基于改进遗传算法的河流水污染源反演方法

针对河流水污染应急响应过程中污染源排放历史迟知、未知的问题,结合多种群遗传算法和自适应遗传算法,利用一维河流水质模型和水质监测数据,研究建立了基于改进遗传算法的河流水污染定量源反演方法,实现了对河流污染源排放历史的识别与重构.将该方法应用于美国特拉基河流的3个不同流量下的示踪剂实验中,对示踪剂排放历史进行定量源反演分析.结果表明：IGA算法对高、中、低不同流量下的3次示踪剂实验均可以很好的重构和识别示踪剂排放历史,对于实际河流水污染源反演分析的误差均在可接受范围内.IGA算法在河流水污染源反演分析中具有一定的可靠性和稳定性,可为河流水污染精准溯源与治理提供科学的技术支撑.     

不同空间划分方式下袁河流域景观结构对水质的影响

近年来景观结构的水文效应受到关注,研究不同空间划分方式下景观结构对河流营养盐、重金属变化的影响机制对于流域生态保护具有重要意义.本文于2018年7月和2019年1月在袁河干流及支流38个采样点采集水样,测定水体营养盐类污染指标（DO、NO₃^--N、NH₄⁺-N、TP和DOC浓度）和重金属类污染指标（Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、As、Cd和Pb浓度）.基于前向变量选择、冗余分析等方法,筛选景观结构指标,量化其在不同尺度下对水体营养盐、重金属变化的影响.结果表明：①农田、斑块密度（PD）、斑块聚集指数（COHESION）及散布与并列指数（IJI）是影响水体营养盐变化的主要指标.林地、建设用地（Res）、平均最近邻体距离（ENN_MN）和最大斑块指数（LPI）的组合是影响重金属变化的主要指标.②在河岸缓冲带与圆形缓冲区划分方式下,景观结构均在100 m尺度对营养盐变化解释能力最强,平均解释率分别为31.5%、24.3%,均在1000 m尺度对重金属变化解释能力最强,平均解释率分别为32.0%、42.6%.③100 m河岸缓冲带和子流域尺度分别是景观结构影响水体营养盐、重金属变化的最佳空间尺度,平均解释率分别为31.5%、42.8%.以上结果表明,针对水体不同的污染类型,采用对应的划分方式及缓冲尺度有助于提高定量分析精度,为流域水环境保护、景观优化与管理提供科学依据.     

全球液化石油气运输网络贸易社区特征及其演化分析

液化石油气在全球清洁能源消耗市场中扮演着极为重要的角色,其通过船舶在不同港口之间进行运输,而港口之间通过局部密集的运输关系,形成了联系极为紧密的贸易社区。采用复杂网络社区探测方法,基于2013—2017年全球液化石油气船舶轨迹大数据构建运输网络,并对其贸易社区特征及其演化趋势开展分析。结果表明：（1）液化石油气（Liquefied Petroleum Gas,LPG）贸易社区内的港口之间的联系更加紧密,不同社区内的枢纽港口联系也日益紧密;（2）各个贸易社区的规模呈现出增长趋势,且同一社区内的港口在地理空间上变得更为集聚;（3）亚太地区、中东、西北欧和地中海地区形成的社区在全球LPG贸易中一直保持着重要地位,而随着时间推移,美洲社区已逐渐从一个相对孤立的社区发展成为与其他社区存在紧密联系的社区。     

漓江流域δD和δ18O对蒸发的指示作用

以漓江流域为例查明不同水体之间氢氧稳定同位素组成特征,并探讨氢氧稳定同位素对漓江流域的蒸发过程指示作用.结果表明：流域内不同水体之间,氢氧稳定同位素表现出不同的组成特征,地表水和地下水,在丰水期δD值和δ¹⁸O值要比枯水期更容易富集,地下水的δD值和δ¹⁸O值分布范围较地表水小;随着水温的升高,δ¹⁸O的变化趋势比d-excess明显.从漓江上游到下游高程逐渐下降,河水线的斜率和截距也在逐渐减小,其中漓江下游河水线的斜率和截距要低于当地大气降水线,表明下游受到蒸发作用较强烈;地下河水线、地表河水线在一定程度上偏离当地大气降水线,但偏离程度较小,表明三者之间有很好的水力联系.受温度和湿度的共同影响,漓江干流丰水期河水的蒸发量占最初水体总量的0.7%~9.1%,枯水期河水的蒸发量占最初水体总量的2.6%~9.7%,丰水期的蒸发比例低于枯水期,从上游到下游蒸发比例在逐渐上升.研究区蒸发量估算值为959.40mm,与多年实测值少43.11mm,相对误差4.70%.氢氧稳定同位素对研究区降水、地表水、地下水之间的转换规律具有重要的实际意义,在今后的漓江流域水文研究中有着更加广阔的空间.     

