基于广州塔多层观测的城市臭氧污染垂直分布特征及成因分析

利用2019年11月1日—2020年4月30日广州主城区和广州塔121 m、454 m O₃浓度同步监测数据,分析了广州市O₃垂直污染分布特征及成因.结果表明：①近地面O₃浓度变化主要取决于人类活动如工业排放和机动车尾气排放等,而高空O₃浓度主要取决于天气过程,如辐射造成光学反应加剧和区域传输.②地面的O₃浓度高于垂直观测站点,其日变化均呈单峰型分布,表现为日出后太阳辐射增强O₃浓度升高,在午后14：00—15：00达到一日中的最高值.③广州塔454 m的O₃浓度日变化呈明显的双峰型特征,第1个峰值出现早上7：00后,O₃浓度随着日出后边界层混合抬升而升高,第2个峰值持续出现在午后,因高温、辐射导致的光化学反应剧烈生成.相对广州其他站点的第2峰值滞后的现象,可能是由于近地面臭氧生成后垂直传输到塔顶出现的垂直混合的时间差,受到边界层抬升强度不同的影响.④广州塔121 m站点,O₃浓度与风速的关系非常明显,广州南部地区臭氧贡献度达到了45%.在广州的冬季和春季,其中尤以冬季12—1月,广州臭氧污染贡献源广州塔中可能 来自于南部,广州塔顶454 m来自于东南部.     

长江水体常量和微量元素的来源、分布与向海输送

基于2017年4～5月期间对长江干流与主要支流共20个站位的观测,结合多元数理统计对水体中溶解态常量和微量元素的空间分布规律、来源及入海通量进行了分析,并通过与世界其它河流的对比探讨了流域自然因素与人类活动等对长江水环境中常量与微量元素分布与输送的影响.结果表明,Cu、Zn、Pb、Cd和As是长江流域主要受人类活动影响的元素,在下游区域显著高于上游与中游(P 0. 05),且各元素在长江重庆段和汉江均有较流域其他河段高的浓度值,这些河段相对较高的重金属含量主要与人类活动强度密切相关.有趣的是,长江宜昌至武汉段各元素均出现了较低的浓度值,这很大程度上受三峡水利工程蓄水所产生的"滞留效应"所致.统计分析还显示Na、Mg、K、Ca、Fe、Mn、Co、Ni、Mo、Cr和V主要与各种岩石矿物的风化与侵蚀相关,Cu、Zn和Pb主要受工业、金属冶炼、矿物开采等人类活动的影响,而Cd和As则主要来源于农业生产活动.长江重庆段和汉江区别于长江流域其它河段,表明水体受人类活动影响比较严重,但长江流域重金属浓度水平整体低于世界其它重工业和农业发达区域的河流.由于长江径流量巨大,Cu、Zn、Pb、Cd与As的入海通量是长江口及其近海重金属收支与循环的重要一环,并可能对河口生态环境产生深远的生态学效应.     

黄海近岸大气降水中磷溶解度及其影响因素

于2020年6~9月在黄海近岸城市青岛采集31场降水69个样品,分析其中总磷（TP）、溶解态总磷（DTP）及溶解态无机磷（DIP）和有机磷（DOP）,探讨P浓度和溶解度的变化特征及其影响因素.降水中TP浓度为（6.2±1.0）μg/L,DTP浓度为（3.8±0.6）μg/L,P溶解度为（64.8±18.0）%.DTP中以DIP为主,其贡献为（56.5±21.6）%.降水中TP和DTP与降水量呈负幂指数关系,TP清除指数大于DTP.降水量<10mm时,降水对气溶胶P的清除和稀释作用显著影响降水中P浓度,但降水量>40mm时,这种作用对P浓度的影响不大.降水对气溶胶P的清除作用以云下清除为主,占总清除效率的70%~85%.酸化作用显著促进降水中颗粒态P溶解,且无机P溶解效率高于有机P.对降雨量<5mm及>30mm降水,pH值是影响P溶解度的主要因素,降水量和气团来源对P溶解度也有一定影响.当pH值相近时,降水量越大,P溶解度越高;当pH值相近且降水量<5mm时,海洋源贡献越大,P溶解度越高.对降水量5~30mm的降水,P溶解度受到降水量、pH值及气团来源等因素的共同影响.     

