基于CMAQ的大气环境容量计算方法及控制策略

利用空气质量模型CMAQ建立了真实条件下基于不同达标率的大气环境容量计算方法,为大气环境质量管理提供了科学依据。采用CMAQ建立研究区域的空气质量模型系统,设置多层嵌套网格(最小网格分辨率3km),获得了2006年1月、4月、7月、10月(四季代表月)的小时污染物浓度值。通过调整研究区域的污染源排放量,并结合空气质量监测数据和环境空气质量标准,建立了不同污染物的达标率与环境容量关系曲线。研究证明,该方法可以确定可吸入颗粒污染物、二氧化硫和二氧化氮在不同达标率下的大气环境容量,并充分反映三种污染物环境容量的季节性变化特征。研究结果不仅有利于环境管理者制定针对研究区域的空气总量控制方案,还有助于构想基于季节性变化的污染控制策略。     

拉乌尔菌sari01的分离及其异养硝化好氧反硝化特性

拉乌尔菌属是肠杆菌科中新分类的一个属,具有降解多种环境污染物的能力.本研究通过异养硝化培养基富集,从活性污泥中筛选出1株拉乌尔菌,命名为sari01.通过单因素和响应曲面实验研究,得出菌株sari01硝化作用的最适条件:碳源为柠檬酸钠、pH为7.0~7.5、温度为30℃、C/N为15、接种量为7.5%、溶氧以装液量计取50 mL,此时氨氮去除率可达99.9%,其中33.7%被转化成气体而去除,剩余部分转化为细胞生物量.菌株sari01能够利用亚硝酸盐和硝酸盐为唯一氮源进行生长,在优化培养条件下氮的去除率分别为98.4%和65.2%.说明菌株sari01具有很强的异养硝化和好氧反硝化特性,能够独立完成异养硝化和好氧反硝化脱氮过程,在污水处理中具有潜在的应用价值.     

生物营养物去除(BNR)工艺模型参数校正与验证方法

研究了结合活性污泥系统物料平衡的生物营养物去除(BNR)工艺模型参数校正与验证方法.首先采用代尔夫特理工大学开发的TUD模型及其参数缺省值进行初步模拟,并将模拟结果与实测数据进行对比以明确模拟偏差.同时,对原始运行数据进行物料平衡衡算,以消除测量误差并获得TP排放量、反硝化量及氧的净消耗量等平衡计算值,为模型校正提供依据.初步模拟结果显示,TP排放量(3913mg·d-1,以P计)和反硝化量(16170mg·d-1,以N计)均超出了平衡计算值的误差范围(分别为(3762.0±43.1)mg·d-1和(14150±237)mg·d-1),且沿程溶解性COD(SCOD)、PO34--P、NH4+-N、NO3--N不能完全与实测数据吻合,表明工艺模型参数的默认值需得到必要的校正.结合TP平衡,先修正污泥龄(SRT)的计算误差;应用平衡后的运行数据,将SRT由初始值10.3d调整为10d.SRT调整后,再次模拟得出的TP排放量为3750mg·d-1,已在平衡计算结果的范围之内,TP平衡得到了闭合.将发酵过程最大反应速率常数qfe从3d-1提高到15d-1后,沿程及PO43--P拟合结果同时得到了显著改善.通过调整DO及NH4+-N的亲和系数KNH4(从1mg·L-1至0.2mg·L-1),沿程NH4+-N得到了拟合.出水及沿程NO3--N的拟合通过调整氧的亲和系数KO2从0.7至0.1mg·L-1)得以实现.最后校核反硝化负荷及氧的净消耗量,模拟计算的反硝化负荷为14090mg·d-1,氧的净消耗量为126900mg·d-1,均在平衡计算值的误差范围之内(分别为(14150±237)mg·d-1和(129700±2910)mg·d-1),说明校正过程合理、可靠.     

