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稳定同位素技术在环境水体氮的生物地球化学循环研究中的应用

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南京大学学报（自然科学版） 2016年第1期52卷 16-26页

作者：李荣富罗跃辉曾洪玉阮晓红刘丛强南京大学表生地球化学教育部重点实验室南京210023 南京大学地球科学与工程学院水科学系南京210023 中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室贵阳550002

氮的生物地球化学循环是地表环境中最复杂的物质循环之一.近年来,稳定同位素技术在氮的生物地球化学循环研究中得到了广泛应用,极大地丰富了人们对氮的来源、物理迁移及其生物地球化学循环等过程的认识,完善了氮的生物地球化学循环理论... 详细信息

氮的生物地球化学循环是地表环境中最复杂的物质循环之一.近年来,稳定同位素技术在氮的生物地球化学循环研究中得到了广泛应用,极大地丰富了人们对氮的来源、物理迁移及其生物地球化学循环等过程的认识,完善了氮的生物地球化学循环理论体系.本文综述了在环境水体中应用稳定同位素示踪技术及统计模型,将氮的溯源研究从定性识别拓展到定量解析;应用稳定同位素分馏理论及同位素配对技术,实现氮的生物地球化学循环转化途径的判别及其转化速率的定量解析;重点提出应进一步开展不同转化途径、不同水体环境要素对氮同位素分馏特征的影响研究,逐步完善环境水体氮循环同位素分馏理论体系,为准确认识氮循环和加强水环境保护奠定科学基础.

关键词：稳定同位素同位素分馏同位素配对技术源解析氮转化途径

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氧化-吸附法处理含铁废盐酸及其资源化

环境工程学报 2014年第6期8卷 2639-2644页

作者：吴俊锋赵昕凌虹杨磊秦攀吕路潘丙才张炜铭江苏省环境科学研究院南京210036 江苏省环境工程重点实验室南京210036 南京大学环境学院南京210093 污染控制与资源化研究国家重点实验室南京210093 江苏永泰环保科技有限公司苏州215123

提出并研究了高效氧化与强化吸附相结合的含铁废酸资源化处理新工艺。系统研究了其氧化过程的适宜工艺条件并考察了吸附分离单元中的主要工艺参数对铁离子去除率的影响规律。实验结果显示,采用双氧水氧化废盐酸中Fe2+将不会引入其他污... 详细信息

提出并研究了高效氧化与强化吸附相结合的含铁废酸资源化处理新工艺。系统研究了其氧化过程的适宜工艺条件并考察了吸附分离单元中的主要工艺参数对铁离子去除率的影响规律。实验结果显示,采用双氧水氧化废盐酸中Fe2+将不会引入其他污染因子,双氧水的最佳投加摩尔数为Fe2+浓度的1.2倍,氧化时间优选为2 h;氧化后的含铁废盐酸经过强碱阴离子交换树脂NDA900分离去除大部分铁离子,若采用固定床双柱串联方式运行,铁离子分离去除率可达99.9%,处理后盐酸可返回酸洗工序重复利用。吸附饱和后的树脂仅使用自来水就可以实现完全再生,再生液中三氯化铁浓度高达40~50g/L。这一工艺有望实现废盐酸及其中铁离子的综合利用,为相关行业清洁生产水平的提升提供技术支持。

关键词：含铁废盐酸资源化技术双氧水氧化树脂吸附分离

地下水典型非水相液体污染运移模拟的尺度提升研究

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水文地质工程地质 2020年第1期47卷 11-18页

作者：陈梦佳吴剑锋孙晓敏林锦吴吉春南京大学地球科学与工程学院水科学系/表生地球化学教育部重点实验室江苏南京210023 南京水利科学研究院江苏南京210029

在地下水数值模拟中,模型参数的网格尺度一般大于参数的测量尺度,为此涉及到参数的尺度提升。合理的尺度提升方法既能有效提高计算效率,又能保证模拟精度。在概略介绍拉普拉斯-外壳法的基础上,将其引入到地下水典型非水相液体(non-aqueo... 详细信息

