State-of-the-art applications of machine learning in the life cycle of solid waste management

● State-of-the-art applications of machine learning (ML) in solid waste (SW) is presented. ● Changes of research field over time, space, and hot topics were analyzed. ● Detailed application seniors of ML on the life cycle of SW were summarized. ● Perspectives towards future development of ML in the field of SW were discussed. Due to the superiority of machine learning (ML) data processing, it is widely used in research of solid waste (SW). This study analyzed the research and developmental progress of the applications of ML in the life cycle of SW. Statistical analyses were undertaken on the literature published between 1985 and 2021 in the Science Citation Index Expanded and Social Sciences Citation Index to provide an overview of the progress. Based on the articles considered, a rapid upward trend from 1985 to 2021 was found and international cooperatives were found to have strengthened. The three topics of ML, namely, SW categories, ML algorithms, and specific applications, as applied to the life cycle of SW were discussed. ML has been applied during the entire SW process, thereby affecting its life cycle. ML was used to predict the generation and characteristics of SW, optimize its collection and transportation, and model the processing of its energy utilization. Finally, the current challenges of applying ML to SW and future perspectives were discussed. The goal is to achieve high economic and environmental benefits and carbon reduction during the life cycle of SW. ML plays an important role in the modernization and intellectualization of SW management. It is hoped that this work would be helpful to provide a constructive overview towards the state-of-the-art development of SW disposal.     

不同纤维素降解菌对玉米秸秆的降解效果

该研究旨在探索不同纤维素降解菌对玉米秸秆降解效果的差异性,为秸秆资源化利用提供参考。利用筛选自宁夏秸秆堆、畜粪和土壤中的四株纤维素降解菌,分别为黄曲霉(Aspergillusflavus)Z5-3菌株,非洲哈茨木霉(Trichoderma afroharzianum)Z6-4菌株,藤黄单胞菌(Luteimonas sp.)X11-1菌株,施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)X3-5-1菌株,通过室内控温秸秆堆肥发酵试验,研究添加不同纤维素降解菌后堆肥温度、pH值、碳损失、氮损失、有效养分含量的变化规律。试验结果表明,与对照(不加菌处理)比较,加菌处理提前1-2 d进入高温期,最高温度提高了0.3-1.3℃,且细菌处理较真菌处理提前1 d进入高温期,最高温度提高了0.5-0.7℃。pH值总体呈先增加后降低的趋势,且在高温期达到最大值。与对照相比,加菌处理NH3和CO2累积释放量具有降低趋势。以全氮含量变化计,细菌X11-1、X3-5-1处理的氮损失分别为26.14%和26.57%,真菌Z5-3、Z6-4处理分别为36.49%和34.19%,表明添加不同纤维素降解菌可不同程度地降低堆肥物料中的碳损失和氮损失,其中细菌处理保氮效果显著优于真菌处理。与对照相比,细菌X11-1、X3-5-1处理、真菌Z5-3、Z6-4处理分别提前腐熟5、2、2、2d,表明添加纤维素降解菌可减少堆肥物腐熟时间,促进物料养分浓缩。综合判断,玉米秸秆堆肥中加入纤维素降解菌,有利于降低物料的碳、氮损失,且细菌的保氮效果优于真菌,其藤黄单胞菌X11-1处理最先达到腐熟,为最佳处理。     

原位帽封材料对水体中Pb(Ⅱ)与Cd(Ⅱ)静态吸附

用无纺布包裹珊瑚和丙烯酸树脂制成帽封材料,将底泥中重金属离子原位固定的同时吸附水体中的重金属离子pb2和Cd2.通过红外光谱,电镜扫描和火焰原子吸收仪器来分析该帽封材料的吸附性能.通过改变pH值,吸附剂投放量来检测其吸附效果.结果表明,该帽封材料在pH等于5的时候,Cd2最大吸附量达到434.67 mg/g,pb2+最大吸附量达到524.27 mg/g.pH和吸附剂量保持不变,随着底物浓度增加吸附量也增加;电镜扫描图和红外光谱图表明,该材料能很好地吸附重金属离子.     

