城市雨洪过程模拟GPU加速计算效率研究

为量化分析GPU加速技术在城市雨洪过程模拟计算中效率提升效果,采用基于GPU技术的数值模型,对不同降雨及网格分辨率情形下的典型城市雨洪过程进行模拟,并对比分析GPU加速计算效率及其规律。结果表明:城市雨洪过程模拟中,GPU加速技术较CPU技术具有优势,不同情形下可提速23.88~158.72倍;在大暴雨和高分辨率网格条件下,GPU模型的提速效果更加明显,相较于短重现期降雨及低分辨率网格情形提升0.29%~8.43%,表明该技术适用于大范围高分辨率问题的模拟。该成果可为城市洪涝过程快速模拟预报提供技术支持。     

Nitrate removal from aqueous solutions by magnetic cationic hydrogel: Effect of electrostatic adsorption and mechanism

Excessive nitrate(NO_3~-) is among the most problematic surface water and groundwater pollutants.In this study,a type of magnetic cationic hydrogel(MCH) is employed for NO_3~-adsorption and well characterized herein.Its adsorption capacity is considerably pHdependent and achieves the optimal adsorption(maximum NO_3~--adsorption capacity is95.88±1.24 mg/g) when the pH level is 5.2-8.8.The fitting result using the homogeneous surface diffusion model indicates that the surface/film diffusion controls the adsorption rate,and NO_3~-approaches the center of MCH particles within 30 min.The diffusion coefficient(D_s) and external mass transfer coefficient(k_F) in the liquid phase are1.15 × 10~(-6) cm~2/min and 4.5 × 10~(-6) cm/min,respectively.The MCH is employed to treat surface water that contains 10 mg/L of NO_3~-,and it is found that the optimal magnetic separation time is 1.6 min.The high-efficiency mass transfer and magnetic separation of MCH during the adsorption-regeneration process favors its application in surface water treatment.Furthermore,the study of the mechanism involved reveals that both-N~+(CH_3)_3 groups and NO_3~-are convoluted in adsorption via electrostatic interactions.It is further found that ion exchange between NO_3~-and chlorine occurs.     

Emissions of intermediate volatility organic compound from waste cooking oil biodiesel and marine gas oil on a ship auxiliary engine

Ship auxiliary engines contribute large amounts of air pollutants when at berth.Biodiesel,including that from waste cooking oil(WCO),can favor a reduction in the emission of primary pollutant when used with internal combustion engines.This study investigated the emissions of gaseous intermediate-volatile organic compounds(IVOCs) between WCO biodiesel and marine gas oil(MGO) to further understand the differences in secondary organic aerosol(SOA) production of exhausts.Results revealed that WCO exhaust exhibited similar IVOC composition and volatility distribution to MGO exhaust,despite the differences between fuel contents.While WCO biodiesel could reduce IVOC emissions by 50% as compared to MGO,and thus reduced the SOA production from IVOCs.The compositions and volatility distributions of exhaust IVOCs varied to those of their fuels,implying that fuel-component-based SOA predicting model should be used with more cautions when assessing SOA production of WCO and MGO exhausts.WCO biodiesel is a cleaner fuel comparing to conventional MGO on ship auxiliary engines with regard to the reductions in gaseous IVOC emissions and corresponding SOA productions.Although the tests were conducted on test bench,the results could be considered as representative due to the widely applications of the test engine and MGO fuel on real-world ships.     

