山东省PM2.5污染现状及预报效果对比分析

对2019—2022年山东省16个市的细颗粒物（PM_2.5 ）污染特征进行了分析,并对2021和2022年的4个数值模式［社区多尺度空气质量模拟系统（CMAQ）、扩展综合空气质量模型（CAMx）、区域气象-大气化学在线耦合模式（WRF-Chem）、嵌套网格空气质量预报系统（NAQPMS）］及集合预报模式预测的效果进行评估。结果表明：2019—2022年山东省PM_2.5 年均质量浓度逐年降低,污染程度逐步减轻,但在1—3,11—12月,PM_2.5 质量浓度超标现象较为普遍。2021年底更换污染源清单后,2022年5个模式的24 h级别准确率和相关系数（r）同比升高,均方根误差（RMSE）同比降低,模式预报准确率有所提升,但由于参数调整略大,CMAQ、CAMx、WRF Chem、集合预报模式易漏报或偏轻预报PM_2.5 的中度污染和重度污染天气。由于NAQPMS模式在更换污染源排放清单时,同时改进了非均相化学反应机制,因此对PM_2.5 不同污染类别尤其是中度污染、重度污染的预报准确率明显提升。     

汤旺河着生硅藻群落及其与环境因子的关系

2018年8月(丰水期),在松花江支流汤旺河,调查了24个点位的着生硅藻群落结构和水环境特征.使用聚类分析、 Mcnaughton优势度分析和生态型分析3种方法研究了汤旺河着生硅藻群落结构和清洁度,使用主成分分析、 Spearman相关分析和冗余分析等方法研究了汤旺河着生硅藻群落和环境因子的响应关系.结果表明,汤旺河共鉴定出着生硅藻99种(变种),物种丰富.汤旺河丰水期水生态环境质量状况较为健康,着生硅藻主要由清洁种构成,其中Achnanthidium minutissimum优势度为0.32,为绝对优势种.聚类分析结果表明,汤旺河采样点位可分为3组;其中组1和组2健康程度较高,优势种均为清洁种,组3健康程度较其余两组偏低,Nitzschia palea和Ulnaria ulna等耐污种在组3的优势度增加.与组1相比,组2中-高度腐生型和中-富营养型硅藻比例有所增加,极度需氧型硅藻比例有所下降,影响组2硅藻群落结构变化的主要水质因子为高锰酸盐指数.与其他两组相比,组3富营养型硅藻和极度富营养型硅藻比例显著上升,影响组3硅藻群落结构变化的主要水质因子为NH~+_4-N和TN.由此可见,着生硅藻群落可以有效地指示汤旺河水体腐生状况和营养状况.     

中、韩滨海城市化区域水体全氟化合物的空间特征及生态风险

本研究以全氟化合物（perfluoroalkyl substances,PFASs）为研究对象,选择人类活动强度大的中、韩滨海城市化地区为研究区域,采集了126份水体及125份沉积物样品,通过固相萃取和高效液相色谱-串联质谱（HPLC/MS-MS）的方法,分析了水体及沉积物中的15种PFASs.结果表明,PFASs在水体和沉积物中全部检出,水体中PFASs总质量浓度范围为6.75~20982 ng·L^-1,沉积物中PFASs含量（以干重计）范围为0.229~53.8 ng·g^-1.区域对比发现,中国滨海城市化地区水体和沉积物中PFASs含量相对较高以长链PFOA为主,而韩国水体中则以短链PFBA和PFPeA为主,沉积物中以PFOS、PFBA和PFOA为主.PFASs在水体和沉积物中的分配系数与沉积物中有机碳的含量、PFASs碳链长度有密切关联,15种化合物中有9种化合物的分配系数与有机碳含量存在显著相关性（r>0.21,P<0.05）,随着碳链长度的增加分配系数也平稳增加.生态风险分析结果表明,中、韩滨海城市化地区水体和沉积物中PFASs含量整体较低,尚处于较低风险水平,但存在严重局部污染问题,应当重视其对人体造成的潜在健康风险.     

近断层地震动下预制拼装桥墩桥梁结构碰撞响应分析∗

为研究近断层地震下预制拼装桥墩桥梁结构的碰撞响应及影响碰撞的参数,基于 OpenSees 有限元分析软件,建立一座五跨预制拼装桥墩桥梁分析模型,选取 8 组近断层脉冲型地震动对桥梁进行非线性动力时程分析;探究了碰撞效应对桥梁地震响应的影响及节段数目、节段长度、初始预应力、接缝刚度等参数对桥梁碰撞效应的影响。结果表明：桥梁碰撞效应可以减小桥梁震时最大位移和震后残余位移,碰撞效应可以减小下部预制拼装桥墩地震中预应力筋的最大预应力、接缝最大竖向压力,但不能改变接缝水平剪力的大小;碰撞主要发生于桥梁中部伸缩缝处,中部伸缩缝碰撞力和碰撞次数均明显大于两侧边伸缩缝;增加预制拼装桥墩的节段数目可以减小桥梁的震时最大位移,但会增大桥梁的碰撞力和碰撞次数,其中 6 个节段时主梁中缝、左边缝和右边缝最大碰撞力比 3 个节段时分别增大约 38.8%、36.5% 和 33.3%;初始预应力的大小对桥梁碰撞效应影响较小;引入的系数 δ 可以有效控制桥墩干接缝的刚度,δ 增大时桥墩接缝刚度增大,接缝张开量减小,桥墩接缝耗能能力增强,桥梁碰撞力减小。     

