Carbon reduction potential and cost evaluation of different mitigation approaches in China's coal to olefin Industry

Coal-based olefin (CTO) industry as a complement of traditional petrochemical industry plays vital role in China's national economic development. However, high CO₂ emission in CTO industry is one of the fatal problems to hinder its development. In this work, the carbon emission and mitigation potentials by different reduction pathways are evaluated. The economic cost is analyzed and compared as well. According to the industry development plan, the carbon emissions from China's CTO industry will attain 189.43 million ton CO₂ (MtCO₂) and 314.11 MtCO₂ in 2020 and 2030, respectively. With the advanced technology level, the maximal carbon mitigation potential could be attained to 15.3% and 21.9% in 2020 and 2030. If the other optional mitigation ways are combined together, the carbon emission could further reduce to some extent. In general, the order of mitigation potential is followed as: feedstock alteration by natural gas > CO₂ hydrogenation with renewable electricity applied > CCS technology. The mitigation cost analysis indicates that on the basis of 2015 situation, the economic penalty for feedstock alteration is the lowest, ranged between 186 and 451 CNY/tCO₂, and the cost from CCS technology is ranged between 404 and 562 CNY/tCO₂, which is acceptable if the CO₂ enhanced oil recovery and carbon tax are considered. However, for the CO₂ hydrogenation technology, the cost is extremely high and there is almost no application possibility at present.     

典型稻田土壤真菌群落结构及多样性对比

为了解中国主要稻作区内不同母质发育的稻田土壤真菌群落结构和多样性差异,本研究选取由砖红壤、红壤、盐碱土、黑土和紫色土发育而来的5种中国典型稻田土壤为研究对象,利用高通量测序技术对土壤真菌群落组成及多样性进行对比分析.结果表明：5种典型稻田土壤的含水量、pH值、盐度及容重差异显著（P<0.05）;从Chao1指数来看,稻田土壤真菌群落丰度红壤型 > 黑土型 > 砖红壤型 > 紫色土型 > 盐碱土型.从ACE指数来看,群落丰度黑土型 > 红壤型 > 砖红壤型 > 紫色土型 > 盐碱土型.Shannon指数和Simpson指数均表现为群落多样性黑土型 > 紫色土型 > 红壤型 > 砖红壤型 > 盐碱土型;5种典型稻田土壤真菌门水平相对丰度最高的均是子囊菌门（Ascomycota）;砖红壤型和红壤型稻田土壤的优势真菌属为翅孢壳属（Emericellopsis）,紫色土型稻田土壤的优势真菌属为翅孢壳属、枝鼻菌属（Cladorrhinum）和柄孢壳属（Zopfiella）,黑土型稻田土壤的优势真菌属为翅孢壳属和明梭孢属（Monographella）,盐碱土型稻田土壤的优势真菌属为瓶头霉属（Phialocephala）;石黄衣属（Xanthoria）、Cyberlindnera、青霉菌属（Penicillium）和Westerdykella的相对丰度与土壤pH值呈显著负相关（P<0.05）,Ceroophora的相对丰度与土壤含水量呈极显著负相关（P<0.01）;帚枝霉属（Sarocladium）的相对丰度与可溶性有机碳呈极显著正相关（P<0.01）.以上研究表明,稻田真菌的群落结构和多样性受稻田开垦前土壤类型的影响,真菌物种丰度和优势菌种类型对土壤理化性质变化的响应较为敏感.     

氢气和氮气对厌氧甲烷降解过程及微生物多样性的影响

针对厌氧甲烷氧化过程,考察了填埋场稳定化过程中气态物质(H₂、N₂)的影响,阐明了微生物群落结构的响应。结果表明:在N₂氛围下,存在甲烷氧化、固氮、硝化、反硝化的循环过程;通入H₂对于厌氧甲烷降解过程有一定影响,CH₄含量呈先下降后升高再降低的趋势,CO₂含量则呈先升高后降低趋势,表明H₂可将CO₂还原为CH₄。经过N₂和H₂长期驯化后,土壤微生物群落结构发生了显著变化,放线菌门中具有硝化、反硝化及固氮作用的菌群增加,出现了具有甲烷氧化功能的Methylococcale菌群。好氧菌(如甲烷氧化菌、硝化菌)对O₂的消耗有利于反硝化和厌氧甲烷氧化的进行,为反硝化型厌氧甲烷氧化的发生提供了有利条件。研究揭示了填埋场稳定化过程中气态物质影响厌氧甲烷氧化的过程。     

基于蓝水可持续指数的黄淮海流域水资源可持续性评价

为了评估人类超采地下水以及侵占河流生态需水给水资源可持续性带来的风险,将黄淮海流域作为研究区,在利用非稳态Budyko模型以及水量平衡公式的基础上,结合生态需水核算结果及各产业用水数据,选取蓝水可持续性指数BlWSI,基于蓝水消耗量（CBWU）、不可再生地下水抽取量（NRGW_A）以及地表过度取水量（SW_OA）对流域开展水资源可持续性评价。结果表明:表征蓝水资源可持续性的BlWSI指标在黄淮海流域存在明显的时空差异性。其中,黄河流域的水资源可持续性程度最低,海河流域次之,淮河流域可持续性程度最高。1960—2000年,黄淮海流域的水资源可持续性呈现不同程度的增加趋势。研究对提升黄淮海流域的可持续水资源管理具有一定的参考意义。     