地下水波动带中细菌群落结构与水质响应关系

为揭示地下水波动带中细菌群落结构特征及其与地下水环境相互作用关系,选取哈尔滨市第一水源地作为研究区,采集地下水样品以及波动带不同深度（0~5m非饱和带和6~50m饱和带）含水介质样品,分别用于水化学分析和16S rRNA细菌高通量测序,依托冗余分析定量表述地下水质参数与细菌群落相关性.水化学分析结果显示,研究区地下水主要污染物为Fe、Mn、NH₄⁺和有机质,Fe、Mn超标与研究区特定地质背景有关,NH₄⁺和有机质主要来源于人类活动.微生物分析结果显示,非饱和带和饱和带的细菌群落结构差异性显著,非饱和带细菌群落丰度和多样性显著高于饱和带,Proteobacteria、Bacteroidetes、Actinobacteria、Firmicutes和Acidobacteria为研究区优势门,在非饱和带和饱和带的累积相对丰度分别为82.89%和98.64%.冗余分析（RDA）结果显示,门水平上非饱和带中与水质演化强相关的细菌类群是Bacteroidetes、Proteobacteria、Actinobacteria、Verrucomicrobia,贡献率分别为15%、14.8%、8.9%和5.2%;饱和带中对地下水质演化起主要作用的类群为Bacteroidetes、Acidobacteria、Actinobacteria和Firmicutes,贡献率分别为38.4%、19.0%、10.8%和9.1%.属水平上非饱和带中的Pseudomonas和饱和带中的Flavobacterium对Fe、Mn、NH₄⁺生物转化起主导作用.本研究为揭示地下水波动带中生物地球化学作用对地下水环境的影响提供了科学依据,对地下水污染修复具有重要的意义.     

基于AIS轨迹修复的船舶排放空间表征改进方法与应用

基于船舶自动识别系统（Automatic Identification System,AIS）数据表征船舶排放是目前船舶排放空间表征的主流方法,但AIS船舶轨迹点缺失会造成船舶排放量低估和船舶空间分布表征错误,进而影响船舶排放控制区的划分.为改进船舶排放空间表征,本研究以2013年广东省AIS船舶数据为例,采用基于时间和经纬度的三次样条方法对AIS船舶轨迹进行修复,结合动力法计算船舶排放,分析对比AIS轨迹修复前后船舶排放表征的差异,并利用空气质量模型和卫星观测评估AIS轨迹修复对船舶排放表征和广东沿海空气质量模拟的改进效果.结果表明：轨迹修复后广东省海域船舶轨迹点总数由4685773个增至5746664个,船舶NO_x排放量增加了0.6%.对于轨迹点与排放缺失集中的粤东海域,轨迹修复后船舶轨迹点数增加了88%,NO_x排放量在广东省船舶排放量的占比提升至22%,特别是在粤东重点修复海域NO_x排放量增加了2.7倍.原始轨迹在广东省海域较为稀疏,在粤东海域有明显轨迹缺失;轨迹修复后广东省海域船舶轨迹更为密集,粤东海域船舶轨迹得以补充,船舶排放空间分布更连贯.对比模拟结果与卫星观测结果,轨迹修复后粤东重点修复海域船舶模拟浓度与观测浓度的偏差由51%减至6%,总体上船舶排放模拟结果更接近卫星观测结果.     

