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[硕士论文] 梁四幺
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:大气污染是我国急需解决的环境问题之一,对其分析与预测是“打赢蓝天保卫战”的重要环节,是大气环境治理成效的检验,亦是为了更加精准的对重污染区域、易发生污染时间段进行有效防治。
  本文主要采用逐日空气污染指数(Air Pollution Index,API)数据,以南京市为例,对其API进行分析与预测。在分析上:首先采用小波分析和直观统计的方法对2001~2010年间API进行月变化分析;其次以季节为周期对该市API变化规律进行统计分析;然后采用模糊综合评价的方法对10年间空气质量进行评判并得出API的年际变化规律;并采用Daniel趋势检验法分别对API在月、季、年周期上进行趋势分析。通过分析得出API的变化规律,由其中季节性规律得出API随季节性变化不同,因此,API预测需要分别建立春、夏、秋、冬四季的预测模型。在预测上:以BP神经网络预测模型为基础,渐进式的进行优化,以改进API在骤然升高或降低时段的预测精度。首先用果蝇算法(Fruit Fly Optimization Algorithm,FOA)对BP网络进行优化建立新的模型——FOA-BP模型。其次对该市各季节数据分别小波分解,然后对单支重构后的子序列分别配置合适的预测模型(BP网络和FOA-BP网络),将子序列预测后经权值计算进行重构,则重构后的序列即需要预测的API序列。
  论文研究结论:(1)10年间南京市API在l、3、5、12月份出现峰值的概率较大,API低值主要体现在7、8月份。在每年的冬春季API波动较大,空气质量较差,而夏季空气质量最好。API月均值直观统计分析中,6、7、8月份API月均值呈递减趋势,9、10、11月份月均值又呈现递增趋势,得出API月均值的夏秋季节规律性相对冬春季较强。经Daniel趋势检验分析出,1~11月份API月均值有下降趋势,其中1、3、4、7、8、9月份下降趋势显著,12月份API月均值有上升趋势,但是趋势变化无显著性。(2)各季节API均值整体呈现春季API最高,夏季API最低,而秋冬季介于两者之间。在统计空气质量等级天数中得出,秋季空气无污染的天数大于冬季,而空气污染的天数小于冬季,秋季空气质量又比冬季好。经过空气质量等级天数的Daniel趋势检验,四季空气污染状况均得到一定的改善,春、夏季API趋势下降明显,秋、冬季API虽然下降但显著性不强。(3)经过模糊综合评价后,间接得出10年间南京市API年际变化情况:2002年>(高于)2001年>2004年>2006年>2005年>2007年>2003年>2008年>2010年>2009年。该市空气质量朝着越来越好的趋势发展,并且趋势变化显著。(4)经过四种预测模型分别对南京市春、夏、秋、冬四季进行预测,预测均方误差均是小波FOA-BP网络模型<小波-BP网络模型<FOA网络模型<BP神经网络模型,四季的预测准确率均是小波-FOA-BP网络模型>小波-BP网络模型>FOA网络模型>BP神经网络模型。小波-FOA-BP网络最适合做南京市四季的API预测,预测准确率分别达到:70.96%、93.9%、95.4%、91.8%,并且在API骤然升高或降低时段预测精度也很高。
[硕士论文] 韩璞
测绘工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:生物质燃料燃烧排放的污染气体对区域空气质量产生了重要影响。近年来,由于秸秆焚烧导致的雾霾事件越来越频繁。其所排放的大气污染物不仅会影响本地空气质量,而且经过远距离大气输送以及特定的天气条件下,还会导致周边省市空气质量恶化进而发生雾霾污染事件。
  本文综合利用遥感技术、卫星遥感火点提取方法、历史气象观测资料和NCEP再分析资料以及后向轨迹模式,重点分析了何种气象条件使河南省秸秆焚烧产生的大气污染物远距离输送到达石家庄市时,把该污染物转化为雾霾天气。对2014年10月6日-12日河南省秸秆焚烧产生的污染物导致石家庄市雾霾事件进行详细分析。具体结果表明:
  (1)利用遥感技术提取出的火点并非都是秸秆焚烧火点。本文利用MOD14火点数据产品提取出的河南省地面火点与利用影像提取出的河南省耕地空间分布信息进行叠加,排除了固定热源和误判点,准确地提取出秸秆焚烧火点。
  (2)秸秆焚烧火点产生的大气污染物会导致空气质量的恶化,在特定的气象条件下能够通过远距离扩散,为周边省市提供大气污染源。使用遥感技术即MODIS火点产品数据进行河南省地面火点的提取,再利用遥感影像提取出河南省耕地空间分布信息,使地面火点信息与耕地空间分布信息矢量叠加进一步提取出秸秆焚烧火点,制作成秸秆焚烧火点专题地图。利用提取出的火点数据与污染物传输轨迹进行检验和校正,验证污染污染物的来源,结果表明此次石家庄市的发生雾霾天气的污染物来源之一为河南省的秸秆焚烧所产生的大气污染物。
  (3)河南省秸秆焚烧产生的细微颗粒物在偏南风作用下向京津冀地区输送,到达石家庄时,在特定的气象背景下,即相对湿度较高,平均达到70%以上,静小风以及均场压的分布、较为平稳的高空形势,较低的混合层高度等不利于污染物的及时扩散,是此次石家庄市雾霾污染的主要原因。
[硕士论文] 陈勇
建筑与土木工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:受到早期技术和条件的限制,中国有部分城市的生活垃圾未经卫生填埋、随意堆放,因此产生了一些永久性或者临时性垃圾堆放场地。密集堆放的垃圾生成淋滤液并下渗造成地基土被污染。近年来随着城市化进程的加快,建设用地日益紧张,大量污染土场地再利用不断出现,与之相关的岩土工程问题也引起了学者们的关注,其中,受污染前后土的宏微观特性变化规律以及污染机理是基础性课题。目前国内外针对污染土物理力学特性的试验研究主要关注土体受污染后物理力学的变化,而较少结合宏微观双尺度的方式对软弱土受污染前后的土性变化规律及机理进行理论研究。本文以宁波地区典型软弱土为研究对象,通过分析城市生活垃圾淋滤液的成分,选择NaOH、H2SO4、FeCl3、Zn(NO3)2共四种常见的污染物,采用在不同浓度污染液中浸泡至一定时间的方法制备污染土,然后通过一系列污染土物理力学性质试验和微结构测试,分析了污染土性质的变化规律以及污染机理。研究将为今后城市生活垃圾堆场下受污染软弱土场地勘察以及再利用的奠定工作基础。
  具体的研究内容以及获得的结论如下:
  (1)通过X射线荧光(XRF)以及扫描电镜(SEM)测试,对比分析了污染土与原状土的物质成分以及微结构特征。分析表明,污染土主要发生复合类腐蚀,其孔隙比、等效直径随污染液浓度升高而增加,丰度则反之;土体破坏后原有的结构变得越来越不规则,其中酸污染土的物质成分以及微结构变化均为最大。
  (2)通过污染土的物理性质试验,对比分析了污染土与原状土的物理性质指标。研究表明,污染土的含水率、土粒相对密度、液塑限以及塑性指数等指标均会随着污染液浓度的改变而改变。
  (3)通过变水头试验,对比分析了污染土与原状土的渗透系数。结果表明,土体遭受腐蚀后渗透系数均增大,锌、碱污染土的渗透系数比原状土分别增大3.0-3.5倍和4.0倍。
  (4)通过直剪以及压缩试验,对比分析了污染土与原状土的抗剪强度以及压缩特性。分析表明,碱污染土有强化的趋势;锌、铁污染土变化趋势不明显;酸污染土有弱化的趋势。
  (5)针对以上试验结果,开展了污染土腐蚀机理分析。研究表明,引起土体物理力学性质变化的主要原因是土体与污染液发生复合反应,从而导致土体的物质成分、微结构、结合水膜等均发生变化,进而影响了土体的性质。
