大城市机动车污染物排放与控制的情景预测

机动车排放控制措施的有效实施对改善城市大气环境质量具有重要意义. 以北京市为例,利用情景预测法评估2011—2020年各项控制措施对城市机动车常规污染物(CO、NO_x、HC、PM₁₀)的削减效果.建立Gompertz模型并估算动态车龄分布以预测机动车保有量,运用排放因子法估算6种机动车排放控制情景的污染物削减量. 结果表明:与基准情景相比,轻型客车保有量调控情景对CO、HC和PM₁₀的削减效果较显著,在2020年可分别削减7.81%、9.88%和5.78%;排放标准更新情景对4种污染物均能有效削减,尤其是对NO_x和PM₁₀,可分别削减21.19%和24.67%;而淘汰高排放机动车情景的短期削减效果显著,但中、长期效果较差;新能源车推广情景因受到经济、技术条件的限制,削减效果较弱;综合情景考虑了以上所有的削减控制措施并达到最大的削减效果,2020年对CO、NO_x、HC和PM₁₀的削减率分别达到29.45%、42.54%、28.04%和41.30%,与基准年(2010年)相比,分别削减约2.81×105、0.63×104、3.77×104和0.17×104t.      

垦殖对湿地土壤有机碳垂直分布及可溶性有机碳截留的影响

通过测定和计算兴凯湖地区沼泽湿地及由其垦殖而来的旱田和水田土壤剖面有机碳含量和密度及土壤剖面不同深度土壤溶液中可溶性有机碳含量,分析了垦殖对兴凯湖周边沼泽湿地土壤有机碳垂直分布及土壤剖面截留可溶性有机碳的影响.结果表明,垦殖显著影响湿地0～40 cm土壤有机碳含量,大豆田和水稻田0～10、10～20、20～30、30～40 cm土壤有机碳含量与湿地相比分别降低了79.07%和82.01%、79.01%和82.28%、79.86%和92.90%、37.49%和78.05%;40 cm以下土层土壤有机碳含量垦殖前后差异不显著.大豆田和水稻田有机碳密度相比沼泽湿地分别降低了25.50%和47.35%,但三者1 m深土壤中大部分的有机碳均是储存在0～50 cm土层中.垦殖前后土壤有机碳含量与深度之间的关系均可用指数函数来描述,垦殖改变了土壤有机碳含量但并未改变其随土壤深度的变化规律.垦殖为大豆田土壤剖面对可溶性有机碳的截留效果较湿地和水稻田更明显,沼泽湿地和水稻田对可溶性有机碳的截留效果大致相当.     

北京市道路灰尘中污染物含量沿城乡梯度、道路密度梯度的变化特征

采用网格布点法调查了北京市六环范围内220个样点道路地表灰尘样品中的污染物含量.探讨了样点缓冲区内单位面积道路节点数、道路密度和道路灰尘中污染物含量沿城乡梯度的变化特征及各指标间的相关性.结果表明,各指标在研究区内的变幅较大.沿城乡梯度,道路和污染物主要呈现3种变化趋势:①单位面积道路节点数,道路密度,Cu、Cr和Pb沿城乡梯度降低,且开始时降低较快;②Mn和Cd沿城乡梯度变化的程度较低,均值基本维持恒定;③自中心向外围,Ni和有机碳(TOC)、总氮(TN)先随距离波动降低,随后在郊区均值缓慢增高.道路灰尘中污染物含量趋势转折点位置均大致在距城市中心点15～20 km左右.相关分析表明道路指标和道路灰尘中的Cd含量不具相关性,总硫(TS)、Mn、pH的相关性较弱,与其他各元素的相关性排序为Cu>TN>TOC>Pb>Ni>Cr,较道路密度而言,单位面积节点数和各元素间的相关性更高,该指标可指示道路灰尘中Cu、TN、TOC、Pb、Ni、Cr元素污染.     

