Development of a Local-Scale Spatially Refined Multimedia Fate Model (LSRMFM) for Urban-Scale Risk Assessment: Model Formulation, GIS-Based Preprocessing, and Case Study

A local-scale spatially refined multimedia fate model (LSRMFM) was developed to evaluate in detail the multimedia transport of organic compounds at a spatial level. The model was derived using a combination of an advection?Cdispersion?Creaction partial differential equation, a steady-state multimedia fugacity model, and a geographical information system. The model was applied to predicting four major volatile organic compounds that are produced as emissions (benzene, toluene, xylene, and styrene) in an urban and industrial area (the 50?×?50-km area was divided into 0.5?×?0.5-km segments) in Korea. To test the accuracy of the model, the LSRMFM was used to predict the extent of dispersion and the data compared with actual measured concentrations and the results of a generic multimedia fate model (GMFM). The results indicated that the method developed herein is appropriate for predicting long-term multimedia pollution. However, the comparison study also illustrated that the developed model has some limitations (e.g., steady-state assumption) in terms of explaining all the observed concentrations, and additional verification and study (e.g., validation using a large observed data set, integration with a more accurate runoff model) would be desirable. In comparing LSRMFM and GMFM, discrepancies between the LSRMFM and GMFM outputs were found, as the result of geographical effects, even though the environmental parameters were identical. The geographical variation for LSRMFM output indicated the existence of considerable local human and ecological risks, whereas the GMFM output indicated less average risk. These results demonstrate that the model has the potential for improving the management of pollutant levels under these refined spatial conditions.     

若尔盖湿地生态安全监测方案研究

若尔盖湿地是黄河上游重要的水源涵养地,在涵养水源、调节径流和维持生物多样性等方面具有重要作用,是流域乃至国家生态安全的关键地区.近年来,由于全球气候变化和人类不合理的开发活动导致若尔盖湿地生态退化加剧,威胁区域和流域生态安全.在若尔盖湿地生态退化趋势与生态安全理论框架研究的基础上,对若尔盖湿地生态安全监测的主要内容进行...     

某燃煤电厂周边农田土壤重金属污染特征及源解析

为探究某燃煤电厂污染物排放中重金属对周边农田土壤环境的影响,采用辐射环形法,以电厂烟囱为中心,布设31个农田土壤采样点.使用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）测定土壤中10种重金属含量,分析土壤中重金属含量特征及潜在生态风险,基于地统计空间插值和AERMOD扩散模型对重金属空间分异情况和污染特征进行探究,并运用PMF受体模型对重金属进行源解析.结果表明：①燃煤电厂周边农田土壤重金属ω（Pb）、ω（Mn）、ω（Zn）、ω（Cr）、ω（Ni）、ω（Cu）、ω（As）、ω（Co）、ω（Hg）和ω（Cd）的平均值分别为414.46、286.38、155.22、69.54、55.77、53.48、31.73、19.86、0.78和0.71 mg·kg^-1,其中Hg、Pb、Cd、As、Zn、Cu、Co、Cr和Ni的含量均超过陕西省土壤背景值,分别为背景值的26、19.36、7.88、2.83、2.23、2.49、1.87、1.11和1.93倍,元素Cd、Cr、Ni和Zn的高值区出现在电厂西北方向.②燃煤电厂周边农田土壤重金属潜在生态风险指数（RI）的均值为714.53,整体处于很强的生态风险水平,并在千河火车站、石油天然气公司附近出现高值富集区,Hg元素的单项潜在生态风险指数（E_i）为520.92,处于极强的生态风险水平.③燃煤电厂周边农田土壤重金属主要来源为煤炭燃烧的降尘源（32.16%）、工农业活动源（19.78%）、自然源（26.25%）和交通源（21.81%）.土壤重金属含量较高值均分布在距电厂1~2 km范围内,重金属含量在距离电厂1 km范围内较小,在1~2 km范围逐渐增大,大于2 km后又呈逐渐减小趋势.研究得出的电厂周边农田土壤重金属空间分异情况及富集特征,可为开展土壤污染治理提供理论及数据支撑.     

