出水总氮质量浓度是评价污水处理厂生物脱氮效果的关键指标之一。为解决污水厂总氮排放易超标的问题,提出了一个基于长短期记忆网络(LSTM)的出水总氮实时预测模型。利用皮尔逊相关性分析来确定模型输入,并通过网格搜索算法优化模型超参数。将得到的LSTM模型应用于重庆市某实际污水处理厂预测出水总氮,并与传统的时序模型作对比,验证了该模型的可行性。结果表明: LSTM模型能够较好地预测出水总氮,其预测值与实际值的平均绝对误差为0.911 mg/L,均方根误差为1.074 mg/L,平均绝对百分比误差为11.28%,各项指标均优于循环神经网络(RNN)模型和自回归差分移动平均(ARIMA)模型。这一模型的构建可以为出水总氮的高效监测提供帮助。
基于1982年1月至2022年4月全球降水量的月平均数据资料,利用循环平稳经验正交函数(CSEOF)方法,讨论了第一、二模态的空间分布和时间序列,分析了全球中低纬度海洋降水量的空间分布、季节变化特征和年际变化特征,讨论了可能引起该变化的原因。结果表明,降水量的年际变化呈现周期性变化特征,其主要变化区域分布在热带太平洋地区,第一模态空间场呈现东-西反相位振荡特征,冬季强于夏季;第二模态空间场季节变化相对于第一模态空间场更为复杂,冬季正负变异高值区主要表现为东-西反相位振荡特征,而夏季以负变异区为主,变异区强度较弱。第一模态时空变化特征主要受到厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)现象影响,而第二模态主要受到中部型厄尔尼诺(El Niño Modoki)现象影响,降水量的主要变化特征受到两种现象的叠加影响。
为了摸清山东省黄河、沂沭河、南四湖流域及潍坊等地区的植物资源和多样性现状,采用野外实地调查、采集标本和室内分类整理、解剖鉴定相结合的方法,对相关地区进行了全面详细的调查研究。结果表明,所研究地区共有维管植物1 194种,隶属于155科587属。其中,6种为山东省地理分布新记录植物,即穗花香科科(Teucrium japonicum)、小叶地锦(Euphorbia heyneana)、光头稗(Echinochloa colona)、竹节菜(Commelina diffusa)、蚓果芥(Braya humilis)和羽叶鬼针草(Bidens maximowicziana),描述了其关键识别特征,探讨了其分布现状和应用价值。这些植物的发现,不仅丰富了山东植物资源和多样性的本底资料,而且对相关科属的系统分类、区系地理及分布规律的研究具有重要意义。
硅是地壳中含量第二的元素,在土壤生物地球化学过程中发挥着重要作用,其中可提取态硅对植物具有较高的营养意义,但可提取态硅在滨海湿地土壤中的分布还有待揭示。以典型滨海湿地(非淹水芦苇湿地、潮汐芦苇湿地、淡水芦苇湿地和盐地碱蓬湿地)为研究样地,采集0~20 cm深度土壤并测定草酸提取态硅、连二硫酸钠-柠檬酸钠提取态硅和焦磷酸盐提取态硅及土壤理化性质,探究3种可提取态硅在不同芦苇湿地土壤中的分布特征及其影响因素。结果表明,4种湿地0~20 cm深度土壤中连二硫酸钠-柠檬酸钠提取态硅和焦磷酸钠提取态硅之间无显著性差异(p>0.05),但草酸提取态硅在非淹水芦苇湿地和潮汐芦苇湿地之间具有显著性差异(p<0.05)。从剖面分布来说,10~20 cm土层3种提取态硅的质量分数低于0~<10 cm土层。相关分析表明,土壤有机质、总氮、容重、pH、粉砂粒、砂粒和含水率是影响3种提取态硅质量分数的重要因素。研究结果为丰富滨海湿地硅元素的分布信息提供有力支撑。
