塔里木河中下游地下水动态在线监测系统的设计与应用

针对塔里木河中下游地下水动态在线监测现状,有效利用网络简化数据,增加预报、预警功能及优化供电系统。结果表明,在塔里木河中下游安装设备,完成了远程传输及分析数据,以18 d实时监测数据为依据,地下水位在3.462~3.617 m波动。以胡杨生长的地下水位阈值为判断依据,此位置地下水位位于0.50~4.71 m,未越过良好与胁迫生长阈值,在胡杨长势良好范围内,即胡杨长势良好,不产生预报预警信息。该地下水监测系统可以用于塔里木河中下游地下水位动态监测工作。

微氧生物亚铁氧化及其重金属固定效应研究进展

铁的生物地球化学循环对于多种环境过程至关重要,如碳封存、温室气体排放以及营养元素和有毒金属的迁移和转化。近年来,随着分离培养方式及分子生物学方法的发展,作为铁循环的重要组成部分的微氧生物铁氧化的研究取得了显著的进展。微氧型亚铁氧化菌广泛分布于近中性环境中,其分离栖息地从地下水、湿地、溪流延展至深海环境。微氧生物亚铁氧化成矿过程主要发生在细胞表面,生成比表面积较大的无定型铁氧化物。大部分微氧型亚铁氧化菌通过形成鞘状或螺旋柄状结构的胞外多聚物吸附生成的铁氧化物,防止自身被铁氧化物包埋,导致无法正常代谢而死亡。亚铁氧化成矿过程可吸附和共沉淀重金属元素,降低重金属的移动性和生物可利用性,从而缓解重金属的污染,为治理环境污染提供新的思路。文章主要总结了近年来国内外对嗜中性微氧型亚铁氧化菌的研究进展,包括其代谢特征、种类及分布、以及亚铁氧化菌的成矿机制和成矿过程对重金属迁移转化的影响。最后对如何快速有效地分离微氧型亚铁氧化菌、明确成矿过程中的特殊结构的形成机制等问题进行了讨论和展望。

基于SEAR技术的地下含水层石油烃污染修复试验研究

表面活性剂强化含水层修复技术(SEAR)已广泛应用于地下含水层有机污染修复.本研究选取环境修复过程中常使用的8种表面活性剂:聚氧乙烯月桂醚(Brij 30)、脂肪醇聚氧乙烯醚(AEO-9)、吐温80(Tween 80)、鼠李糖脂、曲拉通X-100(TritonX-100)、烷基糖苷(APG)、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠(AES)、十二烷基磺酸钠(SDS),利用静、动态试验优选出高效环保的表面活性剂,探索表面活性剂浓度、离子强度对汽油增溶效果的影响,同时确定最佳表面活性剂复配体系,并开展室内模拟试验及性能评价验证其修复效果.结果表明:(1)8种表面活性剂中鼠李糖脂对汽油的增溶能力表现最优;AEO-9、Tween 80和Brij 30更易吸附在中砂介质;Tween 80与TritonX-100对油污砂洗脱效果最好.综合优选结果确定TritonX-100为最优效的单一表面活性剂.(2)随着表面活性剂浓度和离子强度的增加,溶液中汽油浓度分别呈现先增加后下降和持续下降的趋势.(3)通过将优选表面活性剂TritonX-100与洗脱效果最好的Tween 80进行混合确定最优复配比为1∶1,该复配体系下汽油去除率可达99.28%.动态洗脱试验下该混合体系下汽油去除效率最高为64.55%,比同浓度TritonX-100条件下高22.26%.(4)室内模拟试验中TritonX-100与Tween 80两种非离子型表面活性剂以体积比为1∶1进行复配可进一步提升增溶洗脱效果,石油烃总去除率达到83.7%.研究显示,TritonX-100是一种高效的石油烃修复剂,TritonX-100与Tween 80复配后可进一步提升其修复效果,以上结果可为SEAR技术在实际场地应用提供理论参考与技术支持.

