燃料电池汽车氢源基础设施的生命周期评价

为了推动生命周期评价的应用和发展并为我国制定燃料电池汽车氢源基础设施的近期规划提供参考,根据现有的生产、储存和输运氢的技术,针对燃料电池汽车氢源基础设施,设计了10种可行方案,运用生命周期评价方法对这些方案的环境影响进行了全面评价,得到了每种方案的分类环境效应标准化指标,并对若干参数进行了敏感性分析.结果表明,环境性最好的燃料电池汽车氢源基础设施方案是:天然气集中制氢厂制氢,然后用管道将氢气输运到加注站,加注给以氢气为燃料的燃料电池汽车.     

阴离子聚丙烯酰胺(APAM)和聚二甲基二烯丙基氯化铵(HCA)对给水厂污泥水分分布的影响及其与污泥颗粒的作用机制

为比较APAM和HCA对给水厂污泥调理的效果并探究其作用机制,测定了污泥调理前后的毛细吸水时间（CST）、污泥比阻（SRF）、溶解性有机污染物含量（DOC）、Zeta电位和絮体粒径的变化情况,并结合三维荧光谱图、液相-有机碳联用（LC-OCD）、热重差热法（TG-DTA）以及傅立叶红外（FTIR）的变化进行分析.结果表明,APAM和HCA的最佳投加量分别为0.05和0.10 g·L^-1,与之对应的CST分别从71.0 s降到25.8 s和37.6 s,SRF从9.72×10¹² m·kg^-1降到4.18×10¹² m·kg^-1和5.70×10¹² m·kg^-1,APAM的调理效果占优.HCA仅可释放毛细水,而APAM可释放污泥的毛细水和表面吸附水.APAM通过氢键的吸附架桥形成大块絮体以改善污泥脱水性能,Zeta电位的升高和有机物的变化显示出电中和及去水化作用是HCA的主要调理机制.本研究结果可为给水厂污泥脱水有机药剂的选择提供数据基础.     

混合菌种在发酵法生物产氢中的协同作用

为探讨产氢发酵细菌混合培养时菌种间的协同作用,本研究在间歇试验条件下,分别考察以葡萄糖和复杂有机物(淀粉、牛肉膏、聚乙二醇乙二酸酯和胰蛋白胨)为底物时,5株HPB(B49、H1、LM12、LM11和B51)混合培养,高效HPB(B49)与3株非产氢发酵细菌(L10、拟3-2和芽孢1)分别混合培养,以及B49与活性污泥混合培养对产氢能力的影响.试验结果表明,混合菌种间协同作用发挥是有条件的.当利用葡萄糖发酵产氢时,菌种间对共同底物的竞争使其协同作用无法发挥,从而制约了高效产氢细菌(HPB)的产氢能力;而利用复杂有机物发酵产氯时,菌种间的协同作用得以发挥,并促进了高效HPB产氢能力的提高.同时提出,针对不同底物可以采用不同的培养方式.     