基于双电极传感器的腐蚀电流检测系统抗扰技术

目的 针对金属电化学腐蚀中腐蚀电流检测,设计一种高精度I-V转换的微电流检测电路,突破宽范围微弱电流高精度检测技术。方法 通过分析电路的稳定性,针对100 pA~10 mA的微弱腐蚀电流采集,采用法安级偏置运放实现I-V转换,设计基于ADG708电子开关的8档自动调节电路,并通过24位ADC实现高精度模数转换。针对微弱电流采集中信号易受噪声的影响,设计自适应滤波器用于信号滤波处理。结果 通过MATLAB仿真自适应滤波器的有效性,结果表明,在采集i(k)=2sin(2πk)电流时,误差从0.29 mA(1σ)降低到0.003 9 mA(1σ)。通过电流源校准测试系统精度,在100 pA时误差最大,为4.7%;在10 mA时误差最小,为0.049%。当电流值低于100 nA时,测量误差可以控制在5%以内;100 nA以上时,测量误差可以控制在1%以内。结论 在微弱电流采样中引入自适应滤波器后,系统的采样精度显著提高,突破了宽范围的腐蚀电流采集技术,实现了微弱电流检测。可以将腐蚀电流应用在金属腐蚀速率的评价中。     

不同沉水植物净水能力与植株体细菌群落组成相关性

选取苦草(Vallisneria natans)、密刺苦草(Vallisneria denseserrulata)、黑藻(Hydrilla verticillata)、伊乐藻(Elodea canadensis)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、竹叶眼子菜(Potamogeton malaianus)、篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus)和微齿眼子菜(Potamogeton maackianus)这8种亚热带地区常见的沉水植物为研究对象,在室内静水条件下对其氮、磷吸收和水质净化能力进行对比试验,并结合16S rRNA基因测序对沉水植物关联细菌群落组成进行测定,研究沉水植物对水体的净化能力与植株体菌群之间的相关性.结果表明,8种沉水植物对水体中的氮磷的去除主要通过植物增效作用,植物吸收富集作用去除率较低.其中密刺苦草对水体中TN、TP的去除率最高,达到了91. 58%和96. 81%.伊乐藻、金鱼藻对水中氮磷自身吸收能力高于其他组,密刺苦草和苦草的植物增效的净化能力最强.经分析,8种沉水植物对水体中氮磷的净化能力较强可能是因为植物关联的细菌大多具有降解作用.根瘤菌目(Rhizobiales)、伯克霍尔德氏菌目(Burkholderiales)、黄杆菌目(Flavobacteriales)、产碱杆菌科(Alcaligenaceae)、贪铜菌属(Cupriavidus)和芽孢杆菌属(Bacillales)的细菌可能是引起密刺苦草增效的净化能力较强的优势菌群,异常球菌纲(Deinococci)、丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)、腐螺旋菌科(Saprospiraceae)和生丝微菌属(Hyphomicrobium)的细菌可能是引起苦草增效的净化能力较强的优势菌群.     

澜沧江流域梯级水库建设下水体营养盐和叶绿素a的空间分布特征

澜沧江梯级水库群建设对流域水生态环境产生了一定的影响,将流域水体划分为自然河道段和水库段.为了探究梯级水库建设后澜沧江流域不同类型水体氮、磷营养盐和叶绿素a浓度的空间变化规律以及叶绿素a浓度与环境因子之间的关系,于2017年6月对澜沧江流域生态环境进行了调查分析.结果表明,澜沧江水体总氮质量浓度变化范围为0.37~1.22 mg·L^-1,均值为0.70 mg·L^-1;总磷质量浓度变化范围0.01~0.19 mg·L^-1,均值为0.04 mg·L^-1.单因素ANOVA分析表明,总氮空间差异显著,表现为支流段 > 水库段 > 自然河道段;但总磷没有明显的空间差异.澜沧江水库段水体叶绿素a浓度变化范围为2.6~10.2μg·L^-1,均值为5.8μg·L^-1.Pearson相关性分析结果显示,水体叶绿素a浓度与总磷浓度、水温和真光层与混合层之比（Z_eu/Z_mix）等具有显著相关性,其中与Z_eu/Z_mix的相关性最高（R²=0.689,P=0.001）,表明水温分层驱动下的Z_eu/Z_mix是影响澜沧江水库水体中浮游植物生长的关键性指标.     

SGO改性复合纳滤膜的制备及分盐性能

近年来,水资源短缺,水源污染严重,国家对水处理末端的资源化利用提出了更高的要求,分盐过程也受到越来越多的关注.纳滤膜表面通常带有电荷,可以选择性地透过不同价态的离子.基于纳滤膜表面电荷特性不同,为很好地实现盐的分离,将制备的带有磺酸基团的氧化石墨烯引入到纳滤膜材料中,采用界面聚合法,制备了SGO改性复合纳滤膜. Zeta电位分析表明所制备的复合纳滤膜表面的电荷比不添加SGO的纳滤膜更负;红外光谱分析中酯基基团特征峰的出现表明磺酸基团参与了聚合反应; SEM结构表面,膜表面出现了明显的图灵结构,在0. 2 MPa压力下,纯水通量可达45. 85 L·(m~2·h)-1,对Na2SO4截留率为98. 23%,对Na Cl截留率为24. 93%,10 h运行可以很好地实现对SO_4~(2-)、Cl~-的有效分离,可实现盐的资源化回收.     

