环境科学研究

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2016, 29(11).

摘要(121) PDF(22)

摘要:

2013—2014年《大气污染防治行动计划》实施效果及对策建议

高文康, 唐贵谦, 吉东生, 刘子锐, 宋涛, 程萌田, 王跃思

2016, 29(11): 1567-1574.

摘要(4530) PDF(1700)

摘要:
2013年9月10日国务院颁布了《大气污染防治行动计划》(下称《行动计划》).为研究《行动计划》颁布前后我国不同地区大气污染状况变化及其防治措施效果,通过分析2013—2014年“中国大气气溶胶研究网络(CARE-China)” 36个监测站点ρ(PM_2.5),结合同期环境保护部公布的74个重点城市大气主要污染物浓度数据和OMI卫星数据,分析了我国不同地区ρ(PM_2.5)变化及其原因；同时,以北京为例,分析了不同粒径段中颗粒物质量浓度变化的原因.结果表明:①京津冀及其周边、长三角、珠三角、西南、成渝、西北、华中、关中和东北9个地区ρ(PM_2.5)年均值下降了1.1～16.3 μg/m³.其中,京津冀及其周边、长三角、珠三角、成渝和关中地区降幅均超过10.0%,分别为10.2%、10.7%、11.6%、16.9%和20.8%.②不同地区ρ(NO₂)和ρ(SO₂)年均值变化基本一致,近地面ρ(NO₂)年均值在京津冀及其周边、珠三角、西南、成渝和华中等地区降幅在3.0%～9.2%之间,但是华北平原地区NO₂柱浓度下降明显,降幅在10.0%～20.0%之间.③北京地区ρ(PM₁)和ρ(PM_2.5)年均值分别下降了5.7和0.2 μg/m³,并且ρ(NO₃^-)和ρ(SO₄^2-)年均值在PM₁和PM_2.5中均有所下降,但ρ(PM_1~2.5)与其ρ(NH₄⁺)年均值升幅分别为27.9%和16.2%.因此,京津冀及其周边地区在防治措施实施过程中,在控制高架点源与实施脱硝措施等情况下,应逐步加强近地面面源和线源的控制力度；在实施SO₂和NO_x减排措施的同时,还需要重视机动车三元催化过程和燃煤电厂脱硫脱硝过程中可能导致的NH₃排放问题.

夏季黄海渤海上空大气颗粒物中水溶性离子浓度分布与化学特征

宋雨辰, 周胜杰, 张洪海, 杨桂朋

2016, 29(11): 1575-1581.

摘要(2180) PDF(1490)

摘要:
水溶性离子是PM_2.5和PM₁₀中的重要组分,其在大气中的直接和间接辐射能够对全球气候变化产生十分重要的影响.于2013年夏季采集黄海渤海上空大气PM_2.5和PM₁₀样品,采用离子色谱法分析其中主要水溶性离子(Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-、Na⁺、K⁺、NH₄⁺、Mg²⁺和Ca²⁺)及痕量有机酸离子〔CH₃SO₃^-(MSA)、CH₃COO^-和HCOO^-〕浓度,研究其化学特性及主要来源.结果表明:PM_2.5和PM₁₀中主要水溶性离子总质量浓度分别为21.16～25.07和24.14～29.45 μg/m³,平均值分别为(23.16±3.16)和(26.83±4.22)μg/m³,PM_2.5和PM₁₀中二次离子〔nss-SO₄^2-(非海盐硫酸盐)、NO₃^-和NH₄⁺〕的质量浓度较高,对总离子质量浓度的贡献分别为90.65%和79.87%.PM_2.5和PM₁₀中酸性离子与碱性离子当量浓度基本中和,呈现中性.气溶胶中nss-SO₄^2-/NO₃^-(质量浓度比)有一定下降趋势,表明近年来我国燃煤SO₂排放得到了一定控制.此外,ρ(MSA)、ρ(CH₃COO^-)和ρ(HCOO^-)在PM_2.5中的平均值分别为(0.006 2±0.002 3)(0.005 2±0.002 4)(0.000 9±0.000 3)μg/m³,而在PM₁₀中分别为(0.008 3±0.002 5)(0.008 5±0.002 4)和(0.001 3±0.000 5)μg/m³,并且ρ(MSA)、ρ(CH₃COO^-)、ρ(HCOO^-)与ρ(NO₃^-)的线性关系较好,表明有机酸离子的浓度变化受人类活动影响较为显著.

