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2022年  第12卷  第4期

大气/废气污染控制与管理
北京地区冬季重污染期间的雾层特征
田润泽, 徐峻, 张众志, 唐枷榕, 程苗苗
2022, 12(4): 975-984. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210670
摘要(366) HTML (224) PDF(30716KB)(40)
摘要:

大多数针对北京地区冬季重污染过程的研究侧重于气溶胶,关于该过程中雾的研究较少。利用北京南郊观象台L波段探空和地面气象观测资料,以及MODIS和VISSR卫星数据等,对2013年1月12—15日北京地区重污染期间的雾进行分析,发现4 d中共发生2次辐射雾和2次平流雾,每天的雾在类型、垂直分布、形成过程、层结等方面都完全不同:12日清晨为充分发展的辐射雾,辐射雾的生成和发展使近地层稳定层结转变为近中性;13日清晨为2层相连的高空平流雾,分别来自不同源地,平流雾的到来造成近地层雾的消散,也使低层大气扩散能力有所加强;14日清晨出现辐射雾,其发展仅限于初生阶段,生存时间仅约2 h,期间存在贴地逆温;15日清晨为加深的平流雾,较前1天夜间的平流雾,雾顶高度抬升约500 m。鉴于北京地区冬季重污染过程中,雾在形成过程、垂直结构和层结影响等方面呈现出的复杂和多变的状况,针对重污染期间雾层的研究,以及其在垂直扩散和辐射等方面的效应研究都有待加强。

北京市与呼和浩特市空气质量对比分析
张轲, 许学慧, 李海港
2022, 12(4): 985-991. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210214
摘要(343) HTML (182) PDF(4327KB)(50)
摘要:

为了对比北京市和呼和浩特市空气质量,探讨其差异性成因及防治对策,收集2市2014—2019年的空气质量常规监测数据,对空气污染物浓度、首要污染物变化及空气质量指数等特征进行分析。结果表明:北京和呼和浩特2市空气中PM10、PM2.5、SO2、NO2、CO这5种污染物浓度表现出相似的季节变化特征,空气质量冬季最差,夏季最好;2市空气中污染物都是以颗粒物为主,其中北京市以PM2.5为主,呼和浩特市以PM10为主;长期监测数据显示,2市在经济社会快速发展的同时,污染物浓度大多呈持续下降的趋势,但O3浓度有所增加。从2市各经济指标和污染物浓度变化的相关性看出,城市高质量发展越来越受到城市空气质量的约束,而改善城市经济结构在空气污染防治中具有极大作用。

昆明城区大气污染物时空分布特征
郭丽辉, 尹惠敏, 颜翔, 徐小峰, 黄晓
2022, 12(4): 992-997. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210208
摘要(459) HTML (249) PDF(9936KB)(79)
摘要:

利用2013—2020年昆明城区国控点监测数据,分析大气污染物时空分布特征。结果表明:2013—2020年昆明城区O3年均浓度总体呈上升趋势,其余污染物年均浓度呈下降趋势,O3增幅为4.1%,SO2降幅为67.9%,其余污染物降幅为35.0%~55.0%。超过GB 3095—2012《环境空气质量标准》一级以上标准的首要污染物天数占比显示,O3已经代替PM2.5成为昆明市最主要的大气污染物;O3浓度春季最高,夏季次之,秋季最低;PM10和PM2.5浓度春、冬季高,夏季最低;SO2、NO2、CO浓度冬季最高,夏季最低,但SO2和NO2四季变化幅度较其他污染物小。春、夏季的O3,冬、春季的PM2.5是昆明市大气污染的防治的重点。O3浓度日变化呈单峰型分布,CO、NO2、PM10、PM2.5浓度呈双峰型分布,但PM10、PM2.5浓度峰谷变化不明显;NO2、CO、PM2.5、PM10浓度峰值出现在早高峰时段,O3浓度峰值出现在14:00—15:00,SO2浓度上午高于下午。大气污染物浓度分布具有明显的空间差异性,SO2、PM2.5、NO2、PM10、CO浓度城区西部高于东部,分别高出54.5%、20.0%、17.9%、14.6%和2.4%,O3浓度则相反,城区东部高于西部,高出9.0%;SO2、NO2、O3浓度东部、西部差异呈逐年减小趋势,不排除上风向安宁工业园区污染传输影响变弱的可能性。

不同粒径大气颗粒物中金属元素分布与风险评估研究进展
支敏康, 张凯, 吕文丽
2022, 12(4): 998-1006. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210324
摘要(561) HTML (220) PDF(2116KB)(83)
摘要:

金属元素(MEs)是大气颗粒物的重要组成部分。综述了不同粒径大气颗粒物中MEs的分布、生态风险和人体健康风险评估的研究现状。在颗粒物中MEs主要呈现3种粒径分布:细模态单峰型、粗模态单峰型和双峰型,对应于不同的污染源。富集因子法、地累积指数法和潜在生态风险指数法是MEs生态风险评价最常用的3种方法,大部分MEs在细模态的富集程度远高于粗模态,我国城市大气颗粒物均呈现非常高的综合潜在生态风险(风险指数>1 000)。Cd、Pb、As是目前主要的污染元素,应重点关注。不同粒径段的颗粒物会沉积在呼吸系统不同部位。健康风险评估结果显示,我国大部分城市地区均存在重金属元素对人体的致癌风险和非致癌风险,会对人体产生致癌风险的MEs有Cr、As和Cd,Mn可能引起非致癌风险。因此,将不同粒径段颗粒物中MEs的分布特征和风险评估结合起来是未来该领域的重点研究方向。

基于轨迹模型的和田绿洲沙尘移动轨迹及气象特征分析
艾沙江·艾力, 徐至远, 徐海量, 木合塔尔·吾提库尔, 麦麦提艾力·麦麦提敏
2022, 12(4): 1007-1014. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210226
摘要(277) HTML (231) PDF(2157KB)(25)
摘要:

以塔克拉玛干沙漠南缘的和田绿洲为研究区域,使用HYSPLIT后向轨迹模型和NCEP的GDAS全球气象要素数据,将和田绿洲西北部的墨玉县城作为模拟受点(79.72°E,37.26°N),对2004—2018年墨玉县发生的2 891次沙尘天气进行36 h的后向轨迹模拟,并通过k-means聚类分析法,定量分析沙尘天气期间气流的传输路径及气象特征。结果表明:2004—2018年,研究区沙尘天气的发生频率变化幅度不大,没有明显的增减趋势;年内沙尘天气主要集中在春季和夏季(3—7月),占全年沙尘天气总数的70.23%,5、6月是强沙尘暴最活跃期。在沙尘天气期间气流的移动高度和轨迹相差较大,按照气流的起源地和到达墨玉县的方向将沙尘暴分为NW-W簇、N-N簇、NE-E簇和E-ES簇4簇轨迹类型,其发生天数占比分别为18.9%、12.3%、60.1%和7.8%。由东向西的沙尘天气发生天数占比最高(60.1%),但主要以浮尘天气为主;由西北向东南方向的沙尘发生频率不高,但移动速度最快,强沙尘暴和扬沙主要来自西北和西部方向;由北向南的沙尘暴速度最慢(1.36 m/s),空气湿度最低(26.4%),但气温最高(292.58 K)。定量印证了墨玉县沙尘暴不同传输路径,可为绿洲区沙尘暴研究提供参考。

内蒙古主要农作物秸秆燃烧释放烟气污染物研究
张恒, 王柏杰, 王飞
2022, 12(4): 1015-1021. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210274
摘要(296) HTML (192) PDF(4736KB)(26)
摘要:

