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2021年  第34卷  第4期

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封面+目录
2021, 34(4): .
摘要(424) PDF(174)
摘要:
序言
编者按——呼伦湖水生态环境调查与评估专题
2021, 34(4): .
摘要(358) HTML (44) PDF(145)
摘要:
呼伦湖水生态环境调查与评估专题
人类活动对流域生态健康影响风险评估方法研究:以呼伦湖流域为例
付正辉, 张扬, 姜霞, 郭云艳, 王书航
2021, 34(4): 785-791. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.02.05
摘要(969) HTML (167) PDF(216)
摘要:
随着社会经济的快速发展,我国多数流域受到了不同程度的人类活动影响,并导致了水体污染、生物多样性退化等一系列问题,流域生态系统健康已成为制约我国经济社会可持续发展的突出因素之一.因此,开展人类活动对流域生态健康影响风险评估方法研究具有重要意义,也将对我国未来流域生态环境保护及建设的决策指导起到重要的作用.该研究以旱寒区呼伦湖流域为研究对象,基于人类活动、生态格局、生态功能和生态压力等多个角度,通过构建科学合理的流域人类活动-生态系统评价指标体系,并结合交互风险评估矩阵,开展人类活动对流域生态健康影响风险评估.结果表明:①呼伦湖流域GDP和人口主要分布在海拉尔区和满洲里市周边,其他区域GDP强度和人口强度较低;②呼伦湖流域GDP强度指标有2个子流域分别处于40~60和60~80之间,人口强度指标有1个子流域处于60~80之间,2个子流域处于40~60之间,生态系统指标有8个子流域处于60~80之间,其余子流域均大于80;③呼伦湖流域32个子流域中,有30个子流域处于低风险状态,面积占全区域的98.62%,另有2个子流域处于中等风险状态,面积占全流域的1.38%,研究区域内无高风险子流域.研究显示,该研究提出的评估方法可以有效评估人类活动对流域生态健康影响的风险,有助于明确流域生态健康主要影响因素及系统变化的内在驱动机制,从而为流域尺度生态环境保护及可持续发展提供理论依据与技术支持.
1961—2018年呼伦湖水面面积变化特征及其对气候变化的响应
王鹏飞, 郭云艳, 周康, 郑朔方, 姜霞, 王书航
2021, 34(4): 792-800. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.02.12
摘要(884) HTML (153) PDF(194)
摘要:
为揭示近60年来呼伦湖水面面积的变化规律,确定影响呼伦湖水面面积变化的主要因素,采用曼-肯德尔检验(Mann-Kendall tests)、一元线性回归和小波分析法解析1961—2018年呼伦湖水面面积及其所在区域气温、降水量、蒸发量和相对湿度的变化趋势、突变特征和周期性变化规律,采用皮尔逊相关性分析(Pearson correlation analysis)和灰色关联分析研究水面面积与气象要素的相关性.结果表明:1961—2018年呼伦湖水面面积在1 739~2 360 km2之间,总体以72.84 km2/(10 a)的速率显著减小,2009年人工调水实施以后水面面积逐渐恢复并稳定在2 030 km2左右.近60年来呼伦湖区域气候暖干化明显,表现为气温显著升高、蒸发量显著增大、相对湿度显著降低、降水量非显著减少.1961—2018年,呼伦湖水面面积对气候突变及其周期波动存在相应的响应,水面面积与区域蒸发量呈显著负相关,Pearson相关系数为-0.546,与区域蒸发量和降水量的灰色关联度为0.938~0.960,人工调水实施前(1961—2008年)水面面积与气象要素的相关性强于1961—2018年.研究显示,气候变化引起的蒸发量增大是呼伦湖水面面积减小的重要原因,人工调水严重干扰了2009—2018年呼伦湖水面面积对气候变化的响应.