气候变化与人类活动对陆地水储量的影响

陆地水储量(TWS)是气候变化的重要指示,研究TWS有助于理解气候变化是如何影响水资源的循环。本文用GRACE重力卫星数据与气象资料恢复了2002—2016年我国陆地水储量的时空分布变化,运用M-K趋势分析判断陆地水储量与气候数据的趋势,并将具有显著趋势的地域划分为10个关键区域,其中:松花江流域、长江中下游流域、珠江流域、三江源自然保护区及青藏高原中部TWS趋于增加(2.76—7.14 mm?a~(-1)),而华北平原、黄土高原、辽河流域、天山山脉及雅鲁藏布江流域陆地水储量趋于减少(-1.47—-8.93 mm?a~(-1))。TWS与气候数据、气候环流指数的Spearman相关性的结果表明:TWS的变化主要受气候变化影响,气候变化是造成陆地水储量变化的主要因素,但在人口密集区域,人类活动对TWS的影响也不可忽视,如华北平原过度汲取地下水是造成TWS减少的重要原因。     

聊城市冬季PM2.5中水溶性化合物的昼夜变化特征及来源解析

为探究聊城市冬季PM_(2.5)中水溶性物质的昼夜变化特征及其来源,于2017年1～2月进行PM_(2.5)样品采集,对其水溶性无机离子、乙二酸和左旋葡聚糖等水溶性化合物进行分析,并采用主成分分析-多元线性回归模型(PCA-MLR)对其来源进行解析.结果表明,采样期间聊城市PM_(2.5)平均质量浓度为(132. 6±65. 4)μg·m-3,是国家二级标准的1. 8倍,且夜晚PM_(2.5)的污染程度略高于白天. SNA(SO24-、NO3-和NH4+)是聊城市PM_(2.5)中最主要的水溶性离子,在白天与夜晚占总离子的质量分数为73. 4%和77. 1%,说明聊城市冬季二次污染较严重.白天与夜晚阴阳离子平衡当量比值(AE/CE)都小于1,说明PM_(2.5)呈碱性,且夜晚PM_(2.5)的酸性比白天强.无论在白天还是晚上,NH4+的主要存在形态均为NH4HSO4和NH4NO3.通过相关性分析,证实了乙二酸是在液相中经酸催化的二次氧化反应形成的,且受生物质燃烧的影响很强.通过PCA-MLR模型分析可知,聊城市冬季PM_(2.5)中的水溶性化合物主要来自机动车尾气及其二次氧化、生物质燃烧,而受矿物粉尘与煤炭燃烧的影响较小.     

基于位点能量分布理论对苯酚和双酚A在沉积物中的竞争吸附研究

河流水体和沉积物中酚类EDCs因其广泛存在和危害持久受到广泛关注,为研究自然条件下河流沉积物上多种酚类EDCs共存的吸附行为,本文以苯酚(phenol)和双酚A(bisphenol A,BPA)为目标污染物,灞河表层沉积物为吸附剂,通过静态吸附实验研究二者在单溶质和双溶质体系下的吸附等温特性,在此基础上,采用位点能量分布理论分析污染物之间的竞争吸附机理.结果表明,相同浓度(1～50 mg·L~(-1))条件下,单溶质体系的苯酚吸附位点主要集中于高能量位;双酚A吸附位点主要分布于低能量区.双溶质体系下,相同浓度的两种物质位点分布函数均随着位点能量的增大而呈指数降低,苯酚下降趋势较为平缓,吸附位点分布更均匀.两种体系相比较,双溶质体系下苯酚平均位点能量和位点能量非均质性分别降低0.867%和3.473%,吸附位点数量降低1.230%;双酚A平均位点能量和位点能量非均质分别增大了6.074%和14.992%,吸附位点数量增大6.389%.即双溶质体系下,二者之间存在一定的竞争吸附,双酚A处于竞争优势.     

十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)在合成针铁矿表面的吸附特征

为了探究十二烷基二甲基甜菜碱(BS-12)在水合针铁矿(α-FeOOH)表面的吸附过程和机理,在不同pH值、离子强度以及温度下采用批处理法研究了针铁矿对BS-12的吸附特征;并对BS-12在针铁矿表面的吸附机制进行了探讨.研究结果表明:针铁矿对BS-12的吸附平衡时间约为8 h,吸附过程符合伪二级动力学模型,吸附速率受化学吸附机理控制.Freundlich等温吸附模型能较好地描述针铁矿对BS-12的吸附,pH值对针铁矿吸附BS-12影响显著,主要取决于针铁矿的电荷零点和BS-12的等电点;离子强度的增加对BS-12的吸附有促进作用;温度的升高促进BS-12的吸附.热力学参数结果表明,针铁矿对BS-12的吸附是一个具有熵增和焓增特征的自发性吸热过程.BS-12在针铁矿表面的吸附是一个较慢发生的吸热的化学吸附的过程,主要吸附机制为化学键作用和疏水结合模式.     

