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[博士论文] 吴翔
环境科学 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:土壤有机污染物迁移转化及生物有效性很大程度上取决于其赋存形态。探究土壤中有机污染物赋存形态是科学评估土壤及作物有机物污染风险的关键,也是发展土壤有机物污染缓解与阻控新技术、保障农作物品质与安全的重要基础。本文在课题组前期研究的基础上,分析了超声连续提取法评价土壤有机污染物赋存形态分类方法的适用范围,研究了典型人工纳米颗粒对土壤中有机污染物赋存形态的影响及作用机制。探讨了有机污染物生物有效性与其赋存形态之间的关系,将有机污染物生物有效态及传输系数耦合进限制分配模型以降低预测偏差,试图提高模型预测植物吸收累积有机污染物的准确性,以期为生产安全农产品和保障土地资源可持续利用提供理论依据。论文取得以下有价值的结果:
  (1)土壤中水溶态和酸溶态有机污染物是生物有效态。有机污染物生物有效态的含量与其log Kow值及土壤有机质含量呈负相关。植物累积有机污染物的量与其生物有效态含量线性相关(R2>0.75)。
  (2)土壤中人工纳米颗粒与有机污染物共存时,有机污染物结合态含量增加,锁定态含量降低。人工纳米颗粒竞争吸附结合态污染物,进而被植物吸收增加其有机污染物的累积量。土壤中有机污染物为了维持其含量的动态平衡,部分锁定态的有机污染物转移至结合态,进而导致有机污染物锁定态含量降低,结合态含量增加。其中,共存人工纳米颗粒和无纳米颗粒土壤中有机污染物生物有效态含量无显著性差异(p>0.05,0.8),共存人工纳米颗粒土壤有机污染物结合态含量显著高于对照土壤(p<0.01),且结合态增加量与锁定态减少量一致。
  (3)利用土壤有机污染物的生物有效态及传输系数改进限制分配进模型,可显著降低模型对植物累积有机污染物量的预测偏差。与初始模型相比,水稻土、红壤和黑土上五个浓度组中八种植物体内累积八种有机污染物的平均预测偏差分别由-97.8%降低至14.9%,-97.3%降低至14.2%和-96.8%降低至13.4%。修正后的模型预测偏差远低于原模型的平均偏差-97.6%(±3.4%)。
[博士论文] 叶斌晖
环境工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:重金属铅(Pb)污染问题由来已久,污染范围广且具有高生物毒性,对生态环境及人体健康构成严重威胁。由于Pb的不可降解性,利用功能微生物进行Pb吸附及固化稳定化,降低其生物毒性的修复思路越来越受到研究者的关注。值得注意的是,微生物修复技术往往受制于菌株重金属耐受性、去除效率等,因此在关注Pb去除效率的同时,菌株对Pb的形态转化及其耐受解毒机制的研究探索十分必要。本文以草酸青霉SL2(Penicillium oxalicum SL2)为研究对象,综合利用电子成像技术、光谱技术、同步辐射技术、蛋白组学及代谢组学联合分析等,进行重金属Pb的微生物修复研究。主要研究内容包括:Pb2+耐受性及吸附累积规律;Pb2+在P.oxalicum SL2作用下的微生物结晶及形态转化机制研究;Pb2+胁迫下P.oxalicum SL2的蛋白组学和代谢组学响应机制。主要研究结果如下:
  (1)弄清P.oxalicum SL2对Pb2+的耐受能力及Pb吸附累积规律。P.oxalicum SL2对Pb2+的最低抑制浓度(MIC)值为2500-2600mg/L,半数有效浓度(EC50值)为607.55mg/L,具有较好的Pb耐受性。在Pb2+初始浓度为2500mg/L,培养时间7d的条件下,最高Pb2+去除率为155.6±8.0mg/g dw,且去除方式以胞外吸附为主。拟二级动力学方程和Freundlich等温吸附方程可分别较好的拟合P.oxalicum SL2对Pb2+的吸附动力学及等温吸附过程,限速步骤为化学吸附,具备较高的吸附容量,与Pb的亲和力较高,属于优惠型吸附。傅里叶红外表面基团分析显示,Pb2+胁迫下P.oxalicum SL2细胞表面多糖、糖蛋白、可溶性蛋白及磷脂大分子的含量升高,表面羧酸盐含量变化较大,表面多肽含量同样上升,部分解释了P.oxalicum SL2菌丝体与Pb2+亲和力较高且吸附容量大的原因。
  (2)阐明P.oxalicum SL2的Pb2+形态转化机制。在P.oxalicum SL2的Pb2+固定化过程中,通过光学显微镜及扫描电子显微镜-能谱(SEM-EDS)分析,发现菌丝体胞外形成了纳米级和微米级的含Pb次生矿物。进一步利用透射电镜-能谱分析(TEM-EDS)方法,确定了Pb可渗透到P.oxalicum SL2胞内,并形成含Pb复合物。为更深入解P.oxalicum SL2中Pb的形态转化机制,使用了X-射线吸收近边结构(XANES)技术,结果显示菌丝体中Pb形态主要为草酸铅、柠檬酸铅、磷酸氢铅及谷胱甘肽铅类似物。为进一步验证该结果的可信性,对胞内谷胱甘肽(GSH)及氧化型谷胱甘肽(GSSG)含量进行检测,发现Pb2+胁迫下胞内GSH和GSH/GSSG值显著提高,尤其是高浓度Pb2+处理组,GSH及GSSG含量显著提高。另外,通过离子色谱检测发现在高浓度Pb2+胁迫下柠檬酸分泌量显著增加,磷酸氢根含量随时间变化不断升高,而中低浓度Pb2+处理可显著提高草酸分泌量。胞内磷酸酶(AKP,ACP)含量在Pb2+处理下同样出现显著变化。判断GSH合成、有机酸分泌及有机磷水解作用的加强可能是P.oxalicum SL2进行Pb形态转化,抵御Pb2+生物毒性的重要手段。
  (3)揭示P.oxalicum SL2在Pb2+胁迫下的蛋白质组响应机制。糖分解代谢与能量合成方面,P.oxalicum SL2在Pb2+胁迫下海藻糖通路被激活,进而打开糖酵解通路,提高了果糖二磷酸醛缩酶和磷酸甘油酸变位酶活性,为Pb2+胁迫下的细胞提供额外能量;氨基酸合成与信号传导方面,通过上调结合类、抗氧化类、分子伴侣及DNA损伤修复相关蛋白的表达,提高细胞抗逆性;抗氧化应激及防御机制方面,可通过几丁质合成通路的激活建立了第一道胞外防御机制,并促进胞内半胱氨酸合成相关蛋白及谷胱甘肽S-转移酶的表达,从而建立胞内Pb螯合解毒的第二道抗氧化应激机制,第三道防御机制则是通过转运蛋白的过表达来促进Pb螯合物的区室化或泵出。