铁基双金属催化剂活化过硫酸单盐(PMS)去除诺氟沙星性能研究

采用过渡金属Cu、Co和Mn对纳米零价铁(nZVI)掺杂改性,制备铁基双金属nZVI/Cu、nZVI/Co和nZVI/Mn催化剂,用于活化过氧单硫酸盐(PMS),研究了不同过渡金属、催化体系和过渡金属掺杂量对催化降解诺氟沙星(NOR)性能的影响。结果表明,当Co的掺杂量为5%时,nZVI/Co-5%/PMS活化体系在120 min内实现了84.4%的NOR去除。优异的活化降解性能主要得益于过渡金属Co的引入抑制了nZVI的钝化和团聚。

离子液体多酸在燃油氧化脱硫中的研究进展

氧化脱硫,因其反应条件温和、成本较低等特点被广泛应用于燃油脱硫领域。近年来,有研究者发现离子液体中的阴阳离子结构具有可调性,可借此通过物理化学法制备出高效的催化剂,为更深度的氧化脱硫提供有利条件。本文总结了离子液体多酸的合成与分类,详细叙述了单纯离子液体多酸和以金属有机框架或无机非金属材料为载体的负载型离子液体多酸的特点以及目前其在燃油氧化脱硫领域的研究进展,包括脱硫率和重复使用次数等脱硫效果。单纯离子液体多酸的初次脱硫效率都在80%以上,最高可达99.2%,而负载后的离子液体多酸的脱硫率都在98%以上,大多数高达100%,重复利用次数最高可达13次。众多研究者一致认为负载型离子液体多酸不仅能有效增强多酸的催化活性,而且可提高催化剂的热稳定性与重复利用性,在燃油氧化脱硫中有着良好的使用效果。最后对离子液体多酸在氧化脱硫领域的发展方向提出了展望,指出了具有良好催化性能、可重复利用性好、绿色高效的离子液体多酸是未来的研究方向,为进一步研究离子液体多酸提供了参考。

淡水环境中氮污染同位素示踪的研究进展

淡水环境氮污染形势严峻,水环境的氮污染严重威胁着居民的健康,氮污染治理迫在眉睫。目前氮污染治理的有效手段是确定氮污染来源,积极减控氮源输入。文章分析了国内地下水和地表水的氮污染现状、国内外识别氮源的技术手段以及地下水和地表水氮污染的迁移转化等研究进展。结果表明,国内的地下水和地表水由南到北,从东到西的氮污染程度及地下水和地表水污染类型具有显著的一致性,地表水和地下水氮污染具有积极的响应机制。地下水主要受硝态氮污染,污染等级多为Ⅲ级;地表水主要受氨氮和总氮污染,等级多为Ⅳ和Ⅴ级。由于大量含氮化合物的输入,中国东部和南部已成为氨氮和总氮污染严重地区。在分析不同地区地下水和地表水氮污染特征基础上,综合利用传统的水化学分析法、同位素示踪技术和同位素模型,不仅可判别氮污染的来源,而且可识别氮源并确定氮源的贡献率,从而揭示地下水与地表水中氮污染的迁移转化过程和机理。研究结果为识别地表水、地下水受氮污染所带来的风险,保护淡水资源与环境提供了科学依据。由于地下水与地表水是相互作用的关系,氮同位素在氮迁移转化的过程中会发生相应转化,其矿化作用、硝化作用、反硝化作用等直接影响氮同位素的分馏,因此精确地定量化识别污染源亦成为需要克服的难题。

煤矸石中氟的赋存特性及生态风险评价

为确定陕西韩城矿区和黄陵矿区煤矸石中氟的赋存特征及潜在生态风险,以韩城石炭-二叠纪煤矸石和黄陵侏罗纪煤矸石为研究对象,对两地煤矸石中6种形态的氟化物进行连续分级提取,使用分光光度计测定含量。结果表明:韩城矿区和黄陵矿区煤矸石中氟赋存形态以次生相(水溶态、离子交换态、无定形铁铝结合态、结晶铁铝结合态和有机结合态)为主,质量分数分别为92.19%(韩城)和87.76%(黄陵),各次生相形态氟中又以水溶态氟质量分数最高(分别为31.56%(韩城)和33.30%(黄陵));对煤矸石中各形态氟与煤矸石理化性质分别进行的相关性分析表明,pH值、交换性Ca和交换性Mg与水溶态氟在0.01水平下呈极显著正相关(r=0.837**,r=0.802**,r=0.727**),是影响煤矸石氟含量的主要因素;对韩城矿区和黄陵矿区煤矸石中氟污染进行潜在生态风险评价,考虑到不同赋存形态氟的生物有效性不同,对不同赋存形态氟含量实测值赋予不同的权重,计算出的生态风险指数表明,韩城矿区生态风险指数(ERb)呈东部高西部低,且S4(下峪口煤矿)点为高风险地区(ERb=2.4),黄陵矿区生态风险指数北部高南部低,Z1(黄陵二号矿,ERb=2.1)和Z6(集贤煤矿,ERb=2.26)为高风险区,整体风险等级低于韩城矿区。