菌渣中青霉素对蔬菜种子萌发的生态毒性效应

为推动青霉素菌渣环境安全利用技术规范的建立,以油麦菜、油菜、白菜和生菜4种蔬菜为研究对象,以种子发芽率、幼苗鲜质量、芽长和根长为毒性敏感指标,研究了不同处理组〔ρ（PG）分别为10、100、200、400、800、1 200、1 600、2 000、2 400、3 200和4 000 mg/L〕和对照组的青霉素（Penicillin,简称“PG”）对4种蔬菜种子萌发的生态毒性响应关系.结果表明:①与对照组相比,各处理组4种蔬菜种子发芽率之间均无显著性差异（P>0.05）;当ρ（PG）≥1 200 mg/L时,油菜种子的芽长增长率在60%左右,且与对照组相比具有显著差异（P < 0.05）;在ρ（PG）为200 mg/L时,生菜鲜质量达到最大值（0.29 g）,较对照组增加了10.37%,白菜鲜质量在ρ（PG）为400 mg/L时达到最大值,较对照组增加了5.76%,而在试验浓度范围内,各处理组4种蔬菜种子的根长均随着ρ（PG）的增大表现出逐渐增强的抑制作用.②PG对4种蔬菜的根长抑制率剂量-效应关系均符合Allometric模型,即y=axb〔其中,x为ρ（PG）,y为根长抑制率,a和b均为常数〕.③油麦菜、油菜、白菜和生菜4种蔬菜对PG的根长半抑制浓度（IC₅₀）分别为1 675.11、995.67、3 736.40和2 510.24 mg/L,4种蔬菜根长抑制率对PG的敏感程度表现为油菜>油麦菜>生菜>白菜（P < 0.05）.研究显示,与油麦菜、白菜和生菜相比,油菜更适合作为PG的生态毒性指示植物.      

我国农村生活污水污染排放及环境治理效率

当前我国农村生活污水治理形势依然严峻.利用第二次全国污染源普查成果,分析了我国2017年农村生活污水排放情况,并基于熵值法和数据包络分析（DEA）模型从技术效率、经济效率两个角度对治理效率进行评价.结果表明:①我国农村生活污水中COD排放量约占生活源排放总量的50.8%,NH₃-N、TN和TP排放量分别占生活源排放总量的35.0%、30.5%、38.7%,污水及污染物排放去向以直排入水体、直排入农田和其他途径为主,三者占80%以上.②我国沿海用水量较大地区的水冲式厕所比例超过80%,且农村生活污水有效治理比例仅为11.0%,导致我国农村生活污水治理的技术效率仅为8.6%,且区域差异较大,其中有23个省份小于10%,技术效率普遍较低.③相比浙江省、上海市、山西省、内蒙古自治区、青海省、西藏自治区等地（经济效率均为1）,我国其他省份农村生活污水治理的经济效率有很大改善空间.农村生活污水中人均COD排放强度、人均NH₃-N排放强度与农村居民人均可支配收入之间的环境库兹涅茨曲线（EKC）均呈一定的倒“U”型关系,人均TN排放强度、人均TP排放强度与农村居民人均可支配收入之间的EKC则均呈“N”型特征,有波动上升趋势.研究显示,我国农村生活污水治理效率存在较大的提升空间,与城镇相比,农村的环境保护基础设施建设还比较落后,应以源头减量、分类处理、循环利用为导向,加强统筹规划,梯次推进,加快提升我国农村污水治理水平.      

C/N对SBR生物脱氮硝化过程微生物结构的动态影响

为揭示碳氮比（C/N）对硝化过程影响的机理本质,试验以人工模拟废水为研究对象,采用4组平行的SBR（R₀、R₅、R₁₀、R₁₅）反应器,基于16S rRNA基因-Illumina MiSeq高通量测序技术,考察了4种C/N（0、5、10、15）对硝化过程功能微生物组成和结构特征的影响.结果表明：4种C/N条件下,系统均获得了较好的去除氨氮（去除率>95%）和COD（去除率>90%）效果,TN也有不同程度的降低.此外,C/N会显著影响系统内微生物的多样性、种群结构和功能.R₀系统Chao1指数（922）、ACE指数（1232.4）、Shannon指数（6.76）和Simpson指数（0.96）均最大,故微生物多样性最丰富,而R₅的物种丰富度最低.在微生物门水平上,变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、蓝细菌门（Cyanobacteria）等9个相对丰度较高的门是重要的微生物门,其中变形菌门（Proteobacteria）约全部微生物的40.7%~65.2%,是4个系统中最优势的菌门.硝化过程的关键菌群亚硝化单胞菌科（Nitrosomonadaceae）及硝化螺旋菌属（Nitrospira）的相对丰度表现出随着C/N升高而急剧降低的趋势.基于LEfSe分析共获得了34组具有显著差异的微生物,从而得到了每种C/N条件下在微生物学分类水平上的菌群关键生物标记物.     