黑土有机碳、氮及其活性对长期施肥的响应

以长期定位试验为基础,研究不同长期施肥模式对中国东北黑土表层(0～20 cm)及亚表层(20～40 cm)土壤碳、氮的影响.结果表明,有机肥的施入显著提高了表层土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量,其中以有机无机配施处理最为显著.与不施肥相比,常量和高量有机无机配施分别增加了表层SOC含量24.6%和25.1%,分别增加了表层土壤TN含量29.5%和32.8%,亚表层土壤SOC和TN含量对施肥无响应.尽管常量及高量有机无机配施分别增加了黑土0～40 cm土壤碳储量11.6%和7.6%、氮储量17.3%和12.7%,但各处理之间无显著差异,仅增加了黑土碳、氮储量的变异性.与不施肥相比,有机肥的施用不仅显著增加了表层和亚表层土壤微生物生物量碳、氮(SMBC、SMBN)及可溶性碳、氮(DOC、DN)的含量,且显著提高了这些组分在总有机碳、全氮中所占的比例.有机无机配施处理能使表层土壤SMBC/SOC、SMBN/TN值分别提高0.36～0.59和1.21～1.95个百分点,而DOC/SOC、DN/TN也分别达到0.53%～0.72%和1.41%～1.78%.土壤微生物生物量碳氮、可溶性碳氮及其在总有机碳、氮中所占的比例对于施肥的响应在土壤剖面上表现更为敏感,更能反映土壤肥力对于长期施肥的响应.有机肥的施入尤其是有机无机配施能显著提高黑土表层和亚表层土壤有机碳、氮活性,有利于提升土壤肥力和养分供应能力,但同时也导致了农田系统碳、氮的大量损失,容易引起潜在的环境污染.     

生活垃圾填埋过程含水率变化研究

为分析垃圾在好氧和厌氧条件下降解过程中含水率变化的规律,采用时域反射测量(time domain reflectometry,TDR)技术监测了垃圾填埋过程中含水率的变化情况.结果表明,填埋过程中垃圾体积含水率随时间逐渐增大,垃圾持水性能不断提高.好氧初期垃圾内水量变化与含水率变化正相关,好氧后期则为负相关;厌氧填埋过程中,垃圾沉降压缩是含水率变化的主要原因.垃圾TDR读数与基于物质衡算的垃圾体积含水率计算值之间有较好的相关性,好氧填埋过程两者最大偏差约为±5%,厌氧填埋过程两者最大偏差约为±2%,TDR技术适用于实际填埋工程的含水率测量.     

层次化健康风险评估方法在苯污染场地的应用及效益评估

以北京某大型苯污染场地为例,详细介绍了如何开展层次化健康风险评估.同时,结合场地污染调查结果,比较了不同层次风险评价确定的土壤苯修复目标、修复量及修复成本的差异.结果表明,在1×10-6可接受致癌风险水平下,该场地第二层次风险评价确定的0～1.5 m深度范围内土壤苯修复目标为0.26 mg·kg-1、1.5～10 m范围内土壤苯修复目标为0.15mg·kg-1,相应的土壤修复量约为292 759 m3,修复成本约2.06亿元.但是,基于该场地苯污染区域土壤气中苯浓度进行的第三层次风险评价确定的0～1.5 m深度范围内土壤苯修复目标为2.6 mg·kg-1、1.5～10 m范围内土壤苯修复目标为1.5mg·kg-1,相应的土壤修复量约为153 222 m3,减少139 537 m3,修复成本为1.49亿元,减少了5 700万元,修复成本的降低远多于因开展第三层次风险评价所付出的约10万元的成本.因此,对于类似大型VOCs污染场地,开采第三层次健康风险评价能够节省大量修复成本、带来巨大的经济效益.     

