碳中和时代下我国能量自给型污水处理厂发展方向及工程实践

基于碳中和背景及污水处理可持续、低碳运行理念,分析了我国污水处理厂不同水质、工艺类型、规模等条件下的能源消耗及能源回收特点,提出了以“碳改向技术+低耗高效复合脱氮技术+污泥厌氧共消化技术+污水热能回收技术+节能降耗技术”的污水处理新模式是实现我国能源自给型污水处理厂的关键,并提出我国污水处理厂实现碳中和应分为“完全能源自给”及“能源供应工厂”两个目标.此外,对基于此背景下建设的北京某再生水厂的理论能源自给情况进行了分析,结果表明,通过节能降耗、引入外源有机物、污水源热泵回收等措施,北京某再生水厂能源自给率由12.2%分别提高至17.1%、21.6%、84.7%.     

碱/抗坏血酸活化分子氧氧化水中As（III）

研究了碱/抗坏血酸（H₂A）活化分子氧体系（碱/H₂A体系）氧化水中三价砷（As（III））的过程与机理.考察了pH、H₂A浓度、As（III）初始浓度、水中常见阴离子（Cl^-、NO₃^-、HCO₃^-）和有机质富里酸对As（III）氧化效率的影响,通过自由基抑制实验及电子自旋共振（ESR）鉴定了体系中的活性氧物质（ROS）,并采用液相色谱-质谱分析技术鉴定了H₂A的降解产物.结果表明,在pH=9~12范围内,pH值越高,As（III）氧化速率越快;pH=10条件下,随着H₂A浓度从0.05 mmol·L^-1增加到1 mmol·L^-1,反应1 h后,As（III）氧化率从24%增加至92%.机理研究结果表明,H₂O₂是碱/H₂A活化分子氧体系中氧化As（III）的主要ROS,它主要来自碱性条件下H₂A与分子氧的单电子或双电子反应,同时,体系中H₂A也发生了氧化性降解.碱/H₂A体系可用于含砷废水的预处理,并与离子交换吸附方法联合,实现高效除砷.     

基于无人机影像的城市植被精细分类

针对传统植被资源调查方法工作量大、成本高、效率低的问题,利用高分辨率无人机遥感影像,联合地物光谱-纹理-空间信息,构建了一种适用于描述城市不同植被种类的多维特征空间,在此基础上对三种应用广泛的分类算法(基于像素的、面向对象的支持向量机及深度学习Mobile-Unet语义分割模型)开展了对比分析研究.结果表明:本文提出的联合地物光谱-纹理-空间信息的特征空间构建方法能够有效地描述城市不同类型植被的特征差异,提升影像分割、植被分类的精度;在分类精度上,基于像素和面向对象的支持向量机分类结果的总体精度均超过90%,深度学习方法的总体分类精度为84%;在算法效率上,传统机器学习方法也优于深度学习方法.因此,得出结论针对城市小区域、小样本的植被精细分类,传统机器学习分类方法比深度学习方法效果更好.     

基于全链条治理的国土空间规划传导体系及路径

国土空间规划传导应是覆盖规划编制、实施管理、监督反馈各个环节的全过程传导。基于国土空间治理体系和治理能力现代化的三个“需求面”,剖析传统空间规划传导的“不适应性”,并从全尺度、全过程、多向度的全链条治理逻辑出发,构建与新时期国土空间治理需求与规划体系相匹配的“三链协同”传导体系及“空间链”“时间链”“反馈链”传导路径。即覆盖“编制—实施—监督”多环节、全过程的国土空间治理闭环体系;纵向到底、事权清晰的全尺度空间传导链条,横向到边、面向实施的全过程时间传导链条以及多元共治、动态维护的多向度反馈传导链条;以期为国土空间规划传导实施提供理论与实践借鉴。     

Fe3O4活化过硫酸盐体系同步去除诺氟沙星和铅

采用Fe₃O₄活化过硫酸盐（PS）同步去除水中的NOR （诺氟沙星）和Pb （II）.探讨了Fe₃O₄投加量、PS浓度、初始pH值和Pb （II）浓度对NOR降解的影响.结果表明,NOR的降解符合伪一级反应动力学,在温度为30℃、NOR初始浓度为5.0mg/L、Pb （II）浓度为1.0mg/L、Fe₃O₄投加量为2.0g/L、PS浓度为1.5mmol/L、初始pH值为7.0的条件下,反应120min后,NOR降解率达90.2%,Pb （II）去除率为99.5%.自由基淬灭实验证实,硫酸根自由基（SO₄^-·）是NOR降解的主要自由基.通过LC-MS分析结果推测了NOR可能的降解路径和中间产物.Fe₃O₄活化PS高级氧化工艺可作为一种同步去除有机污染物和重金属的工艺.     