南昌市新城区大气降水化学特征与主要成分来源解析

魏宸, 黄虹, 邹长伟, 周熠

2016, 29(11): 1582-1589.

摘要(1962) PDF(1502)

摘要:
为了解南昌新城区大气降水化学特性和来源,于2013年5月15日—2014年1月24日采集当地有效降水样品39个,分析其降水化学特性,包括pH、电导率和主要离子(Na⁺、NH₄⁺、K⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、F^-、Cl^-、NO₃^-和SO₄^2-)的浓度.结果表明:南昌市新城区降水pH介于3.67～5.86之间,降水量加权平均值为4.63；电导率在6.13～73.01 μS/cm之间,降水量加权平均值为29.02 μS/cm；降水中总离子浓度为154.1～474.3 μeq/L,降水量加权平均值为300.1 μeq/L.SO₄^2-、Ca²⁺、NH₄⁺和NO₃^-是降水中的主要离子,合计占总离子浓度的82.6%.SO₄^2-/NO₃^-(当量离子浓度比)在1.82～3.61之间,平均值为2.66.南昌市新城区降水相对酸度为0.43,57.0%的致酸物质被大气中碱性物质中和,主要的酸度中和因子为Ca²⁺和NH₄⁺,分别贡献50.0%和36.6%的中和量.阴阳离子三角图分析表明,阴离子主要来自人为源；阳离子来源包括地壳源和人为源.富集系数分析表明,99.5%的Ca²⁺、88.4%的K⁺、63.0%的Mg²⁺来自地壳源；Mg²⁺、K⁺、Ca²⁺的海洋源输入分别为30.7%、4.6%和0.5%；1.2%的Cl^-来自地壳源,55.8%来自海洋源,43.0%来自人为源；96.8%的SO₄^2-和99.5%的NO₃^-来自人为源.研究显示,南昌市新城区的降水为混合型降水,人为源对大气环境产生了重要影响.

阳澄湖表层沉积物中氮磷及重金属的空间分布特征及污染评价

蒋豫, 吴召仕, 赵中华, 王晓龙, 刘新, 郦倩玉, 蔡永久

2016, 29(11): 1590-1599.

摘要(2643) PDF(1583)

摘要:
为了解阳澄湖表层沉积物中氮磷及重金属的空间分布和污染特征,对全湖开展了大范围调查,基于综合污染指数、地积累指数法和潜在生态风险指数法对沉积物污染风险进行评价.结果表明:阳澄湖表层沉积物中w(TN)、w(TP)平均值分别为3 433、379 mg/kg,湖区氮磷污染严重且空间差异明显,w(TN)高值区位于阳澄东湖,w(TP)高值区位于阳澄西湖；综合污染指数评价结果显示,整个阳澄湖TN均为重度污染状态,TP除阳澄西湖外大部分区域处于轻度污染状态.阳澄湖表层沉积物中w(Cu)、w(Zn)、w(Pb)、w(Cr)、w(Cd)、w(As)、w(Hg)、w(Ni)的平均值分别为35.0、141、12.6、62.6、0.36、27.5、0.145、47.6 mg/kg,分别是江苏省土壤重金属环境背景值的1.50、2.17、0.57、0.83、4.22、2.93、5.78、1.45倍,阳澄西湖的重金属含量要高于阳澄中湖和阳澄东湖.地积累指数法和潜在生态风险指数法评价结果均表明,Hg和Cd是主要的生态风险贡献因子,二者生态风险指数平均值分别为231.23、126.63.相关分析结果表明,阳澄湖表层沉积物中Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、Hg和Ni的质量分数显著相关,说明其具有相似的来源,结合水系结构和周边企业分布,推测其主要来自于相城区和常熟市的工业企业.

南水北调东线湖泊针杆藻属分布特征及其与环境因子的关系

薛迪, 解军, 周建仁, 裴海燕, 任颖, 朱耀文

2016, 29(11): 1600-1607.