基于山东省2010—2022年MOD17A3产品数据,采用一元回归趋势分析、变异系数法、偏相关分析、Hurst指数法探讨山东省生态系统植被净初级生产力(NPP)时空分布特征及气候因子的影响。结果显示: 2010—2022年山东省植被NPP呈波动上升的趋势,多年均值为(398.03±150.20) g/(m2·a),高于全国均值,与京津冀地区相近。NPP空间分布差异明显,东部沿海丘陵区高于内陆平原区域。年际变化上,山东省植被NPP整体较为稳定(CV值为0.09)。未来植被NPP变化趋势上,正向趋势与负向趋势的面积接近,结合趋势分析,27.86%的区域呈增长趋势,33.49%的区域呈降低趋势,但由增转降的区域多集中于植被NPP较高的林地区域,需进一步研究。山东省植被NPP与气候因素有正相关关系,气温升高和降水增加有利于植被NPP的增长,但气温较降水对植被NPP有更广的显著性影响区域,且平原农作区植被NPP与气候因子相关性较差。
氮肥为现代农业生产提供了作物生长需求的氮素,但长期不合理施用氮肥造成资源浪费、经济损失和影响深远的环境问题。微生物在氮素循环中发挥重要作用,值得研究总结。基于已有研究成果,归纳土壤氮素循环中的固氮、硝化、反硝化、氨化和同化/异化作用等重要微生物驱动过程及机制;归纳了微生物技术调控农业氮损失旨在提升农业环境可持续性的策略包括增加氮固定、减少温室气体排放、控制氮素流失和氨挥发等。这些策略展示了微生物在减少氮肥依赖和提高作物产量中的应用潜力,同时也指出了实现田间有效应用的研究局限和技术挑战。
利用热水浸提法提取柿子皮多糖,并将柿子皮多糖与三价铬离子结合制备柿子皮多糖铬。以铬吸附率为指标,通过单因素和响应面法优化得到柿子皮多糖铬的最佳吸附工艺。结果显示柿子皮多糖铬的最佳工艺为:柿子皮多糖与氯化铬质量比6.7∶1.0,反应时间150 min,温度82 ℃,吸附液pH为5,此时氯化铬吸附率达92.81%。研究表明,柿子皮多糖可以高效结合三价铬离子,为研发绿色无污染的铬吸附剂或动物营养补充剂提供技术支持。
利用1961—2020年青岛和济南气象观测要素及青岛近海海表温度等资料,对青岛和济南雾日数气候变化特征差异性及原因进行了分析研究。结果表明:青岛平均年雾日数50.4 d,约是济南的3.1倍。两地雾多发季节明显不同,青岛是在春、夏季,约占全年的78.4%;济南则在秋、冬季,约占全年的70.7%。年、季雾日数变化差异明显,青岛年雾日数增加,春夏季减少、秋冬季显著增加;济南年雾日数减少,四季均减少,且秋季减少显著。年雾日数气候变率和突变特征差异明显,青岛气候变率呈增大趋势且保持在高位状态,济南则呈减小趋势,表明青岛出现极端多雾的概率更大;青岛在1969年发生雾日数增多突变,济南在1995年发生减少突变。青岛秋冬季雾日数增加与近海海表温度显著升高、大气中水汽含量显著增多关系密切;济南秋冬季雾日数减少与最低气温显著升高、湿度减少、温度露点差显著增大关系密切。
系统综述了黄河三角洲湿地生态退化现状及退化原因,并对其生态修复技术进行概括归纳。发现黄河三角洲湿地退化严重,总体面积逐年缩减,同时组成结构发生改变,自然湿地不断减少而人工湿地逐渐增加,景观格局呈现破碎化趋势,生态系统服务功能严重退化。造成黄河三角洲湿地生态退化的原因主要包括黄河水沙通量减少、海-陆交互作用增强、土壤盐渍化加剧、气候暖干化、外来物种入侵和人类活动。目前采用的生态修复技术包括生物组分修复、水体修复、土壤改良和综合生境修复。最后针对性地提出黄河三角洲湿地修复建议,对实践黄河流域生态保护和高质量发展的国家重大战略具有重要意义。
