重金属在河口区潮汐界面与盐度界面响应规律研究

河口潮汐、盐度、悬浮颗粒物特征因影响化学物质在水体与其他介质之间分配行为,使得咸淡水生物利用度上产生差别,造成咸淡水水质基准标准的差异.重金属如铜,锌,铅,镉和铬等指标由于广泛分布在淡水及海水中,在较高的浓度下可具毒性效应,是现行《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)和《海水水质标准》(GB 3097-1997)常规监测项目.本研究以大辽河口为例,探索这些重金属指标在咸淡水河口区衔接情况和响应规律.首先,基于生物、化学和地质地理相似性确定潮汐界面(TCI)和河海边界(FSI)的位置,划分为潮汐淡水区及混合区.其次,分析了一个潮汐周期内重金属指标的变化特征,以及潮汐淡水区及混合区内盐度和悬浮颗粒物对分配系数Kd的影响,结果表明砷、镉和铬等指标更易受盐度的影响,而锌、铜、铅和镍等指标更易受悬浮颗粒物和潮汐状态的影响.最后,结合潮汐状态和分配系数研究结果,根据这些指标在TCI和FSI的变化趋势,归纳为两类响应规律:第一类如砷、镉和铬等指标,这类指标在FSI具有明显的突变点;第二类如锌、铜、铅和镍等指标,从TCI开始发生变化.两类指标在水相-沉积相-颗粒相介质的分配行为表明颗粒相和沉积相具有相似的变化趋势,尤其颗粒相中的重金属浓度,取决于悬浮颗粒物的浓度,指标响应差异主要存在于水相中.通过本研究识别出易受不同环境因子(如盐度和SS)控制的敏感指标,提出需关注河口本身特征造成的指标背景差异的必要性,将有助于我国现行水质标准制定、修订工作的实施和开展.     

以预处理剩余污泥为燃料MFC产电性能及不连续供电的可行性

为探讨微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)处理经预处理后剩余污泥的可行性以及不连续供电能力,采用双室MFC,以剩余污泥热处理上清液为基质进行启动和运行,通过改变电池阴极电子受体而导致电势差变化来监测其产电的运行稳定性.结果表明,反应器以氧气作为阴极电子受体148 h后启动成功,最大输出电压0.24 V,将阴极电子受体换为铁氰化钾时,能获得0.66 V的最大输出电压和4.21 W·m~(-3)的最大功率密度.当将阴极电子受体分别替换为氧气或者开路,又转换为铁氰化钾后,电池输出功率恢复迅速,电池对有机物去除效率基本不受影响,对化学需氧量(COD)、氨氮去除效率分别达70%和80%.本研究表明,利用预处理剩余污泥进行MFC处理和产电是可行的,可获得较高的功率密度,同时MFC可以实现不连续供电.     

湿地基质及阴极面积对人工湿地型微生物燃料电池去除偶氮染料同步产电的影响

本研究采用人工湿地型微生物燃料电池处理偶氮染料X-3B,实现降解偶氮染料同步产电的效果.为了构建性能最优的人工湿地型微生物燃料电池(CW-MFC)系统,本研究主要从湿地基质和阴极面积两个方面研究系统构型对去除X-3B同步产电的影响,提高系统性能.研究表明以粒径10 mm、孔隙率30%的小石子作为湿地基质构造的CW-MFC系统微生物生物量最大,去除X-3B效果最好,脱色率高达92.70%,但其产电性能最差.较小的粒径和孔隙率使底层微生物生物量增加,促进X-3B的去除,但随着湿地基质粒径和孔隙率的减小,导致阴阳极营养物质不足,系统传质阻力增加,抑制了系统产电性能.X-3B的去除效果随着阴极面积的增加而提高直到阴极面积为594 cm~2时取得最大脱色率99.41%.当阴极面积继续增加时,CW-MFC系统产电性能上升趋势趋于平缓,X-3B去除效果呈现下降趋势,这是因为阴极反应过快导致更多的阳极电子输送到阴极用于产生电流,与X-3B发生反应的电子减少,阳极成为提高CW-MFC系统性能的限制因素.     