摘要(1918) PDF(1587)

摘要:
针杆藻属(Synedra)是常见的淡水藻类,饮用水源中针杆藻属的暴发式增长会严重影响水厂正常运行.为明确南水北调东线调蓄湖泊针杆藻属的时空分布特征及其与环境因子的相关性,于2011年3月—2013年5月在东线四湖(即洪泽湖、骆马湖、南四湖和东平湖)逐月采样进行调查研究.结果表明,监测期内洪泽湖、骆马湖、南四湖和东平湖针杆藻属密度最大值分别为442.0×10⁴、549.3×10⁴、301.6×10⁴和795.4×10⁴ L-1,尖针杆藻(Synedra acus)是东线四湖针杆藻属的优势种.非度量多维尺度(non-metric multi-dimensional scaling,NMDS)分析表明,东线四湖针杆藻属的分布特征存在一定差异,东平湖和骆马湖针杆藻属分布特征更加相似.Pearson相关性分析(Pearson correlation analysis)表明,影响东线四湖针杆藻属生长的环境因子主要是表层水温、透明度、ρ(DO)和ρ(TN),其中表层水温是最主要的影响因素.

基于模拟-优化模型的某场地污染地下水抽水方案设计

万鹏, 张旭, 李广贺, 马骏, 胡迪

2016, 29(11): 1608-1616.

摘要(2412) PDF(1446)

摘要:
针对抽出-处理技术修复污染地下水时抽水方案不合理导致修复成本高、修复效果差的问题,以我国北方某化工企业搬迁场地局部区域苯污染地下水为对象,通过GMS软件联合MGO(modular groundwater optimizer)程序对抽水方案进行模拟优化.结果表明:研究区地下水中检出ρ(苯)最大值为700 μg/L,修复目标为100 μg/L；自然降解条件下需1 740 d才能达到修复目标,降解缓慢.经过技术比选,选择抽出-处理技术快速修复该污染地下水.通过模拟-优化模型对抽出-处理技术中的抽水方案进行优化设计,结果显示,当抽水时间小于600 d时,出现水头疏干,无法进行抽出处理修复；当抽水时间在600～700 d范围内时,设计的抽水时间越长,达到修复目标所需的总抽水量越小,修复成本越低；当设计抽水时间超过700 d时,修复成本增加,1 500 d的抽水方案较700 d总抽水量增加了2.38×10⁶ m³.综合修复时间及修复成本分析,虽然抽水时间为700 d时抽水量最小,但相对于抽水时间为600 d的优化方案,其抽水量仅减少1.4%,经济性较差,因此推荐抽水时间采用600 d.

大气氮沉降对海北高寒草甸优势种叶片光合作用过程的影响

吕琳玉, 张黎, 刘利民, 何洪林, 闫霜, 方华军, 李英年

2016, 29(11): 1617-1625.

摘要(1802) PDF(1240)

摘要:
为研究大气氮沉降对海北高寒草甸光合作用过程的影响,对不同施氮水平和氮沉降类型〔KNO₃、(NH₄)₂SO₄和NH₄Cl〕下5个群落优势种叶片w(TN)、异针茅叶片光合参数和冠层LAI(叶面积指数)进行测定和分析,并利用Farquhar植物光合作用模型估算光合参数变化对GPP(总初级生产力)的可能影响,其中,氮沉降设置4个水平,即对照〔0 kg/(hm²·a)〕、低氮〔10 kg/(hm²·a)〕、中氮〔20 kg/(hm²·a)〕和高氮〔40 kg/(hm²·a)〕,均以N计.结果表明:除了施加(NH₄)₂SO₄、低氮处理下甘肃棘豆叶片w(TN)显著增加9.4%以外,其他施氮水平和施氮类型对5个优势种叶片w(TN)均无显著影响.高氮处理下V_cmax25(25 ℃时最大羧化速率)、J₂₅(25 ℃时电子传输速率)、TPU₂₅(25 ℃时丙糖磷酸传输速率)和R_d25(25 ℃时暗呼吸速率)分别较对照处理高出38.6%、30.4%、27.8%和164.3%.氮添加后,R_d25的增加抵消了因V_cmax25增加引起的光合作用增强效果,使得整体上GPP的增加趋势不显著.不同施氮水平和施氮类型下海北高寒草甸群落优势种的LAI均未发生显著变化.研究显示,当大气氮沉降量低于40 kg/(hm²·a)时,氮沉降量的增加会促进海北高寒草甸植物叶片光合作用的反应速率,但对植物叶片w(TN)、LAI和GPP的影响并不显著.

秸秆还田对双季稻产量及氮磷径流损失的影响

朱坚, 纪雄辉, 田发祥, 吴家梅, 刘昭兵, 彭华, 张振兴

2016, 29(11): 1626-1634.

