Numerical simulation of the sedimentation of cylindrical pollutant particles in fluid

The sedimentation of cylindrical pollutant particles which fall through a fluid is investigated. Differing from previous research work,particle oscillation and effect of particle on the fluid are considered, and the torque exerted on a particle when viscous fluid flow around a particle is got through experiment and included in the numerical simulation. The computational results showed that the sedimentation velocities of particle increase slowly with the increase of particle aspect ratio 9. For disk-like particle, when the motion direction of particle is parallel to axis of particle, particle falls more slowly than the case of perpendicular to axis of particle; while for rod-like particle, it is inverse. For sedimentation of a crowd of high-frequency oscillating cylindrical particles with arbitrary initial orientation, both vertical velocity and horizontal velocity oscillate dramatically, the degree of oscillation of the former is stronger than the later. A crowd of particles fall more quickly than an isolated particle. Particles tend to strongly align in the direction of gravity. The computational results agreed well with the experimental ones and helpful for controlling of pollutant particles.     

利用分子生物等技术确定活性污泥硝化细菌的衰减特征

通过常规耗氧速率（OUR）测定方法、荧光原位杂交技术（FISH）和LIVE/DEAD细胞活性实验,分别研究了序批式反应器（SBR）硝化系统和生物营养物去除（BNR）系统中硝化细菌的好氧衰减特征.实验结果表明,SBR硝化系统中硝化细菌在衰减过程中由细胞死亡引起的衰减分别占细胞总衰减的33%（SRT=10 d）和50%（SRT=40 d）;相应地,由活性降低引起的衰减分别占细胞总衰减的67%（SRT=10 d）和50%（SRT=40 d）.长SRT可能会选择出能够更好地适应饥饿状态的硝化菌种,使细菌能够迅速地做出紧迫反应,从而降低其衰减速率.在BNR系统中（SRT=15 d）,硝化细菌在衰减过程中由细胞死亡引起的衰减约占细胞总衰减的45%,由活性降低引起的衰减约占细胞总衰减的55%.两种系统中硝化细菌由细胞死亡引起的衰减比例不同是由于两种系统中不同微生物组成所致.     

黄海常见鱼类体内汞含量的种内和种间差异研究

海洋鱼类体内的汞含量及其影响因素是研究汞在海洋生态系统中生物放大效应的关键问题.为探明黄海鱼类体内汞含量的种内差异和种间差异,于2012年8~10月采集了9种共164条常见经济野生鱼类,用直接测汞仪测定了鱼体肌肉中的汞含量(总汞),同时测量了每个样品的体长、体重,并分析了不同种鱼类的食性和营养级.164条鱼类样品肌肉中汞含量(以干重计)变化范围为0.025~0.526μg·g-1,平均值为(0.124±0.096)μg·g-1.同一种鱼类,汞含量与体长、体重显著正相关.营养级大于2.8的捕食性鱼类体内汞含量高于营养级小于2.8的滤食性鱼类.此外,体重增长快的鱼类在生长稀释作用下,肌肉中的汞含量也较低.结果表明,体长、体重是影响黄海常见鱼类体内汞含量种内差异的重要因素,食性、营养级水平和体重增长速率的差异是影响黄海常见鱼类汞生物累积种间差异的重要因素.     

透水路面-生物滞留池组合道路的城市面源污染控制效果评估

不同低影响开发(LID)技术组合对于控制城市面源污染具有重要应用价值,但是其对城市面源污染形成过程(污染物累积-冲刷-输送)的影响及污染负荷削减效果的评估鲜见报道.本研究以深圳市国际低碳城为例,分析了6场降雨事件下透水路面-生物滞留池组合对城市面源晴天污染物累积量、降雨径流冲刷量、不同LID设施的削减量、溢流的负荷量的影响.结果表明,研究区地表颗粒物平均累积量为(15.80±3.79)g·m~(-2),粒径250μm的颗粒物质量占比约为65.14%;6场不同强度降雨对地表颗粒物的平均冲刷率为17.15%,粒径105μm的颗粒物冲刷率为62.71%~74.94%;降雨冲刷地表径流污染物SS、TN、TP的平均污染负荷分别为2.02、0.025、0.001 3 g·m~(-2);透水路面下渗、过滤作用对污染物SS、TN、TP的去除率分别为70.26%、46.29%、19.27%;生物滞留池对径流二次净化去除率分别为85.25%、20.22%、70.27%;入河径流污染物SS、TN、TP的平均污染负荷分别为0.08、0.011、0.000 3 g·m~(-2),是地表冲刷污染负荷的4.05%、43.47%、24.39%.透水路面-生物滞留池组合应用对道路径流中污染物的净化效果显著.通过定量化表征透水路面-生物滞留池组合应用道路的城市面源污染形成过程,以期为城市面源污染形成过程的污染负荷估算及LID工程绩效评估提供科学依据,为LID在国内的推广应用和海绵城市设计提供参考.     