为了解内蒙古自治区农作物秸秆露天焚烧烟气污染物排放情况,运用自主设计的生物质燃烧系统,以内蒙古地区典型农作物(葵花和玉米)秸秆作为研究对象进行室内模拟燃烧试验,通过比较不同地区秸秆燃烧释放CO、CO2、NOx、CxHy和PM2.5之间的差异,进行排放特性研究。结果表明:葵花秸秆CO、CO2、NOx、CxHy和PM2.5的排放因子分别为(344.71±66.36)、(1 147.73±229.01)、(3.20±0.62)、(138.48±28.22)和(0.97±0.20)g/kg,玉米秸秆的排放因子分别为(319.69±52.27)、(1 178.75±149.00)、(1.29±0.04)、(57.83±9.45)和(1.44±0.17)g/kg;不同地区农作物秸秆在明燃和阴燃条件下PM2.5排放因子分别为(0.23±0.11)~(3.26±0.16)和(0.53±0.35)~(2.91±1.69) g/kg,CO排放因子分别为(162.66±15.94)~(381.65±81.74)和(235.29±34.43)~(569.80±165.72)g/kg,CO2排放因子分别为(1 094.96±182.04)~(1 866.22±377.83)和(725.10±107.71)~(1 409.43±82.32) g/kg,除CO2排放因子表现为明燃大于阴燃外,其他污染物排放因子均表现为阴燃大于明燃。

景观格局对大气污染的影响—以福建省为例
黄菲, 赵青, 郑鑫程, 陈瑾, 巫志龙, 邱荣祖, 胡喜生
2022, 12(4): 1022-1032. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210217
摘要(346) HTML (279) PDF(20245KB)(37)
摘要:

以福建省为研究对象,利用37个国家环境空气自动监测站点的监测数据和土地利用/覆盖数据,首先分析了土地利用/覆盖对SO2、NO2、O3、CO浓度年变化和季节变化的影响;其次建立国控点不同半径的缓冲区并计算景观格局指数,探讨不同尺度下土地利用/覆盖的景观格局对SO2、NO2、O3、CO浓度的影响。结果表明:土地利用/覆盖对大气污染物浓度变化的影响显著,建设用地的SO2、NO2、CO浓度均为最高,耕地的O3浓度为最高。不同大气污染物浓度在不同土地利用/覆盖下的季节变化存在差异,耕地的SO2浓度呈春冬季低,夏秋季高,其余污染物呈春冬季高,夏秋季低;NO2浓度均呈春冬季高,夏秋季低;耕地与林地的O3浓度为春秋季高,夏冬季低,建设用地与草地则从春季到冬季依次递减;CO浓度均为夏秋季低,春冬季高。不同景观指数对不同大气污染物浓度的影响存在差异及尺度效应,其中,春冬季3 000 m和夏秋季4 000 m半径范围内草地的斑块密度(PD)对SO2浓度的影响较为显著且呈负相关,说明草地的PD越大,SO2浓度越低;春冬季4 000 m半径范围内林地的斑块数量(NP)与NO2浓度呈正相关,说明林地越破碎,NO2浓度越高,而3 000 m半径范围内建设用地的NP与NO2浓度呈负相关,说明建设用地越破碎,NO2浓度越低;5 000 m半径范围内耕地的景观所占比例(PLAND)与O3浓度呈正相关,说明耕地的PLAND越大,O3浓度越高,1 000 m半径范围内林地的PLAND与O3浓度呈正相关,说明林地PLAND的增加对O3浓度的增加有一定的影响;除秋季外,1 000 m半径范围内林地的PLAND与CO浓度呈负相关,说明林地的PLAND越大,CO浓度越低。同时,通过对不同尺度下景观指数的分析发现,SO2的最佳研究尺度为3 000 m;NO2的最佳研究尺度为4 000 m;O3的最佳研究尺度为5 000 m;CO的较佳研究尺度为3 000 m。

基于车载测试的轻型汽车排放特征
陈婷, 何潇, 陈文倩, 颜敏, 徐光仪, 郑轩
2022, 12(4): 1033-1040. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210256
摘要(261) HTML (162) PDF(7337KB)(21)
摘要:

选择11辆轻型汽车作为研究对象,利用车载测试系统(portable emission measurement system,PEMS)研究了轻型汽车气态污染物排放和油耗特征。结果表明:轻型汽车一氧化碳(carbon monoxide,CO)、氮氧化物(nitrogen oxides,NOx)和总碳氢化合物(total hydrocarbons,THC)的排放因子分别为(910.4±822.6)、(58.0±48.3)和(21.6±16.1)mg/km,且其排放速率随发动机比功率-速度(vehicle specific power-velocity,VSP-v)增大而增加,冷启动期间CO、NOx和THC的排放量占排放总量的11.2%±2.1%、3.7%±5.4%和52.7%±4.6%。轻型汽车瞬态油耗速率随VSP-v的增大而增加,车辆相对油耗在平均车速低于15 km/h时显著上升,车速在40 km/h以上时油耗随车速变化呈平稳的趋势。20 ℃时CO、NOx和THC排放速率高于1 ℃时的排放速率;1 ℃的环境温度使油耗速率增加,尤其在车辆高速行驶时,1 ℃时其油耗速率比20 ℃时高27.1%±24.5%。

北京市城市生活垃圾处理温室气体排放特征及减排策略
刘春红, 郝学军, 刘枫
2022, 12(4): 1041-1047. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210820
摘要(361) HTML (422) PDF(1620KB)(61)
摘要:

根据《IPCC国家温室气体清单指南》和《省级温室气体清单编制指南》方法,建立北京市3种生活垃圾处理方式温室气体排放清单,测算2010—2019年不同生活垃圾处理方式下温室气体CH4、CO2、N2O排放量,分析CO2排放量随时间变化特征,并基于此提出碳减排策略。结果表明:1)2010—2019年北京市生活垃圾处理温室气体的排放量总体呈先增后减的趋势,且变动幅度减缓,2019年达到最低水平,这主要与近年来北京市生活垃圾处理方式从以卫生填埋为主转变为以焚烧为主有关。2)2018年北京市生活垃圾焚烧量已超过填埋量,而垃圾焚烧处理CO2排放量远低于填埋处理,表明焚烧处理方式CO2排放强度低于填埋处理。3)生活垃圾处理温室气体排放量与垃圾处理方式及处理量密切相关,随着生活垃圾产生量的日益增加,建议在生活垃圾管理全过程加强垃圾精细化分类,推进源头减量;合理开展垃圾处理设施的建设,优化垃圾收运系统,防止垃圾处理二次污染,探索适合我国城市生活垃圾处理低碳优化模式。

技术生命周期评价进展及其在碳中和领域应用趋势分析
李媛媛, 葛晓华, 王文静, 王顺扬, 闫冠玉, 李华, 朱宇恩
2022, 12(4): 1048-1057. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210265
摘要(698) HTML (276) PDF(10008KB)(75)
摘要:

技术生命周期评价可为技术改进、科学决策及碳中和提供方法支撑。利用CiteSpace软件研究了近20年技术生命周期评价研究特点、变化趋势、重点领域、演进路径及其在碳中和领域的研究进展。结果表明:技术生命周期评价相关文献出版量整体呈上升趋势,2006年以后进入快速发展阶段;发文主要集中在工程学、生态学、环境科学、环境工程、其他理工学科、能源与燃料和绿色可持续发展技术等学科。生命周期评价的研究对象、评价方法及应用是近年来的研究热点,能源生产技术、碳足迹及废物处理技术是技术生命周期评价的研究重点,体系、模型、框架、不确定性等方面是评价方法完善要点,方法适用性开发和综合性评判成为后续发展方向,提高可持续、效能、决策支撑的有效性是提高生命周期评价技术应用的突破点。碳足迹的生命周期评价可用于指导碳中和目标的实现及路径选择,将其他评估方法与生命周期评估相结合正在成为一种趋势,可提升技术全面综合评估的准确性及有效性,为实现碳中和目标提供有效参考。

新型双介质气动雾化喷淋系统在城市污水厂恶臭气体处理中的应用
刘建伟, 臧娜娜, 韩昌福, 陈欣玥, 冯文韬, 鲁晨, 孙建斌
2022, 12(4): 1058-1063. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210241
摘要(215) HTML (136) PDF(1128KB)(18)
摘要:

以城市污水厂格栅间为研究对象,在分析恶臭气体产生特性的基础上,研发出新型双介质气动雾化喷淋系统,并对系统运行参数进行了优化。将该系统应用于北京市某城市污水厂格栅间,考察了其对硫化氢和氨的去除效果。结果表明,该系统对污水厂格栅间的硫化氢和氨的去除率分别为90.54%~97.80%和93.75%~99.42%,取得了较好的除臭效果。该系统投资费用为95万元,运行费用为3.62万元/a,其中水费占运行费用的51.10%。新型双介质气动雾化喷淋系统较好适用于城市污水厂分散点源恶臭气体的原位处理。

流域/区域保护与修复
长江干流江苏段及环太湖区域典型城市水生态环境问题解析及控制对策
王峥, 朱洪涛, 孙德智
2022, 12(4): 1064-1074. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210704
摘要(316) HTML (362) PDF(4932KB)(65)
摘要:

长江下游江苏段及环太湖区域作为我国经济高度发达的区域之一,城市发展带来的污染物排放量不断增加但污水收集处理能力有限等原因使得区域内城市水生态环境出现一系列问题。以该区域内10个城市为研究对象,从水环境质量、水资源、水生态和饮用水安全4个方面总结区域城市水生态环境特点,从污染源排放负荷、城市污水收集处理利用、城市面源、工业污染及风险、水生态等方面解析区域城市水生态环境存在的问题。结果表明:区域内城市主要污染源为生活源,但城市面源占比也较大;区域污水收集与处理利用能力有待提升,雨季水质较差;工业污染呈现明显的化工及纺织印染行业污染特点;城市化干扰带来的区域湖泊富营养化、河网水系结构改变等导致水生态功能退化。根据区域城市特征问题及解析结果,提出水资源保护、城市生活源控制、城市面源控制、工业污染及风险防控与水生态修复的对策建议。

江库连通条件下珠海市饮用水源水质分布特征及水资源调配措施
谢琼, 付青, 昌盛, 樊月婷, 涂响, 王山军
2022, 12(4): 1075-1085. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210305
摘要(300) HTML (172) PDF(15924KB)(32)
摘要:

珠海市河流型和水库型饮用水源的补给来源均主要来自西江,其中水库型水源主要通过西江泵站调水的方式进行蓄水。利用聚类分析和判别分析对水源水质时空分布特征进行了分析,讨论水期变化和水源位置等因素对水源水质的影响,并通过水力停留时间计算和相关性分析,初步探讨了水资源调度及水力停留时间对水源水质的影响。结果表明:珠海市水源水质可分为西江上游河流型水源、西江下游河流型水源和水库型水源3类;水库型水源中的总磷、粪大肠菌群、硫化物、硝酸盐浓度低于河流型水源,其中,水库型水源、河流型水源中的总磷浓度分别为0.01~0.04、0.04~0.12 mg/L,硝酸盐浓度分别为0.006~1、0.100~2 mg/L;上游河流型水源受咸潮上溯影响较小,下游河流型水源枯水期硫酸盐及氯化物浓度显著上升,但丰水期水质与上游河流型水源差异较小。基于上述分析结果,提出水资源调配措施:1)通过延长水库水力停留时间,包括提高库容量较大水库利用率,调整水库与泵站的连通方式等,以发挥水库型水源营养盐自净功能。2)枯水期可发挥上游河流型水源咸潮抵御的功能优势,保障水源盐度达标,丰水期可发挥下游河流型水源供水成本较低的优势,加大其水源取水比例。3)优先选取总磷、硝酸盐浓度较低(如总磷浓度达到湖库型水源Ⅲ类标准限值),且距离城区较近的泵站进行供水。通过上述措施的实施,提高水质因素在水资源调配中的作用,降低水资源调度对水源水质的冲击和水源水质超标风险。

近20年全球农业生产对地下水影响研究的热点与趋势
李雅丽, 张红娟, 闫海琴, 刘孟竹, 裴宏伟
2022, 12(4): 1086-1095. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210357
摘要(517) HTML (172) PDF(22997KB)(44)
摘要:

全球地下水开采总量的90%以上都被用于农业生产,地下水资源已成为事关全球粮食安全的重要战略资源。因此,明确全球农业生产对地下水影响研究的热点演进过程与未来趋势,对于灌溉农业的可持续发展和地下水资源的保护与利用具有重要意义。基于中国知网(CNKI)核心期刊数据库和Web of Science(WoS)数据库,通过可视化文献分析工具CiteSpace,对2000—2020年全球范围内农业生产对地下水影响研究领域的相关文献进行分析,总结该领域近20年的研究进展、研究热点和发展趋势。结果显示:在农业生产对地下水影响的研究中,CNKI和WoS发文量平均增速分别为1.45和53.7篇/a,美国和中国是该研究领域发文的主导国家,其发文量分别占总发文量的24.94%和15.70%;在全球各大研究机构中,中国科学院是该领域最具国际影响力的研究机构;农业面源污染和地下水健康风险评价是当前全球在该领域中的研究热点,并在人口激增、水资源匮乏、粮食短缺等以及全球气候变化的背景下将继续保持一定的热度;地下水超采是农业生产对地下水影响领域中重要的研究主题,Scanlon和Taylor等专家的高被引文章在该领域影响力较大。

淡水环境中微塑料污染及毒性效应研究进展
钱亚茹, 石磊磊, 沈茜, 贺亚楠, 贾玉巧, 伍海闻, 王菲菲
2022, 12(4): 1096-1104. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210251
摘要(1536) HTML (431) PDF(721KB)(188)
摘要:

通过梳理淡水环境中微塑料分布现状及毒性效应研究进展,分析淡水环境中微塑料的丰度、类型、粒径、颜色、形状及毒性影响因素,并综述了微塑料对淡水环境生态系统中不同营养级生物的毒性效应。结果表明:微塑料在淡水水体中的分布受人为活动、水文特征、季节及微塑料类型等因素的影响,人类活动较多、水动力条件差及降水较多的水体中微塑料污染严重,不同密度的微塑料在环境介质中赋存存在差异;微塑料毒性与其浓度、粒径、类型密切相关,通过在生物体内富集及携带的化学污染物,影响水生生物的摄食、生长及繁殖能力。我国淡水环境微塑料丰度高于其他国家,建议逐步开展淡水环境微塑料及河流微塑料入海通量的调查及监测。目前国内外微塑料毒性效应研究对象主要关注了浮游植物、大型溞、贻贝及斑马鱼,尚不能满足微塑料生态和健康风险评价要求,亟待开展我国不同营养级本土生物的微塑料毒性效应研究,为将来淡水环境微塑料环境基准的建立提供科技支撑。

