溶解性有机质在岩溶水系统中的迁移转化及影响因素分析

溶解性有机质(DOM)的荧光物质是一种较好的示踪剂,用于鉴别DOM的来源及其在水文系统中的地球化学行为.该物质在岩溶水系统中的研究较少,并且要作为潜在示踪剂,系统中有很多因素影响其光谱信息.实验选取一典型岩溶流域,通过三维荧光光谱技术(EEMs)和平行因子分析(PARAFAC),结合水化学数据分析,揭示DOM荧光物质在不同岩溶含水空间的组成和转化关系,刻画流域尺度DOM的来源,探讨水化学因素对DOM荧光物质转移的影响机制.结果表明,流域外源地表水和岩溶地表水中的DOM以类蛋白色氨酸为主,浅层岩溶水和深层岩溶水以类蛋白色氨酸和酪氨酸为主.荧光指数(FI)、生物指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)的综合分析认为,浅层岩溶水和深层岩溶水的DOM主要来自于内源微生物分解,岩溶地表水和外源地表水的DOM既有陆源输入又有内源微生物分解,且内源贡献占有较大比例.受岩溶水化学参数的影响,3种荧光物质具有明显的分异特征:类酪氨酸物质对Ca~(2+)和HCO_3~-具有较强的适应性,在岩溶水中存在的比例比较大.类色氨酸物质则相反,类富里酸物质则与TDS、浊度、Cl~-、SO_4~(2-)等呈现极显著正相关关系.流域上游浅层岩溶水中的DOM主要来自内源.出露地表以后,其有机质同时来自内源和外源输入.在流域下游渗入深层岩溶地下水以后,DOM逐渐向低芳香烃有机质化合物转化,大分子DOM逐渐减少,荧光强度减弱.主成分分析(PCA)提取出3个主成分,分别为反映岩溶水渗滤、转化、水流条件的水体矿化指标,反映土壤淋滤和自然渗滤关系的TOC、NO_3~-及类蛋白质指标,以及反映岩溶水系统水化学、生物化学过程的Ca~(2+)、HCO_3~-、荧光指数和类富里酸指标.此外研究还认为,总荧光强度,类富里酸物质和类蛋白物质可以分别作为岩溶水快速渗流、转化及岩溶含水层脆弱性的示踪剂.研究结果有助于认识岩溶地下水DOM的生物地球化学循环,进行岩溶系统有机污染控制,为岩溶水系统中物质的地球化学过程表征提供一种新的工具.     

基于CESM-EnSRF系统全球甲烷及臭氧卫星资料同化试验研究

臭氧(O3)与甲烷(CH4)均是大气中重要的微量气体,对全球气候变化有着重要的影响.为提高全球范围的臭氧、甲烷在气候模式中的预报效果,使用集合平方根滤波(En SRF)同化方法及地球系统模式(CESM)构建了CESM-En SRF卫星资料同化预报系统,并通过设计试验,将大气红外探测器(AIRS)的臭氧与甲烷观测资料同化到气候模式中,对模式的同化再预报效果进行系统的测试与评估.结果显示,臭氧、甲烷分析集合均值的偏差及均方根误差皆低于背景集合均值的偏差及均方根误差.臭氧、甲烷的同化再预报偏差及均方根误差较控制实验都得到改善,但对5 h Pa以上高度臭氧预报准确性的改进效果很小.随循环同化的进行,平流层臭氧与甲烷的平均同化改进率呈增加趋势,并逐渐趋于稳定;对流层平均同化改进率随时间变化不明显.试验表明,该系统可有效利用臭氧与甲烷的观测资料对模式场进行合理的改善,从而有效地提高臭氧、甲烷在气候模式中的再预报效果,但对于平流层顶-中间层高度(5 h Pa以上)臭氧预报准确度的提高,模式中臭氧光化学过程的准确模拟较同化观测资料具有更重要的作用.此外,循环同化对提高5~150 h Pa高度臭氧及1~200 h Pa高度甲烷在CESM模式中的预报效果最有效.     

