三维电极电催化氧化法处理废水的研究进展

综述了近几年国内外在三维电极电化学反应器方面的最新研究进展,分析了电源的输出形式、阴阳极板的布置方式、粒子电极的填充方式等因素对废水处理效果的影响,探讨了碳纳米材料等新材料在粒子电极载体上的应用,最后介绍了三维电极法与其他技术联用的最新研究,并指出了三维电极法存在的问题及今后的研究方向。     

川东北低山丘陵区细颗粒物主要相关因素和季节变化分析——以南充主城区为例

基于中国空气质量在线监测分析平台和全球天气精准预报网的大气质量和气象数据,以四川盆地东北低山丘陵区典型城市南充市主城区为例,检验了细颗粒物(PM_(2.5))浓度的概率密度分布,发现其接近对数正态分布,由相关分析确定了PM_(2.5)浓度的主要相关因素为CO、NO_2(相关系数r分别为0.76、0.55,P0.01),再通过对2014年1月—2016年6月的日数据的逐步回归筛选出最优的回归指标和模拟方程(决定系数R_(adj)~2为0.68,P0.05),2016年7月—2017年6月的数据验证表明模拟效果较好(拟合优度为0.64,相对误差15.48%);最后根据时序插值、浓度和IAQI(PM_(2.5))的时段均值发现PM_(2.5)浓度在年际上有降低趋势;在季节上由高到低依次为冬季、春季、秋季、夏季;PM_(2.5)浓度在1月和6月分别呈现出年内的峰值和谷值,5、10月出现了阶段性峰值,尤其是5月;IAQI(PM_(2.5))的季节变化与浓度变化规律相似;且PM_(2.5)与PM_(10)比值的均值为0.67,表明现阶段南充市主城区大气污染物中细颗粒物占有较大比重。     

Effects of molecular weight and concentration of carboxymethyl cellulose on morphology of hydroxyapatite nanoparticles as prepared with one-step wet chemical method

Nano-sized apatite particles (nAP) synthesized with carboxymethyl cellulose (CMC) have shown great application potentials in in situ heavy metal remediation. However, differences in CMC’s properties effects on the size of nAP produced are not well understood. In this paper, two types of CMC, with respective molecular weights (MW) of ～120000 and ～240000 Dalton or respective polymerization degrees of 500 (CMC-500) and 1050 (CMC-1050), were studied in a concentration range of 0.05%–0.5% (w/w) for nAP synthesis. Morphology of the particles was characterized with transmission electron microscopy (TEM). Results showed that 0.05% CMC-500 solution gave an average particle size of 148.7±134.9 nm, 0.25% CMC-500 solution produced particles of 21.8±20.4 nm, and, 0.5% CMC-500 solution contained particles of 15.8±7.7 nm. In comparison, 0.05% CMC-1050 solution produced nanoparticles of 6.8±3.2 nm, 0.25% CMC-1050 produced smaller nAP of 4.3±3.2 nm, and 0.5% CMC-1050 synthesized the smallest nanoparticles in this study, with an average diameter of 3.0±2.1 nm. Chemical composition of the products was identified with X-ray diffraction (XRD) as pure hydroxyapatite. Interactions between nAP and CMC were discussed with help of attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATRFTIR) spectroscopic data. This study showed that CMC at higher concentration as well as higher MW facilitated to produce finer nanoparticles, showing that nAP size could be manipulated by selecting appropriate CMC MW and/or applying appropriate CMC concentration.     

纳米Ag粒子在我国主要类型土壤中的迁移转化过程与环境效应

随着纳米技术的快速发展,纳米材料进入环境并不断累积,因此开展纳米材料的环境安全性研究具有重要意义.纳米银(Ag NP)是目前应用最广泛的人工纳米材料之一.本课题组拟以Ag NP为研究对象,系统研究其在我国主要类型土壤中的迁移、转化过程及其生态环境效应;基于同步辐射技术、同位素技术和量子化学计算等方法,揭示Ag NP与土壤中主要矿物或有机质之间的相互作用规律;探明Ag NP对土壤中微生物、动物和植物的致毒过程及其作用机制;发展Ag NP在土壤中迁移的数学模型,预测其在土壤中的迁移、滞留通量进而评价其淋溶风险,为Ag NP的安全利用提供重要理论基础和技术支撑.     