  (4)明确P.oxalicum SL2在Pb2+胁迫下的代谢组响应机制。通过非靶向代谢组学的鉴定分析,发现cAMP信号通路在应对Pb2+生物毒性过程中发挥重要作用,主要通过GPCR结合相关的代谢物实现下游信号通路的调控,并进一步证实了蛋白组中几丁质合成通路的激活;脯氨酸、组氨酸及谷氨酰胺的合成及其所在的ABC转运通路对于抵抗Pb2+毒性十分重要;TCA循环的激活可为该菌株抵抗Pb2+毒性提供更有效的物质及能量供应机制,包括柠檬酸分泌的显著增加,并再次验证了GSH系统在解毒过程中的关键作用;P.oxalicum SL2可通过糖酵解通路的激活抵抗Pb2+毒性并获得额外能量,这与蛋白组结果相符;此外,Pb2+胁迫下细胞分裂活性及DNA损伤修复能力增强。
[博士论文] 邹丽娜
环境工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:砷(As)是中国南方地区面积广大的水稻土中典型的污染物之一,水稻作为中国主要的粮食作物,是人类摄取As的主要途径。因此,如何降低As的生物有效性、减少水稻As吸收从而缓解水稻土As污染是当前研究的热点。硫(S)和有机质是影响土壤中As迁移转化的重要因素。因土壤缺硫现象在中国日益严重,硫肥的应用逐渐被重视。猪粪肥作为有机物料施用于农田可以实现废物的资源化利用,增加土壤肥力,但其本身含有As,可能增加As的环境风险。因此,探究这两种肥料对As在土壤-水稻系统中迁移转化的影响对合理施肥、保障农产品安全具有重要意义。本论文选取稻田土壤中的As为研究对象,进行盆栽和大田试验,将传统化学分析方法与高通量测序技术和荧光定量PCR结合,考察硫肥和猪粪肥施用对As形态转化、生物有效性与水稻吸收的影响,探讨硫肥和猪粪肥施用对微生物群落和功能基因的影响,揭示不同肥料影响水稻吸收As的微生物作用机制。主要研究结果如下:
  (1)阐明了硫肥对土壤-水稻系统As形态转化、生物有效性与水稻吸收的影响。通过盆栽试验进行研究发现,不同土壤中影响土壤溶液As和Fe(Ⅱ)移动性的因素不同,在外源As污染土壤中微生物介导的还原溶出和非生物介导的还原溶出均存在,而实际As污染土壤以微生物介导的还原溶出为主。硫肥的添加降低了根际、非根际土壤溶液中的As和Fe(Ⅱ),降低了As的移动性,且As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的浓度也有一定的降低。相同硫含量的硫酸钠比单质硫效果更显著。硫肥添加促进了水稻生长,增加了水稻产量,并且一定程度上降低了水稻地上部对As的累积。
  (2)弄清了硫肥施用影响As形态转化、生物有效性与水稻吸收的微生物作用机制。利用Miseq高通量测序和qPCR技术研究发现,非根际土壤的微生物多样性略低于根际土壤,根际与非根际土壤具有相似的群落组成。硫肥对As循环功能基因影响较小。而硫酸钠的施用显著增加了根际土壤中与Fe(Ⅲ)和硫酸盐还原相关的微生物,这与Fe(Ⅲ)还原菌和硫酸盐还原基因的表达量的增加是一致的。在淹水环境中As(Ⅲ)的存在及Fe(Ⅱ)和硫化物的增加,促进了砷硫化物或砷铁硫化矿物的形成,从而降低了土壤溶液中的As(Ⅲ)及Fe(Ⅱ)浓度,减少了水稻吸收。
  (3)揭示了猪粪肥影响土壤As生物有效性及水稻吸收的规律与微生物作用机制。通过大田试验研究发现尽管猪粪肥中含有As,但并未增加土壤总As,而是促进了土壤稳定态As向非稳定态As的转化。长期猪粪肥施用增加了水稻组织中As的累积。根中As主要分布在根表皮和外皮层,而稻米中的As主要分布在谷皮、糊粉层和靠近糊粉层的胚乳中。猪粪肥施用对稻米中的总As没有显著影响,但是稻米中的As(Ⅲ)显著增加。长期猪粪肥的施用没有显著影响土壤微生物多样性,但显著增加了根际Anaeromyxobacter(铁/砷还原菌)和Bradyrhizobium(内生根瘤菌)的相对含量,可能促进了水稻As(Ⅲ)吸收及产量增加。这与砷还原基因(arsC)的增加一致,表明猪粪肥的施用促进了As还原。
  (4)明确了根表胶膜微生物在影响水稻吸收砷方面的重要作用。通过提取水稻根表胶膜进行研究发现,根表胶膜微生物群落多样性低于根际土,并且微生物群落组成有一定的转换。猪粪肥添加显著影响根表胶膜微生物群落结构及多样性的变化,其中Bradyrhizobium、Burkholderia、Ralstonia等与As、Fe、S循环相关的菌属相对含量显著变化,与根表胶膜中As、Fe、S相关功能基因的变化一致。猪粪肥的添加促进了根表胶膜中的As还原,抑制了Fe和S还原。根表胶膜上的微生物,特别是与As、Fe、S相关微生物,与根际土相比,更能影响As形态转化及水稻吸收。
  (5)研发了基于肥料和水分管理的农田砷污染调控措施。发现不淹水条件下,FeSO4的添加降低了土壤As生物有效性。FeSO4的添加和不淹水条件在保证水稻存活的同时,显著促进了水稻的生长,显著降低了水稻地上部对As的吸收。FeSO4的添加促进了水稻根表胶膜的形成,根表胶膜截留了大部分的As。FeSO4的添加和不淹水条件显著降低了As从根向水稻地上部的转移,主要可能的原因是土壤中As生物有效性的降低、水稻根的阻碍作用及更多还原型谷胱甘肽的形成。FeSO4的添加辅以水分管理是一种可能的改善砷污染稻田中水稻生长和降低As吸收的原位调控方法。
[博士论文] 孟庆洁
环境工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:作为细颗粒物与臭氧的前体物,挥发性有机物(VOCs)的排放控制是当前大气污染防治工作的重点。国内的工业源有机废气组成复杂,在医药、钢铁烧结等行业多见含氯组分,大部分行业的废气含水量高,且催化燃烧过程中易因工况波动导致催化剂遭受高温热冲击,因此,提高催化剂的抗高温与抗氯抗水性能是当前研究工作的热点。本文基于具有良好热稳定性的层状钙钛矿开展了VOCs催化氧化反应特征及催化剂改性研究,考察了其对典型VOCs(如苯系物、烷烃及氯代烷烃)的催化氧化性能及抗氯抗水能力。