摘要(1962) PDF(1405)

摘要:
为探索减少稻田氮磷流失的有效耕作措施,以南方典型黄壤双季稻田为研究对象,采用田间长期定位观测试验,研究了连续7 a(2008—2014年)秸秆还田(RFS)替代38.7%的N、40.8%的P₂O₅和42.7%的K₂O晚稻化肥投入与常规化肥(RF)处理对双季稻产量、地表径流中ρ(TN)、ρ(NH₄⁺-N)、ρ(NO₃^--N)、ρ(TP)、ρ(DP)(DP为溶解态总磷)的影响.结果表明:与常规化肥处理相比,秸秆还田处理不仅可从源头上减少晚稻化肥投入,还可降低稻田径流液中氮、磷养分含量,分别使TN和TP流失量减少12.6%、9.7%；氮流失主要以DIN(可溶性无机氮)为主,DIN/TN(DIN输出量在TN输出量中所占比例)为66.2%～70.8%；磷流失主要以DP(可溶性磷酸盐)为主,DP/TP(DP输出量在TP输出量中所占比例)为60.1%～65.9%；秸秆还田处理下早稻较常规化肥处理有增产趋势,增幅为4.5%～10.1%,晚稻有减产风险,但减产差异不显著,平均减幅为6.3%.因此,秸秆长期还田是一种秸秆资源有效利用和节肥增效减失的耕作方式.

渤海长兴岛海域微型和微微型浮游植物多样性

宋伦, 吴景, 刘卫东, 宋永刚, 王年斌

2016, 29(11): 1635-1642.

摘要(1606) PDF(1340)

摘要:
为研究微型/微微型浮游植物在褐潮生消过程的多样性变化,以18S rDNA V4区作为目标基因,结合高通量测序技术,对2014年5月、7月和2015年5月、7月长兴岛近岸海域海水中微型/微微型浮游植物多样性进行了检测.结果表明,高通量测序技术可有效地检测长兴岛近岸海域海水中微型/微微型浮游植物多样性,自行设计的V4(F/R)引物在微型/微微型浮游植物群落鉴定方面更为高效.2014年5月、7月在长兴岛海域分别检出微型/微微型浮游植物143、165种,2015年5月、7月分别检出123、167种.微型/微微型浮游植物群落中绿藻门相对丰度最高,2014年5月、7月分别为44.5%、65.6%,2015年5月、7月分别为81.8%、73.7%.微型/微微型浮游植物多样性指数和种类数都是同年7月高于5月,说明7月海水中微型/微微型浮游植物群落结构较5月稳定.同时发现了渤海海域的褐潮致灾种微拟球藻(Nannochloris sp.)和金牛微球藻(Ostreococcus tauri),2014年和2015年其平均优势度分别为0.37和0.39；而已发现的褐潮致灾种——抑食金球藻(Aureococcus anophagefferens)在长兴岛海域的4次调查中虽都有检出,但其优势度(平均为0.000 3)较低.

醋酸盐类城市道路抑尘剂的生态毒性及生物降解特性

凌文翠, 李真真, 孙长虹, 方瑶瑶, 刘桂中

2016, 29(11): 1643-1650.

摘要(1778) PDF(1341)

摘要:
醋酸盐类抑尘剂因其具有良好的抑尘效果和生态友好性,被越来越多地用于城市道路抑尘.为了揭示醋酸盐类抑尘剂的水生态效应,选取水环境中占据不同生态位的4种水生生物(发光细菌、羊角月牙藻、大型溞和青鳉鱼)进行急性毒性测试.结果表明:4种水生生物对醋酸盐类抑尘剂的敏感程度依次为羊角月牙藻>大型溞>青鳉鱼>发光细菌.确定了抑尘剂与大型溞、发光细菌、青鳉鱼的剂量-效应关系,抑尘剂对三者的EC₅₀/LC₅₀(半数效应浓度/半致死浓度)分别为1.29、37.6、32.7 g/L.抑尘剂对羊角月牙藻的急性毒性及其质量浓度之间没有呈现出明确的数量关系,但是可推断EC₅₀为mg/L量级.以此为基础,推断醋酸盐类抑尘剂的预测无效应浓度范围为21.8～177 μg/L.不同温度下抑尘剂在水中的生物降解速率结果显示,在5和25 ℃时,醋酸盐类抑尘剂均易被降解,主要是微生物和藻类的共同降解作用所致.研究显示,醋酸盐类抑尘剂易于生物降解且生态毒性较低,但在使用时应注意区域总量控制,以防止对水生生物造成潜在威胁.