基于多同位素的不同土地利用区域水体硝酸盐源解析

不同的土地利用类型对所在流域内的水质产生不同的影响.本研究选取典型城市河流（京杭运河杭州段）和典型山林农业区河流（余英溪）为研究对象,利用多同位素技术（δD-H₂O,δ¹⁸O-H₂O,δ¹⁵N-NO₃^-和δ¹⁸O-NO₃^-）结合稳定同位素（stable isotope analysis in R,SIAR）模型,对运河和余英溪的硝酸盐来源进行了识别并计算了各污染源的贡献率.结果表明,运河和余英溪均存在不同程度的氮污染,运河以NO₃^--N和NH₄⁺-N为主,余英溪以NO₃^--N为主.运河和余英溪水的氢氧同位素（δD-H₂O,δ¹⁸O-H₂O）沿当地大气降水线分布,两者存在明显线性关系（R²=0.78）,表明降水是这两条河流的主要补给源.运河和余英溪水体NO₃^-的氮同位素值（δ¹⁵N-NO₃^-）均小于15‰,说明这两条河流中主要存在硝化作用.部分运河水样NO₃^-的δ¹⁵N-NO₃^-/δ¹⁸O-NO₃^-值介于1.3~2.1之间且伴随着低浓度的DO和NO₂^-,可见部分运河水体存在反硝化作用.运河水样δ¹⁵N-NO₃^-值（均值：6.1‰）明显高于余英溪水体δ¹⁵N-NO₃^-值（均值：2.3‰）.各NO₃^-源对运河的贡献率：生活污水/粪肥（37.0%） > 土壤氮（35.7%） > 化学肥料（19.1%） > 降水（8.2%）;对余英溪的贡献率：化学肥料（46.1%） > 土壤氮（22.8%） > 降水（17.3%） > 生活污水/粪肥（13.8%）.在人类活动强度大的城市区域的河流（运河）中由于生活污水的零星排放和城市降雨径流的汇入导致生活污水/粪肥类氮源的污染明显加剧.化学肥料不可避免地成为山林农业区河流（余英溪）的主要污染源,可见农业面源污染带给所在区域水体的氮污染已非常严重.人类活动强度大的区域,降水对于水体NO₃^-的贡献降低.反硝化作用产生的同位素分馏对利用SIAR模型计算各NO₃^-源的贡献率产生不同程度的影响,其中对生活污水/粪肥和化学肥料的影响很大,对土壤氮的影响其次,对降水的影响最低.     

永定河上游地表水-地下水水化学特征及其成因分析

永定河上游流域是冀西北重要的水源涵养区和生态屏障区,受气候变化和高强度人类活动影响,径流减少和水环境恶化问题日益突出.深入研究自然和人类活动共同影响下的地表水-地下水水化学特征及其成因,可为区域水资源可持续利用提供科学参考.本研究利用（δ²H和δ¹⁸O）氢氧同位素关系明确地表水和地下水来源,并在此基础上结合数理统计和水文地球化学方法,分析水化学特征及其成因.结果表明,地表水和地下水主要来源于降水.受自然因素及人类活动的共同影响,洋河和桑干河流域水化学类型差异显著.整体上,地表水离子浓度表现为：桑干河>洋河.桑干河流域地表水主要阳离子为Na⁺,主要阴离子为Cl^-和SO₄^2-,且水化学类型多样;洋河流域地表水主要阴阳离子分别为HCO₃^-和Ca²⁺,水化学类型分布相对集中.影响地表水水化学的自然因素主要为矿物溶解和蒸发,但人类活动却体现出流域差异,其中桑干河为支流的工业废水排放,而洋河流域为农业生产和城市.然而,由工业废水排放和酸雨输入导致的地表水Cl^-和SO₄^2-浓度持续增加,是地表水资源可持续利用的限制因素.因此,未来桑干河流域地表水资源利用要综合考虑总盐分和水化学组成的影响,而洋河流域主要考虑总盐分的影响.因地制宜地进行地表水资源利用,是永定河上游水资源可持续利用和恢复地下水位行之有效的措施.     

升金湖河湖交汇区地表-地下水水化学特征及成因分析

以升金湖河湖交汇区为研究区,测试不同类型水体水化学组成和氢氧同位素值,分析其季节变化特征,探究地表-地下水中化学离子来源,最后估算混合水源对地下水中化学离子的贡献量.结果表明：①研究区地表-地下水主要离子浓度均高于大气降水,理化参数呈现季节变化特征;②地表水以Ca-HCO₃类型水为主,且在夏季占比明显高于其他季节,而地下水以Ca-HCO₃和Ca-SO₄类型水为主,占比分别为46%和27%,且季节差别不显著;③地表-地下水中Ca²⁺和Mg²⁺主要来自于碳酸盐岩的溶解,且有碳酸和硫酸参与了碳酸盐矿物溶解的过程,Na⁺和Cl^-除来源于大气降水外,还来源于当地农业施肥和粪便污水;④水源混合也是地下水化学离子的一个重要来源,其对Cl^-的贡献率平均达到28%,且呈现季节变化趋势.     