生态修复
人工湖草型清水态生态系统构建技术研究与实践—以西北某新建人工湖为例
王建富, 辛玮光, 张超, 刘鸿渐, 李娜, 惠介龙, 李颖
2022, 12(4): 1105-1113. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210392
摘要(550) HTML (330) PDF(4200KB)(118)
摘要:

基于湖泊生态修复理论和已有工程案例成果,提出了新建人工湖草型清水态生态系统构建的方法,即通过生境条件优化,水生动物、水生植物、微生物系统构建,同时定期观测调试和维护管理,形成以沉水植物为核心,具有较强抵抗能力和自我恢复能力的草型清水态生态系统。以西北某新建人工湖为例,采用提出的方法构建了水生态系统,该人工湖运行1年后主要水质指标(除TN外)基本达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质标准;湖内广泛分布有光叶眼子菜、黑藻等5种沉水植物,沉水植物对污染物具有较好的净化效果,形成了较稳定的草型清水态生态系统。

京津冀地区生态系统服务价值时空变化及驱动因子分析
李魁明, 王晓燕, 姚罗兰, 石云
2022, 12(4): 1114-1122. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210269
摘要(523) HTML (542) PDF(5272KB)(47)
摘要:

基于京津冀地区2000年、2010年和2018年土地利用分类数据,通过分析土地利用结构及其动态变化、构建生态系统服务价值(ESV)模型,探究京津冀地区13个地市ESV的时空演变,运用地理探测器分析京津冀地区ESV驱动因子。结果表明:1)2000—2018年,耕地是京津冀地区最主要的土地利用类型,建设用地是面积和动态度变化最剧烈的土地利用类型。2)2000—2018年京津冀地区ESV呈先下降后上升趋势,调节服务与支持服务始终是京津冀地区生态系统服务的核心功能,其中水文调节的贡献率最大。3)从时间上看,京津冀地区地均生态系统服务价值(AESV)变化不大。从空间上看,京津冀地区AESV空间分布差异明显,高值区主要分布在冀北和京津地区,低值区主要分布在中南部的平原地区。京津冀各地市AESV的变化较为明显,大多数地市呈减少趋势。4)各土地利用类型的敏感性指数均小于1,其中林地的敏感性指数最高,对ESV的影响最大。5)地理探测器分析表明,京津冀地区AESV在空间上的分布差异受到区域自然因子、经济因子和社会因子共同作用,其中高程、地均GDP、人口密度等因子的贡献率较大,不同驱动力之间的交互作用对京津冀地区AESV的空间分异影响明显增强。

2005—2019年辽宁省城镇化与生态环境质量耦合协调时空分异及影响因子研究
郭力娜, 王刚, 姜广辉, 赵艳霞, 訾丰娇, 叶林, 刘洪义
2022, 12(4): 1123-1133. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210385
摘要(413) HTML (246) PDF(16922KB)(31)
摘要:

城镇化发展的核心目的是引领城市与生态环境和谐共生,可持续发展。辽宁省作为东北老工业基地之一,研究其城镇化与生态环境质量的协调关系,对于辽宁省城市可持续发展具有重要意义。综合运用耦合度、耦合协调度和地理探测器等方法对辽宁省2005—2019年城镇化与生态环境质量指数、耦合协调度及影响因子进行实证分析。结果表明,2005—2019年辽宁省城镇化与生态环境质量指数为2.44~4.79,总体上升趋势明显,城镇化指数空间上呈沈阳市、大连市为高值核心区域,四周聚集发展的态势,生态环境质量指数呈沈阳市为核心区,周围聚集发展趋势;省级尺度耦合协调度保持稳定上升,局部地区以濒临失调和勉强失调为主,空间分布上呈沈阳市、大连市为高值区域,东西部低的格局;生态环境治理、经济城镇化和社会城镇化子系统所涉及的影响因子对不同时期城镇化与生态环境质量耦合协调度因子探测力值贡献较大,主要影响因子有建成区面积、参加基本养老保险人数、生活垃圾清运量和城市污水日处理能力等。辽宁省城镇化与生态环境质量整体向好发展,耦合协调度有待提高,政府应继续注重生态环境的治理工作,加大环境保护力度,提高人民生活质量。

大清河水系滨岸带入侵草本植物分布特征及影响因素
任颖, 侯利萍, 何萍
2022, 12(4): 1134-1143. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210281
摘要(220) HTML (172) PDF(6864KB)(20)
摘要:

在雄安新区建设大背景下,保障大清河水系生物安全十分重要。为研究大清河水系入侵植物分布规律,探讨影响入侵植物分布的驱动因子,对大清河水系河湖滨岸带开展植被调查,识别滨岸带入侵植物,判定物种的入侵等级,分析物种入侵分布与环境因子和人类活动因素之间的相关性,并提出雄安新区面临的植物入侵风险及防范措施。结果表明:大清河水系有24种入侵植物,其中苋科和菊科合计占54.2%,一年生物种、无意引入物种分别占83.3%、62.5%,原产地为美洲的占62.5%,反枝苋、鬼针草、圆叶牵牛、鳢肠、大狼杷草、苘麻6种植物为流域内广布种;入侵植物种数和入侵性在流域中游的拒马河上游房山山区段、流域下游的牤牛河霸州城市段以及100 m高程分界线附近的山区—平原交接区明显高于其他区域;人类活动是影响植物入侵程度的主要因素,路网密度、建设用地面积占比越高,越有利于入侵植物的分布与扩散;大清河水系植物入侵程度尚可控,但需要在雄安新区建设过程中重视植物入侵定居及扩散风险,早做防范。

水污染治理
基于数学规划法的工业园区间接循环水网络优化
胡官墨, 毕莹莹, 董莉, 孙晓明
2022, 12(4): 1144-1152. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220233
摘要(289) HTML (194) PDF(14396KB)(21)
摘要:

为解决工业园区水资源消耗高和水污染排放强度大等问题,整体优化园区水资源网络,实现水资源的高效利用是非常必要的。基于数学规划法,以园区企业间水耗、排水量和水质的差异为基础,兼顾经济和环境要素,构建了包括水源、处理单元以及水阱的水网络优化模型,形成适用于工业园区水资源间接循环利用的优化方法。以典型工业园区为研究对象,基于水网络优化模型,在园区最小新鲜水需求量目标下,比较了不同情景的新鲜水需求量、废水排放量和总费用。结果表明:采用间接循环水网络优化方案可使园区总新鲜水需求量减少24.7%,废水排放量减少40.5%,废水重复利用率提升40.5%,总费用比较适中,为486.09万元/a,具有较高的环境效益,该优化模型能够显著提升工业园区水资源利用效率。

城市市政排水管网污染物溯源技术研究进展
季骁楠
2022, 12(4): 1153-1161. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210520
摘要(825) HTML (650) PDF(2285KB)(206)
摘要:

城市市政排水管网污染源种类繁多且难以辨析,在未明确污染源前提下进行污染控制通常会因缺乏针对性而导致效果不佳,目前尚缺乏对已有管网污染物溯源技术的系统梳理,难以快速准确根据污染场景确定相应的溯源技术。系统综述了现有城市市政排水管网污染物溯源技术,包括物理排查法、特征因子法和水纹识别法等,阐明了各种典型技术方法的原理及在管网污染物溯源研究中的应用现状,比较了各溯源技术的优劣性及其应用场景,最后对管网溯源技术的未来研究方向进行了展望。针对排水管网内污染源错位问题,可在对管网物理排查的基础上,耦合使用数值模拟法、水纹识别法及特征因子法,确定目标溯源管段、可能排放行业以及具体排水户等,再结合稳定同位素法,厘清污染物的产生、输送及排放特性。本研究旨在为高效识别污染源位置、源强及排放过程提供基础支撑。