  (6)基于上述研究,建立了污染土抗剪强度-液性指数、压缩指数-塑性指数、抗剪强度-污染液浓度以及土体孔隙比-污染液浓度-固结压力之间的关系函数,从而可以预测在实际工程中土体受污染后的力学性质的变化情况。
[硕士论文] 李红艳
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着人口的增多,人们所居住的环境逐渐在发生变化,人类活动,导致城市气候发生变化,城市内出现了热岛效应和雾霾现象。为改善人类生活环境、提高生活质量,有必要对能够降低环境温度及改善空气质量的方法进行研究。
  本课题研究内容如下:
  (1)基于粉尘的类别及其运动形式,研究喷雾降尘机理;
  (2)基于光电检测技术,采用太阳能供电与市电供电相结合的方案,设计制造了基于光电检测的喷雾降温降尘设备;
  (3)依据喷雾降温降尘原理,在喷雾降温降尘设备上进行喷雾降温降尘试验;
  (4)进行喷雾降温降尘试验,研究喷雾降温降尘效果。研究发现:喷嘴孔径的变化对温度变化影响较大,温度为40℃时,喷头数量为7个、喷嘴孔径为2.0mm时降温效果最明显;温度为28℃时,喷嘴孔径和喷头数量对温度的影响相当,选用喷头数量为5个、喷嘴孔径为1.5mm的方案;温度为10℃时,喷嘴孔径和喷头数量的变化对温度无明显变化,故在温度低时不进行喷水处理。喷头孔径对喷雾后粉尘值变化影响较大,喷嘴孔径为0.8mm喷头数量为7个时降尘效果最好;因素为喷嘴孔径时的降尘效果由好至差排序为:0.8mm,0.5mm,1.5mm,2.0mm;因素为喷头数量时的降尘效果由好至差排序为:7个,5个,3个,1个;由此得出在喷嘴孔径为0.8mm时降尘效果明显,喷头数量越多降尘效果越好;且喷嘴孔径为0.5mm喷头数量为7个的降尘效果与喷嘴孔径为0.8mm喷头数量为3个时的降尘效果相同。
[硕士论文] 瞿思佳
地理学;地图学与地理信息系统 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:以变暖为特征的全球气候变化是人类目前面临的重大环境问题之一,温室气体中的甲烷增温潜势巨大,在应对气候变化中具有重要的作用,特别是废弃物领域的减排技术相对成熟,减排潜力大,因此在废弃物领域开展甲烷减排研究十分有必要,同时也具有重要的科学意义和实用价值。由于废弃物领域的甲烷主要由垃圾处理释放,本文基于构建的GIS-SD模型,对中国垃圾填埋场甲烷排放趋势及减排措施进行研究,首先,分析垃圾产生量的影响因子,并分析其地域性,揭示了甲烷排放的驱动力;其次,基于政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)推荐方法,估算不同垃圾处理方式的甲烷排放量,明确甲烷排放量的主要产生源;再其次,通过构建的GIS-SD模型,确定模型中的参数及参数间的关系,并根据不同的减排技术设定单一减排技术情景及综合减排技术情景,模拟全国垃圾填埋处理产生甲烷排放量的发展趋势与省域甲烷排放量的空间分布;最后,从减排途径和减排措施两方面来对填埋处理甲烷排放量减排提供建议。研究结果表明:
  (1)GDP、人口和建成区面积是全国垃圾产生量的主要影响因子,且各影响因子在地理分区和城市规模分区中显示出明显地地域性,而在气候带分区中地域性特点并不明显。在2001-2015年这15年间,市域垃圾产生量各数量级的标准差椭圆都呈现均衡扩张趋势,显示各城市的垃圾产生量都在逐渐增加,且市域填埋场、焚烧场和堆肥厂的标准差椭圆分别显示均衡扩张、集中微扩张与紧缩趋势,显示出填埋场仍是主要垃圾处理方式,焚烧场有普及前景,堆肥前景不明朗。
  (2)在全国尺度上,填埋、焚烧处理产生的甲烷排放量目前呈现持续增长的趋势,且填埋处理甲烷排放仍是目前垃圾处理的主要甲烷来源,堆肥处理产生的甲烷排放量整体呈现减小的趋势。在地理区域尺度上,填埋和焚烧产生甲烷排放的空间分布呈现东部较多,中部次之,西部较少的格局;而堆肥产生的甲烷排放量则在中部地区最大。在省域尺度上,各省通过填埋、焚烧产生的甲烷排放量都在持续增加,而目前越来越多的省不使用堆肥方式处理垃圾,但近几年也有少数省市以堆肥方式处理垃圾为主。
  (3)通过情景分析发现,在不应用任何减排技术的情况下,全国垃圾填埋处理甲烷排放量仍将呈现持续增长趋势,并且在模拟时间内,甲烷的排放量没有出现峰值。在应用单一减排技术和综合减排技术时,分类收集技术情景、回收处理技术情景及垃圾分类回收处理情景的填埋处理甲烷排放量在模拟时间内未出现峰值,而其它各减排情景的填埋处理甲烷排放量均出现峰值,且峰值点主要集中出现在2026-2029年。此外,综合减排技术情景的减排量相比单一减排技术情景而言明显大幅度增加,说明多技术协同减排的效果更好。就省域垃圾填埋处理甲烷排放量而言,应用减排技术后各省的甲烷排放量均有减少,且单一减排技术中的中部氧化技术的减排效果较好,综合减排技术中的前中期加强减排技术和全程强制减排技术的减排效果较好。
  (4)综合减排潜力与减排成本两方面来研究,针对全国甲烷排放量减排而言,两端加强减排技术是最优减排技术。并根据减排途径分析,认为单一的减排技术均有利有弊,只有多种减排技术搭配使用,才能彻底减少填埋处理甲烷排放量,实现尽早达到峰值的目标。
[硕士论文] 杨婷
环境工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:近些年来,焦岗湖大力发展旅游业和渔业养殖,导致湖体水质下降,区域湿地面积不断减少。本文通过对焦岗湖及其入湖水体污染特征进行研究分析,了解焦岗湖及其入湖水体污染现状,并对入湖水体及其周边采样区域进行空间相关性分析,了解周围沟渠对焦岗湖水体污染的影响,为其生态系统修复与保护提供数据基础。
  本研究通过2016年丰水期和2017年枯水期对焦岗湖入湖口水体进行采样分析,了解其重金属、氮磷、离子、叶绿素a、化学需氧量污染特征以及各种碳含量浓度水平,研究入湖水体目前的污染状况;通过平水期对焦岗湖入湖沟渠支流水样进行降雨前、后采集、分析与监测,了解焦岗湖周围沟渠支流对焦岗湖入湖水体水质污染的影响。通过研究,得出以下几点结论:
  1.焦岗湖入湖水体重金属含量较低,大部分点位水体重金属含量均达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中规定的Ⅰ类水标准,少数点位处于Ⅱ类水平;铁、锰含量在丰水期均高于地表水环境标准中规定的限值0.3mg/L和0.1mg/L,铁含量在枯水期也超过了该标准。焦岗湖入湖水体离子污染较小,离子含量波动不大,在水体中都比较稳定。氟离子维持在《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中规定的Ⅰ-Ⅲ类水平,氯离子和硫酸根离子浓度等都在地表水规定限值250mg/L以内;枯水期硝酸根离子和硫酸根离子浓度远高于丰水期。
  2.丰水期氮磷含量基本高于枯水期。丰水期各采样点总氮含量都超过了国家地表水Ⅲ类标准,大部分都处于Ⅳ类和Ⅴ类之间;枯水期各采样点水质略优于丰水期,除少数点位外,基本处于Ⅳ类水平。丰水期所有采样点位总磷含量均远远高于地表水Ⅴ类标准,而枯水期除有小半部分点位达到Ⅴ类水标准外,其他点位均为Ⅲ类或Ⅳ类水。
  3.枯水期叶绿素含量明显低于丰水期,基本维持在0.025mg/L左右,仅少数点位略高一点,而丰水期叶绿素含量较高,在0.049~0.219mg/L之间;所有点位化学需氧量均超过了20mg/L,水质基本维持在地表水Ⅳ类和Ⅴ类;总碳和总无机碳空间分布相似,无机碳占总碳含量的85%以上。
  4.焦岗湖入湖水体水质主要影响因素是氮磷营养盐,所有采样点位的丰水期营养水平均较枯水期高。丰水期焦岗湖入湖区域基本处于中度富营养化水平,而枯水期焦岗湖入湖区域基本处于轻度富营养化水平。丰水期时靠近湖中心的区域,富营养化程度要低于靠近入湖口区域,而枯水期时则正好相反。