有机毒害物急性毒性与藻红外辐射变化研究

基于微生物检测毒害物质的重要性和选材困难对其检测技术发展的制约,开展了有机毒害物急性毒性与藻红外辐射变化研究。试验使用便携式红外测温仪测试一定量藻液中分别加入不同种有机药剂前后的温度变化。结果表明,8种藻对10种有机毒害物毒性可产生红外辐射变化的快速响应,平均最大温差的平均值为0.15℃,平均响应时间为4.4min;羊角月牙藻最大响应温差为0.27℃,响应相对明显,为8种藻中的毒性响应敏感藻。不同浓度有机药剂分别与敏感藻进行试验,明确敏感藻可检测出的最低药剂浓度,结果表明:同类毒害物质的响应灵敏度与发光细菌相同。     

组合人工湿地对城镇污水处理厂尾水中有机物的去除特征研究

采用物理分级和三维荧光光谱法,研究了组合人工湿地对城镇污水处理厂尾水中不同形态有机物的去除特征.结果表明,组合人工湿地对污水处理厂尾水具有较好的深度处理效果,出水水质基本可以达到国家地表水环境质量标准(GB38382-2002)Ⅲ或Ⅳ类水标准.组合人工湿地处理系统对尾水中CODCr和BOD5总体去除率分别达到35.2%和44.3%,对尾水中总有机碳(TOC)、溶解性有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)的平均去除率分别为46.9%、45.9%、48.3%.组合人工湿地系统不同单元对尾水中有机物的去除贡献率存在差异,其中,潜流湿地单元对尾水中CODCr和BOD5及其不同组分有机碳的去除效率较高.试验期间,由于藻类滋生,表流湿地单元出水中有机物含量波动较大,去除效果明显降低,藻类被打捞后,出水水质明显改善.三维荧光光谱分析结果显示,各个处理单元取样点的水样三维荧光光谱均出现4个明显的荧光峰.人工湿地各单元出水溶解性有机质(DOM)中,类蛋白和类腐殖酸物质含量较高,类富里酸物质含量较低.人工湿地对类蛋白和类腐殖酸物质有较强的去除作用.     

南方丘陵山区典型地物景观特征尺度研究

景观的特征尺度反映了人与自然交互作用的空间过程,合理识别景观空间结构及其特征尺度有助于遥感影像景观空间异质性分析。论文以地处南方丘陵山区的福建省福州市为研究区,针对城市、农田、森林与水域4种地物景观,基于SPOT 10 m影像,分别利用半方差分析、小波分析与平均局部方差方法,开展景观特征尺度研究。结果表明:①不同景观类型的空间异质性差异较大,其中森林景观空间异质性最大,其次为城市、农田景观,水域的空间异质性最小;②小波方差分析和半方差分析分别检测到两个不同的特征尺度,而局部方差仅仅检测到较小的空间结构;③森林景观特征尺度比通常偏小,与南方丘陵山区破碎地形有关,城市景观更多体现为人类活动的影响,南方丘陵山区城市景观至少具有两种不同的空间结构,其特征尺度均较小,农田景观特征尺度最大。基于小波分析与半方差各自的特点,总结提炼出综合两种方法合理识别景观特征尺度的基本流程,即:首先开展小波分析,然后在此基础上利用半方差分析多种理论模型组合从而获得更详细的特征尺度信息,模型组合个数与参数初始值依据小波分析的结果而定。     

多源数据支持下城市火灾风险评估及规划响应

为探析城市火灾风险的空间格局特征,提出科学的火灾防控体系,以合肥市为研究对象,基于火灾风险兴趣点(POI)数据、NPP/VIIRS夜间灯光影像数据、消防站与道路信息等多源数据,运用SAVEE模型和迭代方程评估城市火灾风险,并引入区位-配置(L-A)模型,从不同目标情境优化消防站点布局。研究表明:火灾高风险区主要集中于合肥市二环以内的建成区,尤其是老城区、合肥西站片区、政务区、科学城和东部新中心等区域;现有48座消防站对研究区内的POI覆盖效果较好,覆盖率为86.76%,而对NPP/VIIRS覆盖效果一般,覆盖率仅为55.94%,覆盖率在合肥市东北部、西北部和南部部分地区仍有不足;基于最大化覆盖模型,规划新增44座消防站,明显提升5 min响应时间的覆盖率,可进一步夯实城市消防安全。     