Trends,temporal and spatial characteristics,and uncertainties in biomass burning emissions in the Pearl River Delta,China

Multi-year inventories of biomass burning emissions were established in the Pearl River Delta (PRD) region for the period 2003–2007 based on the collected activity data and emission factors. The results indicated that emissions of sulfur dioxide (SO₂), nitrogen oxide (NO_x), ammonia (NH₃), methane (CH₄), organic carbon (OC), non-methane volatile organic compounds (NMVOC), carbon monoxide (CO), and fine particulate matter (PM_2.5) presented clear declining trends. Domestic biofuel burning was the major contributor, accounting for more than 60% of the total emissions. The preliminary temporal profiles were established with MODIS fire count information, showing that higher emissions were observed in winter (from November to March) than other seasons. The emissions were spatially allocated into grid cells with a resolution of 3 km × 3  km, using GIS-based land use data as spatial surrogates. Large amount of emissions were observed mostly in the less developed areas in the PRD region. The uncertainties in biomass burning emission estimates were quantified using Monte Carlo simulation; the results showed that there were higher uncertainties in organic carbon (OC) and elemental carbon (EC) emission estimates, ranging from ?71% to 133% and ?70% to 128%, and relatively lower uncertainties in SO₂, NO_x and CO emission estimates. The key uncertainty sources of the developed inventory included emission factors and parameters used for estimating biomass burning amounts.     

珠江三角洲机动车挥发性有机物排放化学成分谱研究

根据珠三角地区机动车挥发性有机物排放(VOCs)贡献特征,选取在用轻型汽油车、轻型柴油车、液化石油气(LPG)出租车和摩托车,采用底盘测功机及实际道路测试,获取了以上车型尾气排放的VOCs化学成分(59种非甲烷碳氢化合物)特征谱.轻型汽油车以及摩托车的尾气组成中芳香烃含量最高,其次为烷烃;苯系物、异戊烷以及乙烯占轻型汽油车尾气VOCs组成的54.5%;苯系物、异戊烷以及乙炔占摩托车尾气组成的54.6%.轻型柴油车的尾气组成中烷烃比例最高,其次是芳香烃和烯炔烃.除了苯和甲苯,正十一烷、正十二烷、正癸烷、乙烯、丙烯、1-丁烯亦在柴油车尾气中占有重要比例(41.2%).LPG出租车尾气组成以丙烷、正丁烷、异丁烷为主,并伴有较高比例的1,2,4-三甲基苯、1,2,3-三甲基苯和甲苯.与类似研究比较结果表明:由于在油品、排放标准及采样与分析方法等方面的差异,机动车排放源成分谱相关研究结果仍存在一定的差异性,建议对机动车成分谱研究在尾气采样与分析方法等方面进行规范化和标准化.     

焦化废水治理现状分析

通过对焦化企业性质、废水回用用途、废水处理技术、废水治理投资等方面的调研分析,结果表明,在废水资源综合利用方面,联合型的焦化企业跟独立焦化企业相比,优势非常明显;从节约水资源的角度考虑,必须加大废水资源化利用方面的研究力度,提高废水处理水平。     

不同供磷水平对四种超富集植物生长及吸收重金属的影响

本论文通过水培试验研究了以KH2PO4作为磷(P)源在不同浓度(0~45.52 mg·L-1)和以Ca3(PO4)2作为磷(P)源在22.76 mg·L-1对Zn/Cd超富集植物东南景天Sedum alfredii、Zn/Cd/Ni超富集植物遏蓝菜Noccaea caerulescens(两个品种)和Ni超富集植物庭荠属Alyssum murale在20 mg·L-1(Zn)、18 mg·L-1(Ni)、10 mg·L-1(Pb)和0.5 mg·L-1(Cd)胁迫下的生长和吸收重金属的影响.试验结果表明严重缺磷的无磷和磷酸钙源处理显著抑制了这些超富集植物的生长,但4种超富集植物的地上部生物量在11.38、22.76、45.52 mg·L-13个磷水平处理之间均无显著差异.正常营养液的供磷水平(22.76 mg·L-1),S.alfredii对Zn/Cd和N.caerulescen 1号对Zn/Cd/Ni的吸收累积达到最大值,而高浓度的磷素供应(45.52 mg·L-1)显著抑制了这两种植物对相应元素的吸收;A.murale对Ni/Cd/Pb的吸收累积均在高浓度的磷素供应(45.52 mg·L-1)获得最大;增加磷的供应对N.caerulescen 1号吸收累积Zn/Ni/Cd/Pb产生了不同的效应.这些超富集植物提取重金属的最佳供P水平因植物种类而不同.     

