2012年春季京津冀地区一次沙尘暴天气过程中颗粒物的污染特征分析

本研究表征了2012年春季一次沙尘暴天气过程中京津冀地区大气可吸入颗粒物(PM10)的污染特征.借助PM10的水溶性元素、有机碳和元素碳的浓度,分析推断沙尘暴天气过程中矿物气溶胶对城市气溶胶污染的交汇叠加作用.使用中流量大气颗粒物采样器,于2012年4月1日～5月24日,在北京市西三环、天津空港经济区和张家口火车南站附近同时采集可吸入颗粒物(PM10),采用离子色谱和元素碳/有机碳分析仪分析获取其水溶性离子、元素碳和有机碳浓度.结果表明,采样期间北京、天津和张家口这3个采样点PM10质量浓度的日均值分别为233.82、279.64和238.13μg·m-3.4月27～29日,3个地区发生了沙尘暴天气,PM10质量浓度的最大日均值分别达755.54、831.32、582.82μg·m-3.沙尘暴期PM10的有机碳(OC)浓度、二次有机碳(SOC)/OC的比值、硝酸根(NO-3)和硫酸根(SO2-4)浓度均高于非沙尘暴期间.采用电荷平衡计算证明沙尘暴期间大气颗粒物表明呈碱性,说明外来沙尘暴与本地污染相互叠加,矿物元素改变了颗粒物表面的酸碱性,沙尘暴和有机物发生耦合,促进了二次有机物的转化.     

不同碳源在污水处理过程中的变化规律研究

通过对A2/O污水处理工艺长期的分析监测,探明了城市污水处理厂原水中有机物不同生物降解性及碳源赋存形态比例.原水中大部分有机物以颗粒态存在,占进水有机物的61%.原水中快速、慢速、难生物降解有机物比例分别为15.8%、54.2%和30%,快速生物降解有机物主要以溶解态存在,慢速生物降解有机物则主要以颗粒态存在.通过快速、慢速生物降解有机物的沿程监测分析,明确了两种碳源在污水处理过程中的变化规律,厌氧池与缺氧池内均存在微生物水解发酵引起的慢速生物降解有机物的转化作用,其中厌氧反应池的转化效率最高.分析计算了污水处理过程中不同碳源的转化,明确了快慢速有机物在各单元的转化和利用情况,结果指出,2 h内慢速生物降解有机物在厌氧池与好氧池转化率分别为33%和20%.从脂肪酸的种类及含量来说,厌氧池与缺氧池的脂肪酸的种类及含量均高于原水.     

微波及其组合工艺强化污泥厌氧消化研究

为提高剩余污泥的厌氧消化效能和脱水性能,考察了微波及其组合污泥预处理工艺的强化污泥厌氧消化效果,同时考察了预处理-厌氧消化过程的污泥理化特征及其脱水性能.结果表明,微波及其组合工艺可以强化污泥厌氧消化产甲烷,其中微波-过氧化氢-碱(0.2)的强化效果最为显著,不仅30 d累计产甲烷量比对照组增加了13.34%,而且产甲烷速率也得到了提升.与单独微波处理相比,过氧化氢、碱的投加显著提高了溶解性COD的释放量,这表明微波、过氧化氢、碱之间的协同作用能有效破碎污泥,进而强化厌氧消化效果;微波-酸预处理后的污泥具有良好的脱水性能,毛细吸水时间(CST)只有9.85 s,污泥脱水性能的改善与其表面电性、粒径分布的变化密切相关;不同预处理条件下的污泥经过厌氧消化后,污泥脱水性能较为接近.     