热解制备玉米秸秆和城市污泥生物炭过程中PAHs的污染特征

罗飞, 宋静, 陈梦舫

2016, 29(11): 1651-1658.

摘要(1419) PDF(1483)

摘要:
以玉米秸秆和城市污泥为生物质原材料,并于300、500、700 ℃下厌氧热解,分析生物炭和生物油中PAHs的生成、分配及毒性特征.结果表明:玉米秸秆和城市污泥在300～700 ℃下热解后分配于生物炭中的w(PAHs)分别为116.8～1 807和136.3～52 015 μg/kg,分配于生物油中的w(PAHs)分别为10 612～33 402和11 077～116 673 μg/kg.生物炭和生物油中以低环PAHs(2环～4环)为主,其所占比例分别为90.8%～99.6%和97.9%～99.5%.大部分PAHs分配于生物油相,生物炭中PAHs的残留量较小,其中,5环PAHs是生物炭和生物油中苯并芘毒性当量浓度(TEQ_BaP)的主要贡献者.

高炉共处置固体废物低温段Pb Cd的吸附/冷凝动力学特征

李雪冰, 李丽, 丛璟, 闫大海, 蒋旭光, 王琪

2016, 29(11): 1659-1664.

摘要(1475) PDF(1317)

摘要:
利用管式回转炉和控温立式炉联用装置模拟炼铁高炉,对Pb、Cd在共处置过程中低温段的吸附/冷凝特性进行了研究,通过建立吸附/冷凝动力学模型,分析共处置过程中Pb、Cd在非热力学平衡状态下的迁移转化规律.结果表明:高炉共处置固体废物低温段对Pb、Cd的吸附/冷凝作用以冷凝为主.进入控温立式炉的重金属去向分三部分:①冷凝在管壁上,这部分的Pb、Cd分别占Pb、Cd入炉总量的42%～49%、45%～50%；②吸附在炉料上,其中Pb、Cd分别占各自入炉总量的23%～26%、23%～25%；③随烟气释放到空气中,这部分Pb、Cd分别占各自入炉总量的25%～35%、25%～32%.Pb、Cd在炼铁炉料上的吸附/冷凝量均随时间的增加而升高,随温度的升高而降低.炼铁炉料对Pb、Cd的吸附/冷凝动力学可采用双常数速率方程拟合,研究得到Pb、Cd的吸附/冷凝表观活化能分别为6.813、5.839 kJ/mol.

V₂O₅/TiO₂与MoO₃/TiO₂催化剂表面结构形貌及其对催化氧化碳烟活性的影响

梅丛蔚, 李立昌, 梅德清, 赵晓东, 袁银男

2016, 29(11): 1665-1671.

摘要(1548) PDF(1208)

摘要:
为研究纳米级V₂O₅与MoO₃催化剂表面结构对其催化氧化碳烟活性的影响,以TiO₂为载体,采用等体积浸渍法制备了不同负载率(5%、10%、20%、40%)的V₂O₅/TiO₂与MoO₃/TiO₂催化剂,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对比研究了2种催化剂在TiO₂载体上的分散状态及物相结构.以Printex-U碳黑为试验用碳烟,采用热重分析仪对V₂O₅与MoO₃催化剂催化碳烟氧化的活性进行了比较.结果表明:V₂O₅与MoO₃在TiO₂载体上均存在一个单层分散饱和阈值,分别为V20(负载率为20%,下同)、Mo10,在该阈值前后活性组分在载体上分别以单层分散状态和明显的晶态存在.对于V₂O₅催化剂,其最佳催化活性出现在负载率接近单层分散饱和阈值时,与无催化状态相比,T_i(起燃温度)、T_p(最大失重率温度)以及T_f(燃尽温度)分别下降了69.1、46.0、23.0 ℃,有明显的阈值效应.而对于MoO₃催化剂,因其自身低熔点性而表现出良好的表面迁移能力,再加上α-MoO₃晶体特有的层状结构,使其可释放出更多的晶格氧,随着负载率的增加,该催化剂催化氧化碳烟活性持续增加,并且未观察到明显的阈值效应.研究显示,在相同负载率下,MoO₃催化剂催化氧化碳烟活性均高于V₂O₅催化剂.