微孔曝气与覆盖对城市重污染河道底泥磷形态分布及释放过程的影响

采用自行研发的泥-水界面微孔曝气系统,开展了底泥表面曝气和覆盖对城市重污染河道底泥磷释放及形态分布规律的影响研究.结果表明,微孔曝气能够有效提高上覆水的溶解氧(DO)和沉积物的氧化还原电位(Eh),能够将泥-水界面Eh维持在-100 m V左右,DO提高到6 mg·L-1以上.与对照比较,原位覆盖处理的上覆水DO和Eh有一定提高,但仍明显低于微孔曝气处理.与对照相比较,微孔曝气处理均有效降低上覆水中总磷(TP)和溶解性正磷酸盐(PO3-4)的含量.试验结束时,微孔曝气(A)和微孔曝气+原位覆盖处理(A+C)上覆水中TP含量由初始的0.201 mg·L-1分别降至0.062 mg·L-1和0.050 mg·L-1;上覆水中PO3-4含量由0.086 mg·L-1和0.078 mg·L-1分别降至0.026 mg·L-1和0.023 mg·L-1.与对照相比,微孔曝气处理明显降低了底泥间隙水中TP的浓度,在整个培养期间,其TP含量平均下降38.8%(A)和47.9%(A+C).底泥原位覆盖处理对抑制泥-水界面磷释放能力要弱于微孔曝气处理,而且在试验后期(50 d),上覆水中TP和PO3-4的含量均有所反弹.不管有无覆盖,泥-水界面微孔曝气处理均显著改变了表层底泥磷形态分布特征,显著降低了底泥中铁铝结合态磷(Fe/Al-P)组分比例,而钙结合态磷(Ca-P)含量比例却出现明显增加.单一的表面覆盖处理对底泥磷形态分布特征没有显著影响(P0.05).研究表明,与单一的处理效果相比较,泥-水界面纳米微孔曝气处理,并结合底泥原位覆盖,更有利于抑制城市重污染河道泥-水界面中磷的释放风险.     

扰动对悬浮颗粒物粒径及上覆水中磷形态分布的影响

为了探讨底泥扰动下上覆水中悬浮物粒径分布规律及该分布规律对水体中溶解性形态磷的影响,以太湖梅梁湾上覆水和沉积物作为实验对象,开展室内模拟实验.结合乌氏粒级标准分析了扰动下的水体中粒径变化情况以及上覆水中不同磷形态的变化规律.结果表明,扰动后的水体中,悬浮物粒径分布发生明显变化,其中小粒径颗粒(0~10μm)、中粒径颗粒(10~20μm)、大粒径颗粒(≥20μm)的平均占比分别升高、降低、不变.说明中小粒径颗粒物质有向大粒径转化的趋势.另外,在磷形态方面,随着粒径分布的周期性变化,DTP/TP、DIP/TP存在同样的周期性上升规律,数据显示DTP、DIP的变化并不明显,这说明扰动导致悬浮颗粒物对于磷的持留能力提高.另一方面,扰动下DTP/TP和DIP/TP平均值分别为19%和13%,其远低于对照实验(80%和69%),说明扰动引起的小粒径聚集与絮凝成大粒径颗粒的现象有利于上覆水中溶解性形态磷的吸附与沉降,并转化成颗粒态磷,进而延缓水体富营养化的发展进程.     

