京津冀地区主要排放源减排对PM2.5污染改善贡献评估

研究选取2012年1月和7月作为冬夏两季代表时段,利用CMAQ/2D-VBS模型分析了冬夏两季京津冀地区主要排放源减排30%对改善区域PM_(2.5)污染的效果.结果表明,工业源对PM_(2.5)污染的贡献最大,其次是民用源,但工业源单位减排量贡献低于民用源,交通源和电厂源的整体贡献和单位减排量贡献均较小.工业部门内贡献最大的为钢铁冶金行业,其次是水泥、工业锅炉、炼焦、石灰砖瓦和化工行业.与各部门各物种排放量的比较反映出各排放源贡献大小与其一次PM_(2.5)排放水平高度相关.因京津冀地区冬季NO_x减排对PM_(2.5)形成的促进作用,以及冬季较弱的大气垂直扩散作用,各排放源夏季减排比冬季普遍更有效,交通源、电厂源以及工业源中的水泥、工业锅炉和石灰砖瓦行业夏季减排效果相比冬季优势明显.民用源由于采暖季排放较高而冬季贡献更明显,农业源因秸秆开放燃烧量大,冬季单位减排量贡献十分显著.从同等幅度减排考虑,应将工业源作为控制重点,优先控制其一次PM_(2.5)排放,在部门内进一步重点控制钢铁冶金行业的NO_x和SO_2排放、水泥行业的夏季NO_x排放以及炼焦行业的SO_2和NMVOC排放.民用源排放应着重在冬季采暖期控制.     

Cu-Al2O3中骨架铜类芬顿催化去除水中有机污染物

为解决传统铁基芬顿催化剂在水体通常酸碱(pH6)条件下活性低的问题,采用简单共沉淀法制备了Cu掺杂的Al_2O_3类芬顿催化剂.通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外可见(UV-vis)吸收光谱分析表明,Cu-Al_2O_3中铜掺杂的质量分数低于4.77%时,催化剂中铜主要以Cu~(2+)和Cu~+的形式共存于Al_2O_3的骨架结构中,形成Al—O—Cu键;过量的铜掺杂会导致外骨架铜物种如铜氧化物团簇的存在.以难降解有机污染物2-氯苯酚(2-chlorophenol,2-CP)和染料罗丹明B(Rhodamine B,Rh B)为目标污染物,对Cu-Al_2O_3的类芬顿催化性能进行了详细地研究.结果表明,骨架铜物种在中性温和条件下对2-CP和Rh B显示出很高的催化去除效率和稳定性,反应2 h,Cu-Al_2O_3(Cu质量分数4.77%)对2-CP的去除率达到54%,相应的TOC去除率达到49%,而铜离子溶出浓度仅为0.025 5 mg·L-1,而Cu-Al_2O_3(Cu质量分数7.58%)由于外骨架铜的存在导致催化活性增加缓慢和稳定性下降.ESR测试结果表明,·OH和HO_2~-/O_2~-·是反应中主要的活性物种.     

TiO2/膨润土复合材料对Hg2+的吸附性能研究

利用纳米TiO_2对膨润土进行复合改性,制备TiO_2/膨润土复合材料.采用电镜扫描、X-射线衍射表征改性前后膨润土的结构和形貌.通过室内模拟实验,以膨润土为对照,研究不同添加量、pH、吸附时间及初始Hg~(2+)浓度等条件下,TiO_2/膨润土复合材料对Hg~(2+)的吸附特性与性能,同时通过正交试验,探究TiO_2/膨润土复合材料吸附Hg~(2+)的最优条件.结果表明,改性后的膨润土颗粒明显变小,且颗粒疏松多空孔,层间距增大.相比于膨润土,TiO_2/膨润土复合材料吸附性能得到极大提高.TiO_2/膨润土复合材料对Hg~(2+)的吸附率均随着添加量、pH、吸附时间的增大而增大,添加量为1.5 g·L~(-1)、pH为7.0、吸附时间为120 min时,吸附率达98.0%以上.但TiO_2/膨润土复合材料对Hg~(2+)的吸附率随着初始Hg~(2+)浓度的增大而减小.通过4种动力学模型拟合发现,吸附过程符合假二级动力学方程,吸附以化学吸附为主.吸附等温线更符合Langmuir等温方程,属于典型的单分子层吸附,最大吸附量为20.66 mg·g-1.吸附Hg~(2+)的最优实验条件:添加量为2.0 g·L~(-1),pH为8.0,初始Hg~(2+)浓度为45 mg·L~(-1),吸附时间为16 h,此时吸附率99.9%,平衡浓度为0.034 mg·L~(-1).     