  5.焦岗湖水体中氮含量总体维持在地表水Ⅳ类水平,其来源支流主要有:湖体西南方向的南中心沟、湖体东北方向的丁家沟及关沟。通过莫兰指数空间自相关分析可知,焦岗湖周围沟渠水体对湖体氮污染有较大影响,特别是降雨之后,这种影响作用更强。
  6.焦岗湖总体磷含量较高,总磷达到地表水Ⅴ类标准,污染主要来源于湖体水产养殖,除丁家沟和关沟外,其他支流贡献不大。和氮含量相似,通过莫兰指数空间自相关分析可以确定焦岗湖周围沟渠水体对湖体磷污染有一定加重作用,特别是降雨之后,这种影响作用更强。
  7.焦岗湖水体中的污染物主要来源于水产养殖污染、居民生活污染、畜禽养殖污染以及农业面源污染,工业废水污染较小;周围沟渠对焦岗湖污染产生较大影响,在进行焦岗湖生态保护时应特别注意控制外源污染进入湖体,从源头控制污染;入湖水体目前出现的主要问题是轻度富营养化,需对其采取一定的水体恢复与防治措施。
[硕士论文] 刘顺
环境工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:据统计,对全国295座的城市搜查中,其中218座城市被确定有黑臭水体存在,占比近74%,仅剩77座没有排查到黑臭水体。为了控制这一的态势,国务院制定了《水污染防治行动计划》(简称“水十条”),要求到2030年,对七大重点流域中水质控制中,水质优良比例需基本达到75%以上,城建区内黑臭水体基本得到消除。
  铜陵市翠湖兼具“河、湖”属性,因雨污分流不彻底而导致雨水与生活污水夹杂垃圾、淤泥、油污等直接排入翠湖,造成水体严重污染。本课题以铜陵市翠湖为研究对象,从城市河湖生态修复的角度出发,对铜陵翠湖实施截污、清淤、生态净化等工程,并对工程效果进行评价,为类似条件下的城市污染水体修复治理提供了借鉴。主要成果体现在以下四个方面。
  (1)以生态环境学和建设工程学的相关理论为基础,以生物-生态修复技术的集成为手段,通过工程实施与水环境质量监测,初步构建了符合翠湖水体污染特征的生态修复工程技术体系。该体系以生态净化为核心,综合运用各种修复手段协调治理,协同修复城市污染水体。
  (2)针对来自城市上游的外源污染,综合运用各种物理工程手段,包括机械拦污工程、环湖截污工程、高效的雨污水处理工程等;针对河湖本身的内源污染,构建了水生植物与水生动物相适应的生态体系;针对翠湖所处环境特点,营造了与景观相适应的清水型生态平衡体系。这些体系与技术可有效的去除污水中80%的悬浮固体和油污以及50%以上的COD和BOD,有效降低翠湖主体湖面NH3-N、TP、CODcr等指标浓度,最低含量分别达到1.39mg/L、0.189mg/L、8.5mg/L,同时提高了水中的溶解氧,最高含量达到6.36mg/L。此外,同一地点污染物去除效果呈现出TP>NH3-N>TN>高锰酸盐的规律,污染物去除效果显著。
  (3)利用多种水质评价方法对翠湖水质监测数据进行评价,结果表明:单因子指数法显示TN和CODcr等指标达到地表V类水标准;内梅罗指数法显示主体湖面属于轻度污染,部分地区甚至接近尚清洁等级;综合污染指数法显示主体湖面的综合污染指数稳定在1.7左右。总体情况为水质由原来的劣V类,变为地表水V类水质,另外,如部分地区的TP、CODcr和NH3-N等指标,可以达到地表水Ⅲ类标准。
  (4)实践结果表明,翠湖生态修复技术具有多重作用。首先能显著削减城市上游流入翠湖的污染物浓度,改善城市河、湖水质,具有净化水质的作用;其次是水生动植物培育以及微生物的投放,丰富了生物多样性,同时增强了生态系统的稳定性,具有良好的生态效应;此外,翠湖修复工程的实施,避免了老城区的大规模改造,社会经济效益明显。
[硕士论文] 庞宏波
土木工程;供热、供燃气、通风与空调工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:地铁颗粒物作为地铁环境中特殊的污染物,浓度水平更高,元素组成更复杂,对人体的毒害性更强,因此研究地铁颗粒物具有重要意义。本文将区间隧道作为主要研究范围,以地铁颗粒物为主要研究对象,针对目前地铁颗粒物研究存在的不足,首先从理论研究的角度出发,基于既有文献和实验结果,分析了地铁颗粒物的尘源,初步确定了地铁颗粒物在列车不同行驶阶段的发尘速率,建立了区间隧道内颗粒物质量浓度平衡方程;其次依据前人对地铁颗粒物的元素分析数据和浓度实测结果,按粒径确定了地铁颗粒物的真密度均值,基于气固两相流理论,详细分析了地铁颗粒物的受力情况;最后采用数值模拟的方法,运用DPM模型得到了列车在不同行驶阶段以不同车速运行时的地铁PM10模拟结果,重点讨论了地铁颗粒物的扩散情况和浓度分布,对比了不同阶段下颗粒在空调机组周围的浓度分布,以及颗粒的运动轨迹。通过本文的研究,主要得到以下结论:
  1、区间隧道环境主要受内部来源即磨损颗粒的影响,其尘源可以分为制动、轮轨和弓网磨损颗粒。列车运行需经历匀速行驶、制动初期和制动后期三个阶段,不同行驶阶段具有不同的内部尘源项组合和发尘量强度。
  2、地铁颗粒物的真密度值随粒径的不同而变化,地铁PM10、PM25和PM1的密度均值分别为4.043g/cm3、3.766g/cm3和2.562g/cm3。颗粒受力情况不能一概而论,对于地铁PM1,主要作用力仅考虑曳力和Brownian力;对于地铁PM25颗粒,主要作用力需要考虑曳力、Brownian力和重力;对于地铁PM10,主要作用力包括重力、曳力、Brownian力和Saffman力均不能忽略。
  3、不同内部尘源磨损颗粒具有不同的扩散形式和浓度值分布。弓网磨损颗粒以带状和椭圆块状的形式在隧道上部空间扩散,其在列车周围以及列车后方隧道内的浓度值分别都随着车速的降低而减小;轮轨和制动磨损颗粒以条状形式在隧道下部空间扩散,其上述区域内的混合浓度值分别都随着车速的降低而增大。
  4、不同行驶阶段下,区间隧道各截面具有不同的颗粒浓度特征。匀速行驶阶段,各截面浓度峰值均较高,颗粒主要悬浮于列车后方的隧道区域中;制动初期阶段,各截面浓度峰值比较接近,颗粒均匀悬浮于列车周围及其后的隧道内;制动后期阶段,各截面浓度峰值较为分散,颗粒主要悬浮和沉积于列车周围。
  5、不同行驶阶段下,列车车载空调机组附近存在不同的浓度分布情况。匀速行驶阶段以及制动后期阶段,列车车载空调机组两侧新风口不存在浓度分布,颗粒对车厢内空气质量几乎无影响;制动初期阶段,机组左则或右侧新风口都出现了贴壁分布的低浓度区域,浓度范围在7.32×10-9kg/m3~2.32×10-8kg/m3之间,颗粒对车厢内空气质量会产生一定影响。
  6、不同内部尘源颗粒具有不同的过滤设备最佳安装位置。针对轮轨磨损颗粒或者制动磨损颗粒,相应的过滤设备则应装置于列车尾部车厢底部或后方;针对弓网磨损颗粒,相应的过滤设备应装置于隧道顶部空间。
[硕士论文] 赵坤
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:相比于普通道路,城市主干路是一个相对密闭的场所,频繁的交通活动使其径流污染严重,高密度住宅区、商业区道路也因城市人口密度的增加造成路面积累较多的污染物质,由于路面径流中SS、COD和N、P营养物质等含量较高,对路面径流污染特征进行分析,以实现路面雨水污染控制与收集利用。
  基于此,本文选择重庆市某主干道路、某高密度住宅区和某商业区道路为研究对象,分析其路面雨水径流污染特征和污染初期冲刷效应,探讨了污染物的相关性以及污染物与下垫面特征、季节的关系,然后通过实验研究了新型多孔纤维棉技术、组合式生物浮岛技术、景观调蓄池回用技术对路面雨水径流污染的控制效果。在实验与理论分析的基础上得到以下几个结论:
  ①通过水质监测表明:某主干道雨水径流、某高密度住宅区道路雨水径流和某商业区道路雨水径流的污染程度较为严重,普遍高于《地表水环境质量标准(GB3838-2002版)》Ⅴ类水指标,且远超过回用水标准,道路雨水径流污染物SS、COD、TN、TP的初期浓度都较高,其中以SS、COD污染程度最重,初期浓度最高,应重点控制SS和COD。
  ②对相关性分析,表明污染物SS与COD、TP、TN具有明显的相关性,相关性SS~COD>SS~TP>SS~TN,某高密度住宅区道路污染物相关性高于某主干路污染物相关性,对下垫面类型进行分析,可能由于污染物来源不同,导致了某主干道的SS和TN浓度明显高于某高密度住宅区道路,TP和COD浓度明显低于某高密度住宅区道路,对季节分析,表明重庆市春、秋季污染物SS、TN、COD明显高于夏季。
  ⑧研究不同技术的控制效果,结果表明:一种自制的多孔纤维棉装置对COD、SS的去除效果高于TN、TP,可以较好的运用到市政道路设施中,但因堵塞出现不同程度的流量衰减,过滤30min时流量衰减基本趋于了稳定,对最佳滤速分析,表明其对污染物SS去除的最佳滤速为2.6-3.3mm/s,对TN、TP去除的最佳滤速为2.8-3.2mm/s;某雨水塘运用了组合式生物浮岛技术,在5个换水周期下对浊度、氨氮、TN、TP、COD的平均去除率分别达到67.2%、73.8%、14.8%、35.7%、35.14%,污染物的去除率可能与植物的生长过程有关,随着植物的生长,后期浊度、氨氮、TN、COD去除率有明显的提高;某会展公园景观调蓄池对污染物TN、TP、COD均有较好的控制效果,其回用水水质均达到景观回用水规定。
[硕士论文] 陶延鹏
材料工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着中国农田土壤汞污染问题的不断扩大和污染程度的加剧,对重金属汞污染土壤的修复已成为社会当前的首要任务,汞污染也成为研究的热点。但由于汞的特性,长期停留在土壤中,微生物无法降解,目前没有适宜的修复技术。生物炭材料具有比表面积高、丰富的含氧官能团、较高pH值等特性,适宜作为为重金属吸附钝化材料,同时具备吸附效果突出、生产成本低、固废资源化利用等优点,同时又可作为土壤改良剂,提升土壤肥力和持水能力。利用生物吸附材料对汞污染农田开展研究。
  本研究以贵州万山汞矿区万山镇核桃树和熬寨村两农田土壤为治理修复的目标,选取了不同原材料制备的生物炭作为钝化材料。首先进行了生物炭材料的基本表征,又通过土壤培养实验和小白菜盆栽实验研究了添加不同生物炭对土壤的基本理化性质的影响及有效态汞吸附规律并采用抛物线扩散方程、Elovich方程、权函数方程、Freundlich修正式、指数方程进行拟合;土壤汞有效态与土壤pH、生物炭添加比例之间的相关性,土壤汞有效态与小白菜的根、茎叶及两者之和的汞含量进行相关性分析,并结合生物炭材料的特征分析植物体内汞含量降低的因素;以土壤有效态汞含量、植物体内的汞含量两种指标为依据,最终筛选出钝化效果的核桃壳生物炭。为了解该生物炭吸附土壤重金属汞的稳定性,故对其进行土壤淋溶试验。经上述实验分析,得到以下几点主要结论:
  1.辣椒秸秆、稻壳、核桃壳、松木、稻杆5种生物炭的pH值均在8以上,呈现不同的碱性,椰壳生物炭pH值为4.35左右,呈现酸性;不同生物炭主要含有C、O两种元素,C含量基本在70%~90%,O含量分布在5%~20%,辣椒秸秆、稻壳的氧元素含量比其他生物炭的高,原因是含有丰富的含氧基团;核桃壳、椰壳生物炭均具有微孔洞,具有较大比表面积;红外光谱图表明不同类型的生物炭的表面基团种类大致相同,主要含-OH、-C-H等,辣椒和稻杆两种秸秆类生物炭含有C-O-C数量相对较多。
  2.①两种类型土壤pH值大小与添加生物炭的类型、比例有关。其中,辣椒生物炭能显著提高土壤pH(约0.35~1.15个单位),椰壳炭对土壤pH基本没有影响,且pH值均随着添加比例的增大而增大,原因是辣椒生物炭自身呈现较强的碱性。
  ②六种生物炭对高、低浓度汞污染土壤有效态Hg含量均有降低效果。随培养时间的增长,吸附效果越好;添加同比例的生物炭中,核桃壳生物炭对汞有效态的降低率最大,培养至100天时,降低率最大为97.14%(7%的添加比例);椰壳炭处理的两种土壤中有效态Hg含量与炭的添加比例、土壤pH不存在相关性,其余各种炭的处理存在较好地负相关。
  3.①盆栽实验数据表明,生物炭的输入改善植物生长条件、提高作物产量,并明显提高土壤的pH和有机质含量。熬寨村农田土壤种植的小白菜,与空白组相比,核桃壳生物炭提高产量10.2倍(3%含量)和12倍(5%含量)。此两种土壤中,辣椒秸秆炭对土壤pH提高显著,松木炭对土壤有机质影响最大。
  ②六种生物炭对植物体内的汞含量均有降低作用。其中5%添加比例的核桃壳生物炭效果最好,高浓度根部降低率达60.13%,茎叶降低64.86%,低浓度根部降低70.37%,茎叶降低78.02%。椰壳炭次之,高浓度中根部降低52.53%,茎叶降低61.38%,低浓度根部为54.95%,茎叶降67.03%。其余四种炭的高浓度根部降低率范围为27.22%~40.51%,茎叶降低为37%~50%,低浓度根部降低为40%~50%,茎叶降低40%~46%。另外,土壤有效态Hg与小白菜体内汞存在正相关性,植株体内汞含量来自土壤中有效态。
  4.土柱淋溶实验表明,在pH=3.5淋溶液淋溶条件下,添加5%核桃壳生物炭的淋出液的pH得到提高,影响土壤中汞的吸附与解吸之间的平衡,降低了土壤中汞的释放,表明核桃壳生物炭(HTKBC)在治理修复汞污染农田土壤中具有稳定的吸附性,钝化土壤中汞元素效果较好。
[硕士论文] 涂婷
水利工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:傍河水源地紧靠河流,地下水量充足且水质较好,在中国北方地区的供水中普遍采用。地下水污染后极难处理,使得地下水的污染防重于治。因此,地下水污染风险的准确评估是水源地维持良好供水的关键,这对于水源地地下水的污染防治具有重大意义。本研究基于污染源-路径-地下水风险全过程控制的思路,对武烈河流域地下水水源地的污染源进行了识别,并基于污染源识别的结果,对地下水中的特征污染物进行了溶质运移模拟,针对模拟的结果对水源地健康风险进行了评估。研究成果如下:
  (1)根据武烈河流域傍河地下水水源地的现场调研及资料收集,研究区内的污染源主要有地表水、非正规垃圾场、工业污染源、畜禽养殖场等。其中,由于水源地主要开采浅层地下水作为饮用水源,地表水水质对于地下水水质的影响较大。对傍河水源地地表水和地下水的水质进行检测分析,水源地保护区内地表水水质良好,目前暂未对水源地地下水造成污染。通过近几年地表水和地下水水质相关性分析可以看出地下水与地表水中pH值、铜、锌、挥发酚、高锰酸盐指数、氨氮、阴离子合成洗涤剂、氟化物、总氰化物、总砷、硒、镉、六价铬、铅等指标总体变化趋势是一致的,其中高锰酸盐指数、氨氮等指标的浓度变化明显,地下水水质与地表水水质息息相关。
  (2)利用GIS对武烈河流域傍河地下水水源地水文地质等资料进行数据提取整理,插入到GMS的MODFLOW模块中建立水源地地下水流模型。然后运用GMS中的MODPATH模块和GIS相结合,对取水井与水源地周围的非正规垃圾场、各类小型工厂、畜禽养殖场等之间的路径关系进行了的溯源追踪模拟。再结合层次分析法对水源地污染源进行了危害性排序,危害风险排序结果为:非正规垃圾场>小型工厂>畜禽养殖场,水源地东北部的非正规垃圾场对取水井水质影响最大。
  (3)基于以上研究结果,选取非正规垃圾场地下水中氨氮、汞、氟化物、挥发酚为特征污染物,运用GMS中的MT3D模块对污染物进行20年的溶质运移模拟。从模拟结果可知,非正规垃圾场地下水中的污染物经过10年运移逐渐扩散到水源地取水井周围,由于水源地取水井的长期大量开采,形成了地下水位漏斗,使得污染物在水源井处堆积,浓度逐渐增加,对水源地取水井水质产生了影响。随后污染物又跟着水流继续往南扩散,使得取水井处污染物浓度不再继续增加。从模拟的第15年左右至模拟结束,取水井处污染物浓度处于一个波动的平稳状态。针对水源井出现的地下水位降落漏斗,建议后续可以通过合理开发地下水资源,控制开采量,做到采补平衡,或者进行人工回灌,发展节水型工业、农业和增加开采深度等来进行调控。