基于距离相关系数和支持向量机回归的PM2.5浓度滚动统计预报方案

针对目前空气质量统计预报方法存在的主要缺陷,本文提出了距离相关系数和支持向量机回归相结合的统计预报方案DC-SVR.利用淮安市2013年1—12月PM_(2.5)观测资料和常规气象观测资料,首先在选入预报当日气象要素的基础上,增加选取前期污染物和气象要素作为预报因子,再采用距离相关系数分季节从预报因子中筛选出重要预报因子,最后采用支持向量机回归对PM_(2.5)浓度值进行逐日滚动统计预报.研究发现,淮安地区气温和气压对PM_(2.5)的距离相关性要高于其他气象要素,夏秋季PM_(2.5)与气象要素的距离相关性较春冬季好.基于距离相关系数和支持向量机回归建立DC-SVR模型,PM_(2.5)的试预报值和实测值的全年相关系数高达0.76,平均偏差仅为1.13μg·m~(-3),平均绝对误差为23.47μg·m~(-3).通过与支持向量机回归、人工神经网络的统计预报效果对比,DC-SVR模型有效降低预报因子维数且能自适应选取最佳参数,预报精度显著优于其他3种统计预报方案,可为业务化预报提供参考.     

太湖流域上游平原河网污染物综合衰减系数的测定

改善太湖水质需要削减上游河流进入太湖的污染物总量.为了探求太湖流域上游平原河网的自净能力,开展原位实验测定了枯水期高锰酸盐指数、氨氮(NH_4~+-N)、总氮(TN)和总磷(TP)的综合衰减系数,根据河道的水力特征对综合衰减系数进行了修正,并利用一维稳态水质模型对修正前后综合衰减系数的可靠性进行了验证.结果表明,高锰酸盐指数、NH_4~+-N、TN和TP的综合衰减系数分别为:0.0296~0.4106、0.0224~0.3564、0.0137~0.3046和0.0555~0.5725 d~(-1).可靠性验证表明高锰酸盐指数、NH_4~+-N、TN和TP综合衰减系数修正前的平均相对误差分别为8.39%、14.40%、11.43%和19.22%,修正后的平均相对误差分别为10.65%、14.34%、11.37%和19.24%.修正前后高锰酸盐指数、NH_4~+-N、TN和TP的平均相对误差均小于20%且变化不显著,表明综合衰减系数的测定结果能够为太湖流域上游平原河网的污染物总量控制管理提供科学参数;也表明枯水期的水力条件对综合衰减系数的影响较小.     

厦门湾流域河流氮污染综合溯源与水体达标策略

全球变化背景下海岸带地区面临多种环境压力,快速城镇化和人类活动导致河流与海湾营养盐污染和富营养化问题加重,污染溯源是水体达标方案编制与实施的重要环节.兼顾科学性与操作性,本文基于综合溯源思路,以厦门湾河流为例,于水质较差的枯水期开展水系沿程梯度调查,进行氮的生物地球化学过程解析,结合硝酸盐氮氧双位素及土地利用统计分析,探明氮污染关键源区和氨氮超标成因.结果表明,研究区63%的站位水中氨氮占无机氮的50%以上,沿下游方向氨氮污染加重,且与城镇与农村宅基地、渔塘的面积占比均呈正相关.土壤氮、粪肥及污水和化肥贡献了硝酸盐89%~91%的来源.最后,提出了污染减排(控源)、生态修复(增容)、以海定陆(统筹)的水体达标策略,为我国水污染防治与管理提供方法示范.     

湟水河流域水质时空变化特征及其污染源解析

基于2012—2014年水质数据,综合应用多元统计分析与一维水质模型(Qual2Kw),系统分析了湟水河水质时空变化及其污染物来源.结果表明:湟水河河流水质主要受化学需氧量、生化需氧量、铜、六价铬、水温、溶解氧、总氮、氨氮等8项水质指标影响,且氨氮和总氮污染严重;湟水河水质时间上可划分为3个时段:时段1(6—10月)、时段2(5月和11月)和时段3(12月—4月),时段1水质明显优于时段2和时段3,湟水河水体受工业生活排放污水的影响显著,面源污染对河流水质的影响低于点源污染;空间上可分为3大区段:湟水河上游、中游和下游,中游西宁市段污染较重;基于Qual2Kw模型的污染物贡献比例计算结果揭示了湟水河民和桥断面的氨氮负荷主要来源于扎马隆(S2)-西钢桥(S3),总氮主要来源于报社桥(S5)-小峡桥(S6),其中支流点源是氨氮的主要污染源,普通点源即城镇生活污水和工业废水排放是总氮的主要污染来源,上游干流农田地表径流、畜禽养殖废水、农村生活污水等污染源氨氮、总氮排放也不容忽视.研究结果可以为湟水河流域水环境管理提供科学依据.     