关中平原城市群土地利用变化对碳储量时空格局的影响

生态系统碳储量的变化与土地利用的格局关系紧密,研究碳储量的变化对实现“双碳”目标具有重要意义。关中平原城市群是西部地区第二大城市群,国家战略的实施影响着土地利用类型,进而影响碳储量的时空分布。本文通过集成InVEST模型与PLUS模型,解析2000—2020年关中平原城市群土地利用类型和碳储量的时空演化特征,预测在自然增长、生态保护和经济发展3种情景下,2030年关中平原城市群土地利用和碳储量的变化。结果表明:1)2000—2020年关中平原城市群主要土地利用类型为耕地和林地,草地向耕地和林地转换以及耕地向建设用地转换是研究区土地利用类型转换的主要方式。2)2030年关中平原城市群在3种情景下,耕地面积均呈减少趋势。在自然增长、经济发展情景下,林地和草地面积呈减少趋势,建设用地存在显著式外延扩张;在生态保护情景下,林地和草地面积呈上升趋势,建设用地面积略有下降。3)2000—2020年,导致碳储量降低的主要原因是林地和草地面积的萎缩,碳储量累计减少7.02×10^(6)t。4)2030年在自然增长和经济发展情景下,关中平原地区建设用地和耕地扩张明显,碳储量明显降低;生态保护情景下建设用地扩张面积相对较小,在中部和东北部地区碳储量并无明显减小现象,总体碳储量呈散落增加。研究结果可为关中平原城市群未来的城市规划、国土空间管理提供科学依据。未来关中平原城市群可在生态保护情景的基础上进一步发展,在保护生态的同时限制建设用地的扩张。

纳米TiO2@酵母碳球对盐酸四环素的吸附-光催化协同效应及响应面优化

通过生物自组装法制备得到纳米TiO2@酵母碳球复合光催化材料,采用扫描电子显微镜和X-射线衍射仪对样品进行表征。以盐酸四环素作为目标污染物,分析了TiO2负载量对样品光催化性能的影响,同时对酵母碳球与纳米TiO2之间的吸附-光催化协同效应进行了分析和评价。实验结果表明:纳米TiO2在酵母碳球表面的负载显著地提升了纳米TiO2@酵母碳球的光催化性能,当纳米TiO2与酵母质量比为1∶1时,所制备的TiO2@酵母碳球对盐酸四环素的光催化效果最佳,具有较好的吸附-光催化协同效应。响应面优化实验表明:当反应温度为40.2℃,pH为5.89,催化剂、盐酸四环素的浓度比为0.76时,体系对盐酸四环素的光催化降解率达到90.86%。

疏水活性炭的制备及其在高湿环境下的甲苯吸附性能

以三甲基氯硅烷(TMCS)为改性剂,采用液相浸渍和热处理相结合的方式对活性炭进行疏水改性,并采用动态吸附法结合表征技术探究了其在高湿环境下对甲苯的吸附性能和机理。液相浸渍TMCS可有效提高活性炭的疏水性,但会严重堵塞孔道,通过热处理进一步提高疏水性的同时可有效恢复堵塞孔道。改性前后活性炭的甲苯穿透曲线均符合Yoon-Neslon模型。活性炭的疏水改性增强了甲苯与活性炭疏水表面的化学键合作用力,有效提高了对甲苯的吸附选择性。化学吸附是高湿环境下甲苯吸附性能显著提升的主要机制。

微纳米气泡及其在环境工程领域的应用

微纳米气泡因其区别于传统气泡的突出特性,近年来被广泛应用到环境工程领域,并表现出显著的技术优势与广阔的应用前景。文章简要介绍了微米气泡和纳米气泡的特性、制备方法、表征手段及其在环境工程领域的应用现状,并针对性地指出了当前各方面存在的问题,给出了解决对策和方向。最后,对微纳米气泡及其在环境工程领域应用的发展方向和应用前景进行了展望,以期为微纳米气泡技术的理论研究和实际应用提供参考。