  (4)在数值模拟结果的基础上,采用美国的健康风险评价模型对水源地未来的健康风险进行预测。主要考虑研究区污染物通过饮食途径对人体健康产生的危害。从模型计算结果可知,未来20年内研究区成人的健康风险值和儿童的风险值都小于人体健康最大可接受的风险水平(5.0×10-5a-1),处于可接受的范围之内,说明水源地水环境健康风险状况良好。建议加强对垃圾场范围内的地下水监测,或者将其清理搬迁,或者建立有防渗处理的正规垃圾场,避免污染物继续入渗对地下水造成严重污染,减少水源地取水井的安全隐患。
[硕士论文] 李朋飞
植物营养学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,水体和土壤重金属污染问题,成为危害农业发展的难题,国内外有不少关于修复重金属污染的技术和材料,但很少涉及多孔纳米材料这一新兴领域,多孔纳米材料由于其本身具有复杂繁多的介孔特征和极高的比表面积,而获得的超强吸附能力,越来越成为国内外重金属污染修复剂制备与研究的热点。
  本文以多孔纳米改性材料(Porous Nano-modified Materials,PNM)为研究对象,通过元素分析、Zeta电位、XRD分析、SEM、Boehm滴定等方法,对多孔纳米改性材料的理化性质和表征进行了研究;通过对水体Cd2+和Pb2+的动力学吸附试验、不同初始浓度吸附试验、不同pH和固液比下的吸附试验,研究了多孔纳米改性材料对Cd2+、Pb2+的吸附特点;通过盆栽试验,研究多孔纳米改性材料对土壤Cd、Pb活性以及生物有效性的影响。
  本试验过的以下主要结论:
  (1)PNM属于多孔纳米陶瓷型经改性所得材料,比表面积184.34~189.59m2/g,属于介孔范围4.35~5.82nm,柱状孔隙结构;官能团主要是Si-O,并富含碱性基团,极性大;在pH2~11内,带负电,对带正电的重金属离子具有天然的吸附性能。
  (2)PNM对Cd2+(60mg/L)吸附在720min(12h)内达到平衡,对Pb2+(150mg/L)吸附平衡时间480min内,对Cr2O72-(50mg/L)则是在5min内达到平衡;对带正电离子吸附性较强,对负电离子吸附性较弱,对Cd2+吸附过程呈现典型的“前快后慢”特点。水体pH值越高,固液比越小,其单位吸附量越高,重金属初始浓度越高,吸附速度越快。
  (3)PNM对植株吸收Cd、Pb污染的抑制效果显著,Cd污染(Cd≤1mg/kg)浓度,PNM施加量大于3t/ha后,小白菜地上部Cd含量降低趋势开始变得缓和,Cd高度污染(3mg/kg)时,需要加大PNM的12t/ha施加量;Pb污染浓度,从低到高,PNM施加量在0.75t/ha时,就可有效的降低地上部Pb含量,高度Pb污染(500mg/kg)下,降低效果更明显,但是地上部Pb含量在12t/ha的施加量仍有下降空间。根部Cd、Pb含量在低度和中度Cd、Pb污染下降幅度均较小,高度污染下下降幅度较大;地上部和根部Cd和Pb的累积量,随着PNM施加量的增加,降低趋势均显著。
  (4)土壤重金属Cd、Pb全量变化不明显,但有效态含量随着PNM施加量的增多而呈降低趋势,而pH值呈升高趋势,说明PNM对土壤Cd、Pb活性有钝化效果,并能提高土壤pH,间接降低Cd、Pb的生物有效性。
  综上所述,采用PNM修复水体和土壤重金属污染的方法可行,当pH=5,固液比2g/L时,PNM对Cd2+和Pb2+的单位吸附量分别在25mg/g和47mg/g附近,而对Cr2O72-的单位吸附量接近2.5mg/g。对土壤施加PNM,可以有效地抑制小白菜地上部、根部对土壤Cd、Pb的吸收,同时引起土壤pH值的升高,显著降低土壤重金属有效态含量,对Cd效果略优于Pb。
[硕士论文] 周健
土壤学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:寻找高效廉价的土壤重金属的钝化材料,对于治理土壤重金属污染极为重要。本文选用水稻秸秆、稻壳、小麦秸秆与甘蔗渣4种农业废弃物为原料,在500℃下热解2h制备4种生物炭(分别标记为RS、RH、WH与SC),研究不同原料制备的生物炭对重金属Pb、Cd、Cu与Zn污染水稻土的理化性质及钝化效果的影响。另外,研究在300℃、500℃与700℃下热解2h的水稻秸秆生物炭(以RS300、RS500与RS700表示)对重金属Pb、Cd、Cu与Zn污染水稻土的理化性质及重金属有效态的影响,探究不同热解温度的生物炭对土壤重金属Pb、Cd、Cu与Zn污染的钝化效果,旨为生物炭应用于土壤重金属污染修复实践提供参考依据。主要结果如下:
  (1)生物炭的元素性质与原料种类、热解温度紧密相关。RS、RH、WH与SC的pH在6.9-10之间,RS的pH和产率最高;WH的灰分、N含量、O含量、H/C、O/C及(O+N)/C高于其它3种生物炭;而SC的pH、灰分、产率、N含量、O含量、O/C及(O+N)/C最低。4种生物炭均有明显的蜂窝结构。此外,随热解温度升高,生物炭的pH、灰分及C含量增加,其产率、H含量、O含量、H/C、O/C及(O+N)/C,均随热解温度增加而降低。随着热解温度升高,生物炭的孔隙结构越来越明显,700℃制备的生物炭的整体结构出现塌陷的趋势。
  (2)生物质原料影响土壤重金属的钝化效果。4种生物炭均能提高土壤的pH、电导率、速效磷及水溶性有机碳含量。同空白相比,生物炭添加量为1.5%和3%时,土壤pH增加了0.1-0.7个单位,速效磷及水溶性有机碳含量的增幅分别为14.3%-93.8%和7.0%-55.7%。且土壤pH、电导率、速效磷及水溶性有机碳含量均随生物炭添加量的增加而增加。与空白相比,生物炭能显著降低土壤中可交换态重金属的含量(p<0.05)。所有处理中,WH3、RS3及WH1.5处理降低土壤的可交换态Pb、Cd、Cu与Zn含量幅度均超过60%。添加RS、WH与SC处理对土壤Cd的钝化效果优于RH处理。WH与RS对污染稻田土壤Cu与Zn钝化效果优于RH及SC。3%用量的生物炭钝化效果优于1.5%用量。总之,WH及RS更适宜作为Pb、Cd、Cu与Zn复合污染的土壤修复剂,3%添加量钝化效果较好。
  (3)热解温度影响生物炭钝化土壤重金属的效果。与空白相比,不同热解温度的生物炭均能显著提高土壤pH、电导率、速效磷及水溶性有机碳含量(p<0.05)。土壤的pH与电导率随生物炭热解温度上升而提高,而土壤的速效磷及水溶性有机碳含量的增幅随生物炭热解温度上升而降低。与空白相比,生物炭处理下土壤的pH值、电导率、速效磷含量及水溶性有机碳含量均显著增加。添加RS300、RS500与RS700生物炭培养后,与空白相比,土壤的有效态Pb、Cd、Cu、Zn含量分别降低了10.2%-24.2%、10.7%-25.2%、12.8%-27.6%和4.2%-4.9%,有效态Zn的降低幅度低于其他3种重金属。RS300处理钝化土壤中的Pb与Cd的效果最佳;而RS700处理钝化土壤中的Cu的效果最佳。相对而言,RS700及RS300的钝化效果优于RS500。总之,RS300钝化土壤Pb与Cd的效果较好,RS700钝化土壤Cu的效果较好,而不同温度生物炭钝化土壤的Zn效果差异不显著。
  (4)WH与RS因灰分含量、pH及O/C比较高,对土壤pH的影响大于RH与SC,致使它们钝化重金属的能力强于RH与SC。RS300钝化土壤Pb与Cd的效果较好,归因于RS300较高的O/C比。RS700钝化土壤Cu效果较好,可能与其较高的pH及灰分含量有关。本研究结果对生物炭的应用具有重要的实际价值,对合理利用农业废弃物及治理土壤多重金属复合污染等问题具有重要意义。