在地下水数值模拟中,模型参数的网格尺度一般大于参数的测量尺度,为此涉及到参数的尺度提升。合理的尺度提升方法既能有效提高计算效率,又能保证模拟精度。在概略介绍拉普拉斯-外壳法的基础上,将其引入到地下水典型非水相液体(non-aqueous phase liquids,NAPLs)污染运移数值模拟的非均质渗透系数场尺度提升,并与尺度提升前的小尺度模型及基于算术平均的尺度提升模拟结果进行对比。研究表明:采用UTCHEM建立的典型NAPLs污染物运移模型,无论是单一污染源还是双重污染源,基于拉普拉斯-外壳法提升尺度后的大尺度模型都能较好地刻画污染羽的空间矩(包括零阶矩、一阶矩和二阶距)随时间的变化,其零阶矩的模拟相对误差小于0. 25%,在水流方向上利用拉普拉斯-外壳法建立的模型对质心位置与污染羽范围的估计均优于算术平均尺度提升法所建模型,且随着含水介质非均质性的增大,拉普拉斯-外壳法的优越性越为明显;而且大尺度模型还能大幅减少计算时间,耗时约为小尺度模型的3%,值得推广应用。

关键词：数值模拟污染运移尺度提升算术平均拉普拉斯-外壳

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工程地质界面:从多元表征到演化机理

优化湖泊流域水环境的对策与关键技术——从物质循环及平衡观点看

地质科技通报 2023年第1期42卷 1-19页

作者：朱鸿鹄南京大学地球科学与工程学院南京210023

工程地质界面是地层中两种或多种介质间的接触面,以及对三相介质迁移、物态变化和岩土体稳定性起控制作用的转换面,它们受自然营力和工程活动的共同作用,在地质灾害的孕育、发展和发生过程中具有控制性作用.如何准确获取界面的多场演化... 详细信息

工程地质界面是地层中两种或多种介质间的接触面,以及对三相介质迁移、物态变化和岩土体稳定性起控制作用的转换面,它们受自然营力和工程活动的共同作用,在地质灾害的孕育、发展和发生过程中具有控制性作用.如何准确获取界面的多场演化信息,厘清界面的灾变动力学机制和相互作用,是工程地质防灾减灾领域的核心科学技术问题.在回顾工程地质界面研究领域发展历程的基础上,梳理和归纳了工程地质界面的基本概念、分类体系和主要特征,并以长江三峡库区典型滑坡为例,结合本团队的研究工作对界面多元表征与演化机理方面的最新研究进展进行了详细的阐述,最后对该领域未来的发展趋势进行了展望.上述综述表明,工程地质界面是诱发地质灾害的关键带,可分为物质界面、状态界面和运动界面3类.通过引入光纤传感等尖端感测技术,初步实现了工程地质界面多元信息的智能表征.在对库岸滑坡长期原位监测的基础上,系统总结了滑坡灾变的演化机理和界面控制模式.根据新时代学科发展趋势和国家重大需求,今后应进一步关注如何结合工程地质界面的特征,研发并构建空—天—地—内立体化监测网络,实现关键界面热—水—力多场耦合信息的实时获取和表征,并结合大数据及人工智能等技术研发相应的预警预报系统,以提升对各类重大地质灾害的防范水平和应对能力.

关键词：工程地质界面多元表征演化机理岩土工程监测多场耦合

来源：博看期刊评论

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生态学报 2009年第9期29卷 5088-5097页

作者：濮培民李正魁成小英濮江平中国科学院南京地理与湖泊研究所南京210008 南京大学环境学院污染与资源化研究国家重点实验室南京210093 江南大学环境与土木工程学院无锡214122 南京信息工程大学南京210044

经济发展和生活水平提高对水量水质提出了更高要求,而用水越多、污水也越多,使安全水资源匮乏日益成为制约我国高速经济发展与生态保护的瓶颈。大力减少污染源排放无疑是极重要的,但目前湖泊流域内的第一、第二、第三产业都难于做到无... 详细信息