柴油机EGR氛围颗粒的空间结构与表面形态分析

赵洋, 许广举, 李铭迪, 陈庆樟, 王忠

2016, 29(11): 1672-1678.

摘要(1537) PDF(1150)

摘要:
为揭示EGR(废气再循环)对柴油机颗粒表面形态以及空间结构的影响,针对不同EGR率下产生的柴油机颗粒,采用颗粒粒径分析仪以及X射线小角散射等分析手段,研究了EGR对柴油机排气颗粒粒径、数浓度和质量浓度的影响,分析了颗粒团聚程度、团粒间隙尺寸以及表面形态等参数随EGR率的变化规律.结果表明:随着EGR率从10%增至30%,颗粒数浓度峰值粒径向大粒径方向偏移,粒径在10～50 nm的核模态颗粒数浓度分别降低了14.7%和29.4%；粒径在50～500 nm的积聚态颗粒数浓度分别增加了17.1%和139.4%；总颗粒数浓度也有较大幅度增加,分别增加了4.5%和72.1%.采用EGR后,颗粒的质量分形维数和表面分形维数分别增加了12.1%和18.2%,表明EGR会使颗粒的质量分布不均匀,表面粗糙程度增加.随着EGR率的增加,颗粒的团粒间隙分布有明显差异,EGR率为0时的团粒间隙尺寸主要分布在8～11 nm,EGR率为30%时的团粒间隙尺寸主要分布在4～6 nm,表明EGR可在总体上降低团粒间隙尺寸和数浓度,增加了颗粒的团聚程度和空间结构的紧密程度.研究结果对于拓宽EGR的工况使用范围、提高DPF等后处理装置的工作效率、进一步降低柴油机的NO_x和颗粒排放具有重要意义.

活性炭中孔结构对双组分染料的竞争吸附

王春颖, 宋磊, 王夔

2016, 29(11): 1679-1686.

摘要(1937) PDF(1373)

摘要:
为探讨GAC(颗粒活性炭)的V_mes(中孔孔容)对双组分染料吸附行为的影响,对GAC进行改性,得到V_mes分别为0.16、0.25、0.30、0.50 cm³/g下的中孔GAC,并对MB(亚甲基蓝)、CV(结晶紫)、MO(甲基橙)进行了单组分和双组分体系的吸附试验.结果表明:①单组分体系中,随着V_mes的增加,各染料的饱和吸附量均增大,MB从88.98 mg/g增至226.69 mg/g；CV从56.04 mg/g增至105.17 mg/g；MO从64.87 mg/g增至129.66 mg/g.②在由MB和MO组成的分子量接近的双组分体系中,两种染料表现为拮抗作用；随着V_mes的增加拮抗作用增强,并且对MB的拮抗作用大于对MO的作用.③在由MB和CV组成的分子量相差较大的双组分体系中,对于分子量较小的染料MB表现出拮抗作用,随着V_mes的增加,拮抗作用逐渐减小；对于分子量较大的染料CV来说,随着V_mes的改变吸附行为发生改变,当V_mes小于0.25 cm³/g时表现为协同作用,大于0.30 cm³/g转变为拮抗作用,并且随着V_mes的增大逐渐增强.研究显示,染料分子的物理形态对双组分物质竞争吸附的影响起到决定性作用,而吸附剂V_mes的增加促进了对单双组分染料分子的吸附容量增加.

Mg/Al金属氧化物的物化性质及吸附特性

刘兴旺, 吴云龙, 许银, 陈建宏

2016, 29(11): 1687-1692.

摘要(1796) PDF(1261)

摘要:
为研究微波煅烧和常规煅烧下的Mg/Al金属氧化物的物化性质、吸附特性及机理,通过XRD(X射线衍射)、SEM(扫描电镜)、BET-BJH(比表面积-孔结构)和pH_ZPC(零电荷点)等表征手段分析了微波煅烧对水滑石结构、形貌、纹理性质及表面电荷性质的影响.结果表明:微波煅烧可获得结晶度更高、片状结构更规整的Mg/Al金属氧化物；微波煅烧使Mg/Al金属氧化物的比表面积由184 m²/g增至205 m²/g,孔容和孔径分别由0.245 cm³/g和2.15 nm增至0.263 cm³/g和2.19 nm；pH_ZPC由12.3增至12.6.微波煅烧和常规煅烧下的Mg/Al金属氧化物的对Cr(Ⅵ)吸附的ΔH(标准焓变)分别为42.86和41.23 kJ/mol,E_a(吸附活化能)分别为21.82和22.59 kJ/mol,二者的吸附过程均为化学吸附且受扩散控制,在该研究条件下的二者理论吸附量最大值分别为93.51和90.31 mg/g,微波煅烧提升了Mg/Al金属氧化物吸附能力,但并不显著；微波煅烧使得Mg/Al金属氧化物更易发生结构还原,其对Cr(Ⅵ)的吸附实质就是结构还原过程.研究显示,微波煅烧并没有改变Mg/Al金属氧化物吸附特性和机理.