工业生产过程产生大量高盐废水,水质成分复杂,含有大量Na+、Cl-、SO42-等盐离子及有毒物。传统高盐废水处理技术仍存在效率低、运行成本高的特点,冷冻浓缩作为一种高效清洁且无二次污染的处理技术而得到广泛关注,但冷冻浓缩所制备的冰晶存在杂质是当前亟待解决的问题。总结了近年来冷冻浓缩技术在高盐废水处理领域的研究进展。对冷冻时间、冷冻温度、初始溶液浓度等关键参数进行研究;通过浸泡、重力、加水等净化方法对杂质冰晶进行净化;为了加快脱盐进程和提高脱盐效果,探究了成核剂和超声波辅助冷冻浓缩的方法,并对冷冻浓缩技术的能耗进行了经济性分析;最后对技术发展进行了总结和展望,以期对冷冻浓缩处理高盐废水的发展和实践提供一定的参考。
近年来,为缓解水资源匮乏,循环冷却水系统得到了广泛应用。冷却水中通常含有钙、镁等多种矿物离子,容易形成不溶性盐,在设备表面结垢。使用阻垢剂是解决结垢问题最有效的方法之一。综述了近年来国内外绿色阻垢剂的研究进展,介绍了绿色阻垢剂的开发与应用现状,分析了不同类型阻垢剂的特点和阻垢性能,从螯合增溶、晶格畸变和凝聚分散作用等方面阐述了阻垢机理,可为未来绿色阻垢剂研究发展提供借鉴。
利用河南省西部、南部山区13个县区的34个空气负氧离子站监测数据和中分辨率成像光谱仪(MODIS,moderate resolution imaging spectroradiometer)植被指数产品数据,使用相关分析、随机森林回归模型等方法,分析了影响河南省山地空气负氧离子浓度的主要气象因子和环境因子,并建立预测模型。结果表明,影响河南省山地负氧离子浓度日变化的主要气象因子是温度和相对湿度,主要环境因子是PM2.5浓度、PM10浓度和植被覆盖。通过建立负氧离子浓度预测模型,实现了负氧离子预报的定量化,为地区空气质量评价提供参考。
在油田修井作业中,需要控制暂堵剂的破胶速度,修井过程中不破胶确保作业完成,修井结束后快速破胶恢复生产。传统破胶剂很难达到“前慢后快”的释放效果,为此设计了纤维素基双层衣膜结构的缓释型胶囊破胶剂。将破胶剂与熔融的巴西棕榈蜡混合均匀,利用挤出-滚圆法制成固体分散体式载药丸芯,再将丸芯在Wurster流化床中包覆组份不同的双层衣膜,制得缓释胶囊破胶剂。正交试验结果表明:此制备方法可靠,丸芯收率为93.2%;电子扫描电镜结果表明,微丸表面衣膜光滑均匀,衣膜孔隙的封堵和疏通是药物缓释的关键;缓释效果测试实验和模拟储层破胶实验结果表明,缓释胶囊具有良好的缓释效果和储层渗透率恢复效果。药物的缓释主要由双层膜结构控制,此制备方法简便高效,能达到实验预期效果。
为揭示气候变暖背景下极端降水多尺度的变化规律,基于山东省国家气象站1961—2020年逐日降水量资料,利用百分位数相对阈值法分析月尺度极端降水事件的时空变化特征。结果表明:山东省极端降水事件主要出现在夏季7、8月,年频率均在40%以上;各地年频次大致自东南向西北递减。大部分地区极端降水年频次和极端降水量增加,除秋季外各季均增加,冬季增加明显。20世纪80年代中期之后,各地极端降水普遍增多增强,年际变化明显增大;夏季和冬季极端降水强度明显增强,其中,鲁中、鲁西南、半岛等地夏季每10 a增加10~20 mm,冬季各月增加20%~50%。可见,在气候变暖背景下,山东降水不稳定性普遍增加,更需加强暴雨洪涝、暴雪等灾害风险预警与防控服务。
利用2016—2018年冬季济南市大气主要污染物和气象监测数据,对大气污染特征及潜在源区进行分析。结果表明: 2016—2018年冬季济南市环境空气中可吸入颗粒物PM10和细颗粒物PM2.5分别占首要污染物的34.7%和63.8%,轻度污染以上天数占总天数的58.6%,冬季高质量浓度PM2.5导致年均值增加7.5 μg/m3;从空间分布来看, PM10与PM2.5空间分布为天桥区、槐荫区及平阴县质量浓度较高,SO2则为商河县和济阳区质量浓度偏高,NO2和CO为济阳区、天桥区和槐荫区质量浓度较高;研究期间NO2、CO、PM10、PM2.5的质量浓度呈正相关性,相关系数均在0.7以上,推断交通源、工业燃烧源、燃煤是颗粒物的主要来源;济南市冬季的气团输送为偏南、西北、偏北和偏东4个方向,偏南和偏东气团为影响济南市冬季大气污染主要输送路径。进一步研究潜在源区贡献及浓度权重表明,济南地区大气污染物主要受本地及周边区域影响,当前大气污染呈现跨区域交叉污染特征,应建立区域联防机制,统筹研究解决区域大气环境污染突出问题。