呼伦湖流域生态安全评价及时空分布格局变化趋势研究
曹秉帅, 单楠, 顾羊羊, 敖文, 庞博, 窦华山, 王文林, 邹长新
2021, 34(4): 801-811. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.02.13
摘要(682) HTML (95) PDF(198)
摘要:
呼伦湖是我国北方第一大湖,具有涵养水源、生物多样性维护、气候调节等重要生态功能,对于维系我国北方生态安全屏障具有重要作用.近年来,随着气候暖干化加剧,呼伦湖面临着湖体面积萎缩、芦苇湿地大面积消失、局部草原区退化严重、土地沙化面积扩大、关键种群缺失等生态安全问题.该研究围绕“水资源-水环境-水生态”三水共生目标,以“山水林田湖草沙”系统观为指导,基于遥感和GIS技术对呼伦湖流域1990—2018年的生态安全时空分布格局进行评价.结果表明:①2018年呼伦湖及其流域的生态安全指数分别为0.495和0.774,分别处于预警和良好状态.②呼伦湖流域生态安全自1990年以来分别经历了骤降期、稳定期和恢复期等3个时期,呈现“一林一草一湖”的生态安全分布格局.③2010年呼伦湖生态安全水平最低,主要分布在新开河入湖口、湖西岸大部分区域、湖中心以及湖东南方向的湾口区域;流域则在2015年的生态安全状况最差,主要位于新左旗中部、海拉尔河流域以及呼伦沟等地,尤其是沿乌尔逊河上游东侧地带表现最为突出.④影响呼伦湖流域生态安全水平的主要因素为入湖径流量、蓝藻水华面积占比和水源涵养量,而长期超载过牧、水体污染物浓缩效应以及湿地面积萎缩是限制生态安全水平进一步提升的重要因素.研究显示,呼伦湖流域生态安全与水资源状况密切相关,湖面面积维持在2 036 km2以上能保障流域较高的生态安全水平.此外,蓝藻水华面积、放牧强度与湿地面积均关系着区域生态安全,建议通过建立蓝藻水华风险防控体系、合理核定载畜量、保护与修复芦苇湿地以改善局部区域生态安全状况.
呼伦湖表层沉积物有机质的释放效应分析
王雯雯, 陈俊伊, 姜霞, 李贺, 王书航
2021, 34(4): 812-823. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.02.03
摘要(587) HTML (93) PDF(168)
摘要:
沉积物有机质是湖泊物质循环的重要组成部分之一,研究沉积物有机质的赋存和迁移转化特征对于湖泊生态保护具有重要意义.以位于我国寒旱区的蒙新湖区典型代表湖泊——呼伦湖为例,利用连续提取法、三维荧光激发发射矩阵光谱-平行因子法(EEMs-PARAFAC)和碳稳定同位素(δ13C)、碳氮比值(C/N)指标测定,并结合室内模拟试验,研究了呼伦湖表层沉积物有机质的赋存特征、释放效应及影响因素.结果表明:①呼伦湖表层沉积物有机质含量在26.67~38.09 g/kg之间,其主要组分为胡敏素(HM),HM占沉积物有机质的相对比例为74.1%.沉积物有机质主要来自于陆源,陆源相对贡献率在80%左右.②沉积物室内静态释放模拟试验结果表明,沉积物有机质释放会导致上覆水中溶解性有机质(DOM)浓度和组分均发生改变,上覆水中溶解性有机碳(DOC)浓度由30.85 mg/L升至37.57 mg/L,类腐殖质组分所占比例升高.沉积物有机质释放还导致上覆水中氮磷浓度升高,其中溶解性总氮(DTN)和溶解性总磷(DTP)的浓度分别升高了0.89和0.16 mg/L.③近年来,呼伦湖流域温度升高,导致呼伦湖沉积物有机质的释放效应增强.研究显示,虽然呼伦湖沉积物有机质主要以难降解组分为主,但是其释放效应对水体碳、氮、磷浓度的影响仍然不容忽视.
呼伦湖水体磷的时空演变及其影响因素
张博, 郭云艳, 王书航, 郑朔方, 姜霞
2021, 34(4): 824-830. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.01.24
摘要(556) HTML (77) PDF(186)
摘要:
呼伦湖是我国北方第一大湖泊,其水环境质量对区域生态环境调节具有重要影响.针对近年来呼伦湖水体的ρ(TP)超标问题,分别于春、夏、秋、冬四季采集呼伦湖水体样品,结合入湖河流断面多年月均数据对呼伦湖水体ρ(TP)的时空分布、赋存特征、污染来源和影响因素进行分析.结果表明:①秋季、冬季、春季和夏季呼伦湖水体ρ(TP)分别为0.145~0.301、0.090~0.360、0.104~0.434和0.049~0.219 mg/L,总体处于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》V类水质标准;呼伦湖水体ρ(TP)空间分布上季节性差异显著,冬季呈现湖周高于湖心的特征,秋季呈湖心高于湖周的特征,春季和夏季克鲁伦河入湖河口处ρ(TP)均较高.②冬季与其他3个季节水体磷形态组成差异较大,冬季冰封期以DTP(溶解态磷)为主,ρ(DTP)占ρ(TP)的比例为76.2%,春季、夏季和秋季均以PP(颗粒态磷)为主,其占ρ(TP)的比例分别为55.1%、64.1%和58.9%.③呼伦湖3条入湖河流ρ(TP)表现为克鲁伦河>呼伦沟河>乌尔逊河的特征.研究显示,呼伦湖水体ρ(TP)的主要影响因素为水量变化、冰封、入湖河流输入和底泥再悬浮.