基于文献计量分析的多孔碳吸附研究进展

为深入了解多孔碳在吸附领域研究的现状和前沿动态,以Web of Science(WoS)中Science Citation Index Expanded(SCI-E)引文数据库和CNKI数据库为数据源,使用Bibliometrix、Bibliometric平台和VOSviewer软件等对相关文献进行定量分析.结果表明,1997~2021年共发表SCI文献3566篇,文章数量总体呈逐年递增的趋势,近5a发文量上升速度较快,中国学术期刊共发表183篇文献;中国的发文总量及独立发文量均位居榜首,总量达1653篇,但平均被引频次相对较低;领域内主要研究力量分布在中国、美国、印度等地,且具有较大学术影响力的各作者间合作频繁.2010年至今温室气体中CO_(2)排放与多孔碳吸附议题之间有着十分紧密的学术联系,CO_(2)捕集将是碳中和课题下的一个持续研究热点.此外,开发和应用廉价、绿色、可持续的生物质资源制备性能优异的多孔碳材料是未来碳材料领域的持续目标之一,对于吸附机理的深入研究也将成为未来发展的方向之一.

垃圾炭混凝土性能及生态效益研究

城市生活垃圾的急剧增加和水泥行业的高耗能、高污染带来了严重的环境问题。生物炭替代一定量水泥制备混凝土具有增强混凝土工作性能和强度的特性。研究用0%、1%、3%、5%、7%、9%、15%和20%质量百分比的垃圾生物炭(简称垃圾炭)替代水泥,制造胶砂和C35、C40混凝土,研究其工作性能和力学性能,采用SEM和FT-IR表征垃圾炭混凝土水化产物的微观结构,评价其生态效益。结果表明,垃圾炭替代水泥使水泥基材料的流动性下降;垃圾炭替代率为5%内时,力学性能增强,最高可提升混凝土10%的抗压性能和7%的劈裂抗拉性能;垃圾炭替代率在9%以内时,混凝土力学性能均优于规定的最低使用标准;垃圾炭替代率为15%~20%时,垃圾炭混凝土力学性能下降,但仍可作为低标号混凝土使用。垃圾炭混凝土若在全国城市推广,每年可处理垃圾约1.8亿吨,减少1.1亿吨CO2排放量,节约358亿元成本,生态效益和经济效益可观。

高盐废水处理技术研究及应用进展

介绍了高盐废水的来源、水质特点及危害,系统分析了热法浓缩处理技术、膜法分离处理技术、膜法浓缩处理技术、组合处理技术等高盐废水处理技术的原理、研究及应用进展。通过对比不同高盐废水处理技术的优缺点得出以下结论:充分利用潜热或开发清洁能源、制备或改良新型抗污染性的膜材料及提取和驯化耐盐菌与嗜盐菌是高盐废水处理技术发展的关键;简化处理工艺流程、加快耦合技术的研究和应用及开发新型高效环保的处理材料是高盐废水处理技术的发展方向。

钢渣强化铁氮多孔碳活化过硫酸盐降解四环素

通过机械球磨法将由木屑一步热解制成的铁氮多孔碳(PC-_(Fe,N))与钢渣(SS)结合得到一种新型磁性铁氮多孔碳/钢渣复合材料(PC-_(Fe,N)/SS),并用其活化过硫酸盐(PMS)降解四环素(TC).结果表明,在TC初始浓度为20mg/L,PMS和催化剂用量为0.50g/L,pH值为7.0时,PC-_(Fe,N)/SS/PMS体系在30min内对TC的降解率达87.50%,主要是因为KHCO_(3)和N掺杂改善了多孔碳的表面孔隙结构和内部电子结构,为PMS提供了更多的反应位点;球磨法协同PC-_(Fe,N)和SS的功能优势,同时减少了材料表面铁纳米颗粒的团聚现象,促进了PMS活化和TC的降解.VSM和XPS表征结果表明,材料的饱和磁化强度为28.93emu/g,有利于分离回收;Fe0和Fe^(2+)在降解TC过程中发挥重要作用.自由基淬灭实验与电子顺磁共振(EPR)测试结果揭示了PC-_(Fe,N)/SS/PMS体系降解TC的主要活性物种是硫酸根自由基(SO_(4)^(·-)).

