土壤和地下水耦合数值模拟研究进展

土壤和地下水在水分运移、污染物迁移转化等方面高度相关,基于数值模拟预测土壤和地下水耦合污染趋势可以为土壤与地下水污染协同防治工作提供定量化技术支撑。文章综述了土壤和地下水数值模拟方法,总结了土壤和地下水中水流和溶质运移的耦合数值模拟研究进展,并对耦合数值模拟研究的未来发展趋势进行了展望。     

有机肥及补充灌溉对旱地农田温室气体排放的影响

在农业生产中,提高作物产量减少农田温室气体排放具有重要意义.本文采用静态箱-气相色谱法,在黄土高原半干旱半湿润区,以单施氮肥180 kg·hm~(-2)(以N计)为对照,研究了氮肥180 kg·hm~(-2)+有机肥45×103kg·hm~(-2)(NM)、氮肥180 kg·hm~(-2)+有机肥45×103kg·hm~(-2)+拔节期灌水(NMW)处理在冬小麦生育期温室气体的变化规律及其综合增温潜势(Global warming potential,GWP),并计算温室气体排放强度(Greenhouse gas intensity,GHGI),以明确有机肥及补充灌溉的增产潜力及对温室气体的减排效果.结果表明:(1)整个生育期CO_2排放速率随作物生长发育的加速而逐渐加快,接近成熟期其排放速率降低;N_2O排放峰均出现在施肥、降雨及灌水后.NM、NMW处理的CO_2累积排放量(以C计,下同)分别为14933.35 kg·hm~(-2)、15929.74 kg·hm~(-2),比对照分别增加了22.8%、31.0%;N_2O累积排放量(以N计,下同)分别为0.48kg·hm~(-2)、0.52 kg·hm~(-2),比对照分别降低了23.8%、17.5%;CH4累积吸收量分别为1.73 kg·hm~(-2)、1.87 kg·hm~(-2),比对照分别降低了18.4%、11.8%.(2)CH4吸收速率与土壤温度呈显著性正相关,而与土壤含水量呈显著性负相关;CO_2排放速率与土壤温度及含水量均呈显著性正相关;N_2O排放速率与土壤温度、含水量及硝态氮含量均呈显著性正相关,与铵态氮含量呈负相关.(3)NM、NMW处理的GWP比对照分别降低了27.8%、21.2%;NM、NMW均显著增加了小麦产量,增产率分别为24.6%、36.7%.NM、NMW的GHGI比对照分别降低了41.9%、42.4%.说明在施用有机肥及有机肥加补充灌水在增加作物产量的同时,达到了温室气体减排的作用.     

Fe3O4/CeO2-H2O2非均相类Fenton体系下降解TCE的研究

采用浸渍法成功合成了新型催化剂纳米Fe3O4/CeO_2,并且用Fe3O4/CeO_2-H_2O_2非均相Fenton体系对TCE进行降解研究,考察了初始pH、H_2O_2浓度、温度及催化剂投加量等因素对于TCE降解效率的影响.实验结果表明,Fe3O4/CeO_2-H_2O_2非均相Fenton体系对TCE具有较好的去除效果:在初始pH=3,温度50℃,H_2O_2浓度30 mmol·L-1和Fe3O4/CeO_2投加量0.5 mg·L-1时,TCE去除率高达97.29%.同时实验结果表明pH在2~7范围内对TCE均有降解效果,所以相对于传统Fenton体系,该体系拥有更宽pH应用范围.目标污染物的降解符合一级动力学,反应活化能为30.77 k J·mol-1,表明反应易于进行.     