基于SWAT模型的三峡库区香溪河非点源氮磷负荷模拟

三峡水库蓄水后,水动力条件改变下营养盐的过量输入导致部分支流库湾水华现象及水体富营养化问题严重.本文以香溪河为研究示范区,基于GIS平台建立流域下垫面空间数据库,以氮磷为研究对象,应用SWAT模型对流域三大主要水系及涉及35个子流域进行2000-2009年径流、营养盐输出模拟研究,并对实测数据和模拟结果进行分析,结果表明:径流模拟结果校验阶段的效率系数0.65和0.86,确定系数是0.78和0.91,模拟效果较好,径流和营养盐负荷受降雨影响呈正相关关系,在丰水年和丰水季节较大,2000-2009年期间TN和TP年均负荷分别是2640.64和300.01 t,在2007年达到最大值,分别是3475.96和399.20 t,在2005年为最小值,分别是2036.72和226.44 t,TN和TP负荷的贡献率高岚水系＞古夫水系＞南阳水系,支流TN和TP输出强度空间差异较大,空间分布差异系数分别是0.34和0.58,TN最大值和最小值是29.39 kg·hm-2·a-1和3.86 kg·hm-2·a-1,TP最大值和最小值分别是4.90 kg·hm-2·a-1和0.54 kg·hm-2·a-1.     

热激活过硫酸盐降解卡马西平和奥卡西平复合污染的研究

研究了利用热激活过硫酸钠降解卡马西平和奥卡西平复合污染的规律.通过HPLC分析发现,在30～ 50℃时,卡马西平和奥卡西平的降解率随着温度的升高而升高,50℃时,反应90 min后卡马西平降解率为65.5％,30 min内几乎能完全降解奥卡西平;提高过硫酸钠浓度有利于卡马西平和奥卡西平的降解,当过硫酸钠浓度为12.0 mmo1.L-1时,可分别在90 min和20 min内几乎完全降解卡马西平和奥卡西平;升高pH能提高卡马西平和奥卡西平的降解率,当pH为9.0时,可分别在75 min和15 min内将卡马西平和奥卡西平几乎完全降解.经淬灭实验和电子顺磁共振波谱仪检测表明,热激活过硫酸钠降解卡马西平和奥卡西平体系中起主要作用的自由基是·OH.结果表明,该法操作简单,pH适用范围广,可以在短时间内高效降解卡马西平和奥卡西平,实际应用前景良好,并可为实际废水中卡马西平、奥卡西平或其他有机污染物的降解提供参考.     

粉末活性炭粒径对水中菲吸附动力学的影响效应研究

以菲为目标污染物,研究了粉末活性炭(PAC)在微尺度(1～ 100.Μm)下的粒径效应对多环芳烃吸附性能的影响.实验中按照中值粒径将研磨后得到的粉末活性炭划分为:PAC-1 (19 μm)、PAC-2(46μm)、PAC-3(76 μm).通过比表面积及孔隙度自动分析仪、原位拉曼光谱、扫描电镜等手段对PAC物化性质进行表征,发现粒径减小使PAC的BET比表面积和总孔容增加了10％ ～20％左右,而对PAC表面化学性质的影响较小.PAC的粒径分布对其吸附性能有显著影响,这种影响主要体现为吸附速率成倍的增加,其次是吸附容量有30％ ～36％的增幅.分别用3种动力学模型对吸附过程进行拟合,结果表明,伪二级动力学方程的拟合程度最高,PAC-1有最大的吸附速率常数k,并且随着粒径的减小,k值逐渐增大.     

两相一体式污泥浓缩消化(TISTD)反应器微生物多样性研究

针对课题组开发的两相一体式污泥浓缩消化反应器(TISTD),采用16S rDNA、PCR-TGGE等分子生物学技术,对反应器在不同阶段稳态下的内、外反应室中微生物的多样性和种群结构进行了研究.结果表明:TISTD反应器内外反应室中微生物群落均呈现高度的多样性分布,优势菌群明显,群落结构差异性很大,且外反应室较内反应室具有更多的微生物种群数量,外室是水解酸化的场所,污泥在外室经过微生物的水解酸化后进入内室,内室是严格厌氧的产甲烷场所;从反应器运行的不同时期来看,反应器中微生物优势种群呈现一定的差异,随着反应器负荷的改变,微生物的群落结构和种群数量也呈现出明显的演替过程,优势种群的功能地位处在动态变化中.微生物种群之间通过协同和竞争作用,形成了特定生态位的群落结构.研究结果解释了TISTD反应器同时浓缩和消化的工作机理,并为其推广、应用及优化调控提供了理论基础.