硫磺和黄铁矿为填料的生物滤池自养反硝化强化处理二沉尾水

李芳芳, 施春红, 周北海, 李海波

2016, 29(11): 1693-1700.

摘要(1935) PDF(1361)

摘要:
采用硫自养反硝化工艺处理模拟污水厂二沉尾水,分别以硫磺/白云石、黄铁矿/白云石为填料,考察不同填料下生物滤池的脱氮除磷效果.结果表明,在HRT(水力停留时间)为1 h的条件下,硫磺/白云石反应器在10 d内能迅速启动,出水ρ(NO₃^--N)小于1.00 mg/L,去除率高达99%,反应器的最佳实际HRT为45 min.进水中的DO对硫磺/白云石反应器反硝化效果没有明显影响,但会对黄铁矿/白云石反应器的反硝化效果产生影响.去除进水中的DO后,在HRT为4 d下,黄铁矿/白云石反应器出水NO₃^--N和TP的质量浓度分别为10.31和0.10 mg/L,其去除率分别为67.2%和90.7%.采用高速水流反冲洗后,两个反应器的脱氮效果均能在2 d内迅速恢复.在12 ℃的低温条件下,硫磺/白云石和黄铁矿/白云石反应器的处理效果均变化不大.去除一定量的NO₃^--N时,硫磺/白云石反应器的SO₄^2-生成量与理论值相符合,黄铁矿/白云石反应器的略高于理论值.研究显示,硫磺/白云石体系可有效去除二沉尾水中的NO₃^--N,而黄铁矿/白云石体系具有同时脱氮除磷的功能.

大宝山尾矿库区水体重金属污染特征及生态风险评价

黄飞, 王泽煌, 蔡昆争, 蔡一霞

2016, 29(11): 1701-1708.

摘要(2052) PDF(1319)

摘要:
为阐明大宝山槽对坑尾矿坝水体中重金属的污染特征,分析了过滤水、悬浮物和沉积物中重金属的含量,并采用地累积指数法和潜在生态风险指数法对沉积物中重金属污染程度进行评价.结果表明,水体中ρ(Cu)、ρ(Zn)、ρ(Cd)和ρ(Pb)分别高达7.228、41.190、0.178和0.377 mg/L,其中pH和E_h(氧化还原电位)是影响重金属含量的重要因素.悬浮物和沉积物中重金属沿河流断面呈相似的空间分布规律,Cu和Cd污染较为严重.从尾矿库N1采样点至河流下游N4采样点处,重金属沿水流方向呈现溶解态向悬浮态和沉积态迁移特征,而Cu的迁移行为有所不同.据地累积指数法的评价结果,各重金属I_geo(地累积指数)顺序为Cu>Cd>Zn>Pb,Cu和Cd的I_geo平均值分别为4.552和1.605,属重度污染和偏中污染.潜在生态风险指数法评价表明,各重金属危害程度为Cu>Cd>Pb>Zn,Cu和Cd的E_ri(潜在生态危险系数)平均值分别为193.3和143.0,均属强生态危害级别.两种方法均表明Cu和Cd为主要风险元素.该研究区域的RI(生态危害指数)为163.1～576.6,平均值为356.6,属强生态危害级别,相关部门应采取相应措施,加强对该区域污染防治和风险管理.

基于生态系统服务的稻改旱工程多层次补偿标准

王晓玥, 李双成, 高阳

2016, 29(11): 1709-1717.