基于增强回归树的城市PM2.5日均值变化分析:以常州为例

利用2014年12月至2015年11月常州市区6个国控监测站空气污染物浓度逐时数据,分析了PM_(2.5)浓度季节变化特征,采用增强回归树模拟分析了PM10、4种气态污染物和7个气象因子对ρ(PM_(2.5))日变化的贡献.结果表明,常州市区PM_(2.5)污染季节差异明显,冬季污染严重且持续时间长,夏季污染较轻.四季ρ(PM_(2.5))空间分布特征存在一定差异,但各季内不同监测站差异较小.增强回归树对ρ(PM_(2.5))日均值进行模拟和验证得到,训练数据的相关性为0.981,交叉验证的相关性为0.957.此外,模拟值与实测值的标准化平均偏差为1.80%,标准化平均误差为10.41%,可见模型拟合效果较好.PM10、气态污染物、气象因子和区域输送及扩散这4种影响类型对全年ρ(PM_(2.5))日均值差异的贡献率分别为23.4%、28%、36.2%和12.6%,表明在对ρ(PM_(2.5))日均值差异的影响上,气象因子二次形成一次源区域输送及扩散.在对ρ(PM_(2.5))日均值差异贡献率大于5%的因子中,ρ(PM_(2.5))日均值与PM10、相对湿度、CO和O3正相关,与温度、SO2和混合层高度负相关,与大气压和NO2关系较复杂.区域输送及扩散方面,东南风向、偏西风向和偏北风向等上风向周边城市的污染物输送对常州市区PM_(2.5)污染存在较大的负面影响.     

基于Monte Carlo模拟法对水源水体中微囊藻毒素的健康风险评估

调查水源水体中微囊藻毒素MCs(MC-RR、MC-LR和MC-YR)的污染情况,结合调查情况应用蒙特卡洛法(Monte Carlo)模拟量化人群通过饮水途径摄入微囊藻毒素的风险.在珠江西航道沿线设置5个采样点,在2016年1~6月期间共采集90份水样,根据国标(GB/T 20466-2006)推荐的HPLC方法检测水体中的微囊藻毒素,运用专业风险评估软件@Risk7.0,构建非参数概率评估模型,对通过饮水途径摄入微囊藻毒素(暴露)风险进行概率评估.对随机采集90份水源水体中微囊藻毒素MCs质量浓度检测值进行分布拟合,并运用Chi-Squared、Anderson-Darling、Kolmogorov-Smirnov这3种统计方法进行拟合度检验,根据3种评估拟合结果,确定最佳拟合分布模型.结果表明,在检测的90个水样品中,MC-RR的检出率最高,达到51.11%,质量浓度范围为0.001 7~0.386 3μg·L~(-1);其次为MC-LR和MC-YR,检出率分别是47.78%和21.11%,质量浓度范围分别是0.028 5~0.279 6μg·L~(-1)和0.003 0~0.136 2μg·L~(-1),水源水体中3种微囊藻毒素以MC-RR为主,最大检出质量浓度为0.386 3μg·L~(-1),MC-YR的含量最低.采用软件@Risk7.0分布拟合结果显示,MC-LR质量浓度最适的拟合分布为Ext Value Min模型(0.113 91,0.098 462),MC-RR质量浓度最适的拟合分布为Logistic(0.058 064,0.053 044).健康风险评估表明,MC-LR对人体健康危害的风险高于MC-RR的风险,儿童比成人更易于受到MCs污染的威胁.MC-LR对儿童健康危害的致癌年风险数值大于美国环保署(USEPA)推荐的最大可接受风险水平1×10-4;MC-LR对成人的致癌暴露年风险数值大于国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受风险水平5×10-5,表明水源水体中的MCs对人体健康存在潜在的危害,有必要加强饮用水源水体的保护与监控,为有效控制水源地水质污染和更好地保障人民健康奠定基础.     

双氰胺对冬闲稻田和油菜地N2O排放的影响

冬季的温室气体排放往往被忽视,而最新的研究结果表明,冬闲稻田和冬季油菜地N_2O排放仍较大,研究相应的减排措施及减排机制对于减少农田土壤N_2O排放有重要意义.在中国科学院桃源农业生态试验站选择冬闲稻田和油菜地两种不同土地利用方式,并设置添加和不添加双氰胺(DCD)处理,采用静态箱采集和气相色谱法结合监测N_2O排放动态,利用分子生物学手段分析氨氧化古菌(AOA)和氨氧化细菌(AOB)的群落结构和丰度变化.结果表明,添加DCD后明显抑制了冬闲稻田和油菜地N_2O排放,分别减少了36.7%和23.6%.DCD施入抑制了冬闲稻田AOA和AOB的丰度但只改变AOA的群落结构,DCD使AOA和AOB丰度分别减少了59.3%和73.7%.与此相反,添加DCD只改变油菜地AOB的群落结构同时只抑制了AOB的丰度.本研究表明,施加DCD能有效减少冬闲稻田和冬季油菜地N_2O排放,但减排机制不一致.     