利用分子生物等技术确定活性污泥硝化细菌的衰减特征

通过常规耗氧速率（OUR）测定方法、荧光原位杂交技术（FISH）和LIVE/DEAD细胞活性实验,分别研究了序批式反应器（SBR）硝化系统和生物营养物去除（BNR）系统中硝化细菌的好氧衰减特征.实验结果表明,SBR硝化系统中硝化细菌在衰减过程中由细胞死亡引起的衰减分别占细胞总衰减的33%（SRT=10 d）和50%（SRT=40 d）;相应地,由活性降低引起的衰减分别占细胞总衰减的67%（SRT=10 d）和50%（SRT=40 d）.长SRT可能会选择出能够更好地适应饥饿状态的硝化菌种,使细菌能够迅速地做出紧迫反应,从而降低其衰减速率.在BNR系统中（SRT=15 d）,硝化细菌在衰减过程中由细胞死亡引起的衰减约占细胞总衰减的45%,由活性降低引起的衰减约占细胞总衰减的55%.两种系统中硝化细菌由细胞死亡引起的衰减比例不同是由于两种系统中不同微生物组成所致.     

我国东北典型河流冰封期细菌多样性的研究——以松花江为例

在我国东北松花江冰封期时采集了该河流域5个监测断面的河水样本,并分别构建16S rDNA克隆文库,通过16S rDNA序列的系统发育分析,对水样中细菌群落结构和种群多样性进行了研究.试验结果表明,5个采样点的水样pH都呈弱酸性,并且都有不同程度的多环芳烃(PAHs)污染,其中,B(九站)采样点污染最为严重.5个样品中检测到的共同细菌种类有5个:β-变形菌纲(Betaproteobacteria)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、蓝细菌门(Cyanobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes).5个河水样品中的细菌与许多已知降解菌的亲缘关系较近,并以能降解多环芳烃类有机污染物的微生物种类居多,且在5个样品中均发现了指示河流富营养化的菌种,表明该河流存在普遍的富营养化趋势,特别是D、E段(佳木斯上和佳木斯下)比较严重.     

颗粒轨道模型用于烟气脱硫喷淋塔两相流数值模拟

以FLUENT软件为计算工具,采用Euler-Lagrange方法模拟喷淋塔内部气液两相流动.气相用标准k-ε湍流模型描述,喷淋液滴用颗粒轨道模型描述.综合考虑颗粒受力分析、颗粒湍流扩散以及气液两相耦合3方面影响因素对颗粒轨道模型进行设置,从液滴粒径分布、液滴出口速度、喷淋夹角3个方面对喷嘴射流源进行精确定义.模拟结果表明:喷淋塔内轴向气速分布均匀;中空锥形的喷嘴设计使喷淋液形成伞状雨帘,有效防止烟气短流;塔内液滴浓度分布存在中间高、边缘低的问题,可通过改进喷嘴布置方案加以改进;颗粒轨道模型能够较好地预测喷淋塔内两相流动.     