铜纳米线导电微滤膜的制备、性质表征及应用

将适量铜纳米线（Cu-NWs）添加到常规聚偏氟乙烯（PVDF）铸膜液中,通过相转化法制备Cu-NWs导电微滤膜,表征其过滤及导电性能,并将其置于膜生物反应器（MBR）中长期运行,研究其污染物去除效果及膜污染行为,可为污水处理MBR系统的低成本稳定运行提供新途径.结果表明,添加适量基于铸膜液质量的Cu-NWs,所得微滤膜的膜通量为721.9L/（m²·h）,膜面接触角为57.9°,同时,其起始电势、欧姆内阻及活化内阻分别为315.0mV、2.4Ω和6.9 Ω,均优于商用PVDF微滤膜.扫描电子显微镜（SEM）观察发现,Cu-NWs在膜面活性层交织形成了良好的导电网络.将其制作成膜组件安装于MBR系统中,兼用作阴极,COD、氨氮、TN和TP的去除率分别为91.5%、99.3%、76.3%和76.2%,高于对照MBR系统.连续运行146d,TMP始终低于25kPa,无需清洗膜组件.傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）分析表明,膜面污染物质主要是蛋白质和多糖,膜面EPS含量远低于商用PVDF膜.所制备新型Cu-NWs导电微滤膜具有较好的稳定性、耐用性和抗污染性,应用前景广阔.     

车用钛酸锂电池生命周期评价

为评估车用钛酸锂（LTO）电池对能源、环境与资源的影响,构建了包括重制与二次使用阶段在内的车用锂电池全生命周期评价模型,以某款国产纯电动客车用钛酸锂电池包为评价对象,计算得出每kW·h钛酸锂电池全生命周期的总能量消耗（CED）、全球变暖潜值（GWP）和不可再生矿产资源耗竭潜值（ADP（e））分别为2.80×10⁴MJ、1.86×10³kg CO₂eq.以及4.77×10^-3kg Sbeq.其全生命周期CED与GWP主要与两个使用阶段中由电池充放电效率引起的能量损耗相关,生产阶段GWP主要来源于正负极材料、铝制材料和N-甲基吡咯烷酮.基于全生命周期存储-释放每MJ能量的视角,发现二次使用可显著降低电池全生命周期GWP;与已有研究中其他锂电池对比可知LTO电池生产阶段GWP最低.     

三峡库区消落带农业活动对土壤汞变化的影响

针对三峡库区消落带退水期农业生产是否会对库区环境带来不利影响的问题,以分布面积较大、农业活动较为频繁的重庆市开州区渠口镇消落带为研究区域,选择种植水稻、玉米、蔬菜和未农用的草地4类消落带地块为研究对象,调查了不同利用地块表层土壤汞(Hg)的变化特征.结果表明,研究区域内土壤THg、有效态Hg(Hg-wh)和甲基汞(MeHg)平均含量分别为25.80~68.74、0.44~0.88和0.08~0.85 ng·g-1.未耕作土地表层土壤THg、Hg-wh和MeHg含量均高于耕作土地表层土壤,说明耕作扰动能够加速土壤Hg的流失.未耕作土壤与耕作土地表层土壤MeHg含量随着落干时长的增加均呈现先升高后降低的趋势,峰值大约出现在落干后1~2个月内,约为淹水末期的4倍,之后逐渐降低至相对稳定的水平.MeHg占THg比例(%MeHg)也呈现类似规律,峰值出现在落干后1个月左右,降到稳定水平时与淹水末期含量无显著性差异(P0.05).土壤%MeHg与Hg-wh含量呈显著性正相关关系(r=0.642,P0.01),而与THg含量没有显著相关性(P0.05),说明消落带土壤Hg甲基化主要受生物可利用性Hg形态的影响.     

气象舒适条件对呼吸系统疾病的影响

采用广义相加模型和分布滞后非线性模型,研究单个气象要素和以"通用的热气候指数"表征的多要素综合效应与北京市2009~2012年呼吸系统疾病急诊人数的暴露-响应关系,并按年龄、性别分层.结果表明,对全人群而言,高温效应即时,低温作用滞后;湿度<30%能显著增加发病风险,且效应持久;3m/s风速对应发病风险最低.少儿（≤ 14岁）受热胁迫影响最强,尤其突出高温高湿作用;成人（15~59岁）受冷胁迫影响强且滞后性;老年患者（>60岁）对冷胁迫敏感,着重防范低温低湿.采用舒适指数探讨环境对呼吸系统疾病的影响优于单要素表征,可加深对发病气象成因的理解,为科学预防、预测预警提供新思路.     