广东省人为源氨排放清单及减排潜力研究

根据各类氨排放源活动水平数据,采用排放因子法,建立了2010年广东省人为源氨排放清单,在分析其排放特征的基础上探讨了氨的减排潜力.结果表明:2010年广东省人为源氨排放量为582.9 kt,畜禽和氮肥施用是排放贡献最大的人为源,分别占总排放量的44.2%和40.4%;茂名、湛江和肇庆依次是排放量最大的3个城市,共占广东省总排放量33.0%;在畜禽源中,肉猪排放量最大,占畜禽源排放总量44.4%,其次是肉鸡、母猪和黄牛,分别占16.0%、15.2%和6.5%;畜禽在畜舍、储存管理、农田施肥和放牧4个养殖阶段的氨排放量不同;控制农业源对NH3的减排起关键性作用,茂名、湛江和肇庆是广东省重点控制的3个城市,肉猪、母猪、肉鸡、黄牛和氮肥施用则为重点控制源,主要控制措施包括低氮饲料喂养、畜舍改造、粪便密封、粪肥注施、延长放牧时间和使用尿素替代物.     

上海夏季臭氧生成机制时空变化特征及其影响因素研究

上海的臭氧污染呈逐年加重的趋势,深入了解臭氧的生成机制及其时空变化特征是采取科学有效防控措施的前提条件.本研究应用长三角地区最新的臭氧前体物排放清单和本地化WRF/Modified SMOKE/CMAQ数值模型系统,对2017年8月1—9日上海市一次持续性臭氧污染事件进行了模拟研究.同时,在重现臭氧浓度变化趋势的基础上,针对一系列前体物防控措施及其对臭氧峰值浓度的影响开展了敏感性实验,建立了上海夏季臭氧污染爆发时段各区域臭氧及其前体物的非线性响应关系.研究表明,此次臭氧污染事件中上海市臭氧污染机制具有显著的时空变化特征,时间方面,上海市整体臭氧生成机制由NO_x控制经过渡区转变为VOCs控制;空间方面,上海北部及西部多处于NO_x控制,南部为过渡区,中部及东部则以VOCs控制为主,且大尺度环流是导致其时空变化的主要原因.当上海受大陆低压控制盛行偏南风时,区域传输以VOCs为主,臭氧的防控应侧重于NO_x减排;当上海受副高边缘控制主要吹偏北风时,区域传输以NO_x为主,臭氧的防控应侧重于VOCs减排;当上海受弱高压脊控制背景风微弱,区域传输不显著时,臭氧防控的重点应以VOCs和NO_x协同控制为主.在目前的预报技术下,大尺度环流特征通常可以提前48～72 h进行准确预报,因此,可以根据大尺度环流预报结果及时调整本地防控策略,以达到在不同污染特征下臭氧削峰的最大化效果.     

大气污染物监测数据不确定度评估方法体系建立及其对PMF源解析的影响分析

目前,正定矩阵因子法(PMF)在大气污染物来源解析中得到了广泛应用,而监测数据不确定度评估是PMF源解析的重要内容之一.当前绝大部分研究采用的数据不确定度仅通过借鉴前人的方法简单计算而得,缺乏对计算方法的合理性和适用性进行评估.本研究通过3种常用的不确定度算法交互应用建立了一套有效评估不确定度的方法体系.通过对香港荃湾站点1998—2008年PM_(10)组分监测数据进行源解析并与平行采样数据源解析结果进行对比,对该方法体系的合理性进行了验证.结果发现,应用该方法体系可以将某些常规方法无法分离的因子进一步分解,得到的源解析结果的残差值甚至小于平行采样方法解析结果的残差值,得到的因子贡献率均处于常规方法得出的因子贡献率之间.这些均表明了该方法体系所得源解析结果的可靠性和全面性.因此,本研究建立的评估不确定度的方法体系具有较强的可行性,对确保源解析结果的准确性有重要意义.