微生物燃料电池处理含S2-/NH4+废水的研究

以除硫硝化微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)处理含S~(2-)/NH_4~+的模拟无机废水,研究了不同进水S~(2-)浓度下MFC的产电性能、污染物去除效果和阳极室硫累积情况.结果表明,除硫硝化MFC可实现同步阳极除硫和阴极硝化,并通过非生物电化学作用和生物电化学作用共同产电.进水S~(2-)浓度为(60.8±2.9)、(131.7±2.4)、(161.7±4.5)和(198.1±3.1)mg·L~(-1)时,最佳阳极碳刷清洗周期分别为3、3、3、4个换水周期,前3个进水浓度下的换水周期可分别缩短为6、8和8 h.MFC阴极硝化完全,不受进水S~(2-)浓度影响,但氧从阴极向阳极的渗漏导致阳极库仑效率较低(40%).适当增加进水S~(2-)浓度可增强MFC的产电性能并提高S~(2-)去除负荷和颗粒硫累积比.除硫硝化MFC适宜的进水S~(2-)浓度为(161.7±4.5)mg·L~(-1),相应的最大功率密度为5.77 W·m~(-3),周期产电量为(141.0±5.2)C,S~(2-)去除负荷为(0.31±0.00)g·L~(-1)·d~(-1),颗粒硫累积比达58%.阳极碳纤维丝上沉积有粒径约100 nm的颗粒硫.阳极悬浮物与沉积物相比,悬浮物中S0含量比例较高,而S6+含量比例较低.     

桉树叶提取液还原石墨烯电极提高微生物燃料电池产电性能的研究

将桉树叶提取液绿色还原氧化石墨烯(G-rGO)电极和微生物还原氧化石墨烯(B-rGO)电极依次作为微生物燃料电池(MFC)阳极,采用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对所制备的电极进行表征,并采用循环伏安法(CV)、交流阻抗法(EIS)对比2种电极的电化学性能.结果发现,G-rGO阳极的内阻为243.87Ω,应用于MFC时最大功率密度和最大输出电压分别为18.77 W·m~(-3)和760 mV,对照组B-rGO电极的内阻为299.11Ω,将其应用于MFC时最大功率密度和最大输出电压分别为13.16 W·m~(-3)和635 mV,对照组未修饰阳极的内阻为375.21Ω,最大功率密度和最大输出电压分别为8.97 W·m~(-3)和480 mV.研究表明,G-rGO电极电阻更小,导电性能更优越.     

G20峰会期间杭州地区空气质量特征及气象条件分析

利用空气质量和气象要素的监测资料与再分析资料,分析了2016年G20峰会期间(2016年8月10日—9月20日)杭州及周边地区空气质量演变及区域特征,探讨了气象条件对G20峰会期间杭州空气质量的影响.结果表明:G20峰会管控期间,由于机动车排放大幅度降低,杭州NO_2浓度较管控前有所下降,对比周边城市降幅居于首位;而由于不利气象条件的影响,PM_(2.5)、PM_(10)、SO_2、CO和O_3浓度比管控前有不同程度的增长,但增幅相比周边城市较小,说明管控措施对杭州空气质量有一定的改善效果.9月7日管控措施结束后污染反弹现象明显.气象条件对杭州的空气质量有重要影响:在管控前,杭州晴热高温天气有利于O3的生成,偏东风相对洁净,污染传输较少;在管控期,杭州虽受到静稳天气和外来污染传输的影响,但得益于减排应急管控措施的有效实施,NO_2浓度下降幅度最大,其他污染物的增幅也较周边城市偏小;在管控后,气象条件不利于污染物的垂直扩散,受静稳天气和污染源恢复常态的影响,PM_(2.5)、PM_(10)、NO_2、SO_2和CO出现了整个研究时段的最大值,而台风"莫兰蒂"使得杭州PM_(2.5)、PM_(10)和O_3浓度出现了整个研究时段的最低值.