重大生态工程规划设计的理论探讨

生态问题已成为阻碍我国经济社会可持续发展的主要屏障,解决生态问题的主要途径是实施生态治理工程。我国开展的诸多生态治理工程以退耕还林还草工程最为典型,由于相关理论研究长期滞后于生产实践需求导致该工程在推进过程中“边实施、边调整、边总结”。论文剖析了退耕还林还草工程不同阶段出现的问题以及国家采取的相应对策。通过理论分析指出生态问题是经济社会系统内部矛盾的外在表现,生态治理工程既要解决生态退化及危害,又要解决诱发生态问题的经济社会内部矛盾;生态工程设计需要生态学、经济学、社会学等相关学科的理论支撑。重大生态工程设计之初需要考虑技术储备、工程成本、成果稳定性（经济社会系统内部矛盾解决程度）、推广性、综合效益、政策及法律法规搭配等问题以达到“内外兼治”的效果,避免因“边实施、边调整、边总结”带来的工程风险和浪费,最终保障工程目标的实现。     

我国大气降水中δ18O变化的多气象因子分析及分区研究

分析了我国29个GNIP站1961—2015年逐月降水中δ~(18)O与局地气象要素(近地面的气温、降水量和大气可降水量、外向长波辐射以及500 hPa高度的风速)和大尺度环流因子(Nino 4区海表温度距平及南方涛动指数)的关系,并基于层次聚类分析和逐步回归分析方法,讨论了我国降水中δ~(18)O的分区,计算了区内降水中δ~(18)O依各气象因子的回归方程.结果表明,秦岭-淮河一线南北两侧站点降水中δ~(18)O与气象因子之间的关系差异显著,是我国的一条重要的降水稳定同位素环境效应分界线.我国降水中δ~(18)O可以分为3个区域,即北部区(包括西北和东北地区)、中部过渡区(含华北及青藏地区)和南部区,其中北部区和中部过渡区的分界线大致与我国西北地区和北方地区的分界线吻合,中部过渡区与南部区大体与我国北方地区和南方地区的分界线相一致.不同地区控制降水中δ~(18)O的气象因子存在差异:北部区为温度,中部过渡区为温度、500 hPa高度风速以及外向长波辐射,南部区是500 hPa高度的风速.研究结果对于认识我国大气降水中稳定同位素空间分布的特征及其内在机制具有重要意义.     

菌群条件下铜绿微囊藻休眠体复苏期间光合效率变化

将3株冲天湖底泥优势菌(Exiguobacterium.sp013、Bacillus.spD06与Bacillus.spD24)按不同配比与铜绿微囊藻休眠体用底泥包埋,在梯度温度下(10、15、20和25℃)进行复苏模拟实验.结果表明,在15、20和25℃条件下,菌组和无菌组铜绿微囊藻休眠体均能从底泥复苏进入上覆水体,但菌组复苏率显著高于无菌组(p0.05).在10℃条件下,菌组铜绿微囊藻休眠体能复苏,而无菌组不能.在20和25℃时,菌组对铜绿微囊藻休眠体光合系统的光合效率F_v/F_m无显著提升作用(p 0.05),而在10和15℃时,菌组能显著提升铜绿微囊藻休眠体的光合效率F_v/F_m(p0.05),且菌组Mix-4的提升能力显著强于其他菌组和无菌组.基因测序和KEGG富集分析发现,15℃时菌组Mix-4差异表达的基因显著富集于Cell cycle通路中,包括氧化磷酸化(ATP生成反应)通路和内质网蛋白合成通路,同时与光合作用相关的蛋白基因psaB、psbA及rbcL的表达量均发生显著上调,这可能是Mix-4菌群在较低温度下(15℃)提升铜绿微囊藻休眠体光合效率F_v/F_m并促进其复苏的分子机理.     

A/O工艺中污泥浓度对微生物群落结构的影响

采用A/O工艺处理淀粉厂区废水,结合Miseq高通量测序技术研究了不同污泥浓度（MLSS）对A/O工艺脱氮效果及微生物群落结构的影响.结果显示,当污泥浓度为4066mg/L时（1号池）,氨氮（NH₄⁺-N）平均去除率高达90.2%;而污泥浓度为2985mg/L时（2号池）,去除率仅为67.2%.两池体中优势菌门均为变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和厚壁菌门,其中变形菌门和拟杆菌门平均丰度分别为40.65%、30.28%和25.25%、33.27%,其相对丰度比例差异较大.在功能基因层面,两池体中所有8个功能基因类别（KEGG,京都基因与基因组百科全书）排序相同,氮代谢相关基因中,硝化酶、反硝化酶、氨化酶的相关功能基因均在1号池中含量高.该工艺中污泥浓度对菌群结构影响显著,高污泥浓度有利于形成高效脱氮菌群结构.     