评述了近几年不同环境介质中锑的形态分析方法,其中,电感耦合等离子体质谱法具有检出限低、灵敏度高、稳定性好、分析速度快等优点,在锑的形态分析领域受到越来越多的关注。在形态分析之前,从复杂基质中提取不同形态锑,并保持其价态的稳定性是关键,灵敏的检测技术与高效的样品前处理技术以及分离技术的融合,为解决这一问题提供了思路。近年来,联用技术已经广泛应用于大气、水体、土壤和沉积物等环境样品中锑形态的检测。最后,探讨了该领域面临的挑战并对其未来的发展方向进行了展望。
以常见的植物纤维性农业废弃物(玉米秸秆、花生壳、稻草)作为调理剂,研究其与贮存污泥混合进行生物干化的效果。实验过程中设置了玉米秸秆、花生壳、稻草、对照组4个实验组,实验结果表明植物纤维性农业废弃物可作为贮存污泥生物干化过程的调理剂,且稻草组的效果最好,其堆体最高温度可达57.5 ℃,含水率由71.83%降至60.01%,挥发性固体(VS)的质量分数由62.01%降至52.02%,溶解性有机碳(DOC)与溶解性有机氮(DON)质量分数均呈现下降的趋势且下降幅度最大。w (DOC)/ w(DON)在生物干化过程中逐渐降低,且稻草组比例由4.29降至2.53,说明生物干化可以使物料趋于稳定。
天然气是一种环保型能源并且可被广泛用做化工原料,但是其中的CO2会严重影响天然气的热值与输送性能,因此对天然气中的CO2进行有效脱除尤为重要。选用Mg-MOF-74作为吸附剂,采用分子动力学模拟计算方法分析Mg-MOF-74对CO2/CH4吸附分离性能的影响。模拟计算结果显示,在一定的温度、压强条件下,CO2比CH4更容易与Mg-MOF-74的金属位点相结合,Mg-MOF-74对CO2气体的相互作用力更强,从而证明Mg-MOF-74对CO2的吸附能力也更好。为验证模拟结果的准确性,制备了Mg-MOF-74并测试了其CO2/CH4吸附性能,实验结果与模拟结果一致,证明Mg-MOF-74对CO2有很高的选择性。
为保证污染的快速有效处理,基于聚硅铁(PSF)的优异混凝效果及其絮体的快速沉淀性能,以模拟生活污水为试验水样,对短时混凝沉淀工艺(短时工艺)的絮凝和沉淀时间等参数的选择及其对过滤的影响进行研究,对比研究聚硅铁和聚合氯化铝(PAC)在混凝过滤的短时和常规工艺下的去除效果,并利用扫描电镜对其絮体进行分析,最后观察短时工艺对于实际生活污水的处理效果。结果表明,在混凝沉淀试验中,絮凝2 min、沉淀3 min时的PSF短时工艺就能达到与常规工艺较为接近的污染物去除水平。投加量为0.162 mmol/L时,浊度和CODCr平均去除差异率分别为0.59%和11.5%。在过滤试验中,短时PSF工艺的滤后水水质稳定,平均CODCr去除率达到85.53%,比PAC短时工艺高了7.16%。扫描电镜图片表明短时PSF工艺的絮体比PAC絮体结构紧凑,颗粒粒径大,具有更好的絮凝沉淀效果。在处理实际生活污水的试验中,投加量达到0.162 mmol/L时,PSF短时工艺对于浊度和CODCr的去除效果比PAC短时工艺分别高了27.88%和11.11%。
针对高湿高粘污泥干燥难题,对市政污泥水分特性和干燥特性进行分析,对普通回转圆筒干燥机关键部件结构进行了优化设计,并进行了工业模拟试验。结果表明:内部带链条、抄板、打散轴等自清理构件的自清理打散回转干燥机与普通回转圆筒干燥机相比,具有防粘、防团聚效果好,干燥强度大,干燥效果理想等优点,为市政污泥深度脱水工艺与装置的开发与应用推广提供了有益的理论支持。