基于AHP-模糊综合评价法的城市排水管网状态和运行效能评价—以淮安市淮安区为例
王俊岭, 熊玉华, 张现国, 邓玉莲
2022, 12(4): 1162-1169. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210350
摘要(620) HTML (261) PDF(1187KB)(67)
摘要:

掌握排水管网的建设状态及运行状况,有利于有针对性地制定排水管网养护与修复决策。构建了基于服务性能、建设状态、维护管理的包含14项指标的城市排水管网状态和运行效能评价指标体系,并结合层次分析法(AHP)-模糊综合评价法,对淮安市淮安区管网的状态和运行效能进行了综合评价。结果表明:影响淮安区排水管网状态和运行效能的因素主要为生活污水集中收集率、雨污分流比、污水处理率和管网维护水平,这4项指标权重之和大于另外10项指标的权重之和;淮安区排水管网综合评价水平为中等偏上,其中排水管网的服务性能以及维护管理处于中等偏上水平,建设状态处于中等偏下水平。结合淮安区管网普查的结果,提出在日后的管网维护工作中,应重点开展管网病害和管道缺陷治理

海绵型雨水口初期雨水截污能力优化研究
廖晓数, 吴志权, 朱成煜, 林冰, 苏君豪, 张倩, 仇玥
2022, 12(4): 1170-1176. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210597
摘要(366) HTML (237) PDF(1431KB)(23)
摘要:

选用装配式选配截污型雨水口,以土工布、不锈钢筛网和5种不同填料作为过滤模块,配置人工模拟雨水用于试验,研究其在不同截污装置下对初期雨水中悬浮物(SS)、化学需氧量(COD)、氨氮(NH4 +-N)、总氮(TN)和总磷(TP)等污染物的去除效果,测试其对初期雨水径流污染的削减能力,并综合评价其在实际工程运用中的可行性与经济性。结果表明:在土工布、不锈钢筛网过滤模块中,土工布对SS有较好的去除效果,不锈钢筛网则需将孔径降至0.074 mm时才对SS有较明显的去除效果,但二者对COD、NH4 +-N、TN和TP的去除效果均较差;以高炉灰焦粒、活化沸石、椰壳生物炭、陶粒、活性炭作为滤料的5种过滤模块均能有效提高初期雨水中COD、NH4 +-N、TN和TP的去除效果;其中陶粒在达到理想的脱氮除磷效果的同时,也可实现较好的SS和COD去除效果,使用年限与其他过滤模块相差不大,且售价(5~13元/kg)略低于其他过滤模块。

菌藻共生系统净化污水处理厂尾水的条件探究与优化
贾晓彤, 何小娟, 封吉猛, 沈剑, 王欣泽
2022, 12(4): 1177-1184. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210215
摘要(410) HTML (243) PDF(19096KB)(76)
摘要:

城镇污水处理厂尾水排入水体后,尾水中的氮、磷仍易引起受纳水体富营养化问题,开展尾水深度处理以进一步去除氮、磷营养物质具有现实意义。通过试验研究了不同菌藻共培养对氮、磷的去除效果,筛选出优势菌藻组合,采用响应面法研究了通气量、光波长、细菌接种量对氮、磷去除效果的交互影响,提出最优参数组合,并建立菌藻共生系统,进行验证试验。结果表明:不同菌藻组合中,蛋白核小球藻-地衣芽胞杆菌-恶臭假单胞菌共培养组对TN、TP的去除效果较好;此菌藻共生系统在蓝光、通气量为1.8 L/min及细菌接种量为20%(体积比)条件下,TN去除率最大可达93.7%,1 d 后TP基本上完全被去除;在蓝光、通气量为2.0 L/min及细菌接种量为5%条件下,2 d后氮去除率可达98.4%;在红光、通气量为2.0~3.0 L/min及细菌接种量为10%~20%条件下,2 d后氨氮可完全被去除。菌藻共生系统对氮、磷去除效果的最优参数组合为蓝光、通气量为1.8 L/min及细菌接种量为20%,最优参数组合验证的结果与预测值相符,系统出水符合GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类水质标准,可为菌藻共生系统的实际应用提供理论基础。

城市污水处理厂微生物气溶胶逸散特性研究进展
康心悦, 刘建伟
2022, 12(4): 1185-1193. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210309
摘要(396) HTML (189) PDF(573KB)(44)
摘要:

为全面理解城市污水处理厂微生物气溶胶的逸散特性,系统阐述了国内外城市污水处理厂微生物气溶胶的研究进展。城市污水处理厂中涉及机械推流和曝气搅拌的处理设施包括格栅间、沉砂池、曝气池和污泥脱水车间等是微生物气溶胶的主要来源,微生物气溶胶的粒径主要分布在小于4.7 µm的可吸入范围内。不同污水处理设施处微生物气溶胶的种群结构存在差异,AcinetobacterEnterobacterArcobacterPseudomonasEscherichia coli是污水处理设施微生物气溶胶中常见的潜在致病菌菌属,能够通过黏膜、损伤的皮肤、消化道和呼吸道侵入机体,威胁人体健康。城市污水处理厂微生物气溶胶的逸散特性受污水处理工艺类型、曝气类型和速率、进水水质、温度和相对湿度、风速和风向、太阳辐射以及季节等多种因素的影响。

缓释碳源填充管式生物反应装置强化脱氮性能及其微生物分布特征
崔贺
2022, 12(4): 1194-1202. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210589
摘要(332) HTML (194) PDF(11753KB)(21)
摘要:

为研究缓释碳源填充管式生物反应装置(TBD)对不同氮组分生活污水的脱氮性能及机理,考察中试规模的TBD在3种不同溶解氧(DO)、氨氮(NH4 +-N)及硝氮(NO3 -N)浓度工况下的实际运行效果,同时监测TBD沿程的DO浓度、碳氮比(C/N)、碳源等环境因子变化情况,并在运行期末对TBD的管内基质进行16S rRNA多样性高通量测序。结果表明:3种工况条件下TBD对污水中NH4 +-N、NO3 -N和总氮(TN)的去除率均达90%以上,TBD具有良好的脱氮性能;缓释碳源有助于TBD沿程C/N的增加,且TBD出水CODCr始终低于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类水质标准限值,表明TBD在强化脱氮的同时不会产生有机质过量排放问题。此外,TBD中DO浓度沿程递减,形成了好氧-缺氧沿程分布的特征,且该特征促进了好氧反硝化-缺氧反硝化菌属在TBD的沿程分布。

表征微滤膜过滤性能的膜堵塞模型演变及其新模型理念
王亚军, 李金守, 常莺娜
2022, 12(4): 1203-1209. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210498
摘要(403) HTML (241) PDF(502KB)(45)
摘要:

为探究膜过滤过程中污染物迁移/沉积规律,推出一组符合实际过滤过程的数学模型,通过整合已有数学模型并分析其各自和共同的局限性,结合各类已有研究方法建立思路提出“非稳态膜堵塞模型拟合试验方法”理念,旨在深入剖析膜过滤过程中不同时间污染物在膜组件内部不同空间的分布状态,实现膜过滤过程及膜堵塞机理的全过程连续性研究,从而更加有针对性地解决膜组件内部不同截留层上污染物沉积问题,与此同时,提出模型优化技术为模型建立及精细化提供理论依据。