MnO2催化O3处理准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中难降解有机物

研究利用MnO₂催化O₃氧化技术对准好氧矿化垃圾床渗滤液尾水中难降解有机物进行处理.系统研究了臭氧投量、二氧化锰投量和初始pH值对有机物的去除效果和反应动力学.通过UV-Vis和3D-EEM技术对渗滤液尾水中溶解性有机物分子结构在O₃/MnO₂体系的转化进行了探究,在此基础上,运用XRD、SEM、EDS和XPS对二氧化锰的催化机理进行研究.结果表明：在反应时间为20min,O₃投量为18.92mg/min,初始pH值为3时,添加0.2g/L的MnO₂能显著提升有机污染物的去除能力,较单独O₃作用,其COD、UV₂₅₄、色度CN的去除率分别提升了24.66%、4.95%和12.57%,并且生色团的有机物最易被臭氧氧化降解.紫外-可见光谱和三维荧光显示,O₃/MnO₂体系能使废水中腐殖质降解,其有机物的芳香性程度、分子量和缩合度均降低,体系对苯环类化合物的降解效率提高,最终,废水的可生化性得到显著提高.与此同时,反应前后MnO₂未出现新增价态峰值的变化,Mn（Ⅳ）在催化过程中占主导地位,MnO₂在O₃/MnO₂体系中协同机理为MnO₂催化O₃产生羟基自由基以及MnO₂在体系中转化为水合二氧化锰,改变催化剂表面理化性质与有机物形成复合物,以此促进羟基自由基的选择性,从而提升了难降解有机物的去除效果.     

Fe-絮凝降阻法处理后的印染污泥燃烧特性

为明确印染污泥焚烧特性,提高其处理效率.以Fe-絮凝降阻法深度处理的印染污泥为研究对象,通过TG-DTG热重曲线法研究不同干燥时间（1.5、2.0、2.5、3.0、3.5和4.0 h）对深度处理的印染污泥燃烧特性的影响,并对深度处理的印染污泥燃烧过程的动力学和失重速率进行拟合.结果表明:不同干燥时间下,深度处理的印染污泥的焚烧过程均可分为4个阶段,阶段1为水蒸发阶段（15.9~106.9℃）,阶段2为低沸点有机物析出阶段（106.9~235.5℃）,阶段3为挥发分的析出和燃烧阶段（235.5~479.0℃）,阶段4为难挥发物质和碳酸盐分解阶段（479.0~852.2℃）,污泥最大失重率均在410.0℃左右,最大失重均出现在阶段3.最佳干燥时间为2.0 h（含水率为3.60%）,该条件下深度处理的印染污泥在阶段3失重峰值前、后分别为0.5级和2级反应,活化能分别为7.227和87.040 kJ/mol.失重峰值前、后的失重速率方程分别为y=9.003 18-0.099 68x（R2=0.998 1）和y=5.576+2.105/{1+exp[（x-18.076）/1.349]}（R2=0.997 8）.研究显示,深度处理的印染污泥主要在第3阶段燃烧,所得失重速率方程与其第3阶段燃烧的失重速率数据较好吻合.      

基于PEI的我国环境与经济绩效评价

当前以GDP增长为主的地方政府绩效考核体系对环境保护等公共服务激励不足,导致地方政府的环境保护绩效不理想.在参考资源、环境和经济综合评价相关研究成果的基础上,采用GDP与污染物排放关联分析的方法,构建了PEI（pollution&economy index,污染与经济指标）,从环境代价和经济效益两个维度评价区域环境与经济发展的协调程度.以2007—2016年《中国统计年鉴》和《中国环境统计年鉴》数据为基础,通过计算GDP和污染物排放当量（COD_Cr、氨氮、SO₂、NO_x）,对我国30个省（市）区的环境与经济绩效（不含港澳台及西藏自治区的数据,下同）进行了分析与评价.结果表明,2006—2015年全国平均GDP与平均污染物排放当量的比值总体上呈上升趋势,多年平均增长率高达13.66%,我国的总体环境与经济效益有所改善.从PEI全国排名来看,PEI优于全国平均水平的省（市）区数量有所增加（由原来的9个增至12个）.2015年PEI排名前三位的依次为北京、上海和天津,而排名落后的3个省区依次为宁夏、新疆和甘肃.研究显示,PEI模型计算简单,可对不同发展阶段的省（市）区进行相对客观的评价,具有较高的稳定性和可操作性,对优化现有政府绩效考核指标具有重要的参考价值.      