曹妃甸采暖期和非采暖期PM2.5中不同重金属元素污染特征及健康风险评价

为探讨曹妃甸采暖期和非采暖期PM_2.5中Cr、Pb、As和Cd元素的污染特征、来源及健康风险,以华北理工大学曹妃甸校区为研究地点,于2017年12月—2018年10月采集98份PM_2.5样品.利用重量法测定空气中PM_2.5浓度,使用电感耦合等离子体质谱仪分析PM_2.5中4种重金属元素(Cr、Pb、As和Cd)的浓度;采用Wilcoxon Mann-Whitney U检验比较采暖期与非采暖期,以及PM_2.5超标日与非超标日各元素含量的差异,利用Kruskal-Wallis H检验法比较不同PM_2.5浓度分级下4种金属元素浓度差异,用PMF(正定矩阵因子分解)模型对4种重金属元素的来源及贡献率进行解析,并用美国环境保护局推荐的人体暴露健康风险评价模型进行健康风险评估.结果表明:①曹妃甸采暖期PM_2.5及Pb、As和Cd浓度均高于非采暖期,而Cr浓度略低于非采暖期.②PM_2.5超标日Pb、As和Cd浓度均高于非超标日,不同PM_2.5浓度级别下Pb、As和Cd浓度有所差异,且Pb、As和Cd浓度随PM_2.5浓度的增加而增加.③PMF模型源解析表明,燃煤源及交通源是曹妃甸采暖期PM_2.5金属元素主要来源,二者贡献率分别为50.4%和31.7%;工业源及交通源是非采暖期PM_2.5金属元素的主要来源,二者贡献率分别为47.4%和37.0%.④健康风险评价结果表明,采暖期和非采暖期4种重金属元素的非致癌风险值均小于1.采暖期3种致癌性重金属(Cr、As和Cd)对成年男性、成年女性和儿童青少年的致癌风险均高于人类可接受风险水平(1×10-6);非采暖期Cr和As对成年男性、成年女性和儿童青少年的致癌风险均高于人类可接受风险水平;重金属非致癌风险(Cr、Pb、As和Cd)和致癌风险(Cr、As和Cd)指数高低均呈成年男性>成年女性>儿童青少年的特征.研究显示,在采暖期和非采暖期曹妃甸PM_2.5中Pb、As和Cd浓度随PM_2.5浓度的增加而增加,燃煤源和工业源是其主要来源,Cr、As和Cd对人群存在一定的致癌风险.      

2015—2017年“2+26”城市生态文明发展水平评估及动态变化分析

“2+26”城市是我国实施大气污染防治攻坚战的重点地区之一.为量化评估“2+26”城市生态文明建设取得的成效,在全国生态文明发展水平评估的研究基础上,进一步完善了评估技术方法,基于双基准渐进法评估了2015年和2017年“2+26”城市生态文明发展水平,揭示了该区域生态文明发展的短板;对比分析了2015—2017年生态文明发展水平的年际变化及其主要原因,特别是空气质量改善对该区域生态文明发展水平提升的影响.结果表明:①2017年“2+26”城市生态文明中国指数（ECC）得分为64.98分,整体上达到一般水平,但与长三角、珠三角等城市群以及全国平均水平相比,生态文明发展水平相对落后,依然存在生态环境质量较差、区域与城乡发展不协调、经济发展与环境保护不协调等短板.②2015—2017年“2+26”城市生态文明发展水平明显提升,ECC得分增加了3.64分,高于长三角、珠三角等城市群及全国平均水平,地表水环境质量、主要水污染物排放强度及主要大气污染物排放强度是其生态文明发展水平提升的主要贡献指标.③2015—2017年“2+26”城市空气质量改善不明显,对生态文明发展水平提升的贡献相对较小,这可能与气象条件变化、大气治理成效的滞后效应有关.研究显示,“2+26”城市生态文明发展取得了明显成效,但依然存在突出短板,应优化国土生态空间、转变经济发展方式、建立协同发展机制,补齐短板,从而进一步提升生态文明发展水平.      

含氧生物质燃料的生命周期评价

为公正评价汽车代用燃料的能耗与环境效益,运用生命周期评价方法,研究了在燃料中分别添加不同比例的乙醇和甲酯2种生物质,带来的生命周期能耗和污染物排放变化,并对含氧生物质燃料的未来情景进行了预测分析.结果表明:乙醇代用燃料未降低化石燃料消耗,甲酯代用燃料可降低约20%的化石燃料消耗;几种配比的代用燃料均可降低石油消耗,甲酯代用燃料降低的趋势更加明显;各种代用燃料的温室气体排放都比较严重;乙醇代用燃料增加了NO_x排放,而甲酯代用燃料可降低约50%的NO_x排放;乙醇和甲酯的加入均能降低车用阶段的PM₁₀排放;燃料生产阶段的SO₂排放在整个生命周期中约占80%,必须严格控制;甲酯代用燃料可降低VOC排放.     

芽孢杆菌脱氮作用的研究

对废水处理生物膜中的优势菌种芽孢杆菌(Bacillus)经纯化和驯化培养,对其脱氮性能进行了单纯性脱氮试验研究,并对其生长周期进行了分析。