电场强化博落回修复铀镉复合污染土壤机理

采用盆栽试验,研究了在0.3V/cm的外加直流电场作用下,博落回的生物量、富集铀（U）的性能和抗氧化酶活性,以及其根际土壤中有机酸含量、U和镉（Cd）的结合形态、植物根部U的价态、微生物群落结构的变化等.结果表明,施加直流电场后,博落回总生物量升高了15.33%~29.88%,其中电场+铀污染（DC+U）和电场+镉污染（DC+Cd）处理组的博落回对U和Cd的富集系数提高了90.84%和93.33%;土壤中草酸、酒石酸、琥珀酸、苹果酸和乳酸含量分别增加了18.36%~45.31%、58.62%~503.22%、15.71%~118.99%、12.34%~123.27%和25.97%~36.05%;过氧化物酶（POD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）的活性分别提高了13.63%~34.82%和9.70%~28.64%;根际土壤中植物可利用态U、Cd所占比例显著增大;博落回根部的大部分U由稳定的U（IV）变成了更容易从地下部分向地上部分转移的U（VI）;酸杆菌门（Acidobacteria）等细菌菌门和子囊菌门（Ascomycota）等真菌菌门比例升高,这些微生物通过提高酶活性增强了博落回对U、Cd的耐受性和富集作用.     

道路机动车温室气体排放评估与情景分析:以北京市为例

基于LEAP模型（long-range energy alternatives planning system）评估北京市历史阶段（2000—2018年）道路机动车温室气体排放量的变化规律,并设置5种情景预测未来阶段（2019—2030年）机动车保有量、能源需求、温室气体排放量的发展趋势,探究达峰年份,寻求最优发展路径。结果显示:未来北京市机动车保有量仍将持续增长,但平均年增长率降低至1.63%。机动车温室气体排放总量已于2013年达峰,峰值为21758563 t CO_2e,对应能源消耗量为306383 TJ,未来所有情景下机动车温室气体排放量均呈不同程度下降。单一措施中提高机动车燃料经济性的减排效果最佳,综合3种减排措施的ODS情景（最优发展情景）是最优发展路径。     

唐山市钢铁行业碳排放核算及达峰预测

唐山市作为工业密集型城市,2018年生铁、粗钢和钢材产量约占全国总产量的15%,同时也排放了大量的温室气体和大气污染物。以唐山市为例,研究唐山市钢铁生产碳排放2010—2030年的变化趋势,并确定达峰时间。基于《温室气体排放核算与报告要求》的计算方法,初步建立了可根据设备规模、运行时长、产能利用率和单位产品能耗参数来核算企业CO₂排放的数值算式,并将其应用于唐山市全部钢铁联合企业,计算得出2017年唐山市钢铁行业碳排放量为14042.52万t,碳排放系数为1.616 t CO₂/t钢。与文献、统计年鉴数据对比误差均<10%,表明数值算式有一定的准确性,可为自下而上地快速核算企业或区域的钢铁生产碳排放提供参考。同时,结合唐山市钢铁历史生产情况、生产现状及未来规划,借助LEAP构建了能源需求模型,得到2010—2030年唐山市钢铁生产化石能源消耗和碳排放量的变化趋势,并确定唐山市钢铁生产碳排放已于2018年达峰。     

气溶胶粒度分布的在线测量实验研究

随着雾、霾等气溶胶引起环境问题的加剧,对大气气溶胶特性的研究也越来越深入。该文重点研究了光学粒径谱仪在气溶胶粒度分布在线测量上的应用。通过对比3款典型粒径谱仪的测量原理、测量范围、测量精度等特征,选用光学粒径谱仪系列(OPS)是比较适合在线测量自然环境下大气气溶胶粒度分布的。通过一系列对大气气溶胶中典型的固体和液体气溶胶的在线测量实验,发现更换HEPA过滤器对在线测量的结果有影响,而不同采样时长和不同通道区间不会影响OPS对大气气溶胶的在线测量。