  本文首先以镍基RP层状钙钛矿为模型,考察了其层状结构中的氧物种特征,发现具有无限钙钛矿层的LaNiO3拥有丰富的表面氧和良好的低温氧化还原性能,岩盐层与单钙钛矿层交错的La2NiO4仅拥有大量迁移性优异的间隙氧原子,而兼具岩盐层与多钙钛矿层结构的La4Ni3O10同时保持了一定数量的吸附氧和良好的近表面晶格氧移动性。基于上述特征,本文随后分别以甲苯与甲烷作为苯系物与烷烃催化氧化的反应探针,分析了层状钙钛矿参与催化氧化过程的活性氧物种种类。结果表明,LaNiO3有利于苯系物类催化氧化反应(以表面反应为主)的进行,La4Ni3O10利于烷烃类催化氧化反应(以界面反应为主)的进行,La2NiO4在苯系物及烷烃催化氧化中的活性均不理想。相关研究证明了化学吸附氧与近表面晶格氧分别是甲苯和甲烷催化反应的活性氧物种,而间隙氧原子本身没有反应活性。
  在二氯甲烷(DCM)的催化氧化中,本文明确了酸性与近表面晶格氧移动性对DCM催化性能的影响;选用锰基RP层状钙钛矿为催化剂,并采用表面磷酸化处理实现了提高催化剂比表面积、增加酸性位点以及提升低温氧化还原性能的目的,有效改善了催化剂对DCM的吸附与深度氧化性能。最后,基于无水条件下催化剂的失活研究发现,丰富的羟基和优异的晶格氧移动性有效提高了磷酸化催化剂的脱氯能力和稳定性。在富水条件下,高浓度水汽抑制了磷酸化锰基层状钙钛矿的氯中毒,显著提升了其对DCM的催化氧化活性,反应温度较之改性前下降了约130℃;将水汽浓度进一步增加至10vol%时,其催化活性未发生明显变化,表现出较强的抗水性能。
  本文通过上述研究明晰了类钙钛矿型催化剂中参与VOCs催化氧化反应的主要活性氧物种;基于多层钙钛矿结构,构建了磷酸盐-类钙钛矿的复合催化体系,在高湿环境下有效降低了其催化DCM的反应温度,并增强了其抗氯抗水性能,为催化剂的优化设计和类钙钛矿型催化材料的应用提供了实验及理论依据。
[硕士论文] 杜利华
港口、海岸及近海工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:内陆径流与外海潮流交汇的河口海岸水域中存在着复杂的物理过程,影响着河口区的流场和水质特性。中国最大河流长江的入海口与潮汐最强的杭州湾毗邻,两股水体交换,大量污染物入海,深刻影响近海海洋环境。研究长江口杭州湾水体交汇与污染物扩散对海洋环境保护具有重要意义。
  论文针对长江口和杭州湾的水体交汇,建立了大范围二维潮流数学模型。数值模拟了长江口和杭州湾及其交汇区的水流特征,获得了示踪粒子的运动轨迹,结果表明长江口水体大部分流入外海,部分绕过南汇嘴进入杭州湾到达金山附近。杭州湾北岸水体可扩散到金山下游35km,南岸水体向东扩散最远至舟山海域。根据示踪粒子轨迹分析,获得了长江口与杭州湾两河口水流交汇区范围自金山向东延伸约35km、自北岸向南拓展40km左右。分析了径流变化对长江口及交汇处水动力的影响,径流增大使南支及交汇区水流落潮流速增大,涨潮流速减小,而对北支水流影响甚微。
  论文以COD为污染因子,建立了与潮流相一致的大范围水质模型,模拟了长江口杭州湾入海污染物的稀释扩散及两河口水质的相互影响,着重研究了交汇处保守物质浓度的时间变化。数值试验表明,长江口排放点源污染物随潮多次往返迁移最终扩散入海,部分扩散到杭州湾北岸水域,浓度降为原来的5‰。杭州湾北岸排放点源污染物在向上下游扩散的同时由北向南扩散。长江口和杭州湾北岸排放同浓度污染物,扩散至南汇嘴附近浓度分别降到9‰和1‰,交汇处浓度受长江口和杭州湾的影响之比约为9∶1。模拟分析了长江口和杭州湾共同排放污染物时浓度的变化,给出了丰、枯水期污染物浓度等值线所包围的面积,浓度低区丰水期大于枯水期,高浓度区恰好反之,说明径流量大时污染物扩散快,稀释程度高。
[硕士论文] 任亚军
植物保护 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:有机氯农药(OCPs)、多环芳烃(PAHs)和多氯联苯(PCBs)是3类典型的具有致癌、致畸和致突变的持久性有机污染物(POPs),它可以通过多种环境介质进行长距离迁移,对人体健康和环境安全产生了极大危害。地表水体和表层底泥是OCPs、PAHs和PCBs等污染物的重要环境受体,因此研究OCPs、PAHs和PCBs在地表水体和表层底泥中的暴露水平、环境行为及其造成的环境风险具有重要的理论和实际意义。
  本研究首次对扬州城区水体和表层底泥中3类典型的POPs进行了系统的研究。在2016年和2017年两年时间内,对扬州城区13处站点水体和表层底泥样品中的3类典型POPs进行分析测定,分别探讨了这3类POPs的污染特征,对其时空分布、污染来源做初步解析,并评估它们对生态系统危害,这一研究对相关POPs污染的控制和削减,以及区域经济与环境的协调发展,均具有十分重要的意义。
  扬州城区水体中OCPs、PAHs和PCBs的含量分别为33.58-468.33ng/L、321.23-5422.60ng/L和0.56-41.63ng/L,平均浓度分别为133.07、1015.975和9.44ng/L;表层底泥中OCPs、PAHs和PCBs的浓度分别为27.00-9419.22ng/g dw、21.25-2284.67ng/g dw和0.03-14.45ng/g dw,平均浓度分别为785.76、656.85和1.195ng/g dw。