深圳市工业区VOCs污染特征与臭氧生成敏感性

于2020年9~10月在深圳北部典型工业区开展在线观测以分析该地VOCs污染状况,并使用基于观测的模型(OBM)研究臭氧生成敏感性.观测期间VOCs的总浓度为48.5×10^-9,浓度水平上烷烃>含氧有机物(OVOCs)>卤代烃>芳香烃>烯烃>乙炔>乙腈.臭氧生成潜势(OFP)为320μg/m³,其中芳香烃、OVOCs以及烷烃贡献最大,这3类物种OFP贡献总和超过90%.乙烯与苯呈现“两峰一谷”的日变化特征,主要受到机动车排放的贡献.相对增量反应性(RIR)分析表明,削减人为源VOCs对控制当地臭氧生成最为有效,当中又应优先控制芳香烃;经典动力学曲线(EKMA)分析表明该片区臭氧生成处于过渡区,在开展VOCs区域联防联控的同时,需要在当地进行有力的NOx控制以强化该地区臭氧污染长期管控.     

基于InVEST-PLUS模型的碳储量空间关联性及预测——以广东省为例

构建土地利用碳储量数据库,基于InVEST模型Carbon模块,得到广东省1990~2020年碳储量时空分布情况.用Moran’s I指数和Getis-Ord Gi^*分析格网尺度下碳储量时空分布特征,用Anselin Local Moran’s I得到LISA集聚图.然后运用PLUS模型和14个土地利用驱动因子预测2050年土地利用及其碳储量分布.结果表明,土地利用变化直接影响区域碳储量高低,林地、草地等具有生态服务功能地类碳密度最高,分别是188.44,329.34Mg/hm².碳储量空间格局整体呈现出中部低、北部高、东西中等的特点.碳储量空间分布特征与土地利用特征一致,碳储量显著高值集聚区域分布在建设用地少、生态用地多且连片的粤北地区,显著低值区域分布在国土开发强度和生态用地破碎化程度高的珠三角地带.在自然发展情景下,到2050年广东省土地利用碳储量将减少4327.21万Mg,随着国土空间进一步开发,环珠江口沿岸城市碳储量持续下降.增加植被生态系统碳储量,是实现碳中和的重要手段之一.要继续维持粤北山区生态保护屏障的重要地位,减缓珠三角城市土地开发强度,提高建设用地集约节约能力,形成平衡协调的土地利用和碳储量格局.     

流域横向生态补偿政策的水环境效益评估

基于2000~2019年浙江和安徽26个地级市的面板数据,使用合成控制法定量分析新安江3轮横向生态补偿试点政策对其水环境效益的总体性和结构性影响结果表明:政策效果在时间上存在异质性。第1、2轮政策试点显著的提升了新安江流域整体的水环境,但第3轮试点对上游水环境的影响是负的。政策效果在空间上存在异质性。流域横向生态补偿政策使下游的生物多样性价值平均提高了0.068亿元,但使上游生物多样性价值平均降低了0.015亿元。政策效果在结构上存在异质性。通过对水环境效益的结构性分解,发现横向生态补偿政策使新安江流域的水质净化能力价值平均提高了31.874亿元,但使其产品供给价值平均下降了13.402亿元。政策效果存在预期效益。流域横向生态补偿的政策效果在政策正式实施前2年已经出现。     

深圳市不同区域大气CO2变化特征与来源分析

于2020年12月1日~2021年12月1日分别在深圳市大学城和路边站两点位对大气CO₂和CO浓度进行了为期1a的观测.本次观测期间内两点位大气CO₂平均浓度分别为432×10^-6和439×10^-6,均呈现了“秋冬季高、春夏季低”的季节变化特征与“昼低夜高”日变化特征,且日变化特征在早晚高峰期受到交通源排放的显著影响.此外,通过引入CO₂和CO的净变化值得到大学城和路边站两点位的ΔCO₂/ΔCO值分别为136.8~184.8、59.0~119.3,结果表明机动车排放对深圳市大气CO₂贡献突出.     

Extracellular polymeric substance induces biogenesis of vivianite under inorganic phosphate-free conditions

Vivianite is often found in reducing environments rich in iron and phosphorus from organic debris degradation or phosphorus mineral dissolution. The formation of vivianite is essential to the geochemical cycling of phosphorus and iron elements in natural environments. In this study, extracellular polymeric substances (EPS) were selected as the source of phosphorus. Microcosm experiments were conducted to test the evolution of mineralogy during the reduction of polyferric sulfate flocs (PFS) by Shewanella oneidensis MR-1 (S. oneidensis MR-1) at EPS concentrations of 0, 0.03, and 0.3 g/L. Vivianite was found to be the secondary mineral in EPS treatment when there was no phosphate in the media. The EPS DNA served as the phosphorus source and DNA-supplied phosphate could induce the formation of vivianite. EPS impedes PFS aggregation, contains redox proteins and stores electron shuttle, and thus greatly promotes the formation of minerals and enhances the reduction of Fe(III). At EPS concentration of 0, 0.03, and 0.3 g/L, the produced HCl-extractable Fe(II) was 107.9, 111.0, and 115.2 mg/L, respectively. However, when the microcosms remained unstirred, vivianite can be formed without the addition of EPS. In unstirred systems, the EPS secreted by S. oneidensis MR-1 could agglomerate at some areas, resulting in the formation of vivianite in the proximity of microbial cells. It was found that vivianite can be generated biogenetically by S. oneidensis MR-1 strain and EPS may play a key role in iron reduction and concentrating phosphorus in the oligotrophic ecosystems where quiescent conditions prevail.