焦化废水中不同极性组分的光谱分析及可生物降解特性

焦化废水是典型难降解工业有机废水,构成其成分的复杂及种类的繁多使其难以实现高效的生物降解过程,制约了水处理的水质达标.为了探明其中生物降解强抑制组分,采用DAX-8大孔树脂将焦化废水分离出疏水酸性组分(HOA)、疏水碱性组分(HOB)、疏水中性组分(HON)和亲水性组分(HIS)等4种极性不同的组分,分析了各组分的有机物含量分布,紫外吸收光谱和三维荧光光谱,并用两种方法考察了各组分的可生物降解性能.结果表明,HOA是主要的有机组分,其COD和TOC分别占比55.9%和56.8%;HOA也是主要的芳香物质及荧光组分,而HON是芳香构造化程度最高和类腐殖质占比P(Ⅲ+Ⅴ)最高的组分;各组分的BOD5/COD值及脱氢酶活性的抑制结果显示其难降解程度依次为HONHOBHIS原水HOA,而HON是焦化废水中生物抑制最强组分,其BOD5/COD值仅为0.21±0.02,对脱氢酶活性的抑制达到38.5%;SUVA和P(Ⅲ+Ⅴ)与可生物降解性的关联分析发现,焦化废水中难降解组分并不都是芳香性化合物造成的,类腐殖质对其中难降解有机组分的指示作用相比SUVA更加灵敏.     

融雪对土壤溶解性有机质溶析作用的影响

利用土壤浸提实验和土柱淋洗实验,考察了化学离子的种类与浓度对进入融雪径流的土壤溶解性有机物(DOM)的含量和光谱学特性的影响,以及不同化学特征的积雪融化过程中土壤DOM的释放规律.土壤浸提实验结果表明,随着Na~+、Mg~(2+)和Ca~(2+)浓度的升高,土壤浸提液中的溶解性有机碳(DOC)浓度显著降低;随着Cl~-、SO_4~(2-)、Mg~(2+)和Ca~(2+)浓度的升高,土壤浸提液中波长254 nm处的紫外吸光度(UV-254)逐渐降低;随着Na~+和Mg~(2+)浓度的升高,土壤浸提液中单位浓度DOC的紫外吸收值(SUVA)值逐渐升高.NO_3~-、SO_4~(2-)和Na~+的浓度过高或过低时,土壤浸提液中DOM的类腐殖酸和类富里酸荧光峰强度较低;随着Cl~-、Mg~(2+)和Ca~(2+)浓度的升高,土壤浸提液中DOM的类腐殖酸荧光峰强度逐渐降低.土柱淋溶实验结果表明,类腐殖酸和类富里酸荧光物质是土壤淋滤液中的主要荧光物质.与纯水相比,融雪水作为淋洗液导致土壤淋滤液中DOC浓度的降低,以及类微生物代谢产物荧光峰强度的增高.冻融交替抑制DOM自土壤解吸进入淋滤液,并且导致土壤淋滤液中芳香族化合物相对含量的降低.     

SBR中联氨对亚硝化的影响

为了开发经济高效的生物脱氮工艺,研究了SBR中联氨对短程硝化反硝化的控制作用,考察了不同联氨投加量对短程硝化的影响。实验结果表明:在室温下,不控制溶解氧,p H为7.5~8.0时,投加7.5 mg/L联氨,亚硝氮积累效果最佳,其出水氨氮及亚硝氮浓度平均值分别为1.44,12.23 mg/L,均优于其他联氨投加量的监测结果;投加7.5 mg/L联氨的活性污泥中生物相种类和数量都优于未投加联氨的活性污泥,SEM图像显示活性污泥结构致密,紧凑,且菌落数量明显升高;从活性污泥的红外谱图可以看出,投加联氨与否,特征峰位置基本相同,但投加7.5 mg/L联氨的活性污泥EPS红外谱图峰强更高。     

气动热效应对某红外导引头影响分析

导弹高速飞行时所产生的气动热,将影响探测器正常成像质量,从而影响导弹的命中精度和导引头的作用距离.由于新型隔热材料的采用,气动热对导引头性能影响减小很多.采用ANSYS软件对某导弹的气动热效应进行仿真,为高速导弹气动性能分析及其环境失效研究提供参考.