  OCPs、PAHs和PCBs在扬州城区水体中空间分布比较均匀,在春夏两个季度水体中OCPs、PAHs和PCBs含量均高于秋冬两个季度。3类污染物在表层底泥中分布情况各不相同,杉湾大桥站点表层底泥中OCPs含量显著高于其他11处站点,表层底泥中OCPs空间分布趋势为:城市中区∑OCPs浓度>城市西区∑OCPs浓度>城市东区∑OCPs浓度,各站点表层底泥中OCPs含量季度差异较小;杉湾大桥站点和瓜洲闸站点表层底泥中PCBs浓度高于其他10处站点PCBs浓度,表层底泥中PCBs含量的季度差异较小;扬州闸站点、杉湾大桥站点和瓜洲闸站点表层底泥中PAHs浓度明显低于其他站点,底泥中PAHs浓度空间分布趋势为:城市东区∑PAHs浓度>城市中心区域∑PAHs浓度>城市西区∑PAHs浓度。在表层底泥中PAHs季度变化比较明显:春季∑PAHs浓度>秋季∑PAHs浓度>夏季∑PAHs浓度>冬季∑PAHs浓度。
  通过对扬州城区水环境中OCPs、PAHs和PCBs的来源进行解析。结果发现,扬州城区水体中HCHs来源受HCHs类农药历史残留和林丹使用的综合影响,表层底泥中的DDTs主要来源于环境中的残留;水体和表层底泥中的PAHs主要来源于燃烧源;水体中的PCBs主要来源为国产PCBs在环境中的持久性残留,表层底泥中PCBs来源主要受国产电容器、变压器以及油漆添加剂的影响。
  扬州城区水体和底泥中PAHs和PCBs含量水平较低,大多数站点表层底泥中的PAHs和PCBs对周边生物的影响效应较小;杉湾大桥站点和瓜洲闸站点表层底泥中OCPs含量较高,存在较高的生态风险,其他站点表层底泥中OCPs的生态风险较低。
  论文研究这3类POPs的污染情况、时空分布、来源和潜在风险,评估它们对生态系统的危害,这一研究对相关POPs污染的控制和削减,以及区域经济与环境的协调发展,均具有十分重要的理论和实际意义。
[博士论文] 寇长江
水利工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:密集的道路交通网络在为城市带来高度通达、集散功能的同时,也由于频繁交通活动所致的尾气排放、敞式运输、车辆扬尘、轮胎制动、部件磨损以及油分渗漏等原因,成为面状污染最主要的来源之一,路面径流排放、下渗对周围水系和地下水环境造成的影响已经成为道路生态化建设亟待解决的重要问题。本文通过大量文献与实地调研,在综合比对种植林带、人工湿地、生物滞留设施、渗滤系统与透水铺装等污染处治措施及其净化效能的基础上,提出了基于渗滤系统和透水铺装等原位污染控制技术,通过“径流转变为渗流”实现道路面源污染净化的基本思路,并设计了合理的净化介质与渗流路径,从试验、数值层面论证了路面径流污染原位控制技术的可行性。
  首先,准确评估不同类型路面径流污染物的时空分布特征是进行原位污染控制措施设计的依据和前提。通过实地采样与测试,对水泥混凝土、密实沥青混凝土、透水沥青混凝土三种不同道路路面形式的产流过程、径流污染物浓度水平与时空分布特征进行了探究,发现水泥混凝土路面和密实沥青混凝土路面的产流过程为“冲刷-浸润-径流”,透水沥青混凝土路面的产流形式为“冲刷-浸润-渗流-径流”,“渗流”过程和丰富的空隙空间赋予透水沥青混凝土路面较强的污染截留和保持能力,而较小的表面构造特性使水泥混凝土路面的污染保持能力远远低于密实沥青混凝土路面,故透水沥青混凝土路面、传统的水泥混凝土路面、密实沥青混凝土路面,径流水样污染程度依次加深。除了不同类型路面产流特征,路面径流污染物的空间分布特征还受到路段交通特征和周边环境的影响,在交叉口与人行横道附近表现出悬浮物、重金属污染富集的现象,在商业区附近表现出有机污染物升高的现象;在路面径流污染物的时间分布特征方面,基于密实沥青混凝土路面径流污染物累积分布曲线,提出了冲刷高峰时点tm、累积最大冲刷浓度Cm和冲刷强度Fm等量化指标来表征路面径流污染物的初期冲刷效应时域和强度。
  其次,调研结果充分说明了透水沥青混凝土路面在净化路面污染、削减降雨洪峰等方面的优势。基于此,研究设计了“全渗透式”道路断面的基本形式,确定了包括透水沥青混凝土路面、多孔水泥混凝土边坡、矿物材料净化层和生物废料改良土4种净化介质组成的渗流路径,对不同配(合)比的净化介质进行了室内制备、基本性能测试,确定了干法撒布沉积土与湿法化学试剂法投放相组合的污染物输入方式,并设计、开展了不同配(合)比的净化介质的室内净化试验。对不同净化介质的模拟试验结果表明:透水沥青混凝土和多孔水泥混凝土的空隙率变化主要影响SS及附着其上的那部分污染物的净化率,对溶解分散于水样中的其他污染物的净化率影响较小;不同矿物材料净化层的内部孔隙结构、表面物化特性不同,对SS的净化率普遍较高,沸石、硅藻土对TP的净化率较高,而沸石、陶粒对重金属Pb和Zn的净化能力突出;对土壤的改良处理不利于SS的净化,生物废料的掺配主要提升土壤的重金属净化能力。根据净化介质的初始净化能力,绘制了初始净化等级示意图,并从空间布局、层位布局、材料混合、净化增强四个层面给出了适用于不同污染物浓度水平与净化等级要求的净化介质组合方法。此外,还对净化前后径流水样中悬浮颗粒粒径范围、峰形特征及最频粒径的变化规律进行了分析,发现透水沥青混凝土主要截留大粒径颗粒,多孔水泥混凝土主要截留大粒径和中等粒径的颗粒,而矿物材料净化层对各个粒径范围的颗粒均具有较好的截留作用。
  室内净化试验还针对大空隙/多孔材料容易堵塞而引起的排水能力衰减问题,考虑雨前晴天风干作用对堵塞进程的影响,对不同配(合)比的净化介质进行了径流水样污染物总量等效年限为10年长期净化效能试验,对渗透系数与污染净化率的同步测定结果表明,风干效应虽然会引起路面结构空隙内沉积物的絮凝、成团、结硬,加速空隙空间排水能力的衰减进程,但能够促进溶解态污染物向悬浮颗粒的附着过程,增加各种污染与净化介质的接触时间,有利于污染物的净化,且截留颗粒和空隙内壁组成的新空隙结构能够显著提高净化介质对各种污染物的截留、净化能力。对于长期服役过程的堵塞问题,基于空隙衰变引起的排水能力衰减而净化能力增强的规律,提出了“平衡法”、“最大污染净化率法”和“排水能力优先法”等确定净化介质清理时间节点的方法。