乙酸钠作为碳源不同污泥源短程反硝化过程亚硝酸盐积累特性

为探究乙酸钠作为碳源时,不同污泥源外源短程反硝化过程中亚硝酸盐积累特性,采用1号和2号SBR分别接种某污水处理厂二沉池和同步硝化反硝化除磷系统剩余污泥,通过合理控制初始硝酸盐浓度和缺氧时间,实现了短程反硝化的启动,并考察了其在不同初始COD和NO_3~--N浓度条件下的碳、氮去除特性.试验结果表明:以乙酸钠为碳源,1号和2号SBR可分别在21 d和20 d实现短程反硝化的成功启动,且其NO_2~--N积累量和亚硝酸盐积累率(NAR)均维持在较高水平,分别为12. 61 mg·L-1、79. 76%和13. 85 mg·L-1、87. 60%.当2号SBR初始NO_3~--N浓度为20 mg·L-1,且初始COD浓度由60mg·L-1升高至140 mg·L-1时,系统实现最高NO_2~--N积累时间可由160 min逐渐缩短至6 min,同时NO_3~--N比反硝化速率(以VSS计)由3. 84 mg·(g·h)-1增加至7. 35 mg·(g·h)-1,初始COD浓度的提高有利于实现短程反硝化过程NO_2~--N积累. 2号SBR初始COD浓度为100 mg·L-1,当初始NO_3~--N浓度由20 mg·L-1增加至30 mg·L-1时,系统NAR均维持在90%以上,最高可达100%(NO_3~--N初始浓度为25 mg·L-1);当初始NO_3~--N浓度≥35 mg·L-1时,系统COD不足导致NO_3~--N不能被完全还原为NO_2~--N.此外,在不同初始COD浓度(80、100、120 mg·L-1)和NO_3~--N浓度(20、25、30、40 mg·L-1)条件下,2号SBR的脱氮除碳和短程反硝化性能均优于1号SBR.     

EGSB-CANON工艺启动及动力学特性

采用EGSB（Expanded Granular Sludge Bed）反应器,在启动全程自养脱氮（CANON）工艺中通过改变曝气方式以及优化曝气/非曝气逐步实现CANON工艺的稳定运行.通过研究不同曝气/非曝气条件下CANON工艺的脱氮性能的变化,探究系统内不同污泥粒径中功能菌的活性,揭示EGSB反应器不同的运行条件以及系统内不同粒径的微生物聚集体在CANON工艺启动过程中的影响机制与菌群结构特性.结果表明,当恒定曝气量为0.5L/min,曝气/非曝气为2：1（60min：30min）时,实现了AerAOB（Aerobic Ammonia-Oxidizing Bacteria）与AnAOB（Anaerobic Ammonium-Oxidation Bacteria）协同脱氮的目的,并成功将NOB（Nitrite-Oxidizing Bacteria）的活性由3.41mgN/（h·gVSS）抑制到0.75mgN/（h·gVSS）.在对AnAOB的双底物（NO₂^--N和NH₄⁺-N）抑制动力学结果进行Haldane拟合时,得到NH₄⁺-N和NO₂^--N的半饱和常数（k_s）、抑制动力学常数（k_h）分别为106.8,331.9mg/L,272.4,66.61mg/L,相关性系数（R²）分别为0.98133和0.99142.在CANON污泥颗粒化形成过程中,污泥粒径在0.154~0.335mm范围内主要以AerAOB为主,污泥粒径在1mm以上主要以AnAOB为主.不同粒径下微生物聚集体的协同作用以及稳定的群落结构实现了CANON工艺的稳定运行.     

粉煤灰和活性污泥对好氧填埋渗滤液组分的影响

通过在好氧反应器中添加粉煤灰和活性污泥来加速固体废物的降解。实验结果表明,添加粉煤灰不但改善了氧气扩散,而且增强了反应器对各种污染物的去除能力,对渗滤液中COD、NH4+、NO3-的去除率分别达到75%、68%和65%以上;添加活性污泥引入了一定量的微生物,也有利于固体废物的降解,渗滤液中COD、NH4+、NO3-的去除率分别达到了90%、65%和77%。因此,通过添加粉煤灰和活性污泥来加速固体废物降解是可行的。