经济发展和生活水平提高对水量水质提出了更高要求,而用水越多、污水也越多,使安全水资源匮乏日益成为制约我国高速经济发展与生态保护的瓶颈。大力减少污染源排放无疑是极重要的,但目前湖泊流域内的第一、第二、第三产业都难于做到无污染排放,致使水系退化为纳污渠/库。因此目前同样极为重要的是要改善水质、修复水生态系统:从物质循环及平衡观点看,必须发展物理(电、磁、声、光、动力、微气泡等)、化学(慎用)、微生物、植物(水生、陆生+浮岛)、水生动物等综合高新技术,将水中污染物质加以资源化利用,实现以改善水质、优化水环境为主要目标的"环保资源化产业";它在政策支持下启动,不仅有重大社会生态效益,而且可逐步获取越来越多的经济效益。多年来为解决局部水质净化发展起来的物理生态工程(physic-ecological engineering,PEEN)丰富了水循环的含义,将水分循环从水量循环扩大为包括水质循环,使污染水恢复清洁,修复健康水生态系统,主要依靠太阳能因地制宜从局部到大范围,将大量营养盐(包括可能存在其中的毒物)转化为水生植物并取出予以分别利用,是有较高性价比、可操作的对策。采用物理生物削浪、水面植物-沉水植物斑马线式镶嵌、植物群落镶嵌、固定化氮循环细菌等技术,逐步扩大修复健康水生态系统的范围、降低营养盐水平、遏制藻类水华,同时低能耗地将含水量极高的水生植物进行收集、加工、储存、干燥和分别利用,发展可称为"生物环保产业(bio-environmental enterprise,BEE)"的"环保资源化产业"。通过此途径,可以加速水质循环过程,在入湖污染负荷未能到达控制富营养化阈值前实现控制湖泊富营养化和遏制藻类水华的目标。文中介绍了实现此目标的途径和关键技术。可以规模化、较廉价地提供饲料肥料和生产活性炭原料。将水草加工成便于运输的"水草袋","水草干"可供在北方干旱半干旱地区和沿海荒滩地种植速生林木、高杆先锋草本植物阵之用。利用水草袋或水草干添加当地污水,使先锋性(例如香根草等速生、适应性强的)植物在当年生长成能固沙、挡风、拦截降雪的阵。逐步修复荒漠化区良性生态。这样,可以用较小代价并较快地联合解决我国面临的控制富营养化与控制荒漠化的生态环境问题。

关键词：物质循环及平衡物理生态工程生物环保产业富营养化控制物理生态削浪荒漠化治理

新型多胺树脂选择性去除焦磷酸镀铜清洗废水中Cu2+的特性

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离子交换与吸附 2019年第5期35卷 450-460页

作者：凌晨李平海韦蒙蒙刘自成刘福强南京林业大学生物与环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室南京大学环境学院中冶华天工程技术有限公司

焦磷酸镀铜清洗废水中含有大量的络合态铜离子,本文对比研究了不同类型树脂对焦磷酸-铜络合体系中Cu2+的去除性能,发现自合成多胺树脂PAMC在相关pH范围内对Cu2+的吸附量远超商业离子交换树脂和螯合树脂32%～2个数量级。Cu2+的等温线更符... 详细信息

焦磷酸镀铜清洗废水中含有大量的络合态铜离子,本文对比研究了不同类型树脂对焦磷酸-铜络合体系中Cu2+的去除性能,发现自合成多胺树脂PAMC在相关pH范围内对Cu2+的吸附量远超商业离子交换树脂和螯合树脂32%～2个数量级。Cu2+的等温线更符合Langmuir模型,焦磷酸根与Cu2+的摩尔浓度比从4增大到25,Cu2+的吸附量下降了27%。通过形态分析、动力学研究以及XPS表征分析发现,>99%的Cu2+是以Cu(P2O7)26-和Cu(HP2O7)24-形式存在,PAMC树脂对[Cu-P]络合物组分的吸附亲和力远高于自由态焦磷酸根离子,其主导机制可能为是络合态铜离子通过配位作用和静电作用分别与树脂表面的中性氨基和质子化氨基结合。实际废水动态吸附实验表明,在1BV/h的流速下,前80BV出水中Cu2+浓度低于0.3mg/L,1BV 12%的硫酸和4BV水可完全再生树脂,再生液中Cu2+最大浓度为22g/L。结果表明,PAMC树脂适用于焦磷酸镀铜清洗废水中Cu2+的深度去除和资源回收。

关键词：多胺树脂焦磷酸 Cu2+ 高效去除资源回收

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水生态屏障适宜宽度界定研究进展

水科学进展 2012年第4期23卷 581-589页

作者：单楠阮晓红冯杰南京大学地球科学与工程学院水科学系江苏南京210093 中国水利水电科学研究院水资源研究所北京100038

在总结水生态屏障研究历程的基础上,对水生态屏障的概念进行了探讨,提出了水生态屏障的定义。从河流、湖泊、水库3种主要水生态屏障类型说明水生态屏障的主要功能及适宜宽度研究进展,并从生态学、水文学、地理学、遥感学的技术应用评述... 详细信息