  为确定降雨强度、几何坡度、组合形式对实际净化效能的影响,建立与室内净化试验的联系,实现路面径流污染物的定量管理,构建了包括人工模拟降雨平台和道路集成平台的足尺试验系统,对单(双)层沥青混凝土路面、不同坡度多孔水泥混凝土边坡及两种矿物材料净化层进行人工模拟降雨试验。率定试验表明人工降雨的均匀性和重复性均能满足试验要求,不会对实验结果造成影响。对于边坡部分,坡度的增加会明显降低多孔水泥混凝土对径流污染的净化能力;对于路面部分,通过计算不同空隙率透水沥青混凝土所能承受的极限降雨强度确定了合理的降雨强度范围与梯度,并以相同空隙率透水沥青混凝土的室内净化试验结果和近似降雨强度人工模拟降雨试验结果为参照,分别提出了调整系数α、层系数β、降雨强度折减系数γ,同时实现不同影响因素的定量评价和与室内净化试验的转换;两种组合形式(2#仓室和3#仓室)对六种污染物的综合净化率均达到了较高的水平,不同材料所发挥的作用与室内净化试验结果相符。
  最后,基于一定的简化、概化条件,建立了道路结构及其地下水环境的有限差分模型和污染物运移模型,初步探究了路面径流入渗部分对其污染羽的影响,运行结果表明:污染物在道路及其地下水环境中的入渗与迁移过程受到介质分界面、地下水位线、距离排水区域的距离等因素的影响,表现出有规律的时间、空间的累积现象,且在相同或类似的地质条件下,整个区域的浓度水平则主要受到污染物补给浓度(路面径流污染浓度与原位控制技术污染截留量的差值)的影响。模型能够对输入(补给)、输出(观测井)模拟区域的污染物随时间和空间的变化进行有效预测,可以作为原位控制技术实施后道路地下水环境污染羽评估、管理的有效手段。
  研究成果将为推动路面径流污染原位控制技术的发展和实施前后道路环境污染状况的定量评估提供理论基础。
[硕士论文] 朱钰
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:从地球形变响应的相关研究历史看,尽管在环境要素负荷地壳形变方面的研究在不断增多,但是受数据和计算模型的影响,一些地区由于江河湖库动态变化引起的地壳形变和局部重力场变化缺乏系统的、有效的监测。
  本文以多种数据为依托,系统的研究了江河湖库水负荷形变理论体系,并以三峡地区为例,实践了负荷形变计算的全过程。研究主要包括三部分内容:探讨基于ZY-3卫星影像提取江河湖库水体的方法;以负荷形变理论为支撑计算江河湖库水对区域的7种形变影响(以下简称计算结果);重构CORS站、重力台站数据的精细信号对比分析计算结果中大地高、地面重力变化的有效性。主要工作及成果如下:
  (1)通过探讨遥感影像中水体提取方法的研究概况,发现了现有水体提取方法应用于ZY-3影像的有限性,探索性的提出基于WI和单波段阈值求交的提取方式以及基于概率统计的纹理滤波提取方式,并对比了各种提取方式的优势和不足,获得三个主要结论:
  ①对于ZY-3影像,其近红外波段对水体有较高的敏感度,当存在较少与水体反射率相近的地物时,使用单波段阈值法或多波段谱间运算就能获得较为理想的水体提取效果。
  ②常用的NDVI、NDWI在该卫星影像中提取效果不佳,WI容易漏提水体,HIS最优指标法减小了结果中的噪音,但结果中水田信息较多。相比较,基于规则的面向对象提取方式有较大的应用潜力。
  ③谱间关系和水体指数的结合的方式能一定程度的排除阴影的干扰,有一定的开发应用空间。当研究区细小水体较少或进一步研究中不考虑细小水体时,基于概率统计的纹理滤波能有效降低水体提取结果中的噪音,一定程度上避免了水田和阴影的混入。
  (2)以负荷形变理论为依托,详细说明了实践计算的具体过程和关键步骤,提出了水面DTM和水体等效水高生成的方法,模拟计算了研究区水位从145-175m每上升5m的负荷形变量,详细计算了研究区域2011年1月至2015年6月地面重力、大地水准面、大地高、正常高、扰动重力、垂线偏差、水平形变7种形变量的月变化。计算获得的主要成果有四点:
  ①模拟计算中7种形变量随着水位的上升而增大,且呈现由河道向外发散的特征。
  ②实际计算中水体对区域重力负荷影响的月变化保持在±45uGal之间,对大地水准面的影响基本保持在0-5mm之间,对区域大地高的影响保持在-25-0mm之间;对区域正常高的影响保持在-30-0mm之间,对区域扰动重力的影响基本在±45uGal之间,对区域垂线偏差的影响大部分区域保持在0-10ms之间,对区域水平形变的影响普遍较小,整体不高于0.40mm。除水平形变外,其他形变量在河道处的数值是其基本变化量的几倍甚至数十倍。
  ③从距水体5km至20km,随着与水体距离的增加,7种形变量逐渐减小。
  ④从时间序列看,形变量存在明显的季节性,汛期(7-9月份)形变量高于非汛期。
  (3)基于CORS站和重力台站实测数据对比分析了江河湖库水负荷形变体系计算结果中的大地高变化和地面重力变化。简要说明了CORS站和重力台站数据的预处理过程,实验探索了CORS站及重力台站数据的非潮汐精细信号重构过程。在CORS站大气影响剔除过程中提出两种解算导纳的方式,使用回归法计算了三峡地区30座、关中地区24座CORS站的大气导纳值。对精细重构之后的数据求取月平均与计算结果进行对比得到:江河湖库水负荷形变体系计算的大地高变化结果有效性较高,且计算的结果能反映区域大地高整体的变化,较单点监测有一定的优越性,计算所得的重力变化结果符合实际情况,但不能代表地面实际重力变化的总趋势,尤其是距离水体较远的点。
  此外,研究过程中还系统地总结了地表环境负荷形变理论及方法,基于前人的研究成果,以负荷格林函数为依托,构建了江河湖库水负荷形变计算的理论体系,并撰写了一系列计算相关的DOS程序及批处理Python脚本。这不仅为本文研究过程提供了极大的便捷,且可作为研究者和工作人员做江河湖库水负荷形变研究时的工具,供其使用。
[硕士论文] 邹金城
农业昆虫与害虫防治 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:重金属污染一直是环境污染问题之一。重金属在食物链中极易传递和富集。作为食物链中的关键一环,具有远距离迁飞习性的甜菜夜蛾在受到重金属胁迫后其生长发育以及飞行能力会受到何种影响及其影响机制还未见系统研究。本论文系统研究了甜菜夜蛾幼虫期取食含5种浓度重金属镉(Cd2+)人工饲料(0、0.2、0.8、3.2、12.8mg/kg)化蛹后蛹重、羽化率、翅畸形率等生物学参数、飞行能力及其相关影响因素翅-体辐和结构参数以及对成虫体内能源物质的影响,主要研究结果如下:
  1镉胁迫对甜菜夜蛾生物学参数的影响
  幼虫取食含不同浓度Cd2+人工饲料后,雌、雄蛹重均随着Cd2+胁迫浓度的升高而升高,并与对照达到显著差异,但四组Cd2+胁迫之间差异不显著;成虫羽化率随着Cd2+胁迫浓度的升高而下降,12.8mg/kg处理显著抑制成虫羽化;较低Cd2榷度(0.2和0.8mg/kg)处理显著降低成虫翅的畸形率,而较高浓度处理(3.2和12.8mg/kg)则显著提高成虫翅的畸形率;雌虫占比随着Cd2+胁迫浓度的升高而升高,Cd2+胁迫显著延长成虫寿命和产卵历期,产卵量先增加后降低,但并不影响雌蛾的产卵前期。
  2镉胁迫对甜菜夜蛾成虫飞行能力的影响
  不同浓度Cd2+胁迫对不同日龄和不同性别甜菜夜蛾成虫飞行能力的影响存在显著差异。以0.2mg/kg处理的3日龄雌成虫飞行能力最强,平均飞行距离最远,达36.96km。在所测日龄中,0.2mg/kg的低浓度Cd2+处理与对照相比飞行能力差异不显著;随着Cd2+浓度的升高,雌、雄成虫飞行能力均显著下降;Cd2+胁迫对雄虫飞行能力的抑制作用比对雌虫更加明显;不同浓度Cd2+胁迫下飞行群体强飞行个体的比例明显不同。
  3镉胁迫对甜菜夜蛾成虫翅—体辐和结构参数的影响
  不同浓度Cd2+胁迫显著增加甜菜夜蛾成虫的体长,0.2mg/kg的低浓度Cd2+处理显著增加雄蛾的翅面积和翅展,降低翅载荷,提高飞行肌比率,使其更有利于飞行;12.8mg/kg的高浓度处理并没有显著降低成虫翅载荷,但飞行肌比率显著低于对照,使其飞行能力显著低于对照;随着Cd2+胁迫浓度的升高,雌蛾翅圆度逐渐下降而雄蛾逐渐上升;Cd2+胁迫对雌、雄蛾的体形并没有显著的影响,表明Cd2+胁迫并不会影响成虫体型的长宽比。
  4镉胁迫对甜菜夜蛾成虫体内能源物质的影响
  不同浓度Cd2+胁迫对成虫鲜、干重的影响与蛹重基本一致,Cd2+胁迫有利于提高初羽化雌、雄蛾体内糖原含量,提高雄蛾而降低雌蛾体内海藻糖含量,显著提高雌蛾体内甘油酯含量的积累但不影响蛋白质含量;较低浓度Cd2+胁迫降低雄蛾体内蛋白质含量,不同浓度Cd2+胁迫均不利于雄蛾体内甘油酯含量的积累,处理组甘油酯含量显著低于对照组;雌、雄蛾羽化初期均消耗一定的糖原含量,较高浓度Cd2+胁迫下雌蛾的糖原消耗量多于雄蛾;飞行相同时间,较高浓度Cd2+胁迫下雌、雄蛾对甘油酯的利用效率不同,雄蛾消耗甘油酯绝对含量显著高于雌蛾。
[硕士论文] 徐雪玲
结构工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国城市化进程不断深入,大量天然透水地面被密实型道路铺装代替,由于受到大气沉降、垃圾累积、油分渗漏等影响,路面径流污染已成为面状污染的主要来源之一。路面径流中大部分污染物被携带排入天然水体或土壤,造成了严重的水体与土壤的污染。因此,对路面径流污染的有效控制已成为道路生态化建设亟待解决的重要问题。
  在综合对比多种径流污染处治措施的基础上,认为透水性铺面、生态滤沟等原位径流污染处治技术是路面径流污染控制的有效措施。因此,本文以道路路面、边沟等为结构模块,选用应用范围广、使用灵活且净化效果好的松散颗粒净化层和透水混凝土(合称为“渗滤结构”)为研究对象;在路面径流水质调研的基础上,研究了渗滤结构的材料、结构以及水力参数对其净化路面径流污染效果的影响;通过多种测试手段深入分析了渗滤结构的净化机理,并探究了其阻滞路面径流污染的长效机制。
  对扬州市典型路面径流调研分析表明,路面径流污染严重,初期冲刷效应明显,在交叉口与大量行人活动附近表现出污染富集现象;通过对路面径流污染物赋存状态分析和粒度分析表明去除悬浮颗粒物是治理路面径流污染的有效途径;并确定了悬浮颗粒物主要粒度范围,对该粒径范围内的悬浮颗粒物进行处治会使得路面径流污染的净化更加有效。
  通过对5种材料、3种铺装厚度(10cm、20cm、30cm)、3种材料粒径(1~3mm、3~6mm、6~8mm)的松散颗粒净化层渗滤试验研究发现,不同的松散颗粒净化层对径流污染物的净化效果各不相同,5种松散颗粒净化层综合净化能力排序为:沸石>矿渣>火山岩>陶粒>硅藻土;针对不同径流污染物推荐了松散颗粒净化层铺装厚度与材料粒径大小;采用模糊综合评价法推荐了适用于不同路面径流污染类型的材料组合形式。通过对透水混凝土基本性能测试和渗滤试验研究,建立了透水混凝土抗压强度、渗透系数和污染物净化率与空隙率的关系模型;并提出了一种基于减少径流量的透水混凝土空隙率计算方法;兼顾抗压强度、透水性和净化效果,确定其空隙率为20%左右。
  通过对渗滤结构净化前后径流水样粒度分析发现,粒度分布主要有三点区别,(1)粒径范围的改变;(2)峰形特征的改变;(3)最频粒径的减小;且发现松散颗粒净化层和透水混凝土分别对粒径范围在161~800μm和417~800μm的悬浮颗粒物截留效果最佳。对松散粒状材料微观图像观测及元素分析结果表明,沸石和硅藻土对悬浮颗粒物的去除以结构空隙截留为主,火山岩、陶粒、矿渣则是其本身的孔隙吸附和结构空隙截留共同作用完成的;5种松散粒状材料对TN、TP、Zn和Pb的吸附效果与渗滤试验结果相符。
  对渗滤结构的长模拟周期渗滤试验研究结果表明,渗滤结构的渗透系数与污染物净化率基本呈现负相关关系;渗滤结构堵塞过程可分为“快速阻塞”、“阻塞部分恢复”和“渐进阻塞”三个阶段,净化过程可分为“净化能力快速提升”、“净化能力缓慢提升”和“净化能力缓慢下降”三个阶段;并以渗透系数为主参考值,污染物净化率为次参考值提出了确定渗滤结构最佳清理时间点的方法;松散颗粒净化层和透水混凝土分别在表层以下30~70mm和0~30mm空隙堵塞最为严重。
  本文研究成果对更好地发挥渗滤结构的生态功能,推动路面径流污染原位控制技术的发展,缓解当前严峻的路面径流污染问题提供理论基础。
[硕士论文] 葛艳芳