紫色水稻土颗粒有机质对重金属的富集特征

在重庆合川区和铜梁区随机采集了20个紫色水稻土,将其分成颗粒有机质(0.053~2 mm,POM)、砂粒(0.053~2mm)和细土(0.053 mm)这3个组分,通过比较不同组分的有机碳及重金属(Cu、Zn、Pb、Cd)含量和分布状况,研究了紫色水稻土中POM对重金属的富集特征及其与土壤理化性质如pH、CEC、黏粒和土壤有机碳(SOC)等的关系.结果表明,采样区紫色水稻土的POM含量范围为7.31~44.76 g·kg~(-1),平均值为19.20 g·kg~(-1),有机碳含量为96.61~263.17 g·kg~(-1),平均值为151.34 g·kg~(-1),显著高于原土及其他组分,对土壤有机碳的贡献率为8.63%~48.62%,代表了一大部分土壤有机碳库.POM中的Cu、Zn、Pb和Cd平均富集系数分别为3.35、1.14、2.88和2.14,显著高于其他组分,表现出一定的富集作用,对上述重金属的贡献率分别为6.02%、2.22%、5.24%和3.21%,POM对Cu、Pb的富集能力和贡献率均显著大于Zn和Cd.相关分析结果表明,POM含量与SOC、pH、CEC、黏粒(0.002 mm)呈显著或极显著正相关,SOC是主要因素.POM-C含量与总量分别与黏粒含量、SOC呈显著相关.POM中重金属总量与SOC、pH、POM-C总量呈显著或极显著正相关,SOC是最关键因子;与其他重金属相比,Zn在POM中的总量与土壤性质的回归系数最高,关系最为密切.     

SCAR处理城市生活污水的效能及其微生物群落动态分析

利用强化循环厌氧反应器(SCAR)处理模拟城市生活污水,研究不同负荷条件下的反应器运行特征、污泥特性及微生物种群结构.结果表明,水力停留时间(HRT)为6 h可以作为反应器高效运行的关键控制参数,该条件下污水化学需氧量(COD)去除率达到75%以上.随着反应器容积负荷的逐渐提高,颗粒污泥中辅酶F420和产甲烷活性(SMA)逐渐增加,胞外聚合物(EPS)含量也不断提高,其中紧密黏附EPS(TB-EPS)含量的增加尤其明显.厌氧颗粒污泥性状和反应器对污染物的去除效率同时受到污泥负荷和HRT的影响,微生物的群落结构及其在反应器中的空间分布也受到污泥负荷的影响,不同代谢特征微生物在反应器不同空间位置的相对丰度随着污泥负荷的调整而改变.     

基于CMAQ源同化反演方法的京津冀局地污染源动态变化特征模拟研究

利用"Nudging"源同化技术反演了京津冀地区2014年1、3、7、11月SO_2、NO_x的局地动态污染源,并分析其排放源强、特征及地理分布,对比其与初始源的差异,同时检验了反演源的模拟效果.结果表明,SO_2、NO_x污染源存在明显的季节变化,冬季或采暖期排放强度最大.由唐山、北京、天津、廊坊、保定、石家庄、邢台、邯郸构成东北-西南走向的带状污染物高排放区,最高排放中心主要集中在太行山、燕山山前区域,且排放具有典型的"城市化"特征,即各个城市市区及附近强度最大,周边郊县稍弱.与初始源模拟结果相比,采用反演源更能反映出污染物的时空变化特征,模拟值与实测值较接近,而且对于重污染过程亦具有较好的模拟效果.     

响应面法优化胡敏素对Cu2+的吸附及机理研究

采用Box-Behnken响应面优化实验设计对胡敏素吸附去除水中Cu~(2+)的过程进行了优化,设定吸附时间、吸附剂用量、pH、温度和Cu~(2+)初始浓度为5个影响因素,Cu~(2+)吸附率为响应值,建立了吸附率与上述因素之间的二次多项式模型,确定最佳吸附条件,对吸附过程的等温模型及吸附机理进行了研究.响应面分析表明,吸附剂用量、pH和Cu~(2+)初始浓度是显著因素.胡敏素对Cu~(2+)吸附的最佳条件为:吸附时间110 min、吸附剂用量2.4 g·L~(-1)、pH=5.4、温度25.0℃、Cu~(2+)初始浓度208 mg·L~(-1).在该条件下,测得胡敏素对Cu~(2+)的吸附率可达到80.78%,吸附符合Langmuir等温线方程.胡敏素表面疏松多孔,有利于其通过物理吸附方式吸附Cu~(2+),同时,胡敏素表面的羟基、羧基和羰基等活性基团可以与Cu~(2+)发生配位络合作用,Na+、Ca~(2+)、Mg~(2+)等与Cu~(2+)发生离子交换作用,从而发生化学吸附.研究结果表明,胡敏素作为一种绿色、高效、廉价的吸附剂,可应用于Cu~(2+)污染废水的治理.