磁性活性炭强化SBR脱氮除磷及微生物种群分析

为了提高传统活性污泥法脱氮除磷效率,改善污泥易膨胀等问题,在序批式活性污泥反应器（SBR）中,投加140目1.00g/L的磁性活性炭构建磁性炭基活性污泥系统（1^#）,同时,以不投加任何材料（单独活性污泥系统）为对照组（0^#）,研究磁性活性炭对活性污泥系统除污性能和主要微生物种群结构组成的影响,探讨了磁性活性炭强化活性污泥系统脱氮除磷机理.结果表明：1^#对TN和TP的平均去除率分别为68.59%和78.25%;而0^#对于TN和TP的平均去除率则为53.17%与54.10%,1^#出水NO₃^--N浓度平均降低了7.03mg/L,两系统对NH₄⁺-N和COD的去除效率差别不大,均在95.00%以上.典型周期内1^#中TN、NH₄⁺-N、TP、COD的下降速率快于0^#;0^#同步硝化反硝化效率为60.31%,反硝化速率为4.44mg/（L·h）,1^#同步硝化反硝化效率为80.74%,反硝化速率为6.13mg/（L·h）,实验组1^#脱氮速率明显快于空白对照组0^#.高通量测序结果表明,1^#内污泥的优势菌门为Saccharibacteria（38.74%）、Proteobacteria（22.52%）、Actinobacteria（18.54%）和Chloroflexi（8.40%）.此外,与0^#相比,1^#引发污泥膨胀密切相关的Actinobacteria菌门的微生物相对丰度显著下降;与脱氮除磷功能相关的Micropruina、Shinella、norank_f_Anaerolineaceae和norank_f_Xanthomonadaceae 4种菌属的相对丰度都明显上升.SBR系统中加载一定量的磁性活性炭既能抑制引起污泥膨胀微生物的生长,又能利于脱氮除磷微生物的富集,整个污泥系统表现出良好的稳定性和脱氮除磷性能.     

Methylopila sp.SD-1与大豆联合修复苯磺隆污染土壤

分离得到1株苯磺隆降解菌株SD-1,根据表型、生理生化特征及16S rRNA基因序列分析,将其鉴定为Methylopila sp.SD-1,为首次报道能够降解苯磺隆的Methylopila属菌株,其在4d内完全降解50mg/L苯磺隆,最适降解温度、pH值分别为30℃和7.0,降解中间产物对大豆的毒性显著降低.大豆根系分泌物能促进菌株SD-1的生长,培养5d,菌株SD-1的数量由1.0×10⁷CFU/mL增至6.7×10⁷CFU/mL.分泌物中含有16种氨基酸,菌株SD-1对其中的Asp、Glu和Phe表现出明显的趋化性.接种菌悬液至苯磺隆污染土壤（3mg/kg）并种植大豆幼苗,培养4d,菌株SD-1依赖趋化性向大豆根系运动并定殖,存活率提高,根际土壤中苯磺隆的降解率相较于未种植大豆的处理提高36.0%.     

基于响应面法SCR脱硝反应器喷氨格栅的优化研究

利用计算流体动力学（CFD）方法,采用k-e湍流模型和组分运输模型对SCR脱硝反应器的氨浓度场进行了数值模拟,并通过实验验证了反应器内氨浓度场数值模拟的准确性,同时,基于响应面法研究了喷氨格栅各结构参数和系统运行参数对SCR脱硝反应器内氨浓度场的影响.结果表明,喷口密度N,开孔率ψ,喷口角度α及入口风速v对氨浓度分布均匀性都存在着一定影响,其中影响的显著性为N>α>v>ψ.而且存在着一组最优的喷氨格栅结构参数和最佳的系统运行参数能够使SCR脱硝反应器内的氨浓度分布不均匀系数达到最优值.在本文研究的参数范围内,喷氨格栅最优的结构参数分别是：r=8个、d=57mm、α=90°,系统最佳的运行参数为v=8.17m/s,此时氨浓度分布不均匀系数为0.0151.     

基于无人机可见光影像的绿色植被提取

在分析健康绿色植被光谱特性及无人机可见光影像典型地物各波段像元值差异的基础上,提出一种综合利用红、绿、蓝3个可见光波段信息的新型绿色植被指数——差异增强植被指数（DEVI）.利用该指数及其他8种常见可见光植被指数结合不同阈值方法提取研究区域绿色植被信息,并采用地表真实感兴趣区和基于SVM的监督分类方法进行精度量化评价.结果表明：由DEVI计算的植被指数灰度影像直方图具有良好双峰形态,可利用双峰直方图阈值法快速确定阈值,且阈值一般位于0.9~1之间;同时,DEVI提取精度明显优于其余8种植被指数,且采用双峰直方图阈值法时,总体精度为98.98%,Kappa系数为0.9791,相对误差为1/83.为验证DEVI是否具有良好的可适用性及可靠性,选取3种典型植被覆盖区域进行可行性验证,结果表明：利用DEVI可高精度提取建筑密集区域和植被零散分布区域的绿色植被信息,总体精度分别为98.42%和98.56%,Kappa系数分别为0.9610和0.9635,相对误差分别为1/125和1/91;而植被集中分布区域提取精度略低于上述2种典型区域,总体精度为97.40%,Kappa系数为0.9371,相对误差为1/53.因此,提出的差异增强植被指数——DEVI可以有效、高精度、低成本提取不同植被覆盖典型区域无人机可见光影像中的绿色植被信息,为陆地生态系统中的绿色植被监测研究提供一种可行性方法.     