公共管理 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:改革开放以来,我国经济飞速发展,也伴随着资源消耗过度和环境不断恶化的问题。“先污染,后治理”这一发展模式,给我国带来了水污染、土壤污染、大气污染以及垃圾污染等严重环境问题。“十三五”时期,我国明确提出“要扩大全面治理环境的力度,推进多污染物综合防治和统一监管”,由此可见在生态环境保护和生态文明建设过程中,污染源环境监管的重要地位。但是调查与研究数据表明,当前的污染源环境监管模式存在着很多问题。目前我国在污染源环境监管中,存在着污染源监管业务职能分散、缺乏统一的污染源数据库、信息公开不全面等问题,造成政府环境监管乏力且效率低下,责任履行不完全。因此,如何建设良好的环境监管体系,如何加强污染源环境监管,是目前生态环境保护面临的严峻挑战。
  本文以内蒙古包头市为研究对象,运用公共管理学相关理论,采用文献研究法、实地调查法从污染现状分析了包头市的环境质量问题,并对污染源环境监管现状进行分析,指出包头市在污染源环境监管中存在的问题及产生的原因,有针对性的提出切实可行的对策和建议,对包头市加强环境保护和污染源环境监管具有切实的理论意义和现实意义,同时也为地方的环境污染监管模式提供一定的指导和参考。
[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] 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] 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] 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] 龙治杰
地质学 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:矿业活动会对矿山周边的生态环境和居民的生活环境造成严重的影响。土壤是农业生产活动所必需的,也是人们赖以生存的重要介质,矿石的开采冶炼会对土壤造成直接影响,可能导致严重的重金属污染。攀枝花地区半个世纪以来的矿山开采活动,为当地人民带来了丰富的经济效益的同时,也对矿区周围环境造成了不可逆转的影响。
  本文依托国家自然科学基金项目(No.41273124),在对攀枝花地区重金属污染现状做出评价的基础上,使用连续形态提取法评估V元素的生物可利用性。同时利用V同位素和V元素的形态占比示踪钒污染的来源。本文首创性地将V同位素应用到环境地球化学领域并使用元素赋存形态进行污染示踪研究。最终对攀枝花地区土壤钒元素污染现状及污染来源作出调查和评估,得出了以下认识和结论:
  (1)本文通过对攀枝花土壤重金属含量的测定,采用重金属污染评价法对攀枝花地区重金属污染进行评价。攀枝花地区在一定程度上遭受重金属污染,其中As、Cd、Cr、Ti、V元素含量和污染程度较高,
  (2)兰尖矿地区Cu、Cd元素的污染情况稍高;河门口区域土壤中的Cd元素遭受到了极为严重的污染,As、Pb元素也在一定程度上受到污染;钒厂区域V、Ti元素有着高浓度的富集;宝鼎煤矿区域土壤中Cd、Cr元素遭到中等程度的污染;攀钢地区的污染情况最为复杂,各元素都遭受到了污染,污染情况在各区中最为严重。
  (3)采用BCR法研究了攀枝花土壤中重金属的赋存状态,结果表明,其生物可利用性由低到高依次为Ti<Cr<Cu<As<Zn<V<Pb。最不稳定的Pb元素可提取态的平均比例为32.7%。
  (4)EDX分析表明,土壤主要由球状和不规则的矿物集合体组成,其主要化学成分为O,Si,Al,Fe,因此其矿物成分因主要为硅酸盐矿物。
  (5)测定了土壤和一些端元组分中的钒同位素比率,并将其用于示踪土壤的污染。其结果表明,土壤中δ51V(‰)的范围为-0.620~-0.737。端元组分组成范围为-0.518~-0.941。进一步分析得出铁矿形成过程会产生V同位素分馏,50V会优先富集在矿石中。V同位素在煤和高炉矿渣燃烧过程中也将产生强烈的分馏,使得飞灰中富集较轻的钒同位素。
  (6)利用土壤和端元组分的V同位素组成特征进行污染示踪。分析得出攀钢地区表层土壤中钒污染的主要人为源应是冶炼过程中产生的飞灰,且飞灰中粉煤灰的影响大于高炉渣除尘灰。对来源进行贡献率计算结果显示,自然来源贡献率51.20%,燃煤燃烧产物粉煤灰的贡献率为46.92%,除尘灰的贡献率为1.88%。
  (7)在攀钢地区评估了土壤中钒的风险程度,攀钢地区中的V元素可提取态占比较高。其剖面中的可提取态占比随着深度的加深而增大,表明造成土壤污染的端元组分的可提取态占比要低于原生土壤。利用钒元素的可提取态占比尝试性地进行污染示踪研究,结果表明其污染源以燃煤飞灰为主。这一结论也与同位素结论一致。
[博士论文] 周海军
生态学 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:随着工业发展和城市化进程,颗粒物污染问题日益突出,已成为大气污染的核心问题。颗粒物作为长期影响空气质量的首要污染物,来源极其复杂。开展颗粒物污染特征、来源和形成机制研究,是有针对性地开展颗粒物污染防治工作的前提和基础。本研究以中国北方典型重工业城市包头市为研究区,分季节系统采集了PM10、PM2.5和居民区积尘样品,开展了颗粒物中水溶性离子、有机碳(OC)、元素碳(EC)、重金属的时空分布特征、来源和形成机制研究,采用化学计量学方法,总结了包头市大气颗粒物中典型污染物与重污染天气过程的响应关系,将Tessier形态分析法引入居民区积尘金属元素和稀土元素环境地球化学行为研究,初步判识了钢铁冶炼企业对包头市大气污染的影响范围。主要研究结果如下:
  1.包头市大气污染春季以PM10污染为主,夏季以O3污染为主,秋冬两季PM10和PM2.5均有不同程度污染。PM2.5、SO2、NO2和CO取暖季明显高于非取暖季,说明燃煤取暖对包头市空气质量有重要影响。