金山湖闸坝型水体表层沉积物重金属分布特征及生态风险评价

采集金山湖闸坝型水体表层沉积物,经HNO3-HF-HClO4消解后,通过电感耦合等离子质谱法(ICP)测定沉积物As、Cu、Pb、Cd、Zn、Cr等6种重金属含量,通过富集系数、地累积指数法、潜在生态风险评价以及溯源分析等对沉积物重金属的分布特征进行综合评价.结果表明:1金山湖表层沉积物As、Pb、Cu、Zn、Cr、Cd的平均值分别为23.22、26.20、24.42、143.12、245.30、0.67 mg·kg-1,其中,Pb、Cu含量低于土壤环境质量标准一、二级标准,Zn、Cr含量介于土壤环境质量标准一级标准与二级标准之间,As、Cd含量均超过土壤环境质量标准一、二级标准;从空间分布来看,Pb和Zn在北固山广场的1号样点形成最高值,As、Cu、Cr、Cd的含量分别在镇润洲码头附近的12号样点、运粮河河口区域的3号样点、湖中靠近征润州岛的14号样点、春江潮与解放路泵站之间往湖中心处的7号样点处出现最高值.2富集系数表现为As>Cr>Cd>Pb>Zn>Cu,表明金山湖表层沉积物中As的富集量最大,Cu最小.3根据地累积指数判断,金山湖未受Cu的污染,Pb、Zn、Cd则为轻度污染,As、Cr表现为偏中度污染;46种重金属的单项潜在生态危害系数表现顺序为Cd>As>Cr>Pb>Cu>Zn,其中,Cr、Pb、Cu、Zn均为轻微生态危害程度,As和Cd处于中等生态危害程度;从全湖分布看,北固湾广场附近(1号样点)、春江潮与解放路泵站之间靠近岸边区域(6号样)、春江潮与解放路泵站之间往湖中心处(7号样点)以及镇润洲码头附近(12号样点)样点的潜在生态危害为中等,其余采样点均为轻微潜在生态危害;5主成分分析结果表明,金山湖沉积物重金属的差异除了受到各样点沉积物环境背景值的影响外,还与各采样点周围人为活动、外源污水排放等有密切关系.6本次研究中发现闸坝对金山湖沉积物重金属分布的影响不明确,该部分内容尚需进行长时间尺度的研究.     

沼液养殖钝顶螺旋藻的中试研究

在室外中试规模的跑道池中,使用混凝沉淀处理后的沼液养殖高耐污钝顶螺旋藻,研究了螺旋藻的生长情况以及沼液中氮磷的去除情况,计算了沼液中氮磷向螺旋藻体的转化效率.在此基础上,结合小试研究,分析总结了使用沼液室外规模化养殖螺旋藻过程中存在的问题和对策.以12 d为一个培养周期,总共进行了6批次培养试验,其中3批次培养的螺旋藻浓度能够达到采收要求(D560>0.8);而另外3批次未能收获螺旋藻.成功的3个养殖批次中,螺旋藻采收后沼液中COD、氨氮、总氮、总磷分别减少了28.6%~48.5%、30.4%~48.5%、41.8%~48.6%、14.3%~94.5%;其中去除的总氮和总磷向螺旋藻细胞的转化率分别为12.1%~98.5%和21.2%~83.7%.沼液中的高浓度氨氮以及残存虫卵孵化产生的虫害是导致另外3批次培养螺旋藻生长缓慢的主要因素,使用生物处理技术降低沼液中氨氮含量、使用膜过滤技术去除沼液中虫卵对于稳定获得高产率的螺旋藻非常必要.     

京津冀区域生产和消费CO2排放的时空特点分析

区分消费和生产二氧化碳排放是对开放的经济区域进行排放责任划分的基础,日渐受到政策制定者的关注.利用经济投入产出-生命周期分析模型,对京津冀区域1997年、2002年和2007年的消费和生产二氧化碳排放时空特征及二氧化碳排放平衡进行分析.结果表明,京津冀区域消费和生产二氧化碳排放呈约4%的年均增长;贸易隐含二氧化碳排放比例为30%~83%,并以国内贸易隐含二氧化碳排放为主;河北的消费和生产二氧化碳排放占区域主导,增速和二氧化碳排放强度高于北京和天津;京津冀区域为二氧化碳排放净流入区域,存在部分排放责任转移;京津为二氧化碳排放净转入地区,冀为二氧化碳排放净转出地区;京津冀三地二氧化碳排放关键部门分布集中且相似度较高,可以考虑区域联合控制.其中,电力、蒸汽、热水生产和供应业和金属冶炼及压延加工业对二氧化碳排放的依赖性最大,承担较大的其他部门的二氧化碳排放责任.投入产出分析解析了地区生产和消费二氧化碳排放情况,有利于区域减排的精细化管理和制定相应对策,并促进区域减排合作.     