赤泥淋滤液特征污染物在饱和砂土中的运移规律研究
王俊萍, 齐跃明, 马仪鹏, 马超, 邵光宇, 池玉花, 兰璇
2022, 12(4): 1210-1216. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210257
摘要(234) HTML (164) PDF(1772KB)(7)
摘要:

为揭示赤泥对地下水的污染机理,防控其污染,对中国北方某炼铝厂赤泥堆场所取淋滤液进行水质分析,识别出严重超标特征污染物F、SO4 2−、Al3+,通过一维砂柱试验研究了其在饱和中砂、细砂、粉砂3种介质中的运移规律。结果表明:特征污染物在砂柱中运移距离越大,其浓度越小;砂粒粒径越小,渗透系数越小,对特征污染物的截留能力越强,特征污染物在砂柱中完全穿透时间也越长。运用Hydrus-1D软件对3种特征污染物在饱和砂土中的运移过程进行模拟,得出在3种介质中弥散度(α)分别为1.76、0.95、0.58 cm,3种介质中F的溶质反应参数KdNu分别为2.10、1.00、4.10 mg/mL和24、28、30 mL/mg,SO4 2−KdNu分别为1.78、0.99、5.00 mg/mL和12、20、32 mL/mg,Al3+KdNu分别为1.44、1.65、4.44 mg/mL和18、17、45 mL/mg,呈现介质颗粒越细,Kd越大(吸附能力越强),Nu越大(吸附速度越快)的特征。为防止赤泥污染,根据经济适用、取材方便的原则,建议选用粉砂土或颗粒更细的黏土作为污染防渗层。

一种新型水处理剂合成及其对阴离子污染物的选择性去除
张志超, 段亮
2022, 12(4): 1217-1225. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210513
摘要(255) HTML (133) PDF(15681KB)(26)
摘要:

通过键合法合成了一种新型水处理剂—氯甲基聚苯乙烯树脂固载的功能化离子液体〔PS-CH2-(CH2)16Im〕,选取Cr(Ⅵ)和甲基橙(MO)为模型阴离子污染物,采用静态与动态柱试验对其选择性去除水中阴离子污染物的性能进行系统研究。结果表明,PS-CH2-(CH2)16Im对阴离子污染物选择性吸附性能良好,30 min可达吸附平衡,对Cr(Ⅵ)与MO的静态最大吸附量分别为90.9和62.8 mg/g,可有效去除低至0.004 mg/L的Cr(Ⅵ)。PS-CH2-(CH2)16Im易于再生,5次重复使用后吸附性能无显著降低。通过测定缔合常数,明确PS-CH2-(CH2)16Im对阴离子污染物的吸附机理为离子缔合作用。

土壤与固废污染控制与管理
基于GIS的上海市不同功能区土壤重金属污染评价及健康风险评估
张施阳
2022, 12(4): 1226-1236. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210278
摘要(452) HTML (370) PDF(1635KB)(80)
摘要:

为探明上海市土壤重金属污染水平,对上海市公园、交通、教育、居住、企业和农田6个功能区70个表层土壤样品中的8种重金属浓度进行测定,采用污染指数评价法和健康风险模型对不同功能区的重金属污染水平和人体暴露风险进行评估,并在GIS支持下对土壤重金属空间分布格局进行分析。结果表明:土壤中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn浓度平均值分别为8.03、0.22、62.73、35.52、0.19、33.67、29.54和116.78 mg/kg,Cd、Cu、Hg、Pb和Zn浓度超过上海市土壤背景值,其中Hg、Cd、Pb富集现象明显,浓度高值集中于中心城区;10%采样点呈现重度污染,15.7%采样点为中度污染,污染指数较高区域主要位于市区、西部以及东北部郊区;从不同功能区来看,交通区和企业区分别达重度和中度污染,且Cu、Hg、Cd等污染指数较高。人体健康风险评估结果显示:各功能区总致癌风险依次为企业区>交通区>居住区>农田区>教育区>公园区,其中As为致癌风险的主要贡献元素,高风险区域集中于市区及南部郊区;总非致癌风险依次为居住区>农田区>教育区>交通区>企业区>公园区,As、Pb、Ni是影响非致癌风险的主要污染物,超风险点位位于偏东部区域。研究显示,城市土壤重金属在不同的污染评价方式下,会表现出差异化的空间分布特征,且各功能区相对污染程度存在一定区别。

废纸再生过程综合效能评估研究
刘雪敏, 马强, 王宏伟, 高学鸿, 黄国忠, 司念朋
2022, 12(4): 1237-1244. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210510
摘要(268) HTML (144) PDF(1849KB)(13)
摘要:

废纸再生已成为当下解决传统制浆造纸原料匮乏问题的主要途径和趋势,为分析废纸再生过程综合效能水平,提出一种包含多指标的废纸再生综合效能评估模型。从物质流与能量流2个角度对废纸再生过程进行分析,选取5个定量评估指标,构建一套废纸再生综合效能评估指标体系。基于博弈论组合赋权理论,将主、客观权重优化组合得到评估指标最优组合权重,并基于物元模型建立废纸再生综合效能评估模型。通过评估模型对9家企业废纸再生过程进行实例计算,得到各企业综合效能等级,结果显示有2家企业处于高水平,3家企业处于较高水平,4家企业处于差水平。模型计算结果可以体现企业综合效能水平的相对高低和各企业的提升方向。

锌冶炼用氧化锌富集物再生综合效益评价
向治锦, 张庆, 吕庆, 黄国忠, 高学鸿, 司念朋
2022, 12(4): 1245-1252. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210441
摘要(283) HTML (162) PDF(8360KB)(14)
摘要:

针对锌冶炼用氧化锌富集物的再生效益进行评估,对推动锌再生资源利用的合理规划,支持环境管理的科学决策具有重要意义。以国内企业的调研结果为依据,建立包括经济效益、资源效益、环境效益和社会效益4个层面影响因素的氧化锌富集物再生综合效益评价指标体系;运用层次分析法(AHP)和基于指标相关性的权重确定方法(CRITIC)对指标进行组合赋权,再对采用黄金分割法划分的标准云进行修正,进而构建基于组合赋权-云模型的综合效益评价模型,并对江西某铅锌金属公司进行实例评价。结果表明:该企业氧化锌富集物再生制锌的综合效益水平较高,一级指标中资源效益水平高,环境、社会和经济效益水平较高,且环境效益和社会效益的评价结果不确定性更大。所得结果兼顾评价过程中的模糊性和随机性,提供了更加全面的锌冶炼用氧化锌富集物再生效益评价信息。

芬顿调理对含铅工业污泥电渗透脱水减量效果的影响
吕航, 李佳旭, 黄烨, 熊巧, 吴旭
2022, 12(4): 1253-1258. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210390
摘要(219) HTML (136) PDF(8625KB)(13)
摘要:

针对铅酸电池厂含铅工业污泥难以脱水减量的问题,利用污泥中存在的Fe2+进行芬顿调理预处理,探究H2O2添加量对后续污泥电渗透脱水减量化效果的影响。结果表明:芬顿调理预处理会打破污泥中部分絮体,使污泥黏度由18.0 mPa·s降至4.7 mPa·s,污泥中部分无机离子在脱水过程中从污泥固相体系进入滤液中,造成后续电渗透脱水剩余泥饼的含水率由82.72%降至69.34%,挥发性悬浮物含量增加约30%。相对于原始污泥直接进行脱水,采用优化的H2O2添加量调理污泥可促进后续的污泥电渗透脱水减量66.20%,同时污泥干基中铅含量由265.2 g/kg提高到453.6 g/kg,这有利于污泥的后续资源化利用或无害化填埋处理。