华北平原是中国三大平原之一,特殊的地理位置、较多的重工业企业及采暖季相对更高的污染排放,导致采暖季极易出现大范围、长时间的污染过程,PM2.5浓度明显高于周边区域。为了更好地了解天气系统及气象要素对采暖季华北平原城市空气质量的影响,以北纬32°—40°、东经114°—120°华北平原地区50个城市为研究对象,分析2015—2021年采暖季(11月至次年3月)气象条件对华北平原采暖季大范围重污染过程的影响。研究表明,华北平原发生重污染时,高空500 hPa环流曲率减小,环流相对更加平直,垂直方向逆温出现概率增大,水平及垂直方向更加静稳,污染物扩散能力减弱,近地面山东中南部、河南异常偏南风导致区域升温、增湿,有利于颗粒物吸湿增长及二次转化,河北中西部异常偏东至东北风,导致污染物受太行山山脉影响,在太行山东侧堆积,易在山前形成大范围污染过程,且与山东中南部、河南的异常偏南风形成区域风场辐合,污染物扩散条件不利。分析2021年1月20日至28日一次污染过程发现,污染发生期间华北平原高空大气环流相对平直,地面以均压场控制为主,多静风辐合,湿度持续较大,整体污染扩散条件不利,是造成本次污染过程的主要诱因。
为研究自动气象站称重式降水传感器测量误差的变化规律,提出了一种通过依次添加砝码准确模拟降水量,从而实现现场校准的方法。对2019—2021年传感器现场校准数据进行统计,基于历史校准数据设计了一种计算称重式降水传感器偏离程度及其变化趋势的方法,根据历史校准数据得到传感器偏离程度变化模型。结果表明,现阶段传感器测量误差范围及观测数据质量整体受控可控,总体偏离程度为标准值的2.1%,且逐年增长0.1%。该研究可为气象传感器的测量误差预测、寿命预测提供参考。
基于文献计量分析方法,借助CiteSpace和VOSviewer可视化分析软件,以定量与定性结合的方法,系统梳理了国内外物质存量的研究成果,综述了物质存量研究的知识基础、发展脉络和研究进展。研究发现:金属和建筑是物质存量研究的重要对象,并奠定了物质存量研究的知识基础;物质存量研究主题呈现出从单纯的物质核算到资源预测、社会经济代谢分析、温室气体减排和城市矿产开发等多研究主题交叉共融的局面;其研究方法不断丰富,生命周期评价、解耦分析和情景分析的引入,使得物质存量的研究范畴不断扩展;同时其研究内容不断地深化,涉及温室气体排放、循环经济、城市矿产、资源效率等可持续发展的内容。讨论了物质存量研究发展尚存在的问题,如关键数据的获取难度大、数据质量水平不一、实践指导性仍需加强等,认为今后应积极与其他学科融合发展,提高数据精度和强化决策支撑服务能力。
基于地理国情监测数据,分析了河南省沿黄8市1县林地、草地、湿地、裸露地等自然生态系统的分布特征及2015—2019年的地表覆盖变化特征,发现沿黄区域不同自然生态系统中林地、草地、湿地及裸露地表的覆盖率分别为36.12%、2.61%、2.01%和0.56%。林地主要以阔叶林和阔叶灌木林为主,研究期间,针叶林、乔灌混交林、绿化林地和人工幼林面积有所增加,阔叶林与针阔混交灌木林面积有所减少;草地主要以高覆盖度草地为主,占草地面积的81.47%,研究期间,高覆盖度草地、绿化草地和护坡灌草面积有所增加,中覆盖度草地与牧草地面积有所减少;湿地中河流占整个湿地面积的97.63%,河流和水渠面积均呈增加趋势;裸露地以砾石地表为主,占整个裸露地的60%以上,研究期间,不同类型裸露地均呈下降趋势。总体来看,河南省沿黄区域不同自然生态系统分布特征存在差异,林地主要分布在黄河中游河南段区域,草地主要分布在黄河下游河南段区域,湿地空间分布上黄河下游河南段整体上高于黄河中游河南段区域,裸露地空间分布上黄河中游河南段区域整体高于黄河下游河南段区域。林地和裸露地覆盖率整体有所降低,草地和湿地覆盖率整体呈增加趋势。