在总结水生态屏障研究历程的基础上,对水生态屏障的概念进行了探讨,提出了水生态屏障的定义。从河流、湖泊、水库3种主要水生态屏障类型说明水生态屏障的主要功能及适宜宽度研究进展,并从生态学、水文学、地理学、遥感学的技术应用评述了水生态屏障宽度的界定方法。目前,对水生态屏障适宜宽度的标准还缺乏统一的认识,流域尺度下水库生态屏障适宜宽度的界定是水生态屏障宽度界定面临的难点问题,提出综合水文学、生态学、环境科学及地形、遥感、地理信息等多学科理论及技术手段构建流域尺度的生态水文模型是界定水生态屏障及其水库生态屏障适宜宽度的有效方法。

关键词：水生态屏障适宜宽度界定方法流域尺度研究进展

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BAF工艺处理焦化废水研究

给水排水 2005年第7期31卷 52-54页

作者：张文艺翟建平郑明东郑俊南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室南京210093 安徽工业大学环境工程系马鞍山243002

采用单级BAF工艺进行焦化废水处理试验,以水力负荷为控制参数,在正常pH、温度、营养比等条件下,考察BAF对焦化废水的处理效果。结果表明,当水力负荷小于0.2m3/(m2·h)时,BAF能有效地去除焦化废水中的CODCr、酚、氰,去除率均大于90%,其... 详细信息

采用单级BAF工艺进行焦化废水处理试验,以水力负荷为控制参数,在正常pH、温度、营养比等条件下,考察BAF对焦化废水的处理效果。结果表明,当水力负荷小于0.2m3/(m2·h)时,BAF能有效地去除焦化废水中的CODCr、酚、氰,去除率均大于90%,其中出水CODCr达到GB13456-92国家二级排放标准,酚、氰低于国家一级排放标准。但其对NH3-N去除效果较差,甚至出水浓度高于进水浓度。此外单级BAF也不能脱去焦化废水的色度,处理后的废水仍为浅酱油色。要使出水达标排放,需采用两段BAF:其中一段为脱碳滤池(除COD),另一段为硝化滤池(脱氮)。

关键词：工艺处理 CODCr 焦化废水处理二级排放标准水力负荷 BAF工艺 NH3-N 控制参数处理效果去除效果达标排放水浓度去除率单级出水滤池 pH 脱氮硝化酚氰

城市重污染河道上覆水氮营养盐浓度及DO水平对底质氮释放的影响

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环境科学 2007年第1期28卷 87-91页

作者：蒋小欣阮晓红邢雅囡赵振华河海大学交通与海洋工程学院河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098 河海大学环境科学与工程学院南京210098

利用模拟试验方法,研究和探讨了苏州市古城区重污染河道上覆水的氮营养盐浓度及DO水平对河道底泥内源氮释放的影响.结果表明:①上覆水体的氮营养盐水平可对底泥中氮营养盐的释放程度(即释放速率和释放量)产生影响,氮营养盐含量低的上覆... 详细信息

利用模拟试验方法,研究和探讨了苏州市古城区重污染河道上覆水的氮营养盐浓度及DO水平对河道底泥内源氮释放的影响.结果表明:①上覆水体的氮营养盐水平可对底泥中氮营养盐的释放程度(即释放速率和释放量)产生影响,氮营养盐含量低的上覆水体有利于底泥中氮特别是氨氮的释放(外城河与苗家河2种处理的累积释放量差值可达6 mg/kg),相反,则不利于氨氮的释放.故当氮营养盐含量较低的外城河水进入古城区河道时,有可能引起内城河道中底泥氨氮的大量释放,这种情况在调水过程中更为明显;②溶解氧是控制底泥氮释放规律的重要因素,其对氨氮和硝态氮释放的影响呈非线性,厌氧条件能加速底泥氨氮的释放,好氧则对其释放产生抑制,故保持河道水体中适当的溶解氧可有效抑制底泥中氨氮等释放造成的污染.

关键词：底泥氮释放溶氧水平营养水平上覆水