大气中含铁氧化物作用下二次无机颗粒物的形成机制

铁是矿尘气溶胶的主要元素之一,在大气中常以氧化铁颗粒物的形式存在,二氧化硫、二氧化氮等一次气态污染物容易与颗粒物发生非均相化学反应。因此,理清含铁氧化物与典型无机气体发生非均相反应形成二次无机颗粒物的机理,对大气污染控制具有重要的指导意义。本文总结了大气中无机颗粒物的主要成分和来源,分析了大气前体物在含铁颗粒物表面反应生成二次无机颗粒物中的机制,明确了大气污染条件下含铁颗粒物表面反应的复合效应,目的在于理清大气中含铁氧化物对大气污染的影响,并针对大气污染防治提供对策建议,为有效治理雾霾提供理论依据。

降雨过程对污水处理厂无机颗粒物特性及活性污泥的影响

取消初沉池的污水处理厂,粒径小于200μm细微无机颗粒物将直接进入生化池,或悬浮或沉积,进而影响生化池的运行。以山地城市某污水处理厂为例,跟踪监测了夏季2个月的6次降雨过程中旋流沉砂池进出水无机颗粒物的粒径和浓度,并同期测定了生化池活性污泥浓度以及污泥MLVSS/MLSS比值。研究发现:旱季旋流沉砂池进出、水中的无机颗粒物平均粒径分别为65.25μm及54.14μm,浓度均值分别为146 mg·L-1及128 mg·L-1,无机颗粒去除率12.33%;降雨旋流沉砂池进出、水中的无机颗粒物峰值平均粒径分别为140.48μm及94.54μm,峰值平均浓度分别为2 167 mg·L-1及1 591 mg·L-1,无机颗粒去除率26.58%;旋流沉砂池对粒径≥200μm颗粒的去除较稳定,对细微无机颗粒物的去除效率约10%。研究进一步发现,降雨中颗粒物浓度分别与雨前晴天数及平均雨强呈线性正相关关系。通过核算生化池无机颗粒物的物料平衡关系,得知研究期间生化池累积无机颗粒物总量410.25 t,其中399.45 t沉积在底部,其余悬浮于活性污泥混合液中。活性污泥MLVSS/MLSS由0.52降至0.40,MLVSS由1 410 mg·L-1降至930 mg·L-1,污泥活性下降,系统运行效能受到影响。

苏州湿地水体透明度的动态变化及其与悬浮颗粒物的关系

为揭示苏州湿地水体透明度的动态变化规律及悬浮颗粒物对透明度的影响,2018年对苏州太湖水域及中小湖荡水域进行现场透明度调查和实验室颗粒物厘定,分析了苏州湿地水体透明度的时空分布特征、变化规律,探讨了透明度与悬浮颗粒物的相互关系。结果表明:从空间分布上,东南部中小湖荡水域透明度高于西南部太湖水域透明度;从时间分布上,太湖水域透明度秋季较高,中小湖荡水域透明度冬季较高;从颗粒物影响上,太湖水域中,太湖三山岛湿地、太湖贡山岛湿地透明度较低,主要受悬浮颗粒物中无机颗粒物的影响,中小湖荡水域透明度普遍较高,悬浮颗粒物含量较低,主要成分为有机颗粒物。太湖水域悬浮颗粒物含量是中小湖荡水域的2.3倍。

长江中下游4个湖泊非色素颗粒物吸收系数光谱模型

利用指数模型和幂函数模型对2007年和2010年长江中下游4个湖泊58个样本ad(λ)(非色素颗粒物吸收系数)光谱进行拟合,以R2(决定系数)、RE(相对误差)和RMSE(均方根误差)等统计参数判定模型效果.指数模型和幂函数模型R2平均值、RE、RMSE分别为0.998、7.01%、0.015 m-1和0.994、15.90%、0.027 m-1.统计检验显示,指数模型的R2显著大于幂函数模型(ANOVA,P<0.001),而RE和RMSE则显著小于幂函数模型(ANOVA,P<0.001).指数模型能更准确地拟合ad(λ),得到的Sd(光谱斜率)平均值为(12.21±1.08)μm-1,400～700 nm波段内变异系数为8.85%,空间上4个湖泊之间变化不是很明显,仅傀儡湖的Sd略低于其他3个湖泊.ad(λ)与ρ(ISM)(无机悬浮颗粒物浓度)呈极显著正相关,通过ρ(ISM)可以得到长江中下游典型浅水湖泊ad(λ)光谱模型.