[硕士论文] 安兰
土壤学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:重金属与有机磷农药是我国土壤常见的两种污染物。它们在土壤环境中的吸附与迁移,是决定其最终归宿的关键过程。对这些关键过程进行研究,有助于预测它们在土壤中移动潜力,为理解和评价土壤与地下水污染风险提供科学依据。本文选取两种典型的多孔介质石英砂和黄棕壤、有机磷农药草甘膦(PMG)以及重金属Cd为研究对象,通过吸附和迁移实验,并结合Zeta电位分析、污染物迁移动力学来研究农药草甘膦和重金属Cd在土壤中的吸附行为以及在多孔介质中迁移行为。初步阐明了草甘膦与重金属Cd在两种介质上的吸附迁移特征,得到以下结果:
  1.Cd在土壤中的吸附量与pH呈正相关,但随着离子强度的增加而减少;草甘膦在土壤中的吸附量随着pH的升高而增加,随着离子强度的增强而降低;加入草甘膦,促进Cd在土壤中的吸附,且随着加入草甘膦浓度的增加促进作用增强。Zeta电位实验表明,草甘膦可以提高土壤表面的负电荷量,Cd可以降低土壤表面的负电荷量,且加入不同浓度Cd与草甘膦后Zeta电位的变化不大。
  2.在石英砂柱体系,Cd在低离子强度下迁移能力最弱,在pH6条件下迁移能力最强;草甘膦则在离子强度为0.05mol/L KCl,pH为6时迁移能力最弱;加入不同浓度草甘膦,Cd的迁移能力均降低,但随着草甘膦浓度增加稍有增大;Cd存在下,草甘膦的移动性随着草甘膦浓度升高而增强。
  3.在土柱体系,Cd的迁移能力与pH呈负相关,提高离子强度促进Cd在土柱中的迁移;草甘膦在偏碱性的环境中,运移能力较强,低离子强度下移动性较强,适当增加离子强度会降低其迁移扩散风险;草甘膦可以促进Cd的迁移,Cd浓度比例越高移动性越大;加入Cd降低草甘膦的迁移能力,且Cd的浓度比例越大,迁移能力越弱。
[博士论文] 萨拉姆
土壤学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:铅、铜污染的农田对环境和食品安全生产具有极大的危害,目前已经对其开展了大量的修复工作。生物炭是一种新兴的有机和生态友好型修复剂,能够修复金属污染的土壤。与水稻秸秆生物炭相比,油菜残余物(秸秆、叶、豆荚)在不同温度下热解对Pb和Cu固定的影响还未见报道。本文通过一系列的培养和温室盆栽试验,评价了应用生物炭对铅、铜固定、植物毒性衰减、土壤生物化学性质、不同水分含量下的重金属再分配以及自然污染水稻土中残留金属稳定性的影响。结果表明:
  (1)高温(RS550)制备的水稻秸秆生物炭具有高pH值,其次是在高温下制备的油菜秸秆生物炭(RP550)pH为9.98,而低温生物炭具有较低pH值。生物炭颗粒负电荷随pH值增加而增加,与Zeta电位的减少趋势一致。在FTIR和XRD分析中观察到相似趋势,只在水稻秸秆生物炭中发现氧化硅。在高温下,生物炭的总酸度降低,而总表面碱度增加。高温生物炭使Pb和Cu的总量和生物有效性降低,更适于农田利用。
  (2)通过温室盆栽试验研究了油菜杆和稻秆生物炭对Pb和Cu固定、植物毒性缓解、土壤生物化学性质的影响。Pb和Cu的活性态组分转化为最稳定的残渣态组分。在添加生物炭后,Pb和Cu的生物有效性和溶解度大幅度的降低。根和茎中Pb浓度的最大降低率分别为37.81%和26.54%,Cu在根和茎中浓度分别降低了50.41%和46.25%。生物炭应用后增强土壤脲酶、过氧化氢酶和酸性磷酸酶活性,改良了土壤生化特性。
  (3)在培养实验中,比较了油菜杆和稻秆生物炭对Pb和Cu转化和生物有效性降低的程度。用RS550对土壤进行修复,酸性提取态Pb和Cu显著降低了63.30%和66%,而残渣态Pb和Cu分别增加了40.31%和52.98%,固定的重金属主要转化为可还原部分。Pb和Cu的生物有效性分别显著降低了97.13%和93.71%,Pb和Cu溶解度分别降低了92.62%和72.55%。由于生物炭对具有较高的pH,故BCs对Pb和Cu具有较强的亲和力,同Zeta电位和CEC变化一致,是重金属固定的机制之一。
  (4)在温室环境下,不同的水分含量下,系统地研究了油菜秸秆和稻秆生物炭对铅、铜的再分配和植物利用率的影响。在田间含水量的80%时重金属活性最大,其次是田间含水量的60%时,而在田间含水量的40%中重金属活性同对照相比略有变化。在田间含水量的80%时,RS550的5%处理中,Pb和Cu的可交换部分分别显著降低了75.42%和59.46%。同时,5%的RS550处理使Pb和Cu在高水分含量下的残渣态含量分别提高了54.76%和27.44%。80%的田间含水量下5%的RS550处理使Pb和Cu的生物可利用率显著降低,分别为5%RS550(67.66%,46.50%)和5%RP550(60.52%,46.50%)。在连续提取和CaC12单独提取下,随着培养水分含量增加,Pb和Cu的吸收率降低了44.89%,在5%RS550中减少了51.26%,其次是5%RP550。在田间含水量的80%下,活性金属的再分配和转化为更稳定的组分,可能是由于高pH值,金属硫化物沉淀,以及非晶型铁氧化物浓度的增加。
  (5)通过研究施用生物炭到原位污染土壤后两年的重金属分级和生物有效性的变化,评估了油菜杆和稻秆生物炭对铅、铜固定和污染土壤生态修复的影响。两年内土壤pH值基本不变。弱酸提取态Pb降低量为53.50%-57.56%,而弱酸提取态Cu降低量为50.35%-54.18。残渣态Pb从36.17%增加到43.85%,残渣态Cu从50.94增加到63.47%。在5%RS550处理中,生物可利用铅的减少率从60.64%增加到75.85%,而Cu的降低率从57.61%上升到70.24%。植物内的Pb和Cu浓度分别显著降低了40.81%和56.14%,且两年内植物干重没有显著差异。在高温下生产的稻草和油菜杆生物炭比低温生物炭更有效地降低土壤中重金属的生物利用率和溶解度。由于生物炭的组成和老化程度不同,生物炭对铅和铜的固定效果也不同。
  这些结果表明,生物炭对Pb和Cu的固定有积极的影响,同时RS550和RP550处理改良了土壤生物化学性质。生物炭的应用可以使铅和铜在不同的水分含量下固定,从而降低了植物的吸收。生物炭应用对污染土壤生态修复的影响也进行了评估。与铜相比,在当前的研究中,应用生物炭能更有效地固定土壤中铅。本研究中使用的生物炭具有较低的污染风险,同时有利于在污染土壤中固定铅和铜。与油菜杆生物炭相比,在高温下合成的水稻秸秆生物炭具有良好的固定化性能,如较高的pH、CEC、负电荷、矿物成分等,具有更好的应用前景。
[博士论文] 周颖
生态学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:面源污染是导致水环境恶化的主要原因,威胁着人类的生产生活安全。面源污染的产生,运移和最终的输出与众多因素相关,包括水文状况、地形条件、景观配置等自然环境因素,以及人口分布、人为污染投入等与人类活动相关的要素。对于面源污染的研究常在流域尺度上展开,理解流域面源污染季节性特征对流域水文及环境要素的响应过程,对流域水质预测建模具有重要意义;估算流域养分收支,评估流域人为污染投入对面源污染输出的影响,为流域水质管理和有效防控面源污染提供可靠的科技支撑。
  丹江口水库作为饮用水源地,其水质问题备受关注。本文选取丹江口库区胡家山小流域及9个入库支流流域,基于研究区地形、土壤、气候、土地利用、社会经济数据等资料,结合野外实地调查、流域常规监测,借助遥感和地理信息系统等信息技术手段,运用景观格局分析、偏最小二乘回归模型、养分平衡、人类净氮输入模型、通径分析等多种方法,从多角度开展了面源污染的相关研究,构建了面源污染物输出对流域水文、环境背景特征的响应模型,明确了影响污染物输出季节性差异的主控因子,估算了流域养分收支情况,评估了流域各项污染物来源输入对流域面源输出的贡献情况。本文取得的主要结论和成果如下:
  (1)通过胡家山小流域各支流出口处长期连续的定点监测氮磷等水质指标,探明了丹江口水库流域面源污染特征。2008年至2015年间总氮浓度变化范围为0.38mg/L~7.18mg/L,其中2008年总氮浓度最高,平均值5.06mg/L,之后的总氮浓度逐年呈下降趋势。总磷浓度变化范围为0.02mg/L~0.53mg/L,2008年总磷平均浓度为峰值(0.27mg/L),之后的5年总磷浓度整体呈下降趋势,2010年总磷平均浓度为最低水平0.03mg/L。胡家山小流域主要水质特点为高氮低磷,自监测以来水体质量逐渐优化。总氮浓度在枯、丰水期有明显差异,而总磷浓度无显著季节性差异。
  (2)硝态氮是胡家山小流域氮的主要输出形式。2008年至2012年间硝态氮丰水期浓度高于枯水期浓度,丰水期平均值为2.07mg/L,枯水期平均值为1.79mg/L。运用水文模拟及监测数据估算不同季节的硝态氮通量,所有水样的平均硝态氮通量表现出极显著差异(p<0.001),枯水期硝态氮通量范围为0.05kg/ha至3.75kg/ha,丰水期通量较高,平均值为4.23kg/ha。
  (3)胡家山小流域不同季节硝态氮输出的主控因子存在差异。提取胡家山小流域内15个嵌套子流域的水文景观特征,构建流域特征因子与不同季节硝态氮浓度及通量的偏最小二乘回归模型,定量解释不同季节硝态氮输出对流域环境因子的响应。硝态氮年均浓度和通量的主控因子均包括林地、农地和居民地面积比,其次有径流指数(RC)、坡度(SLOPE)、坡度方差(SGV)、沿水流路径的高程差(FPG),以及最大斑块指数(LPI)和分裂指数(SPLIT),但各因子对于硝态氮浓度或通量的贡献排序并不相同。水文条件类因子的降雨量(RAIN)、径流浮动指数(FI)和基流指数(BFI)仅对硝态氮通量的变化表现出明显的作用,对枯、丰水期的硝态氮贡献具有显著性差异。
  (4)作物种植类型、施肥方式影响流域养分收支情况,决定了面源污染的程度。在实地农户调查的基础上,确定典型小流域氮素输入与输出的多条路径,运用养分平衡模型,估算小流域氮素收支情况。胡家山中部的五龙池小流域上半年和下半年种植的作物类型不同,烟叶、油菜种植区是氮素盈余的最大区域,玉米种植区为氮素亏损的最大区域。耕作方式、施肥情况、种植结构都在一定程度上影响着流域养分盈亏状况。
  (5)人为污染投入对面源污染的产生具有决定性作用。结合丹江口9个入库支流流域社会经济等统计数据,运用人为净氮输入量模型(NANI)估算各类氮素来源。结果表明每个流域在五年间输入量相对变化不大,但各流域的主要输入源明显不同。整体上,入库支流流域的主要人为来源是化肥施用和食品/饲料净氮投入,在NANI中分别占比42.0%和41.8%,其次是大气沉降和生物固氮,分别占NANI值的11.7%和4.5%。入库支流流域约有14%的氮输入量由河流输出,剩余氮素储存在流域中,或者以气体形式重新进入大气中。NANI四个组分对氮输出的直接作用(直接通径系数)分别为0.148,0.593,0.358和0.357,此外各组分会通过其他变量表达出对氮输出的间接作用,可用间接通径系数表征。
[硕士论文] 刘梦一
土木工程;市政工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:城市化进程加快,不透水地面面积比例显著提高,使城市污染物冲刷加剧,大量城市径流携带污染物排入受纳水体,造成水体污染。在目前点源污染污染治理已经颇见成效的环境下,地表径流污染引起的非点源污染已经成为了水环境污染的重要污染源。为了从源头上控制非点源污染,LID(低影响开发)已经成为了国内外非点源污染治理的主要应对措施。本文选择重庆市秀山土家族苗族自治县某区域作为研究区域,监测分析了降雨径流水质及其污染特性,分析了LID改造措施对污染物的削减效应,并运用SWMM模型模拟不同重现期下现状LID改造和LID优化方案对污染物的控制效应,取得的主要成果如下:
  (1)秀山县不同下垫面降雨径流的污染物浓度随降雨历时变化规律各不相同,不同下垫面、不同场次降雨的水质变化范围、峰值形成的时间等变化规律均有所不同,但总体趋势是随着降雨历时的增加,污染物浓度在短时间内达到峰值后逐渐降低并趋于稳定。污染程度最严重的是渝秀大道西段的降雨径流,污染程度最低的是则屋面降雨径流。同时,污染物之间存在一定的相关性,其中COD与TSS及TP与TSS浓度相关性较好,而NH3-N与TSS浓度相关性较差。
  (2)5种不同下垫面中,各污染物EMC(Event mean concentration)平均值最大的是渝秀大道西,并且远大于其他几种下垫面,TSS、COD、NH3-N和TP的EMC平均值分别为810.73mg/L、189.63mg/L、0.56mg/L和0.20mg/L,污染严重。屋面径流可达地表水Ⅲ类水质标准,而渝秀大道西、渝秀大道东、居住小区、广场均未达到地表水Ⅴ类水质标准,主要污染物为COD。各下垫面的污染物均发生了一定程度的初期冲刷效应,但均不显著。降雨强度、前期晴天数、下垫面类型均对地表降雨径流污染物产生影响,其中降雨强度和下垫面类型影响较大,前期晴天数对定期清扫的下垫面影响较小。
  (3)生物滞留带对TSS、COD、NH3-N和TP平均去除率分别为83.81%、77.99%、53.80%和46.65%,其中NH3-N和TP在降雨过程中均出现出水浓度高于进水浓度的情况。雨水花园对TSS、COD、NH3-N和TP平均去除率分别为63.52%、57.98%、46.35%和37.55%。并且污染物的去除率波动较大,特别是TP瞬时的去除率在-11.31%至81.08%范围波动。
  (4)SWMM模型模拟结果表明,采用LID措施(生物滞留9.49%、雨水花园0.26%;透水铺装9.33%、植草沟1.66%)对育才中学进行改造后,对不同污染物负荷均有削减效果,其中,对TSS削减效果最好,在重现期(P=10a)下削减率高达56.17%,随着重现期的增加,削减率逐渐下降。为进一步提高污染物削减率,对现状LID进行优化,结果表明(生物滞留带12.38%;雨水花园0.26%;绿色屋顶26.59%;透水铺装18.66%;植草沟1.66%)对污染物和径流量的削减能力均有所增加,TSS削减率最高达到67.41%,但增加效果有限,需考虑实际工程经济等问题进行综合考虑。
[硕士论文] 郑权
环境工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:铬有着广泛的应用,通常用于冶金、金属陶瓷、电镀、不锈钢的生产等。这些行业所排出的含铬废水可能会进入城市管网系统并最终进入污水处理厂中,从而影响污水处理厂的性能并引起微生物群落的变化。本论文主要讨论了Cr(Ⅵ)和纳米铬对活性污泥系统性能及微生物群落结构的影响。
  首先,本论文研究了Cr(Ⅵ)冲击负荷在2.5,6和25mg/L对好氧活性污泥反应器的性能和细菌群落结构的急性影响。结果表明,八天的Cr(Ⅵ)毒性使所有反应器中COD和氨氮的去除率明显降低。此外,Cr(Ⅵ)浓度越高,对整个活性污泥系统性能的影响越严重。氨氮的去除率效果受到了很大的影响,并且硝化作用难以恢复。在2.5,6和25mg Cr(Ⅵ)/L时,比好氧速率(SOUR)值分别下降73%,68%和31%。SOUR数据显示,在Cr(Ⅵ)浓度较低时,细菌的整个呼吸活性也受到很大影响。在试验结束时属的相对丰度变化表明细菌群落结构发生了显著变化。与初始阶段相比,Proteobacteria,Acidobacteria和Planctomycetes门在末期显著减少。Ferruginibacter,Coxiella和Rhodanobacter属明显减少。虽然活性污泥的性能最终可以恢复,但根据SOUR的数据显示,细菌的整个呼吸活性仍然处于较低水平。