呼伦湖砷的时空分布特征及成因分析
车霏霏, 君珊, 陈俊伊, 郭云艳, 王书航, 包文旗
2021, 34(4): 831-840. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.01.11
摘要(675) HTML (60) PDF(153)
摘要:
为探究呼伦湖中As(砷)的时空变化格局及成因,分别于春季、夏季、秋季、冬季采集呼伦湖表层水和表层沉积物样品,对As的时空分布及其组成特征进行了调查,并探讨呼伦湖中As的来源及环境因素对水体As分布的影响.结果表明:①呼伦湖水体中ρ(TAs)(TAs为总As)在6.6~87.3 μg/L之间,平均值为47.0 μg/L,其中ρ(DTAs)(DTAs为溶解态TAs)占比为70.6%~99.8%,且As(Ⅴ)(砷酸盐)为主要存在形态.春季、冬季ρ(TAs)平均值高于夏季、秋季,且冬季ρ(TAs)的空间分布与其他3个季节差异明显.②表层沉积物w(TAs)为1.64~15.49 mg/kg,各季节w(TAs)空间分布均呈由西北向东南递减的趋势;w(F1)(F1为可交换态及碳酸盐结合态As)和w(F2)(F2为Fe/Mn氧化物结合态As)在w(TAs)中的占比相对较高,分别为31.7%和30.0%,一定环境条件下F1和F2易向水体迁移,是水体中As的主要来源.③呼伦湖水体pH、冬季冰封、入湖河流等环境因素均可影响水体中As的时空分布,其中冰封引起的沉积物-水界面缺氧环境及污染物浓缩效应是造成冬季湖泊西北沿岸水体ρ(TAs)显著升高的主要原因.研究显示,呼伦湖水体及沉积物中的As均以自然来源为主,其中沉积物释放及环境变化是水体中As时空分布格局的主要影响因素.
呼伦湖水体氟化物演变特征及其影响因素
君珊, 张博, 王鹏飞, 李贺, 姜霞, 王书航
2021, 34(4): 841-848. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.02.08
摘要(747) HTML (89) PDF(149)
摘要:
为识别呼伦湖水体中氟化物的演变趋势,揭示呼伦湖水体氟化物浓度畸高的原因,于2015—2020年对呼伦湖入湖河流、湖周地下水、湖泊水体中氟化物(以F-计)浓度进行了详细调查,并结合2005—2014年历史数据分析呼伦湖水体中氟化物浓度的影响因素.结果表明:2018—2019年,呼伦湖全湖水体氟化物浓度平均值在2.27~2.42 mg/L之间,年均值为2.36 mg/L,4个季节平均值之间无显著差异,但空间分布差异显著,在春季、夏季和秋季均表现为四周低、中间高的分布趋势,冬季则相反.3条主要入湖河流克鲁伦河、乌尔逊河和呼伦沟河水体中氟化物浓度显著低于湖体,分别为(1.14±0.36)(0.84±0.14)和(0.33±0.08)mg/L,氟化物入湖通量分别为236.41、396.31和301.29 t/a,地下水和入湖河流输入是呼伦湖水体氟化物的主要来源.呼伦湖水体中氟化物浓度主要在特殊气候地理条件引起的高自然本底环境下,受pH、湖体蓄水量和冰封作用的共同影响.研究显示,入湖河流、地下水等输入的氟化物在强蒸发作用下富集浓缩且缺少氟化物出湖途径是造成呼伦湖水体氟化物浓度畸高的根本原因.