临沂市冬季环境空气PM2.5中水溶性离子污染特征及来源分析

为探究临沂市冬季环境空气PM_2.5中水溶性离子污染特征及来源,于2016年12月11日—2017年1月9日在临沂大学、兰山区政府、高新区翠湖嘉园、汤庄办事处、河东区政府、临沂开发区6个采样点开展样品采集.结果表明:①采样期间全市ρ（PM_2.5）日均值的平均值为144.86 μg/m3,ρ（PM_2.5）日均值在2016年12月20日和2017年1月4日出现峰值,分别为304.46和341.65 μg/m3.②水溶性离子日均质量浓度大小顺序依次为ρ（NO₃-）> ρ（SO₄2-）> ρ（NH₄+）> ρ（Cl-）> ρ（K+）> ρ（Ca2+）> ρ（Na+）> ρ（F-）> ρ（Mg2+）> ρ（NO₂-）,其中,在PM_2.5中w（NO₃-）、w（SO₄2-）、w（NH₄+）分别为22.33%、16.57%、13.62%,说明NO₃-、SO₄2-和NH₄+是临沂市PM_2.5的主要组成部分.③临沂市污染天和非污染天ρ（PM_2.5）日均值分别为164.00和56.86 μg/m3.随污染水平增加,PM_2.5中w（NO₃-）明显增高,w（SO₄2-）和w（NH₄+）基本不变,说明w（NO₃-）的增加导致ρ（PM_2.5）的升高.污染天和非污染天的NOR（氮氧化率）分别为0.28和0.11,SOR（硫氧化率）分别为0.34和0.28,说明污染越重,NOR和SOR越高,并且NO_x的气-粒转化速率较SO₂慢.污染天ρ（Cl-）和ρ（K+）分别为7.22和1.77 μg/m3,分别是非污染天的2.5和3.0倍.④采样期间非污染天和污染天的N/S〔ρ（NO₃-）/ρ（SO₄2-）〕分别为0.85和1.39,说明非污染天时固定源对PM_2.5的贡献相对较大,而污染天时移动源对PM_2.5的贡献相对较大.⑤通过PMF模型法解析出3个因子.因子1对PM_2.5中水溶性离子的贡献率为56.13%,代表二次源和生物质燃烧源;因子2的贡献率为25.22%,代表工业源和垃圾焚烧源;因子3的贡献率为18.65%,代表扬尘源.研究显示,临沂市冬季PM_2.5污染严重,水溶性离子来源复杂,应采取多源控制的污染防治对策.      

Cd2+与环丙沙星共存时在石英砂中的吸附特征及作用机理

为探讨重金属与兽药抗生素共存时在土壤及地下水砂层中的吸附行为及机理,以重金属镉（Cd）和环丙沙星（Ciprfloxacin,CIP）为研究对象,石英砂为介质,通过批平衡实验法,研究不同Cd²⁺浓度、pH及离子强度等因素下Cd²⁺与环丙沙星共存时在石英砂上的吸附行为及其交互影响.结果表明：①环丙沙星在石英砂上的吸附可分为两个阶段,6 h内为快速吸附,6~24 h为慢速吸附,24 h后达到吸附平衡;Cd²⁺在石英砂上的吸附表现为瞬时吸附,且吸附行为不受环丙沙星浓度的影响;环丙沙星在石英砂上的吸附动力学过程用伪二级动力学模型拟合效果最优,其次是伪一级动力学方程,颗粒内扩散方程拟合效果最差.②不同Cd²⁺浓度对环丙沙星吸附的影响不同,当Cd²⁺浓度较低（5、20 mg·L^-1）时,Cd²⁺的存在对吸附起促进作用;当Cd²⁺浓度为100 mg·L^-1时,Cd²⁺的存在对吸附起抑制作用;pH越高,离子强度越大,石英砂对环丙沙星的吸附量越低,而石英砂对Cd²⁺的吸附则表现为pH越高,吸附量越大,离子强度越高,吸附量越小;不同Cd²⁺浓度、pH及离子强度对CIP吸附的影响程度与CIP浓度有关,CIP浓度越低,影响越显著;除了pH为7的条件外,CIP对Cd²⁺在石英砂上的吸附基本没有影响.③Freundlich方程能较好地拟合不同条件下CIP在石英砂中的吸附曲线,R²均大于0.949,且大部分n值在0.326~0.651之间,说明石英砂对CIP的吸附是非线性的.④Cd可与CIP中的羧基（—COOH）和羰基（C=O）发生络合作用形成络合物而被石英砂所吸附.