钝化与叶面阻控对不同基因型红菜苔镉累积的影响

为探索中轻度重金属镉(Cd)污染农田安全利用技术,实现农产品安全生产,以两种不同镉累积基因型红菜苔为供试作物,采用盆栽试验的方法,分别于两种作物上设置相同的6个处理:对照(CK)、添加3%(质量分数)生物质炭(BC)、添加0.17%钙镁磷肥(CMP)、叶面喷施3 mg·L~(-1) Na_2SeO_3的水溶液(Se)、 BC+Se和CMP+Se,研究不同处理土壤镉有效性变化及植株不同部位镉累积特征.结果表明:①相同处理下,低镉累积基因型金秋红三号红菜苔根部土壤有效态镉含量均显著低于高镉累积基因型十月红.BC和CMP两种钝化剂对金秋红三号根部土壤中的镉钝化效果显著,且BC效果更佳,钝化处理的效果显著优于叶面阻控.②金秋红三号红菜苔根系较十月红对镉有更强的富集能力,其富集的镉倾向于囤积在根部.叶面施硒与两种钝化剂对抑制镉向红菜苔可食部位转移富集无协同效果.③在BC和CMP钝化处理下,金秋红三号红菜苔可食部位镉含量低于GB 2762-2017中镉限量值(0.10mg·kg~(-1)).本研究表明,针对中轻度镉污染农田土壤,通过施加生物质炭、钙镁磷肥等绿色钝化剂,种植弱吸收低积累作物品种,可以实现受镉污染农田的安全利用和农产品的安全生产.     

北京城郊PM2.5中金属元素的污染特征及潜在生态风险评价

为了解北京市PM_(2.5)中金属元素的污染来源及其潜在生态风险,分别在北京城区(东直门)和郊区(怀柔)建立观测站点,使用中流量颗粒物采样器采集样品.利用微波消解-电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)分析其中的16种金属元素的质量浓度.结果表明,北京市城区PM_(2.5)的总平均浓度为92.35μg·m~(-3),超标率(PM_(2.5)的浓度超过我国《环境空气质量标准》(GB3095-2012)的天数占总天数的比例)为41.7%,郊区PM_(2.5)的总平均浓度为70.90μg·m~(-3),超标率为31.7%.北京城郊金属元素的时空变化主要趋势为:夜间浓度略高于日间,秋冬质量浓度高于春夏,城区浓度大于郊区.通过计算富集因子表明,北京城区Pb、As、Zn、Ni、Cu和郊区Pb、As、Zn、Cr、Ni、Cu金属元素来自人为活动.地累积指数法分析可知,Ni的I_(geo)值为0.79,受到人为和自然源的共同影响,而Cu、Zn、As、Cd和Pb有着中度以上的污染,受到人类活动的影响较大,例如煤燃烧、汽车尾气、刹车及轮胎磨损等.北京城郊生态风险指数极强,对于元素单项污染物生态风险,Cd的风险极强,Cu、Zn、Pb的单项污染物生态风险较强.     

珠江三角洲秋季PM_(10)污染模拟与形成过程分析

利用Models-3/CMAQ模式系统对珠江三角洲2009年11月下半月的大气PM10污染状况进行模拟,重点针对23~29日期间的严重PM10污染事件,采用过程分析技术,探讨各种大气物理、化学过程对PM10浓度演变的作用规律.对代表性站点的分析结果表明,导致污染期间近地面PM10浓度升高的大气过程主要是源排放(例如麓湖、开平)和大气传输(万顷沙、金果湾),重要的PM10去除途径包括大气传输(麓湖、开平)、干沉降(万顷沙)和气溶胶过程(金果湾).空间分布上,PM10源排放强度较高的珠三角中部地区,同时也是向外输出PM10的主要区域和干沉降去除的高值地区.在近地面,气溶胶过程在珠三角中部主要起消耗PM10的作用,二次颗粒物的生成多发生在珠三角西部和南部;气溶胶过程对高空PM10主要表现为生成作用,尤其珠三角中部地区的生成速率相对更高.     