  其次,本论文研究了反硝化反应器中Cr(Ⅵ)对活性污泥系统反硝化过程的影响。在进水Cr(Ⅵ)投加量2.5mg/L条件下,活性污泥反硝化过程中COD和硝酸盐氮的去除率受到的影响较小,而在10.0mg/L条件下受到的影响较大,COD和硝酸盐氮的去除率分别从最初的97.1%和99.0%降至70.6%和24.7%。在停止投加Cr(Ⅵ)后的恢复期内,反硝化系统可以逐渐恢复对COD和硝酸盐氮的去除,亚硝酸盐氮仍会有积累,但随着时间的延长可恢复至初始状态。因此,硝酸盐氮还原为亚硝酸盐氮的过程比亚硝酸盐氮的还原过程更易受到Cr(Ⅵ)的影响。
  最后,本论文研究了纳米铬对活性污泥系统的长期影响。结果表明当活性污泥SBR系统受到纳米铬影响后,COD和氨氮的去除没有受到明显的影响,总磷去除率显著升高,反硝化效果提升。一在受到纳米铬影响后,活性污泥SBR系统中微生物群落多样性及结构受到显著的影响。纳米铬在活性污泥SBR系统中有利于脱氮除磷微生物的生长,且不利于聚糖菌的生长。通过宏基因组分析和宏转录组分析发现Candidatus Accumulibacter、Thauera、Azoarcus属的相对丰度及ppx基因、ppk基因的量及转录量均显著升高,Candidatus Competibacter属的相对丰度及ppx基因、ppk基因的量及转录量均显著降低。
[硕士论文] 田雪
环境科学与工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:环境与生物的生存息息相关,人类对于生态环境的态度也由不曾关注到日益的重视。随着人类对环境保护的日益关注,中国也把生态文明建设置于重要地位。在一系列环境污染治理方式方法研究中,科学家们成功合成了聚天冬氨酸(PASP)这一类氨基酸。PASP现已被广泛应用于水处理的方方面面,由于其对重金属有良好的络合作用,土壤重金属污染修复也需要PASP发挥重要作用,故PASP是一款广受欢迎绿色产品。目前,重金属在水体中的毒性修复也是大家较为关注的重点,但还没有学者研究过PASP是否可以有效缓解镉对于鱼类的毒性。为此,本实验首先测定了PASP与Cd在斑马鱼可存活的条件下,可实现螯合率最大化的最佳配比,设计最佳暴露条件并测定暴露过程中水环境Cd的浓度以及PASP对Cd的螯合率,并在10μM的Cd,3μM的Cd,10μM的Cd+25mg/L的PASP,和单独的25mg/L的PASP这4个不同体系下分别将斑马鱼暴露2天,7天和14天,并与不加任何试剂的空白对照组进行对比,测定了斑马鱼肝组织对Cd的生物积累、氧化应激效应、基因表达、DNA损伤以及细胞凋亡的情况,和鱼脑组织对Cd的生物积累、氧化应激效应、基因表达、神经毒性以及细胞凋亡的情况,并明确其机制,主要研究结果如下:
  (1)在Cd浓度为10μM,PASP浓度为25mg/L,pH值为7的条件下,PASP对Cd的螯合率可达到最佳70%;在10μM的Cd+25mg/L PASP的PASP体系中对斑马鱼进行暴露,水环境中PASP对Cd的螯合率也可以达到这一水平,为后续斑马鱼的暴露以及各项指标的测定奠定了条件基础。
  (2)PASP与Cd的螯合体系可以有效降低斑马鱼肝组织对Cd的生物积累。在氧化应激方面,10μM的Cd+25mg/L PASP体系下,SOD、CAT、GST的活性和MDA的含量变化范围要么与空白对照组无显著性差异,要么介于10μM的Cd暴露体系和3μM的Cd暴露体系之间,说明PASP与Cd的螯合可以缓解斑马鱼肝细胞的氧化损伤;在DNA损伤方面,相比于单独含Cd的暴露体系肝细胞彗星拖尾严重,尾距长,尾部DNA含量高,Cd+PASP暴露体系肝细胞彗星少有拖尾现象,尾距和尾部DNA含量均和空白对照没有显著性差异。在细胞凋亡的实验中,Cd+PASP暴露体系也可以有效减少肝细胞凋亡的现象。
  (3)PASP与Cd的螯合体系也可以有效降低斑马鱼脑组织对Cd的生物积累。在氧化应激方面,Cd+PASP暴露体系对脑组织的GST活性不再产生显著性影响,SOD、CAT、8-OHdG的活性和MDA的含量也基本没有显著性变化或者变化程度显著性小于10μM的Cd暴露体系,说明该螯合体系有助于修复Cd对斑马鱼脑细胞的氧化损伤;在神经毒性方面,同样的,Cd+PASP暴露体系对脑组织的AChE活性也不再产生显著性影响,神经毒性得到修复;在细胞凋亡的实验中,结果同肝细胞。
  综上,PASP可以有效修复Cd对于斑马鱼的急性毒性。
[硕士论文] 李妙玲
环境工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:随着京津冀地区经济的快速发展和一系列大气污染防控措施的出台,北京大气污染类型由上个世纪80-90年代的煤烟型污染逐渐转变为本世纪初的复合型污染,颗粒物污染十分严重,尤其是以大气细颗粒物(PM2.5)的污染问题日益凸显。PM2.5不仅降低大气能见度,还对生态环境、全球气候、人体健康造成重大冲击,这些影响主要取决于PM2.5的浓度水平和化学组成特征等。因此,对北京地区PM2.5的化学组成特征及来源解析的研究具有重要的现实意义。
  为了解北京代表性地区PM2.5中化学组分特征和来源分布特征,本研究使用中型流量采样器TH150C(中国,天虹公司)于2014至2016年在城区站点(中科院大气物理研究所气象铁塔超级站)、城郊站点(中科院植物研究所香山站)和城市背景站点(中科院大学怀柔校区)同步开展为期两年的PM2.5采样,对样品中化学组分进行化学重构,探讨了PM2.5化学组分(含碳组分、水溶性二次无机离子、矿物尘和痕量元素)的浓度水平、时空分布变化规律以及季节变化特点,并利用受体模型对三个站点PM2.5的来源进行了解析。
  三个站点PM2.5的主要化学组成是SIA(SO42-、NO3-和NH4+)、有机物(OM)和矿物尘(Mineral),这些组分的贡献比例之和在80%左右。OM、EC、SIA和Trace的浓度从高到低都表现为:城区>城郊>城市背景区,而Mineral表现为城郊>城区>城市背景区。OM和EC均在冬季最高,SO42-表现为夏季最高,NO3-在秋季最高,NH4+浓度无明显季节变化,矿物尘表现春冬季高,夏秋季低,Trace在冬季最高。从清洁天到重污染天,Mineral和Trace的贡献比例逐渐降低,Mineral贡献比例下降的最为明显,而SIA贡献比例上升:三个站点从清洁时段的37.4%、32.8%和47.9%分别上升至重污染时段的49.9%、47.7%和53.3%。
  采用受体模型(PMF)解析出城区站点PM2.5主要有7类源,分别为二次无机气溶胶(45.6%)、机动车(22.7%)、区域浮尘(12.5%)、工业(6.0%)、城市扬尘(4.6%)、燃煤(4.2%)、生物质燃烧(3.7%);城郊站点PM2.5解析出6类源,分别是二次无机气溶胶(47.1%)、机动车(22%)、区域浮尘(10.5%)、城市扬尘(9.0%)、工业(6.2%)、生物质燃烧和燃煤(5.3%);城市背景站点PM2.5解析出7类源,分别为二次无机气溶胶(44.5%)、机动车(27.9%)、城市扬尘(8.0%)、生物质燃烧和燃煤(7.3%)、工业(6.8%)、区域浮尘(2.8%)、燃油(2.7%)。城区和城郊霾污染形成的主要贡献源是二次无机气溶胶,城市背景站点为二次无机气溶胶和机动车。总之,二次无机气溶胶是北京地区霾污染形成的首要贡献源,在重污染时段污染物的主要来源是二次生成和机动车排放。
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