摘要(1976) PDF(1307)

摘要:
为探讨稻改旱工程科学合理的生态补偿标准,完善流域生态补偿机制,从生态系统服务视角出发,基于外部性理论构建生态补偿标准的经济学模型,并以参与稻改旱工程的河北省赤城县为例,提出基于生态系统服务的稻改旱工程多层次的补偿标准.生态补偿标准经济学模型的构建主要运用经济学边际分析方法,通过对流域生态系统服务供给与需求均衡条件的讨论,同时考虑生态补偿的公众参与,确定稻改旱工程补偿的最低标准、最高标准和参考标准.结果表明:稻改旱工程补偿的最低标准应为上游农民减少的种植收入,最高标准应为下游居民获得的生态系统服务价值增量,参考标准为当地居民的受偿意愿.稻改旱工程实施后,区域淡水供给服务和水质净化服务年增加量分别为2 194.35×10⁴和0.38×10⁴ 元,同时造成当地居民年种植收入损失845.95×10⁴ 元,70%以上当地居民受偿意愿高于7 500元/hm².多层次生态补偿标准核算结果显示,赤城县稻改旱工程补偿的最低标准为3 965.40元/hm²,最高标准为10 287.75元/hm²,工程实施的参考标准为9 760.50元/hm².该研究结果有助于进一步完善稻改旱工程生态补偿机制,调控区域生态-经济间的流量关系,促进稻改旱工程上下游地区的协调发展.

我国建筑业物化能增长的结构分解分析

关军, 蒋立红, 张智慧

2016, 29(11): 1718-1724.

摘要(1874) PDF(1373)

摘要:
研究建筑业物化能的影响因素对促进建筑业可持续性具有重要意义.为较为准确地研究建筑业物化能的影响因素,在构建部门拆分的投入产出生命周期评价模型的基础上,结合完全分解方法构建了完全结构分解模型.该模型将建筑业物化能影响因素分为列昂惕夫效应、强度效应和终端需求规模效应.采用该模型对2005—2010年建筑业物化能增长进行了实证研究.结果表明:①基于部门拆分的投入产出生命周期评价模型可在一定程度上减小产业部门划分粗略和统计数据不可靠等因素导致的误差,提高结果可靠性.②2005—2010年建筑业物化能(以标准煤计,下同)增长了6.755×10⁸ t,终端需求规模效应显著拉动了建筑业物化能的增长,其贡献率高达188%；列昂惕夫效应也在一定程度上拉动了物化能增长,其贡献率为42%；强度效应则较为显著地发挥了削减物化能的作用,贡献率为-130%.③相比传统模型,完全结构分解模型消除了分解残差(-7.399×10⁸ t),从而提高了分析可靠性.从提高工程建设规划水平,加强基础设施和建筑维护,推进新型建筑工业化、绿色建造和智慧建造,促进建材生产过程节能减排和发展高性能建材等方面提出了控制建筑业物化能的建议.

海岛近岸海域资源环境承载能力评价及其应用

张晓霞, 陶平, 程嘉熠, 邵秘华, 朱京海

2016, 29(11): 1725-1734.

摘要(1988) PDF(1614)

摘要:
为定量研究海岛近岸海域资源环境承载状态,满足开发进程中可持续发展的需求,构建了海岛近岸海域资源环境承载能力三级评价指标体系,以空间资源承载能力、生态环境承载能力和生态系统承灾能力作为基础指标,对海岛近岸海域进行全面评价,依据其生态系统特征与人类活动特征,分别选择人工岸线开发类型、海域使用类型、水质状况、生物群落健康状况、灾害风险状况等指标开展分类评价,最后利用“短板效应”方法进行复合评价,将评价结果划分为可载、超载与临界超载3个级别,并以辽宁长兴岛为例开展实证研究.结果表明,长兴岛近岸海域岸线开发强度为0.87,海域水质达标面积比率为0.75,鱼卵仔鱼平均密度为4.45 ind/m³,这3个单项指标的计算结果均超过相应超载分级标准,受空间资源承载力和生态环境承载力短板要素的影响,该海域资源环境承载力状况为“超载”.表明以资源、生态环境和灾害等要素构建评价指标体系可客观全面地评价海岛近岸海域资源环境承载力状况,并能够科学地遴选出主导其承载力强弱的短板要素.长兴岛近岸海域可通过填海施工中预留过水通道、人工放流增补渔业资源、调整陆源排污口位置、实行岸段生态修复等措施优化开发利用方式,提升空间资源承载能力与生态环境承载力,逐步减弱短板效应.长兴岛近岸海域承灾能力属“可载”级别,为满足该区域未来发展过程中防灾减灾的需要,仍需通过编制突发事故应急预案,建立完善的事故应急措施来应对突发灾害事件.

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2016年第29卷第11期

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