由于观测的不准确以及资料分析、同化中的误差,单一预报仅是一个可能的解。为弥补其不足,提出了一种基于人工神经网络集合预报的臭氧(O3)预报模型,选取8类气象因子及2类污染物因子,搭建人工神经网络预报模型,并采用随机扰动方法,产生15组相互独立的随机扰动气象场,搭建人工神经网络集合预报模型,并以2013年—2019年5月—9月数据作为训练集,以2020年5月—9月数据作为测试集。结果表明:与单一人工神经网络预报相比,人工神经网络集合预报准确率明显提高,O3污染命中率明显提高,O3污染漏报率明显减少,O3污染空报率略有增加;人工神经网络集合预报对O3污染预报有过多倾向,而单一人工神经网络预报则有过少倾向;以2020年7月3日—9日的一次O3重污染过程为例,与单一人工神经网络的确定性预报相比,人工神经网络集合预报能够更好地反映出污染的迅速累积上升及持续过程。通过提供定量的概率预报,人工神经网络集合预报可以给出多种可能性及其发生的概率,能为预报员提供包括不确定性在内的更多预报信息,该模型具有一定的实际应用价值。
为研究济南市冬季大气重污染过程特征,以2020年12月8日—13日发生的一次典型大气重污染过程为例,从污染过程、气象条件、细颗粒物化学组分等角度综合分析此次重污染过程的特征和成因。结果表明,此次重污染过程期间首要污染物均为PM2.5,其平均质量浓度为137 μg/m3,11日21时达到此次污染峰值,PM2.5质量浓度高达为235 μg/m3。重污染期间高空环流较为平直;低层850 hPa受西南气流影响,有利于逆温层结的形成;地面均压场控制,平流雾、辐射雾交替产生。静稳气象条件使得PM2.5质量浓度累积及高湿状态下颗粒物二次转化增强。观测期间,二次离子(SNA= $SO^{2-}_{4}$ + $NO^{-}_{3}$ + $NH^{+}_{4}$) 质量浓度为85.4 μg/m3,占PM2.5质量浓度的52.0%。硫转化率(RS)和氮氧化率(RN)均值分别为0.44和0.33,大气中SO2和NO2的二次氧化程度较高;RS高于RN,表明污染期间二次$SO^{2-}_{4}$的二次转化效率高于 $NO^{-}_{3}$。$\rho_{NO^{-}_{3}}$ / $\rho_{SO^{2-}_{4}}$平均值为2.1,表明移动源对PM2.5污染的贡献占主导地位。有机碳和元素碳浓度的平均比值为6.5,可见本次重污染期间济南市大气中存在二次有机碳(SOC)污染。采用有机碳和元素碳比值(ρOC/ρEC)最小比值法估算得到重污染期间一次有机碳浓度和二次有机碳浓度分别为11.9 μg/m3、4.3 μg/m3,表明一次燃烧源对污染过程有较大贡献。
为探明不同品种柳树的耐盐能力,以三个新品种柳树为材料,研究了不同NaCl浓度(20、40、60、80 mmol/L)水培条件下植株15项生长与生理生化指标的变化,采用等权灰色关联度分析、熵权灰色关联度分析、主成分分析和主成分-灰色关联度分析对柳树幼苗的耐盐性进行了综合评价。结果表明:结合聚类分析,可溶性蛋白、游离脯氨酸、可溶性糖、H2O2含量及叶片相对含水率更适于作为柳树苗期耐盐性主要鉴定指标;综合考虑四种分析方法,无絮柳1号(Salix matsudana 'Wuxu1')(培育代号A34)、湿地柳1号(Salix matsudana 'Shidi1')(培育代号A42)具有较好的耐盐特性,可作为盐土开发利用的备选种植品种;主成分-灰色关联度分析作为一种科学合理的评价方法可为柳树幼苗耐盐性筛选育种提供理论支持。
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