汽油机排气颗粒粒径分布特征试验研究

对汽油机排气中颗粒的数浓度和粒径分布特征进行了测试.在测试工况下,汽油机排气中的颗粒呈包含核模态粒子(10 nm＜DP＜50 nm)和积聚模态粒子(50 nm＜DP＜487 nm)的双峰分布,排气颗粒的总数和总质量浓度分别为4.2×105-7.9×106个·cm-3和0.02-0.27 mg·m-3.汽油机在开环控制状态下(车速不低于90 km·h-1时)的颗粒数量排放明显高于闭环控制状态(车速不高于70 km·h-1),总颗粒质量浓度随车速的增大显著增加.随车速增大,积聚模态粒子的平均粒径先减小后增大,核模态粒子的几何平均粒径先增大后减小,低车速时,有大量10-20 nm的核模态粒子生成.柴油机和汽油机排气颗粒中核模态粒子通常占有大的数量百分比,为75%-95%,而其质量百分比仅为5%-25%.汽油机的总颗粒、核模态粒子和积聚模态粒子的数量和质量排放均远低于柴油机.     

洛阳市不同功能区地表灰尘重金属的粒径分布特征

以洛阳市为例,分析了工业区、商业区、居民区、城乡结合处、城市绿地和城市主干道等不同功能区地表灰尘颗粒组成及重金属（Cu、Zn、Pb、Cd）粒级效应。结果表明：洛阳市不同功能区地表灰尘粒径分布具多峰性,分别在850~250、150~96及〈75μm出现分布峰值。不同功能区地表灰尘粒径差异显著,居民区和城市绿地细颗粒比重较大,工业区和城市主干道粗颗粒相对较多。各金属元素的质量分数粒级效应不一,Pb在工业区各粒级中质量分数最高,具粒级效应,其它功能区粒级效应不明显,Cd、Cu粒级效应明显,Cd富集更趋向于细粒（96~75和〈75μm）,Cu在180~150μm粒径质量分数迅速升高,并随着粒径减小,基本呈上升趋势,除工业区和城乡结合部外,其它功能区均在〈75μm粒径达到峰值。除居民区和城乡结合部各粒径Zn分布较平均外,Zn主要富集于180~150μm粒径颗粒,且质量分数明显高于其它各粒级,粒级效应基本呈现正态分布。     

典型农耕区黑土和沼泽土团聚体颗粒中重金属的分布特征解析

了解重金属在土壤中的富集特征是其风险评价和土壤修复的基础。分别以黑龙江省典型的农耕黑土和沼泽土为研究对象,采用干筛法获得〉4000、4000～2000、2000～1000、1000～250、250～53和〈53衄16个粒级的土壤团聚体颗粒组。利用等离子质谱（ICP-MS）测定了本土和各级团聚体颗粒中Cr、Cd、As和Pb的含量,并对其颗粒组分布特征及对有机碳的响应进行了解析。研究表明,2种土壤中的重金属Cr、Cd和Pb的富集因子均大于1,而As则存在明显的流失。除了黑土中的As和Pb外,其他重金属随着团聚体粒径的增加而呈现富集减弱的趋势。其中,cr和cd主要趋向分布在粉．黏团聚体（〈53wn）颗粒中;Pb在黑土中易赋存于1000～2000μm大团聚体中,在沼泽土中则富集于53～250μm的微团聚体中;As不但趋向被吸附在53～250μm的微团聚体中,而且在黑土中也容易被吸附在〉l000μm的大团聚体中。金属质量负载计算表明,大粒径颗粒组对土壤中重金属含量的总体贡献较大。土壤中有机碳含量均随着团聚体粒径减小而升高,cr和Cd分布与颗粒有机碳含量正相关,黑土中As的分布与颗粒中有机碳含量负相关而在沼泽土中呈弱正相关,Pb的分布则与有机碳含量均无明显的相关性。     

RS-PSO-ELM下腐蚀管道失效压力预测

为提高腐蚀管道失效压力的预测精度并简化其计算过程,提出基于粗糙集(RS)和粒子群算法(PSO)融合极限学习机(ELM)的腐蚀管道失效压力预测模型。通过属性约简提取影响失效压力的关键因素,选用PSO优化ELM的输入权值和隐含层偏差,将归一化的核心指标数据代入计算。结果表明:该模型预测结果与实际值基本一致,与单一ELM模型相比,预测结果的均方差(MSE)降至0.255;与其他蚀管道失效压力评价模型相比,该模型预测结果的绝对误差平均值降至0.32。