管道中氢气-空气爆轰的多级泄爆数值模拟研究

为了研究管道内氢气的爆燃转爆轰及其抑制过程,对单个障碍物管道中氢气-空气混合物燃爆过程以及多级泄爆进行了二维数值模拟。基于氢气-空气19步详细化学反应动力学机理,以及k-ε湍流模型、概率密度函数输运方程和同位网格SIMPLE算法,采用计算流体软件Fluent进行模拟。结果表明:密闭管道无泄爆时,在距点火端1.5 m左右爆燃转为爆轰;泄爆口的位置对管道内氢气-空气预混气体的爆炸参数有重要影响,泄爆口位于管道中部时,能降低管道内爆轰超压,泄爆效果较好;位于管道中部单个泄爆口泄爆时,有效降低爆轰超压,管道中部设置2个泄爆口时,能通过压力和混合气体的泄放将管道中已经发生的爆轰衰减为爆燃;当有3个泄爆口泄爆时,管道中没有发生爆轰,达到良好的泄爆效果。     

煤矿硫化氢异常富集主控因素的广义灰色关联分析

为了探究煤矿硫化氢异常富集主控因素,以陕西彬长小庄矿4#煤层为研究对象,通过分析煤层热演化温度、吸附特性、孔隙特征、全硫含量以及还原性指数等影响煤体自身物化性质的主控因素,并运用灰色系统理论构建广义灰色关联度评价模型,以定量的方式确定各因素的广义关联度大小。结果表明:当煤层硫化氢浓度由08×10-6升高至6×10-6时,对应热演化温度、吸附常数、BET比面积、全硫含量以及还原性指数变化范围分别为:96~113 ℃,288~362,0412 5 ~0986 4 m2·g-1,021%~088%,31~85,主控因素综合关联度排序为:还原性指数＞吸附常数＞全硫含量＞热演化温度＞BET比表面积。     

黄土丘陵区枣农复合系统土壤水分利用与竞争

探明黄土丘陵区农林复合系统植物土壤水分利用策略对评价其配置合理性与可持续性具有重要意义。论文以黄土丘陵区枣农（枣树+农作物）复合系统为对象,测定不同生育期植物木质部水和土壤水氧稳定同位素比率（δ¹⁸O）,利用IsoSource模型分析了复合系统中枣树与间作农作物（黄花菜和饲料油菜）土壤水分利用策略,判断两种复合系统作物间是否发生水分竞争。结果表明：枣树各时期对表层（0~20 cm）土壤水利用较少,在旱季主要使用中层（20~60 cm）和深层（60~200 cm）土壤水,雨季有显著降雨后主要利用中层土壤水。黄花菜、饲料油菜在旱季对低雨量有效降雨反应灵敏,但其仍主要利用中层土壤水,雨季显著降雨后两者对表层土壤水利用比例显著增加。总之枣树与黄花菜和饲料油菜土壤水分利用策略存在明显区别,但在较为干旱的5月和7月对中层和深层土壤水存在明显竞争。因此可在枣树株间修建深度为40 cm肥水坑,增加中层和深层土壤含水量,促进枣树根系向下生长,缓解水分竞争对枣树生长和产量造成的不利影响。     

浑善达克沙地南缘黄柳林地不同水体氢氧同位素特征

本文选取浑善达克沙地南缘正蓝旗的黄柳林地为研究对象,通过2020年5月至10月野外采集降水、土壤、地下水、植物茎干分析各水体的稳定氢氧同位素特征,比较各水体之间同位素关系。研究发现：(1)土壤水线和植物茎干水线的斜率均小于当地大气降水线,各水体同位素富集程度为地下水<降水<土壤水<植物茎干水,降水的稳定性最差,变异性较大;(2)由于蒸发和降水入渗,浅层土壤δ¹⁸O值和土壤含水量变化显著,而中深层水分受影响较小。降水中的δ¹⁸O值相对于浅层土壤水偏正,并且土壤水的δ¹⁸O值从浅层到深层逐渐呈偏负趋势,雨后各层土壤水波动的峰值出现有一定的时间推迟。(3)黄柳在生长季节主要利用浅层土壤水,各月对其利用率分别为96.20%、90.60%、84.90%、95.50%、86.70%和86.50%,随降水的减少也利用了中深层水;论文通过对黄柳林地内各水体的同位素变化特征的研究,摸清了土壤-植物-大气连续体中不同水体的同位素组成及其相互关系,对于揭示区域水循环的过程和机制至关重要,为浑善达克沙地防护林生态系统的生态水文...