纳米二氧化钛对三价砷在大型蚤体内累积与毒性的影响

nTiO₂（纳米二氧化钛）可作为其吸附污染物的运输载体而影响污染物在生物体内的累积与毒性,为明晰nTiO₂吸附As（Ⅲ）（三价砷）后作为As的运输载体对水生物体内As累积与毒性的影响,以大型蚤（Daphnia magna）为受试生物,通过室内培养试验,研究了不同nTiO₂浓度、As（Ⅲ）不同暴露水平相互作用下蚤体中As与Ti的累积含量、毒性及其潜在作用机制.结果表明,nTiO₂可在30 min内吸附As（Ⅲ）至平衡,其中2、20 mg/L的nTiO₂对75 μg/L As（Ⅲ）的吸附率分别可达31.38%、51.84%,蚤体内As的累积含量分别为对照组的2.9和3.8倍,表明nTiO₂可作为运输载体提高As（Ⅲ）在大型蚤体内的累积;但不同As暴露水平下蚤体As和Ti含量的相关关系表明,nTiO₂作为载体的运输作用可能会因As暴露水平的增加而减弱.另外,nTiO₂虽然作为运输载体提高了As（Ⅲ）在大型蚤体内的累积,但并未增加As（Ⅲ）对大型蚤的毒性.添加2、20 mg/L的nTiO₂后,As（Ⅲ）对大型蚤的24 h IC₅₀（半抑制浓度）分别从0.93 mg/L增至2.53和2.97 mg/L,表明nTiO₂降低了As（Ⅲ）对大型蚤的毒性.研究显示,nTiO₂虽增加了As（Ⅲ）在大型蚤体内的累积,但却降低了As（Ⅲ）对大型蚤的毒性,这有利于对nTiO₂及其复合重金属污染风险的深入认识.      

餐饮行业细颗粒物(PM2.5)排放测算方法:以上海市为例

以上海市餐饮企业为例,研究了餐饮企业PM_(2.5)排放特征以及排放测算方法.按照单位灶头、单位时间、单位就餐人次这3种计算基准,获得了不同类型餐饮企业PM_(2.5)的排放因子,并在此基础上结合2014年上海市餐饮企业活动水平测算了PM_(2.5)的排放清单.结果表明,餐饮企业排放PM_(2.5)的浓度范围0.1~1.8 mg·m~(-3),甚至超过国家饮食业标准中关于油烟1mg·m~(-3)的排放限值;PM_(2.5)中OC质量贡献超过50%,OC/EC比值的变化范围为58.8~752.3,平均值为128.4,可作为餐饮排放的示踪特征.企业规模是影响餐饮企业PM_(2.5)排放因子的重要因素.按照灶头活动、餐饮作业时间以及就餐人次这3种方法计算得出的餐饮企业PM_(2.5)排放因子均表明,大型、中型企业明显高于小型和微型企业(食堂、快餐).基于上述3种排放因子,计算2014年上海PM_(2.5)排放量相对一致,表明本研究获得基于3种活动水平的排放因子比较可靠,未来可应用于其他城市餐饮企业排放清单的核算.     

生物质炭与有机物料混施对土壤温室气体排放和微生物活性的影响

土壤是温室气体的重要排放源,在土壤中施入生物质炭和有机物料对土壤微生物在土壤碳氮转化和微量气体代谢方面有着重要作用,不过迄今在生物质炭和有机物料混施对土壤温室气体排放和微生物活性的影响方面的研究尚少.本研究采用室内培养试验,利用土壤添加生物质炭和生物质炭与不同有机物料混施,探究生物质炭和有机物料混施对土壤温室气体排放及微生物活性的影响.共设5个处理:新鲜土壤(S)、新鲜土壤+2%生物质炭(SB)、新鲜土壤+2%生物质炭+1%大豆饼(SBS)、新鲜土壤+2%生物质炭+1%小麦秸秆(SBW)、新鲜土壤+2%生物质炭+1%鸡粪(SBC).研究表明:只添加生物质炭对温室气体的排放影响不明显;生物质炭与有机物料混施使土壤的CO2、N2O排放明显增加,而对CH4的排放影响不明显;从温室气体增温潜势(GWP)变化可以看出有机物料施用对温室效应具有明显的增强作用;生物质炭与有机物料混施在一定程度上增加微生物生物量碳和代谢熵(q CO2),各处理的代谢熵是对照处理S的0.18~4.37倍;不同有机物料对FDA水解酶、过氧化氢酶、脲酶和碱性磷酸酶活性都表现为激活作用.