MnCeOx/沸石催化剂对工业典型VOCs的催化性能

以沸石为载体制备了锰铈复合氧化物催化剂（记为:MnCeO_x/沸石催化剂）,探究了催化剂对工业典型VOCs的二元催化性能,并对催化剂进行BET、XRD及SEM表征。结果表明:Ce的加入,促进了Mn的分散,提高了MnCeO_x/沸石催化剂的活性;当n（Mn）∶n（Ce）为1∶1,负载率为20%,焙烧温度为500℃时,催化剂的活性最高,其对甲苯的起燃温度（T₅₀）和完全燃烧温度（T₉₀）分别为155,255℃;单组分实验中,催化剂对3种有机物均表现出较高活性,转化率达到90%时的反应温度均在275℃以下,其活性顺序为乙酸乙酯>甲苯>丙酮,主要受反应活化能大小及分子极性的影响;二元催化实验中,由于竞争吸附的影响,3种物质的T₅₀和T₉₀较单组分均分别提高了8~13,14~38℃。     

北方湖库沉积物重金属区域特征及生态风险评价

以白洋淀、衡水湖、于桥水库、松花湖、大伙房水库和小兴凯湖沉积作为研究对象,通过对北方六湖库沉积物中Cu、Zn、Pb、Cr、Ni等重金属元素进行分析,并与国内外其他水域重金属污染情况进行多因素比较,探讨了六湖库主要重金属污染源的差异性,区域分布特征以及与国内外其他水域污染的相似性和区别.结果表明,六湖库沉积物重金属污染处于中等偏下水平.六湖库之间主要重金属污染源存在差别.沉积物重金属含量未出现明显上升的趋势.其中Zn、Pb存在富集现象,但Pb含量与历史数据相比出现下降,Zn的含量与其他地区相比整体偏高.大伙房水库沉积物重金属污染较重,Cu、Zn、Pb、Cr、Ni含量平均值分别为56.28,142.3,17.44,97.9,44.44mg/kg.小兴凯湖沉积物重金属含量最低,Cu、Zn、Pb、Cr、Ni含量平均值分别为2.41,63.90,13.37,56.36,26.09mg/kg.六湖库综合风险评价结果为大伙房水库>于桥水库>白洋淀>衡水湖>松花湖>小兴凯湖,重金属整体潜在生态风险指数为低.     

Tuning the fill percentage in the hydrothermal synthesis process to increase catalyst performance for ozone decomposition

The performance of Ce-OMS-2 catalysts was improved by tuning the fill percentage in the hydrothermal synthesis process to increase the oxygen vacancy density. The Ce-OMS-2 samples were prepared with different fill percentages by means of a hydrothermal approach (i.e. 80%, 70%, 50% and 30%). Ce-OMS-2 with 80% fill percentage (Ce-OMS-2-80%) showed ozone conversion of 97%, and a lifetime experiment carried out for more than 20?days showed that the activity of the catalyst still remained satisfactorily high (91%). For Ce-OMS-2-80%, Mn ions in the framework as well as K ions in the tunnel sites were replaced by Ce⁴⁺, while for the others only Mn ions were replaced. O₂-TPD and H₂-TPR measurements proved that the Ce-OMS-2-80% catalyst possessed the greatest number of mobile surface oxygen species. XPS and XAFS showed that increasing the fill percentage can reduce the AOS of Mn and augment the amount of oxygen vacancies. The active sites, which accelerate the elimination of O₃, can be enriched by increasing the oxygen vacancies. These findings indicate that increasing ozone removal can be achieved by tuning the fill percentage in the hydrothermal synthesis process.     

Acceleration of floc-water separation and floc reduction with magnetic nanoparticles during demulsification of complex waste cutting emulsions

Waste cutting emulsions are difficult to treat efficiently owing to their complex composition and stable emulsified structure. As an important treatment method for emulsions, chemical demulsification is faced with challenges such as low flocs–water separation rates and high sludge production. Hence, in this study, Fe₃O₄ magnetic nanoparticles (MNPs) were used to enhance chemical demulsification performance for treating waste cutting emulsions under a magnetic field. The addition of MNPs significantly decreased the time required to attain sludge–water separation and sludge compression equilibrium, from 210 to 20 min. In addition, the volume percentage of sludge produced at the equilibrium state was reduced from 45% to 10%. This excellent flocculation–separation performance was stable over a pH range of 3–11. The magnetization of the flocculants and oil droplets to form a flocculant–MNP–oil droplet composite, and the magnetic transfer of the composite were two key processes that enhanced the separation of cutting emulsions. Specifically, the interactions among MNPs, flocculants, and oil droplets were important in the magnetization process, which was controlled by the structures and properties of the three components. Under the magnetic field, the magnetized flocculant–MNP–oil droplet composites were considerably accelerated and separated from water, and the sludge was simultaneously compressed. Thus, this study expands the applicability of magnetic separation techniques in the treatment of complex waste cutting emulsions.