汞污染地块风险全生命周期管控技术体系研究

风险全周期管理是推进汞污染地块风险管控,有效实现地块安全可控的重要方式.在《关于汞的水俣公约》全球履约背景下,为有效提升汞污染地块的风险预防与管控能力,该文对汞污染地块风险管控技术体系进行了深入研究.在深入分析污染地块健康风险全生命周期特征的基础上,围绕地块风险源头-暴露途径-环境受体3个核心风险要素,并结合国内外技术研发与工程示范经验,构建出适用于此类污染地块的风险全周期分类管控技术体系.该体系根据土壤与地下水风险管控标准评价地块污染水平,并结合地块敏感目标和暴露途径等暴露情景对地块进行分类管控决策.通过对工程修复、风险管控、制度控制等进行多技术有机耦合,可实现对汞污染地块全方位、多角度、系统化的风险管理,即在风险产生、风险发展与风险消褪的各个环节,分别施以源头预防、过程控制及长期管理措施,有效遏制地块新增风险的基础上,实现污染地块风险的安全可控.该技术体系存在如下特征:1)基于风险的管理决策可以反映地块管理的科学内涵;2)分类风险管控策略可以有效节约成本,实现最大的管控净效益;3)以全生命周期管理为基本理念,实现“源头-过程-末端”的全流程风险控制.     

Mechanisms of Pb(II) coprecipitation with natrojarosite and its behavior during acid dissolution

Lead (Pb) coprecipitation with jarosite is common in natural and engineered environments, such as acid mine drainage (AMD) sites and hydrometallurgical industry. Despite the high relevance for environmental impact, few studies have examined the exact interaction of Pb with jarosite and the dissolution behavior of each phase. In the present work, we demonstrate that Pb mainly interacts with jarosite in four modes, namely incorporation, occlusion, physically mixing, and chemically mixing. For comparison, the four modes of Pb-bearing natrojarosite were synthesized and characterized separately. Batch dissolution experiments were undertaken on these synthetic Pb-bearing natrojarosites under pH 2 to simulate the AMD environments. The introduction of Pb decreases the final Fe releasing efficiency of jarosite-type compounds from 18.18% to 3.45%-5.01%, showing a remarkable inhibition of their dissolution. For Pb releasing behavior, PbSO₄ dissolves in preference to Pb-substituted natrojarosite, i.e., (Na, Pb)-jarosite, which primarily results in the sharp increase of Pb releasing concentration (> 40 mg/L). PbSO₄ occlusion by jarosite-type compounds can significantly reduce the release of Pb. The results of this study could provide useful information regarding Fe and Pb cycling in acidic natural and engineered environments.     

Response of PM2.5-bound elemental species to emission variations and associated health risk assessment during the COVID-19 pandemic in a coastal megacity

The coronavirus (COVID-19) pandemic is disrupting the world from many aspects. In this study, the impact of emission variations on PM_2.5-bound elemental species and health risks associated to inhalation exposure has been analyzed based on real-time measurements at a remote coastal site in Shanghai during the pandemic. Most trace elemental species decreased significantly and displayed almost no diel peaks during the lockdown. After the lockdown, they rebounded rapidly, of which V and Ni even exceeded the levels before the lockdown, suggesting the recovery of both inland and shipping activities. Five sources were identified based on receptor modeling. Coal combustion accounted for more than 70% of the measured elemental concentrations before and during the lockdown. Shipping emissions, fugitive/mineral dust, and waste incineration all showed elevated contributions after the lockdown. The total non-carcinogenic risk (HQ) for the target elements exceeded the risk threshold for both children and adults with chloride as the predominant species contributing to HQ. Whereas, the total carcinogenic risk (TR) for adults was above the acceptable level and much higher than that for children. Waste incineration was the largest contributor to HQ, while manufacture processing and coal combustion were the main sources of TR. Lockdown control measures were beneficial for lowering the carcinogenic risk while unexpectedly increased the non-carcinogenic risk. From the perspective of health effects, priorities of control measures should be given to waste incineration, manufacture processing, and coal combustion. A balanced way should be reached between both lowering the levels of air pollutants and their health risks.