河流CO2与CH4排放研究进展

河流作为连接海-陆两大碳库的主要通道,其水-气界面二氧化碳(CO_2)与甲烷(CH_4)排放构成全球碳循环的重要环节,对全球气候变暖的贡献不容小觑.明确河流水体CO_2与CH_4产排过程、时空特征以及控制因素是认识河流生态学功能以及其对变化环境响应的重要内容.基于当前河流CO_2与CH_4排放研究进展,构建河流碳排放动力学概念框架(内源代谢、陆源输入),并从全球尺度、区域尺度、流域尺度综述了河流碳排放时空变异性特征以及存在的研究不足.在理解碳排放动力学概念框架和时空变异特征的基础上,构建了河流CO_2与CH_4动力学控制因子分层框架(内部因子:有机质、温度、营养盐;外部因子:水文、地貌、人类活动),深入探讨了河流碳排放的关键影响因素.最后,根据当前研究中存在的不足,提出河流碳排放应将纳入区域陆地碳平衡过程,今后研究重点应包括流域尺度上河流CO_2与CH_4内源产生与陆源输入相对贡献的量化研究、不同界面CO_2与CH_4产生与排放过程研究、高时空分辨率的监测数据的补充以及变化环境与人类活动干扰下河流碳排放的响应过程等,为理解河流生态学过程及生态系统功能提供基础,同时为我国进一步深入开展相关研究提供借鉴.     

地下水循环井技术处理土壤和地下水中甲基叔丁基醚研究

研究了MTBE在砂土中的静态吸附以及采用地下水循环井技术(GCW)去除砂土和地下水中MTBE的衰减规律。结果表明:MTBE在砂土中的吸附动力学符合准二级动力学方程,相关系数R2为0.99618,在砂土中的吸附平衡时间为24 h;吸附热力学符合Linear平衡吸附,吸附系数为0.00306 m3/kg。GCW运行30 h后,地下水饱和含水层中MTBE浓度由500 mg/L降至72.5 mg/L,去除率为85.5%;砂土中MTBE的吸附量由0.93 mg/g降至0.03 mg/g,去除率达96.4%。水平方向距GCW越近,MTBE的去除效率越快,垂直方向位于GCW上部的MTBE优先会被去除,最佳修复时间为运行15 h。GCW对砂土和地下水中高浓度MTBE具有良好的修复效果。     

基于系统动力学的以GDP-PM_(2.5)达标为约束的大气环境承载力模型研究——以武汉市为例

当前在环境规划编制中,存在对环境容量和环境承载力弱化分析的倾向,导致环境规划科学性和逻辑性不足。面对以PM_(2.5)为特征的复合型空气污染,传统的大气容量计算方法具有局限性。以武汉市为例,基于系统动力学建立了武汉市"经济-能源-大气环境"的系统动力学多目标规划模型,不去模拟复杂的大气传输扩散的物理化学过程,而是基于统计数据和社会、经济发展目标,建立了系统中不同变量的动态数量关系,预测了武汉市2016—2030年在3种情景下GDP、PM_(2.5)年均浓度和6种大气污染物排放量的变化趋势,并计算出以GDP-PM_(2.5)达标为约束的大气环境容量和大气环境承载力的阈值,可为制定城市大气中PM_(2.5)污染的控制措施提供科学依据,实现了对环境容量与环境-经济发展趋势的同步测算。     

有机质胶体对卡马西平在多孔介质中迁移影响模拟实验

有机质胶体与有机污染物的相互作用会影响污染物在多孔介质中迁移转化等环境行为.为研究有机质胶体对药物和个人护理品(PPCPs)在土壤环境中迁移的影响,本实验以卡马西平(CBZ)为目标污染物,用商用腐殖酸制备有机质胶体,分别选择石英砂、标准土和野外所取土样为研究介质,通过室内土柱模拟实验探究有机质胶体存在时污染物在多孔介质中的迁移行为.结果表明,描述一维溶质运移的两点化学非平衡模型能够较好模拟CBZ在各介质土中的运移过程,说明污染物运移过程中与介质间发生了化学非平衡吸附作用;石英砂柱中加入胶体后,对CBZ的吸附过程无明显影响,但在解吸时阻滞因子及滞留量变小,可见胶体与石英砂间作用微弱,解吸过程中胶体与污染物结合形成复合体后对污染物有增溶作用;胶体存在时,标准土和自然土对CBZ的吸附量和迁移阻滞强度均明显大于石英砂,其中有机质及黏土矿物的作用最为明显,有机质中的低能/高能吸附位点以及黏土矿物极性表面均能够固定污染物;由于有机质含量较高,自然土对CBZ在吸附-解吸过程中的阻滞截留强度大于标准土.针对本实验中CBZ的迁移情况,提出了疏水性有机污染物在含有机质胶体土壤中的迁移过程中各种作用的概念模型.     

土壤重金属钝化修复剂生物炭对镉的吸附特性研究

目前以生物炭为代表的生物质对重金属的吸附表现出良好的应用前景.为确定生物炭对溶液中镉的吸附性能,选用由棉花秸秆制备的生物炭,研究吸附等温线、吸附动力学以及温度、pH和离子强度等对生物炭吸附Cd2+的影响.研究表明,生物炭对Cd2+的吸附可以用Freundlich等温线较好地拟合,在不同温度下其饱和吸附量分别为9.738 mg.g-1(288.15 K)、10.14 mg.g-1(298.15 K)、10.40 mg.g-1(308.15 K)和10.71 mg.g-1(318.15 K),热力学参数表明生物炭吸附Cd2+的过程是自发的吸热过程;吸附动力学过程符合二级动力学模型,在40 min即可达到平衡;pH对生物炭吸附Cd2+的影响较大,在pH2～8范围时,生物炭对Cd2+的吸附量随pH的增加先上升后下降;生物炭对Cd2+的吸附量随着溶液离子强度的增大呈降低趋势.该项研究可为生物炭在土壤重金属污染修复中的应用提供一定的理论基础.     