废液晶面板铟浸出调控研究
李晓晗, 王艺博, 阮久莉, 李妍林, 张建强, 郭玉文
2022, 12(4): 1259-1263. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210211
摘要(229) HTML (122) PDF(5291KB)(26)
摘要:

作为一种稀散金属,铟在地壳中储存量少,废液晶显示器中的铟极具资源价值,开展废液晶面板铟高效浸出与杂质离子同步转移控制研究对于优化铟再生工艺有重要参考价值。以废液晶面板为试验材料,以硫酸为浸提剂,研究了硫酸浓度、浸出时间、液固比、反应温度对铟及铁、铝、硅浸出率的影响。结果表明:硫酸浓度对铟及铁、铝、硅浸出率的影响较大,控制适当的硫酸浓度可有效抑制杂质元素浸出,适当延长浸出时间有利于铟浸出,且对铁、铝、硅浸出的影响不大;铟浸提最优条件,硫酸浓度为15%,浸出时间为5 h,液固比为10,反应温度为20 ℃,该条件下铟浸出率达到98%。

环境风险评估与管理
黄河流域山西矿区自然资本占用动态评估及驱动机制
蒋毓琪, 杨怡康, 朱少英
2022, 12(4): 1264-1271. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210327
摘要(339) HTML (132) PDF(5221KB)(13)
摘要:

自然资本是经济社会绿色可持续发展的必要保障,对其进行评估是维持区域生态系统平衡的重要内容。以矿区自然资本为视角,运用三维生态足迹模型,测算黄河流域山西矿区生态足迹深度与广度并分析其变化特征,进一步阐释矿区生态占用动态演变的作用机理。结果表明:黄河流域山西矿区人均生态赤字由2010年的4.40 hm2/人增至2016年的6.31 hm2/人,随后降至2019年的5.02 hm2/人,生态足迹与生态承载力的差距总体趋于缩小。2010—2019年,人均生态足迹广度大致呈递减趋势,由0.63 hm2/人降到0.47 hm2/人,而人均生态足迹深度呈现出先增后减的倒U型变化趋势。黄河流域山西矿区自然资本时空动态演变过程的驱动机制是由生态环境供给、资源禀赋、社会发展、经济增长、能源损耗以及煤炭污染等诸多因素共同作用的结果。其中,煤炭污染、能源损耗、资源禀赋和经济增长中的第二产业增加值与矿区自然资本占用动态演变呈正相关,生态环境供给、社会发展中的环境规制指数与其呈负相关。总之,黄河流域山西矿区生态足迹与生态承载力的差距趋于缩小,但生态占用赤字仍然存在。

雄安新区社会经济承载力评价指标体系构建与应用
王秦
2022, 12(4): 1272-1279. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210440
摘要(209) HTML (214) PDF(1284KB)(26)
摘要:

通过分析雄安新区经济与社会发展状况,遵循“推广绿色低碳的生产生活方式”的新区规划与建设要求,选择经济发展、绿色生产、社会发展与绿色生活4个维度,运用相关性分析与主成分分析的定量方法,提炼出人均GDP、万元GDP水耗、城镇化率、地热资源取暖覆盖率等27个社会经济承载状况的主要特征指标,构建符合区域特征、能够反映社会经济系统之间协调发展程度的雄安新区社会经济承载力评价指标体系,并运用该指标体系对2014—2018年雄安新区的社会经济承载力进行评价。结果表明:雄安新区的社会经济承载力呈现稳步增长趋势,年均增长率为12.81%,尤其是2016年后新区提升了经济建设与社会发展速度,2017年加大了绿色生产与绿色生活的投资力度,使得2018年新区社会经济承载力明显增强,较2016年、2017年分别高37.66%、25.01%。提出了持续优化调整产业结构,形成绿色生产方式,加大环境治理与生态修复力度,推广绿色生活方式的社会经济承载力提升对策,以期为雄安新区社会经济的可持续发展提供参考。

甘肃省经济发展与生态环境保护耦合协调关系研究
薛婧, 白璐, 武琛昊, 满贺诚, 孙启宏, 谢明辉
2022, 12(4): 1280-1287. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210303
摘要(486) HTML (314) PDF(7784KB)(76)
摘要:

为了对经济发展与生态环境保护的耦合协调程度做出评价,以甘肃省为例,运用综合发展评价模型和耦合协调度模型对经济系统与环境系统耦合协调关系进行研究,从时间和空间上对省级及其下辖的14市(州)2011—2019年经济与环境耦合协调状况进行分析。结果表明:1)甘肃省综合发展水平逐年提升,经济与环境耦合协调度由0.005 5升至0.911 0,耦合协调水平总体处于上升趋势,并在2017年实现良好耦合协调,且经济发展与生态环境保护实现同步;2)14市(州)经济与环境综合发展水平呈上升趋势,部分市(州)在2016年和2018年出现波动,酒泉、兰州等综合发展水平较高,甘南、定西等综合发展水平较低;3)14市(州)经济与环境耦合协调程度在时间上于2016年全部脱离失调衰退进入耦合协调期,从空间上表现为中部最优、北部次之、南部略差。

多情景分析的农业面源污染关键源区识别软件开发及应用
覃苑, 胡海棠, 淮贺举, 李存军, 张巧玲, 杨铁利, 王佳宇
2022, 12(4): 1288-1297. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210254
摘要(433) HTML (236) PDF(3477KB)(52)
摘要:

为解决农业面源污染关键源区识别过程中情景单一、数据量大、涉及环节多,以及模型复杂、操作繁琐和治理效果不明确等问题,采用GIS技术结合InVEST的产水量与营养物传输率模型,构建可进行农业面污染关键源区识别与治理模拟的信息系统。设计了基于入河负荷、潜在径流浓度、负荷与产水量比值3种不同情景下的关键源区识别功能,模拟了3种情景下关键源区的分布状况;整合了InVEST的产水量、营养物传输率和流失负荷等模型;设计了面源污染关键源区治理模拟功能,可直观展示3种情景下识别出的关键源区的治理效果;并以海河流域为例,应用该软件对农田总氮(TN)面源关键源区进行了识别和模拟治理。结果表明:1)基于入河负荷情景下识别出的关键源区较为分散,分布在除永定河与子牙河水系外的大部分水系;基于潜在径流浓度情景下的关键源区分布较为集中,多分布在流域中部至南部,其余分布在东南部;基于负荷与产水量比值情景下识别出的关键源区分布高度集中,分布在流域中部至南部。2)基于潜在径流浓度、负荷与产水量比值情景在TN、总磷(TP)模拟治理中的效果接近,且明显优于基于入河负荷情景;结合软件中设定的基于入河负荷、潜在径流浓度、负荷与产水量比值3种情景进行分析,能降低复杂地理环境带来的影响,提高面源污染关键源区的识别效率,提升面源污染关键源区治理决策的科学性,具有实用性。

微纳米气泡相关研究与应用专栏
固液界面纳米气层研究进展
方衡鑫, 胡钧, 张立娟
2022, 12(4): 1298-1309. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220252
摘要(286) HTML (356) PDF(36826KB)(82)
摘要:

