调沙前、中、后期黄河口颗粒态重金属的污染状况.结果表明,调水调沙期间颗粒态重金属的浓度升高,河口区颗粒态重金属的浓度随盐度的升高而降低.以Al为校正因子归一化消除颗粒粒径影响后,重金属的分布差异变小,表明粒径是影响重金属浓度变化的重要因素.富集因子计算结果显示,黄河口Cu、Zn相对富集,且调水调沙后其污染程度加重.在影响颗粒态重金属组成的因素中,颗粒物来源占主导地位,同时受人为活动的影响.     

生态系统服务价值与人类活动的时空关联分析——以长江中游华阳河湖群地区为例

以1990、2002和2010年华阳河湖群地区LandSat TM影像为数据源,构建生态系统服务价值评估模型、生态系统服务价值流向损益模型和人类活动强度评估模型,应用双变量空间自相关分析生态系统服务价值和人类活动强度的时空关联特征.结果表明：1990~2010年生态系统服务价值持续减少,水域、湿地转为耕地和建设用地是价值损失的主要原因.生态系统服务价值高值区在中部和东北部水域,湖滨价值量减少最严重,北部地区价值量增加,南部减少.人类活动强度低影响区位于水域,中高影响区和中影响区交错分布于北部地区,高影响区集中在南部和西南部地区.3个时期生态系统服务价值和人类活动强度均呈空间负相关,高-低聚集分布于南部和西南部,低-高聚集主要分布于水域.     

基于DED模型的挥发性有机物健康风险评价

为评估DED（Dual Equilibrium Desorption,双元平衡解吸）模型用于预测实际场地VOCs呼吸暴露健康风险的适用性,以邯郸某化工搬迁场地中危化品存储车间场地为案例,采用DED模型分别计算了二氯甲烷和苯在埋深1.5m（浅层）和3.5m（深层）处的呼吸暴露健康风险,并与基于相应深度实测土壤气中污染物浓度及采用传统J & E（Johnson and Ettinger）模型预测的呼吸暴露健康风险进行了比较验证.结果表明:①采用DED模型预测的二氯甲烷健康风险均未超过10-6,在某些点位及深度（2号点浅层、6号点浅层及深层、5号点深层）苯的健康风险超过了10-6. ②基于实测土壤气中污染物浓度计算的健康风险显示,二氯甲烷健康风险均未超过10-6,在某些点位及深度（4号和6号点浅层和深层及2号点深层）苯的健康风险超过了10-6. ③采用J & E模型预测的二氯甲烷和苯的健康风险均超过10-6. ④对比发现,对于二氯甲烷DED模型预测的风险结果与基于土壤气实测污染物浓度预测的结果总体无明显差异,但苯在部分点位前者预测结果低于后者.研究显示,DED模型基本上能适用于预测实际场地VOCs呼吸暴露健康风险,但在某些点位可能会低估实际风险,建议具体使用过程中进一步采集场地数据进行验证,而J & E模型的预测结果均过于保守;同时,对DED模型各参数进行敏感性分析发现,土壤中土壤气体积含量、污染物浓度和有机碳含量对风险结果影响相对明显,土壤容重则几乎没有影响.