湖泊水位变化对挺水植物影响分析:以洪泽湖为例

湖泊水位波动的幅度、频率、持续时长、规律性等是影响湖泊水生植被状况、水资源调配的关键因素。以往研究主要通过选取部分水位变化指标来识别主要的生态影响。而要维持湖泊生态健康进行合理水位调控,需要综合水位变化的多指标,从整体上分析湖泊植物对湖泊水位变化的响应特征。以洪泽湖为例,基于IHA/RVA法,重点分析了南水北调东线一期工程后洪泽湖水位变化对挺水植物的影响。结果表明:南水北调东线一期工程后洪泽湖3,5,7,9月月平均水位以及最小30 d平均水位等指标发生较大改变,对挺水植物面积的影响是最显著的,其他IHA指标改变度小,影响不明显。3月平均水位超过13.4 m,挺水植物萌发抑制明显;当5月平均水位在13.1 m,7月平均水位在12.7 m时,挺水植物面积显著增加;9月平均水位高于13.4 m,挺水植物面积大幅减少。当最小30 d平均水位<12.0 m时,挺水植物面积平均减少14.32 km2。为满足洪泽湖挺水植物生长和繁殖需求,确定3,5,7,9月适宜生态水位为13.20,13.10,12.70,12.85 m。     

基于条件变分自编码器的齿轮箱故障诊断

目的实现齿轮箱故障类型的智能识别诊断。方法针对传统故障诊断方法通用性不广、数据依赖强、泛化能力弱并需人工提取特征问题,提出一种基于条件变分自编码器的故障诊断方法。以故障类别概率分布为目标并将振动信号频谱作为条件,通过条件变分自编码器,建立齿轮箱振动信号频谱到对应各故障下的条件概率模型,并通过多层神经网络结合变分推断方法进行训练优化,实现对齿轮箱各类型故障的高精度分类诊断。结果在仅有少量训练数据条件下,实现了准确的故障识别。结论条件变分自编码器在齿轮箱振动信号频谱概率分布建模上具有优异性能,对故障信号数据量的依赖低、泛化能力强,无需人工提取特征。能有效实现齿轮箱故障的智能分类诊断。     

不同DN与PN-ANAMMOX耦合工艺处理中晚期垃圾渗滤液的微生物群落分析

为了推进厌氧氨氧化（anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX）脱氮工艺在垃圾渗滤液处理方面的应用,在某垃圾填埋场建立了不同反硝化（denitrification,DN）与短程硝化-厌氧氨氧化（partial nitrification-ANAMMOX,PN-ANAMMOX）耦合模式的中试反应器处理垃圾渗滤液,探讨其耦合模式对脱氮及微生物群落结构的影响.结果表明DN+（PN-ANAMMOX）工艺可以将DN耦合入PN-ANAMMOX进行脱氮,但随着渗滤液中有机物浓度的增加,DN+（PN-ANAMMOX）工艺的PN区的需氧量增加,Nitrosomonadaceae科菌的富集受到限制.而NO₂^--N的供给不足进一步导致ANAMMOX区Brocadiaceae科微生物的富集也受到限制,总氮去除速率（total nitrogen removal rate,TNRR）停留在0.44 kg ·（m³ ·d）^-1.而在DN-（PN-ANAMMOX）工艺中,具有反硝化能力的Saprospiraceae科菌在DN区富集,有机物主要在DN区被降解去除,为后续PN-ANAMMOX提供了良好的低碳环境.Nitrosomonadaceae科及Brocadiaceae科菌在相应的PN区及ANAMMOX区得到富集,反应器的TNRR和总氮去除率（total nitrogen removal efficiency,TNRE）也进一步提升至0.55 kg ·（m³ ·d）^-1和94.65%,实现了对NH₄⁺-N和有机物浓度分别为2233 mg ·L^-1和2712 mg ·L^-1渗滤液的直接处理.其中Candidatus Kuenenia菌更能适应高基质浓度的渗滤液水质,成为ANAMMOX区的优势菌属.     

郑州市少数民族运动会期间O3及VOCs污染特征的演变和评估

基于近地面观测的常规污染六参数、气象数据和在线VOCs数据,以臭氧及其前体物VOCs为研究重点,评估了民运会期间采取的污染管控措施对郑州市空气质量的影响.结果表明,2019年民运会管控期间污染物六参数相较上年同期均呈现降低趋势,其中PM_2.5和PM₁₀浓度分别降低了16.2%和25.1%,但是臭氧日最大8 h浓度均值的降幅仅为3.7%,且臭氧为首要污染物的天数超过90%.就臭氧前体物VOCs而言,民运会期间PAMS浓度（26.21×10^-9）低于历史同期;利用PMF模型解析出6个因子,依次为机动车尾气（28%）、LPG（21%）、燃烧（16%）、工业（15%）、溶剂（15%）和植物排放（5%）;空气保障期间,对燃烧源和工业源的管控较为明显.