纳米气层是一种存在于固液界面上的准二维纳米结构的气态聚集体,科学家历经10多年的研究,其至今仍存在许多未解之谜。基于现有的研究成果,对纳米气层研究的主要问题及重要进展进行梳理与概述,主要介绍了纳米气层的基本性质,论述了纳米气层与纳米气泡的结构关系以及共存系统的动态平衡过程,归纳了该领域最新前沿研究所关注的重要科学谜题与主要挑战,如纳米气层的气相真实性、稳定性、结构有序性及气层的高效制备等问题,并提出了一些解决思路。在展现纳米气层过往研究历程的同时,也展望了未来纳米气层技术在一些重要界面反应中的可能应用。

体相纳米气泡的消除与尺寸调控研究进展
张睿毅, 陈岚, 葛广路
2022, 12(4): 1310-1316. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210853
摘要(375) HTML (268) PDF(1766KB)(75)
摘要:

不同方法发生的体相纳米气泡尺寸与数量浓度相差悬殊。气泡尺寸的多分散性及数量浓度的本征差异性给体相纳米气泡的性能研究及效能比较带来了不便,同时也不利于纳米气泡技术的标准化、产业化。因此,体相纳米气泡尺寸及数量浓度的调控十分重要。对近年来体相纳米气泡尺寸和数量浓度的调控技术进行了总结及综合评估。主要分析对比了循环均化法、微流控技术和膜技术等尺寸调控方法与冻融去除法、超声消减法等数量浓度调控方法的优劣,从可调控性、设备依赖性、工艺难易度、可拓展性及成本等方面对各方法进行了评估,并结合本课题组已发表研究成果对体相纳米气泡的尺寸和数量浓度调控提出新的认识与思路,以期为深入了解纳米气泡的尺寸效应和超常稳定机制以及体相纳米气泡定量分析与应用,特别是与尺寸相关的性质、效应和应用提供新思考。

基于臭氧微纳米气泡的O3-H2O2体系降解有机污染物的效能与影响因素
程莹, 臧纪, 宋骏杰, 李伟平, 刘桂建
2022, 12(4): 1317-1323. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220194
摘要(417) HTML (320) PDF(1977KB)(61)
摘要:

针对传统臭氧氧化技术传质效率低和易产生消毒副产物的问题,采用臭氧微纳米气泡联合H2O2氧化体系提高传质效率,增加氧化能力及减少消毒副产物的产生。通过试验模拟研究了臭氧速率、H2O2浓度、地下水常见地球化学参数对2-氯酚降解效果的影响,并研究了O3-H2O2体系对典型环境污染物的降解效果。结果表明:臭氧速率在40 mg/min时,臭氧利用率最高;H2O2浓度为0.5 mmol/L、pH为9时,O3-H2O2体系对2-氯酚的降解效果最佳;Cl、CO3 2−/HCO3 、天然有机质的存在对O3-H2O2体系均具有抑制作用;O3-H2O2体系对抗生素类、氯酚类、氯代烃、含硝基类有机物4类典型的环境污染物都具有较好的降解效果。

微纳米气泡特性及在土壤环境改善中的应用
黄青, 刘爱荣, 张立娟
2022, 12(4): 1324-1332. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210874
摘要(751) HTML (433) PDF(11601KB)(147)
摘要:

微纳米气泡由于其独特的物理化学特性,如超高稳定性、易于产生自由基和高的传质效率等,引起国内外学者的广泛关注。近年来,微纳米气泡技术作为一种新兴的高效技术手段,被广泛应用于水产养殖、农业种植、浮选、水处理等方面,而在改善土壤方面的应用相对较少。基于微纳米气泡改善土壤已有研究成果,对微纳米气泡的基本性质,国内外研究进展及应用进行了综述与探讨,初步明晰了微纳米气泡在土壤改善过程中的作用效果,包括可以增强土壤通透性,有效去除水体中的有机和金属污染物质,改变微生物团簇结构,降低矿物沉积能力等,以期为后续微纳米气泡改善土壤环境的研究带来一定的启发。

高盐有机废水真空膜蒸馏处理中膜污染的微纳米气泡控制研究
黄超, 刘倪佺, 叶宇兵, 徐晨翱, 李攀, 于水利
2022, 12(4): 1333-1341. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220100
摘要(311) HTML (214) PDF(26433KB)(42)
摘要:

为探究真空膜蒸馏处理高盐废水过程中有机物和盐类对膜污染的贡献以及微纳米气泡对不同类型膜污染的控制作用,选取腐殖酸、牛血清蛋白、海藻酸钠为典型有机污染物代表,分别考察单一有机物、有机物与盐共存对膜污染的影响以及采用微纳米气泡曝气对上述情况产生的膜污染的控制作用。结果表明:3种有机物中,海藻酸钠造成的膜污染最严重,当海藻酸钠浓度为100 mg/L时,真空膜蒸馏系统运行7 h后,相对膜通量降至67.07%;腐殖酸与盐共存造成的复合污染最严重,当进料液腐殖酸浓度分别为10、50和100 mg/L时,系统运行7 h后,相对膜通量分别降至36.33%、33.15%和20.59%;3种有机物与盐共存时,造成的膜污染比单一有机物与盐共存时更严重;微纳米气泡可以有效控制有机物与盐共存时对真空膜蒸馏系统造成的复合污染。

氧气微纳米气泡在地下水原位修复中的应用研究
元妙新, 占升, 张欣, 范占煌, 徐华锺, 陈欢, 魏宇琦
2022, 12(4): 1342-1349. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220421
摘要(285) HTML (449) PDF(3049KB)(57)
摘要:

微纳米气泡具有气泡粒径小、比表面积大、溶解氧浓度高、在水中停留时间长、传质效率高等特性,因而在地下水有机物污染原位修复领域具有很好的应用前景。选择南方某简易垃圾填埋场作为试验场地,采用微纳米气泡制备-注射一体化装置,研究抽提协同、注射流量、注射持续时间等工艺条件对氧气微纳米气泡传质和地下水污染物降解修复效果的影响。结果表明:相对于普通空气曝气,氧气微纳米气泡在水体内溶解氧浓度峰值更高,持续作用时间更长,抽提作用可显著提高微纳米气泡传质效率,提升影响半径,强化污染物去除效果。多轮注射+抽提联用工艺条件下,注射影响半径可达到4 m,COD去除率达96.1%,NH3-N去除率达92.4%,但注射停止后存在一定的反弹现象。

文丘里串联结构气泡发生器气液混合和发泡特性试验
郭云霞, 蔡小垒, 李爽, 邢宇涵
2022, 12(4): 1350-1358. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210873
摘要(782) HTML (355) PDF(16028KB)(121)
摘要:

高效紧凑型微细气泡发生技术和粒径调控技术是微细气泡技术大规模工业应用的前提和基础。通过CFD数值模拟手段和试验测试手段测试两级文丘里串联结构气泡发生器内气液两相混合发泡特性,并利用响应曲面法对关键结构参数进行了优化设计和交互影响分析。结果表明:对两级文丘里串联结构气泡发生器成泡粒径影响最大的参数主要是二级喉管管径,其次为一级喉管管径和二级扩张角,一级扩张角的影响最小。相同工况条件下,单级文丘里管气泡发生器所生成的气泡群中位粒径为543.64 μm,粒径小于100 μm的微细气泡数量占比为8.6%;两级文丘里管串联气泡发生器所生成的气泡中位粒径为515.99 μm,微细气泡数量占比提升至12.1%。因此,可以通过控制水流流量和改变文丘里串联数量实现气泡粒径从毫米级别到微米级别的调控。