压力强化混凝除藻工艺中藻毒素安全性研究

为了研究预压力强化混凝沉淀蓝藻水处理工艺中,外加压力是否会引起藻细胞破裂,导致细胞内藻毒素泄漏到水体中,影响供水安全,实验对比研究了预压力和预氧化含藻水后藻毒素浓度的变化,以及预压力混凝沉淀和预氧化混凝沉淀除藻工艺中藻毒素浓度的变化和藻类去除效果.结果表明,含藻水经0.4~0.8 MPa压力加压后,水中藻毒素浓度没有增加,而次氯酸钠预氧化后水中藻毒素浓度大幅度增加.在0.5~0.8 MPa压力范围内,加压后混凝沉淀取得了较好的除藻除浊效果,蓝藻去除率达到90%~93.5%,浊度1.23~1.95 NTU,而次氯酸钠预氧化混凝沉淀后,蓝藻去除率56.2%~78.8%,浊度8.01~10.7 NTU,说明压力强化混凝沉淀除藻工艺是安全有效的.     

污水处理厂中红霉素抗药性基因的污染特征及选择性因子

采用固相萃取-高效液相色谱串联质谱(SPE-HPLC-MS/MS)检测分析了上海某污水处理厂中12种不同药品和个人护理品(pharmaceutical and personal care products,PPCPs)的含量水平和分布特征,采用实时荧光定量PCR方法定量检测分析了7种红霉素抗药性基因(ERY-ARGs)在污水处理厂中的分布和丰度变化.结果表明,在污水处理厂中共检出5种PPCPs(包括磺胺甲唑、红霉素、四环素、卡马西平和三氯生),浓度范围分别为24.5~38.7、47.5~49.2、43.1~85.4、2.5~3.9和423.2~8 973.3ng·L-1.两段A/O生物处理工艺对三氯生具有较好的去除效果,但对其余4种PPCPs的去除效果较差.与此同时,目标ERY-ARGs在污水处理厂中均被检出,在原水中的丰度达9.28×103(erm A)~1.83×108(ere A)copies·L-1,虽然两段A/O工艺能够显著降低污水中的ERY-ARGs(1.19 log~3.97 log),但其在最终处理出水中的浓度仍然较高.通过相关性分析可知,ERY-ARGs与红霉素和三氯生之间均具有显著相关性(P<0.05),表明污水处理厂中红霉素对ERY-ARGs的产生和传播具有重要影响,而三氯生对ERY-ARGs可能存在交叉选择性作用.     

基于GLUE法的多指标水质模型参数率定方法

目前对水质模型进行参数率定通常利用计算机算法来实现,但由于水质模型日趋复杂的非线性结构往往会导致"异参同效"现象,无法通过单个似然度判断参数的取值是否能够取得真值.为避免这一情况,本文提出了一套基于GLUE法的多目标模型参数率定方法,并以WASP水质模型的应用为例,通过Sobol方法确定模型的敏感参数,并利用DO、CBOD、氨氮、硝态氮4项指标的似然函数对参数同时进行率定.结果表明,该方法既可以有效地避免因追求"过拟合"而造成模型参数取值不当,也可以减小模型参数的不确定性,为具有"异参同效"现象的复杂模型的参数率定工作提供了一个更为可靠的方法.     

典型再生水人工湿地净化系统水质时空变异研究——以北京市奥林匹克森林公园人工湿地为例

选取奥林匹克森林公园人工湿地作为典型再生水补水人工湿地净化系统进行水质数据检测,应用模糊综合评价法综合评估各净化单元的水体污染状况,采用综合判别分析和Spearman相关分析阐释影响各净化单元时空变异的水环境要素,并通过因子分析识别不同时间段污染源的种类和组成.结果表明,奥林匹克森林公园人工湿地净化系统水质状况较好,符合人体非直接接触的景观用水国家标准.人工湿地各净化单元时空区间污染程度不同:季节尺度上,秋季污染更为严重;空间尺度上,主湖区、混合氧化塘区污染最为严重.CODMn、NO-3-N、ORP、TN 4项指标即可完全表征水质的季节差异(91.8%),应适当加大监测力度;Chl-a、CODMn、DO、pH 4项指标用于表征空间差异(55.1%),较低的判别正确率暗示了各功能区间类似的污染状况.不同时空区间污染源种类和组成存在差异性:水体的内源杂质是各季度影响水质的主要因子,春季有机污染最为严重,夏季则转为氮、磷等营养物质污染,秋季水体则更易受富营养化的威胁;再生水区水体污染的主要影响因子为氮、磷等营养盐类,其余功能区水体主要影响因子仍为内源杂质.增强水体流通力,缩短水力停留时间,能够有效减弱富营养盐类和有机污染物的影响.