京津冀中部夏季大气颗粒物空间分布特征

为研究京津冀地区雾霾成因,以Y-12（运-12）飞机为大气颗粒物观测平台,对2016年夏季京津冀中部大气颗粒物污染特征进行了观测研究.结果表明,天津市颗粒物数浓度垂直分布特征为1 500 m（以下均为标准气压高度）以下呈单峰分布,1 500 m以上呈单调下降,峰值均出现在0.35~0.40 μm之间,峰值的最大值出现在900 m左右;颗粒物体积浓度谱呈三峰分布,分别在0.30~0.40、0.50~0.60和1.00~2.00 μm之间,峰值的最大值出现在450 m左右.天津市、保定市和衡水市600与2 400 m数浓度谱分布特征为单调下降和单峰分布并存;600 m表面积浓度谱呈三峰分布,分别在0.30~0.40、0.50~0.60和0.90~1.00 μm之间;2 400 m表面积浓度谱呈双峰分布,分别在0.30~0.40和0.50~0.60 μm之间;600与2 400 m体积浓度谱均呈三峰分布,分别在0.30~0.40、0.50~0.60和1.00~3.00 μm之间.天津市大气颗粒物数浓度谱峰值的最大值出现在900 m左右,说明逆温层对气溶胶累积的形成有重要影响.城市间数浓度谱峰值高低受地面颗粒物质量浓度大小影响.京津冀中部大气颗粒物表面积浓度谱在600 m呈三峰分布,在2 400 m呈双峰分布,可能是因为2 400 m空中以细粒子为主.京津冀中部大气颗粒物体积浓度谱在600与2 400 m空中均为三峰分布,而国外为双峰分布,发现粗粒子峰值粒径范围差别较大,这是由于国内PM_2.5在PM₁₀中占比较大.研究显示,京津冀中部600和1 200 m大气颗粒物多来源于山东、河南,经近地面输送;2 400 m大气颗粒物多来源于内蒙古地区,经高空和近地面两种途径输送.      

阿哈水库DOM的分离及其对消毒副产物的贡献

为研究高原喀斯特湖库DOM（dissolved organic matter,溶解性有机质）的组成及其化学特征对DBPs（disinfection by-products,消毒副产物）生成路径的影响,以西南喀斯特地区贵阳市阿哈水库的DOM为研究对象,结合XAD大孔树脂分离技术,通过化学表征〔包括UV-Vis（紫外-可见光光谱）、FTIR（红外光谱）和3D-EEM（三维荧光光谱）〕手段来研究各组分对C-DBPs（含碳消毒副产物）和N-DBPs（含氮消毒副产物）的生成贡献.不同组分芳香性的大小依次为HON（憎水中性物）> HIB（亲水碱）> HOA（憎水酸）> HIN（亲水中性物）≈HIA（亲水酸）> HOB（憎水碱）.憎水与亲水DOM的DBPs生成潜能相近.其中,HON最高,其次为HIB和HOA.HIB和HOA的主要卤代反应位分别来源于藻类有机物的蛋白质和富里酸,而HON的DBPs生成潜能的贡献主要为分子中的芳香和共轭不饱和结构.HIA和HIN的构成主要为脂肪烃,贡献较低的DBPs的生成潜能.对于C-DBPs,THMs和HAAs的生成潜能总体相近,不同组分的差异明显.对于N-DBPs,卤乙腈的生成潜能占80%以上,憎水DOM的贡献较高.DBPs的生成路径从UV-Vis、FTIR和3D-EEM的官能团和特征峰解析结果中均得到了较好的响应.