零价铁去除废水中的汞

研究了零价铁(zero-valent iron,ZVI)去除废水中Hg2+的动力学特征及其影响因素,初步探讨了ZVI与Hg2+的作用机制.结果表明,ZVI对废水中Hg2+的最佳去除条件:Hg2+的初始浓度为0.10 mg·L-1、pH为5、ZVI用量为0.050 g、温度为25℃,获得Hg2+的去除率为94.5%.ZVI对废水中Hg2+有一个快速的去除过程,可用准一级反应动力学方程描述,速率常数为0.010 min-1.ZVI去除废水中Hg2+的机制主要是氧化还原反应、铁氧化物和氢氧化物的吸附和共沉淀作用,ZVI表面钝化是降低Hg2+去除率的主要原因,其钝化成分主要是FeOOH和Fe2O3-Fe3O4.胡敏酸可与ZVI还原产生的Fe2+、Fe3+结合形成Fe-HA复合物,增加可溶性铁的比例,缓解ZVI的钝化,对细铁氧化物和铁氢氧化物胶体具有稳定作用,增强对废水中Hg2+的吸附作用.     

基于SD-CA-GIS的环境累积效应时空分析模型及应用

环境累积效应分析强调环境变化的时空放大作用,突出环境要素之间的时空交互作用,从而对环境分析方法的能力提出了挑战.因此,本文在对传统环境分析方法归纳、分析和总结的基础上,以地理信息系统(GIS)为基础平台,集成系统动力学(SD)和元胞自动机(CA)的优点,建立了能够分析时间累积、空间累积效应的SD-CA-GIS模型.以山西潞安矿区作为研究区域,在分析矿区社会、经济、工程和环境等因子之间时空交互作用的基础上,构建了SD-CA-GlS模型.考虑到矿区土地利用变化的特殊性,从影响矿区土地利用变化的驱动因子出发,预测和模拟了矿区2006-2030年土地利用变化的累积状况.结果发现,由于煤炭资源开采等人类干扰活动的影响,研究区在研究时段内,工矿用地、居民用地和交通用地呈现累积性增加,其它土地利用类型累积性减少.同时,由于不同阶段人类活动干扰的种类和强度变化,使得不同土地利用类型的空间扩展变化存在一定的差异.上述研究表明,该模型能够同时考虑时间累积效应和空间累积效应的动态变化,能为环境累积效应的分析和评价提供有效的帮助.     

潜流人工湿地处理农村生活污水动力学研究

考察潜流人工湿地处理农村生活污水的运行效果,并探寻一级动力学常数的空间变化情况,采用"厌氧调节池+二级串联潜流式人工湿地"工艺处理农村生活污水。结果表明,经过3个月运行后人工湿地对污水中COD、TP、TN和NH3-N的去除率分别达到了79.13%,71.54%,57.26%和60.01%。通过湿地原位检测显示以上各类污染物在生物床内都有较明显的沿程下降趋势,在床体的前半部分污染物的降解较快,后半部分相对缓慢。农村生活污水中污染物去除动力学符合一级动力学模型,一级生物床中COD、TP、TN和NH3-N的去除,Kv均值分别为3.048、2.469、1.625和1.695;二级生物床中Kv均值分别为2.542、1.946、1.383和1.453。生物床Kv呈现出减小的趋势说明生物床前端对各类污染物的降解速率比后端快。生物床间的跌水池的复氧,增加了二级生物床前端的Kv,提高了对污染物的降解速率。     

厌氧氨氧化工艺脱氮及其污泥形态的研究

为研究厌氧氨氧化工艺对高浓度含氮废水的脱氮性能,在以聚乙烯海绵作为填料的上流式厌氧固定床反应器中利用人工配置高浓度含氮废水进行了实验研究.实验中通过添加充足无机碳源,实现了厌氧氨氧化反应器在总氮浓度900～1 210 mg/L长期稳定的运行,脱氮效率在80％以上,最高氮负荷为5.9 kg/m3·d.结果表明:充足的无机碳源在一定程度上可有效地降低高浓度亚硝氮对厌氧氨氧化菌的抑制作用.通过对污泥性状的研究,明确寻找出污泥上浮的原因所在.通过Stover-Kincannon模型确定系统动力学参数KB和Umax分别为30.2 g/L·d和2L2g/L·d,这将有助于对该厌氧氨氧化系统各控制条件的有效调节和准确设定,也为日后应用于实际工程中提供重要的理论依据.     

基于遥感监测和气流轨迹的酸雨成因研究

酸雨对生态系统的危害已经引起全世界的广泛关注,探讨其形成机制是控制酸雨污染的重要研究基础.本研究基于遥感监测的降水发生前后的致酸前体物大气SO2和NO2柱浓度数据,利用气流轨迹方法探讨了辽宁省大连和丹东2007年典型场次酸雨的形成机制.研究结果显示,卫星遥感影像与气流轨迹法相结合可以有效地表达酸雨前体物的来源、传输模式及降雨对致酸前体物的清除效果,为科学、合理地判断酸雨沉降机制提供了更加直观、有效的技术支持.