  2.沙尘天Ca2+和Na+浓度高于正常天和雾霾天,而雾霾天SO42?、NO3?、NH4+、K+和Cl?浓度高于正常天和沙尘天。正常天阴阳离子基本平衡,而沙尘天阳离子过剩而导致颗粒物呈弱碱性。聚类分析、三元图和主成分分析结果均表明,沙尘、二次无机离子、燃煤、生物质燃烧和工业污染为颗粒物中水溶性离子的主要来源。
  3.PM10和PM2.5中OC和EC均与风速显著负相关,与相对湿度显著正相关,表明高风速和低相对湿度有利于OC和EC的消除。聚类分析结果表明,OC与SO2和CO同源,主要来源于燃煤,EC与NO2同源,主要来源于机动车尾气和电厂排放。包头市夏季OC主要以一次源为主,冬季二次有机气溶胶也有较大贡献。
  4.沙尘天Si、Al、Fe、Ti和Cu等元素浓度远高于雾霾天和正常天,表明沙尘天对PM10和PM2.5中地壳元素有较大贡献。雾霾天Pb、Zn、Mn、As和Cd等元素浓度远高于正常天和沙尘天,表明雾霾天移动源和工业源等人为污染源对这些金属元素有较大贡献。包头市PM10和PM2.5中Pb、Cd和Hg既有自然源也有人为来源,且在PM2.5中的平均富集因子明显高于PM10,表明这些元素更易富集在细颗粒物上。
  5.受污染源分布和主导风向影响,居民区积尘中Fe、Mn、V和Cr等元素富集因子均呈现昆都仑区>青山区>九原区>东河区。东河区受周边大型燃煤电厂和北梁拆迁改造影响,Al和Co元素富集因子高于其他研究区域。Fe、Mn、Cr、Zn、V和Cu等元素含量随着采样点至钢铁冶炼企业距离增加而减小,Fe、Mn和Cr尤为明显,表明钢铁冶炼企业排放可能是居民区积尘中这些元素的主要来在源。地累积指数、潜在生态风险指数和风险评价指数结果表明,Hg和Cd生态潜风险较高。
  6.居民区积尘各形态∑REEs大小顺序依次为残渣态>铁锰氧化物结合态>有机质结合态>碳酸盐结合态>可交换态。四个研究区黄土标准化的稀土配分模式类似,均呈现轻稀土富集模式,与白云鄂博铁矿石配分模式一致。∑REEs含量和La、Ce、Pr、Nd等四种轻稀土元素的富集因子与钢铁冶炼企业的距离显著负相关,表明钢铁冶炼企业对居民区积尘中稀土元素含量有显著影响。
[硕士论文] 邵丞
测绘工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:二氧化氮(NO2)是大气中主要的污染气体之一,其浓度及变化是衡量空气质量污染程度的重要指标。NO2在平流层中会破坏臭氧,形成臭氧空洞,也是其它光化学二次污染物的重要前体物,另一方面NO2在对流层中还能够形成硝酸性酸雨和光化学烟雾。近年来,四川省的经济发展进入快速上升期,氮氧化物的排放不断增多,带来许多环境问题,环境形势较为严峻,因此加强四川省大气污染的研究和治理刻不容缓。
  本文利用从对流层排放监测网下载的OMINO2数据,利用ArcGIS10.3,ENVI5.1以及Excel2010等软件,对2007-2016年四川省对流层NO2柱浓度的时空分布特征进行了研究分析,并分析了影响四川省对流层NO2柱浓度时空分布的相关因素,其结果如下:
  (1)空间分布方面,四川省对流层NO2柱浓度在空间分布上有着较为显著的差异,呈现出一个以成都-德阳一带中心聚集的高浓度区域,然后浓度向四周依次减少的环形分布特征。高浓度区及次高浓度区主要分布在四川盆地一带,中值浓度区主要分布在盆周山地地区,低浓度区则主要分布在川西高原一带。
  (2)时间变化方面,四川省对流层NO2柱浓度在年际变化上呈现出先逐年升高,后逐渐降低的变化趋势,在2013年达到最大值,后逐渐降低,呈现出一个“∩”型变化特征;从季节变化上来看,四川省对流层NO2柱浓度有着较为明显的季节变化特征,浓度值冬季>秋季>春季>夏季,变化特征呈现出“冬高夏低”;从月际变化趋势来看,四川省对流层NO2柱浓度月均值的变化呈现出周期性变化的特征。
  (3)利用其它辅助数据,对四川省对流层NO2柱浓度的影响因素进行了分析。在自然因素方面,结合四川省地形特征、气温温度、降雨量进行了相关性分析,发现四川省对流层NO2柱浓度的空间分布与四川省的地形特征有着较大关系性;浓度值与气温和降雨量的变化趋势相反,表现出了较为明显的负相关性。在人为因素方面,结合四川省人口及人口密度分布、汽车保有量、能源消耗等方面进行了分析,发现四川省常住人口总量的变化对于四川省对流层NO2柱浓度的变化并不大,人口密度分布对于四川省对流层NO2柱浓度的空间分布则有较大影响,同时民用汽车保有量、煤炭能源消耗的变化趋势与NO2柱浓度的变化趋势相似,表现出了较为明显的正相关性。
[硕士论文] 申远
环境工程 内蒙古大学 2018(学位年度)
摘要:中国境内分布着诸多大型汞矿,如贵州万山汞矿、陕西旬阳汞矿等,多年以来汞矿的开采和冶炼活动对当地的生态环境造成了严重的破坏,环境污染问题成为首要解决的问题之一。目前,几种典型土壤汞污染修复措施被应用于实践,但是并未将不同修复措施下土壤汞释放量纳入修复效果评估体系。本研究应用土-气界面汞交换通量在线监测系统测量和研究汞污染土壤的汞通量,并提出将汞矿区大气汞污染治理与土壤汞修复相结合,寻找一种既可以降低农作物对土壤中汞的富集效果,又能降低土壤汞向大气的释放量,进而降低大气汞污染的修复措施。本研究最终得出以下结论:
  1.汞污染土壤修复措施对土壤汞释放通量的抑制作用主要发生在白天尤其是正午;夜间对土壤汞释放通量的抑制作用很低。
  2.4个月在线监测发现,亚硒酸钠对降低土壤汞的释放通量效果最好,硒酸钠对土-气界面汞交换通量无显著影响;生物炭对降低土壤汞的释放通量效果稳定,但没有亚硒酸钠效果好;膨润土联合磷酸氢二铵可降低土壤汞的释汞通量,但具有时效性,且在光照强度和土壤温度低的森林中无明显效果。
  3.大气汞浓度较高时,添加硫代硫酸铵或植被覆盖均可降低大气汞沉降通量。
  4.土法炼汞区,大气汞是当地居民汞暴露的重要途径之一。相较成人,儿童具有更高的鱼类、禽类日食用量和更高的日呼吸量,因此导致儿童的总汞暴露风险大于成人。该地区大气汞对儿童的总汞暴露量约占儿童总汞日暴露量的50%。
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