多氯联苯污染土壤的微生物降解技术研究进展

多氯联苯(PCBs)广泛存在于自然环境中,严重危害人类健康和生态环境。因此,对PCBs污染土壤治理技术的研究引起人们广泛关注。微生物降解方法由于具有绿色、经济、可持续、不会破坏土壤肥力等优点,成为当前研究热点。介绍了微生物降解PCBs的途径和机理,归纳了各途径常见的降解菌,并结合国内外近年来微生物法降解土壤中PCBs的研究进展,重点阐述了几种促进微生物降解PCBs的新方法:生物刺激与生物强化、污泥改性生物降解、生物电化学系统、生物复苏促进因子降解、原位相转化乳化和生物还原脱氯耦合。提出了微生物降解土壤中PCBs未来研究方向,以期为土壤治理技术应用及后续研究提供科学依据。

墓葬壁画地仗层吸-放湿动力学特性研究

对墓葬壁画地仗层的吸-放湿动力学特性进行了研究,通过设计吸-放湿实验,模拟地仗试块的吸-放湿过程,并绘制相应的吸-放湿动力学曲线,使用模型对试块的吸-放湿动力学曲线进行拟合。研究结果表明,墓葬壁画地仗层的吸、放湿过程均呈现出“先快后慢”的特点,“吸湿期”时间明显比“饱和期”时间更短,但吸湿量却达到了吸湿平衡时吸湿量的80%左右,放湿过程展现出同样的规律。在吸-放湿过程后试块的含湿率相较于试块初始含湿率更高,即有部分水分残留在壁画地仗层中。模拟地仗试块的吸湿动力学曲线和放湿动力学曲线分别符合双指数模型和一阶指数模型,R^(2)>0.988,拟合效果较好。

铁基磁性金属有机框架材料的合成及其在水处理领域应用

总结了近年来铁基磁性金属有机框架材料(MMOFs)的主要合成方法如混合合成法、原位生长法、层层自组装法、缓冲封装法以及其他的合成方法;同时对铁基MMOFs材料在污水修复中催化如多相催化和光催化和吸附领域如对重金属的吸附处理、对有机物的吸附处理和对景观水体的磷酸盐吸附处理的应用进展进行了总结;对多种代表性的MMOFs材料的应用特性如比表面积、孔径、磁饱和强度、处理的污染物、吸附量和重复使用次数等进行了比较。对未来铁基MMOFs材料的研究进行了展望,认为在MMOFs的稳定性和选择性提高、MMOFs的应用规模扩大以及价格低廉、更简便的制备方法是未来MMOFs材料的研究方向。

基于ASWPD-BO-GRU的月径流量预测模型

为提高月径流量预测精度,并针对传统分解集成径流预测模型错误使用未来数据的问题,提出并建立了基于自适应小波包分解(ASWPD)和贝叶斯优化(BO)的门控循环单元(GRU)月径流量预测模型(ASWPD-BO-GRU)。首先,利用ASWPD对原始月径流量时间序列进行分解,在不使用未来数据的前提下得到4个相对规律的分解子序列,以降低预测难度;然后,利用BO优选分解后的子序列对应的GRU模型超参数;最终,对每个子序列进行预测,将预测结果相加重组得出月径流量预测结果。将提出并建立的模型应用于黑河流域莺落峡水文站月径流量预测中,并与GRU、BO-GRU、WPD-BO-GRU模型(基于传统分解思想对原始月径流量时间序列整体进行分解的预测模型)的预测结果进行对比。结果表明:ASWPD-BO-GRU模型的纳什效率系数(NSE)为0.89,在实例应用中预测精度最高,说明ASWPD-BO-GRU模型在正确分解的前提下具有较高的预测精度和更强的泛化能力。

硼酸化钙钛矿量子点对邻苯二酚的选择性检测

利用水乳液法制备了硼酸化钙钛矿量子点(APBA-PQDs),基于APBA-PQDs与邻苯二酚(CC)之间的硼酸盐亲和机制建立了一种高效、快速检测水相CC的新方法,解决了PQDs传感器在水相中易凝聚而猝灭且选择性不高的难题.通过透射电子显微镜(TEM)、荧光光谱、紫外-可见光谱对APBA-PQDs的形貌和光学性能进行了表征;并探究了APBA-PQDs荧光传感器对CC的检测性能和机理.研究表明,当n(PQDs:APBA)=1:1,响应时间为7min,pH值为7时,检测效果最佳,且在最优检测条件下,APBA-PQDs的相对荧光强度比值(F_(0)/F)与CC浓度具有良好的线性关系,检出限为72nmol/L.此外,APBA-PQDs具有良好的选择性和抗干扰性,能够用于实际水样中CC的快速检测,为后续钙钛矿量子点用于水相污染物检测提供了参考.