137Cs示踪技术在滦河源区栗钙土风蚀速率估算中的应用

对采集于滦河源区3个栗钙土剖面中的27个土层样品的pH、有机碳含量、碳酸钙含量、密度及质地进行了化验分析,运用ADCOM100超低本底γ谱仪测定了土壤样品1377Cs的比活度.结果表明,自然栗钙土以及被风蚀土壤剖面中137Cs比活度随深度呈指数递减式分布,其最大渗透深度可达约30cm;利用137Cs示踪技术估算的研究区土壤风蚀速率在0.1842cm·a-1和0.2897cm·a-1之间;栗钙土不同粒径土壤颗粒中137Cs的比活度差异显著,即细粒(粒径≤0.10mm的极细砂、粉粒和黏粒)中137Cs比活度大于细砂(0.10～0.25mm)中137Cs比活度大于粗粒(0.25～2.00mm的中砂、粗砂和极粗砂)中137Cs比活度.可见,运用137Cs示踪法可以定量估算区域土壤风蚀速率,但需综合考虑137s在土壤中的分布、土壤有机质含量和质地等因素,以使其结果将更为准确.     

不同水分条件下土地利用方式对我国热带地区土壤硝化过程及NO和N2O排放的影响

热带地区雨热条件丰富,硝化过程产生的硝态氮不利于氮素养分的保持,同时会带来氮氧化物排放等环境负面效应.橡胶树和茶树在热带地区广泛种植,不同土地利用方式土壤硝化速率和氮氧化物排放的差异尚不清楚.以海南白沙地区典型橡胶林和茶园土壤为研究对象,分别采集5 a （T5）和15 a （T15）茶园土壤和附近橡胶林（XJ）土壤,设置低（50% WFPS-L）和高（80% WFPS-H）两种不同水分含量,在25℃进行71d室内培养试验,探究不同土地利用方式和不同水分含量对土壤净硝化速率、NO和N₂O排放的影响.结果表明：①橡胶林改为茶园后,在高含水量条件下,显著降低了土壤净硝化速率、NO和N₂O排放,整体呈现XJH>T15H>T5H的趋势,XJH处理土壤净硝化速率、NO和N₂O排放分别高达4.2 mg ·（kg ·d）^-1、1.4 mg ·kg^-1和14.3 mg ·kg^-1（以N计）;在低含水量条件下,茶园土壤显著降低了土壤NO排放,N₂O排放在各土壤间差异不显著,净硝化速率在XJ和T15处理之间无显著差异;土壤NO排放和净硝化速率呈极显著正相关（P<0.01）.②XJH净硝化速率高于XJL,茶园土壤呈相反趋势;XJ和T15的NO排放对水分的响应和净硝化速率趋势一致,高硝化速率促进NO排放,而T5处理NO排放受含水量影响不显著;相比低含水量处理,高含水量各处理显著促进N₂O排放.结果表明,土壤有机质（SOM）、全氮（TN）、pH和含水量是影响土壤净硝化速率、NO和N₂O排放的关键因子,高含水量条件下橡胶林转为茶园的种植模式显著降低了土壤净硝化速率和对环境的负面影响.     

高效硝化细菌的筛选及特性研究

利用选择性培养基从SBR活性污泥中分离出一株硝化细菌N4,采用比色法和离子色谱法检测该菌株培养液里残余NO2-含量,可知该菌株的硝化速率达到(52.0±3.5)mg/(L·d).通过形态、生理生化和16S rDNA分析表明,该菌属于固氮弧菌属(Azoarcus).在15℃下对N4进行耐低温驯化表明,在10%接种量条件下,该菌能在8d内稳定地实现NO2-→NO3-全部转化,硝化速率达到120.7mg/(L·d)以上.对驯化菌株N4-L在15℃下的硝化特性进行研究表明,在pH值为8.0、葡萄糖浓度为2g/L、NaNO2浓度为1g/L时其硝化能力最强.提取N4-L总DNA及冬季活性污泥絮体的总DNA,扩增16S rDNA的V3可变区,进行DGGE分析说明,N4-L不是污泥絮体中的优势菌.研究表明,采取有关措施使N4-L菌株成为絮体优势菌可能是提高SBR脱氮运行效率的有效途径.