SO_2与CeO_2超细颗粒非均相反应产物的细胞毒性效应

大气二次细颗粒物(secondary fine particulate matters,SFPMs)是我国城市大气PM_(2.5)的主要组成部分。然而由于PM_(2.5)组成成份复杂,其毒性产生的来源并不明确。在本研究中,我们以二氧化铈(CeO_2)超细颗粒物(UFPs)为大气细矿物质颗粒模型,研究了SO_2气体在模拟大气环境中,如湿度(RH)、紫外光照(UV)和NO_2存在条件下,在CeO_2UFPs界面经多相反应生成的二次无机细颗粒物的性质及与细胞毒性的构效关系。实验通过实时高通量细胞分析系统,实时观察了CeO_2-SFPMs暴露对小鼠单核巨噬细胞(RAW264.7)增殖的影响;并进一步检测了CeO_2-SFPMs对细胞膜通透性和细胞凋亡的影响。结果表明,SO_2与CeO_2UFPs作用后可转化为硫酸盐,在有NO_2存在下转化更为明显。CeO_2-SFPMs对细胞毒性效应与其生成的环境条件相关,并具有时间效应性。RAW264.7细胞暴露于CeO_2-SFPMs 8 h,细胞增殖无明显变化;暴露8~25 h后,CeO_2-SFPMs对细胞增殖的抑制率随CeO_2<@CeO_2+SO_2<@CeO_2+SO_2+RH≈@CeO_2+SO_2+RH+UV<@CeO_2+SO_2+RH+NO_2的顺序显著升高。CeO_2-SFPMs对Raw264.7细胞膜通透性和细胞凋亡的影响研究也证明CeO_2-SFPMs@CeO_2+SO_2+RH+NO_2产生的细胞毒性最明显。

水体有机和无机颗粒组分变化对散射和后向散射特性影响研究

研究颗粒物的比例构成对散射及后向散射特性的影响,对推动水色遥感的发展具有重要的意义。本文结合2017年6月和9月秦皇岛附近海域的实测数据,获取了各站位有机颗粒(POM)、无机颗粒(PIM)的浓度以及散射、后向散射等光谱参数,并进行了相关性分析。结果表明,受水体颗粒物浓度的影响,各波段比后向散射系数的变化幅度明显增大,变异系数CV最大值出现在550 nm处;通过建立散射、后向散射系数与总悬浮颗粒物浓度(SPM)以及与PIM和POM之间的关系模型发现,水体的后向散射受水体颗粒物构成影响较大,与有机、无机颗粒物浓度之间的模型精度较高,均方根误差(RMSE)的变化范围为0.0094~0.0143,模型精度在700 nm处最好;同时,分析了无机颗粒物的比例构成(PIM/SPM)对散射效率和后向散射效率的影响,得出相对于散射效率Qbe,后向散射效率Qbbe受无机颗粒物比例构成影响最大,但是Qbbe与PIM/SPM的相关性并不是很高,决定系数R2为0.4。

基于偏振技术的藻类水体散射光中叶绿素荧光分离方法研究

浮游藻类细胞内的叶绿素分子吸收光能后,会以释放能量的形式发射叶绿素荧光。水中颗粒物的弹性散射光是部分偏振光,而叶绿素荧光则是非偏振光,因此利用这一特性可以从总散射光谱中分离出荧光,从而达到反演叶绿素浓度的目的。但对于近岸等复杂水体,该方法能否适用并不清楚,基于此,实验通过测量分别分析了不同无机颗粒物浓度和叶绿素浓度对偏振分离方法的影响。结果表明,对含不同浓度无机颗粒物的藻类水体,分离出的荧光峰会随浓度增加有降低趋势,但是当颗粒物浓度达到300mg·L^(-1)时,反演结果仍然可靠。对含不同浓度叶绿素的藻类水体,叶绿素浓度越高,偏振方法分离荧光的效果越好,对低浓度正常水体,仍能识别。实验证明了利用偏振方法分离叶绿素荧光对复杂水体仍然有效,对进一步遥感探测近岸水体的叶绿素浓度具有重要意义。

NH3与Cl2在γ-Al2O3颗粒物表面的非均相反应

使用离子色谱分析了常温、常压、湿润和氧气存在条件下,NH3和Cl2在γ-Al2O3颗粒物表面非均相反应的产物及其受NH3浓度、反应时间等的影响;并定量分析了NH3、Cl2、SO2和NO2单独及共存条件下,γ-Al2O3表面Cl^-、NO3^-和SO42^-等二次无机颗粒物的生成总量.结果表明:NH3和Cl2在γ-Al2O3表面具有协同作用,2h后Cl^-的生成总量可达589.65μg,其生成量随时间延长而不断增加.表面氯化物的生成量在NH3浓度为400ppm时达到峰值,且随NH3浓度的增加呈先增加而后减少的趋势.活性氯存在下,NH3对颗粒物表面Cl^-、NO3%-和SO42^-的生成有促进作用,且四种气体共存时复合正反馈效应最明显.同时,本研究对NH3和Cl2在颗粒物表面的非均相反应机理及活性氯和氨的排放对大气中二次无机颗粒物的贡献进行了探讨.