大气环境
大气PM2.5载带重金属的区域污染特征研究
王橹玺, 李慧, 张文杰, 齐剑英, 田贺忠, 黄侃, 陈东升, 郭敬华
2021, 34(4): 849-862. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.01.03
摘要(832) HTML (105) PDF(196)
摘要:
PM2.5载带的重金属元素对人体健康具有重要影响,为了明确PM2.5中重金属的污染水平以及区域性污染特征,收集并总结近30年中国不同地区大气重金属污染的研究成果,对PM2.5载带的As、Zn、Cr(Ⅵ)、Pb、Cd、Mn以及Ni等7种重金属元素的区域污染特征进行分析.研究显示:①我国对部分重金属〔Pb、Cd、Hg、As、Cr(Ⅵ)〕的质量浓度增设限值规定,但未涉及Ni和Mn等有毒重金属.②全国范围来看,不同背景点PM2.5中重金属质量浓度相差较大,自然背景点重金属质量浓度低于乡村背景点和近城市背景点的40.7%~97.6%.大气PM2.5重金属区域污染高值区主要集中在华北、华东、华南等经济发达地区.《大气污染防治行动计划》等政策的实施使PM2.5中重金属质量浓度明显下降,2013年前(1980—2013年)与2013年后(2013—2018年)相比,全国大气PM2.5ρ〔Cr(Ⅵ)〕、ρ(Ni)、ρ(Pb)、ρ(Mn)和ρ(As)均有所下降,但ρ(Zn)、ρ(Cd)略有上升.③典型城市PM2.5中重金属污染特征各不相同.北京市需考虑Cd、As排放情况,强化对燃煤源的管控;上海市和广州市应关注Cr(Ⅵ)和Ni的排放,加严工业污染治理,加强对港口的排放管控.研究显示,对于大气颗粒物中重金属的治理,建议进一步关注对As、Cr(Ⅵ)排放的控制,同时对不同区域的大气重金属污染需要选择差异化的污染控制措施.
2017年10月海南省一次臭氧污染特征及输送路径与潜在源区分析
符传博, 丹利, 唐家翔, 佟金鹤
2021, 34(4): 863-871. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.03.37
摘要(832) HTML (164) PDF(193)
摘要:
为了探讨2017年10月海南省一次O3污染过程的气流轨迹、输送路径和潜在源区,采用海南省18个市县的AQI值、6类大气污染物质量浓度资料以及相关气象观测资料,结合HYSPLIT后向轨迹模型进行分析.结果表明:①2017年10月海南省有13个市县首要污染物为O3的天数比例超过80%,其中9个市县达100%.2017年10月26日澄迈县和儋州市AQI值分别为171和151,均达中度污染等级,7个市县达轻度污染等级.②气象要素与AQI和污染物质量浓度之间均存在较好的相关关系,ρ(O3)、AQI与相对湿度的相关系数分别为-0.701和-0.685,均通过了99.9%的信度检验.③卫星反演结果表明,此次污染过程与外源输送关系密切.影响气流主要来自内陆地区的长距离气流、中短距离气流和来自东南沿海的中短距离气流,三支气流影响时段对应的海口市AQI值分别为83、69和61,对应的ρ(O3)分别为和135.0、119.6和102.3 μg/m3.④通过计算PSCF(潜在源贡献因子)和CWT(浓度权重轨迹)发现,广东省为海南省的主要潜在贡献源区,湖南省、江西省、江苏省、浙江省和福建省等地区也有一定的潜在贡献.研究显示,2017年10月海南省出现的O3污染过程中,污染物来源以外源输送为主.
基于机器学习方法的西安市数值模拟优化研究
李娟, 尉鹏, 戴学之, 赵森, 张博雅, 吕玲玲, 胡京南
2021, 34(4): 872-881. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.10.27
摘要(774) HTML (51) PDF(196)
摘要:
为提高西安市ρ(PM2.5)及ρ(O3)预报准确率,更好地服务西安市预报预警工作,以CAMx模式预报结果为基础,结合中尺度WRF气象预报数据、ρ(PM2.5)及ρ(O3)观测数据,基于多元线性回归、岭回归、lasso回归、决策树、随机森林以及支持向量机6种机器学习优化模型,对西安市2019年PM2.5及O3模拟结果进行优化.结果表明:①CAMx模式对污染物的预报存在偏差,优化模型明显修正了CAMx模式的系统性偏差,提高了预报精度.②ρ(PM2.5)及ρ(O3)的均方根误差(RMSE)由174.00、37.11 μg/m3分别降至34.36~39.37、24.77~28.82 μg/m3,相关性系数(R)由0.63、0.78分别提至0.70~0.78、0.83~0.88.③不同模型对模拟值的订正优势不同,随机森林对PM2.5优化效果显著,优化提高率为80%;支持向量机对O3的优化效果最理想,优化提高率为36%;线性回归方法对O3的优化效果较好,但对PM2.5的优化效果相对较差.研究显示,机器学习模型显著优化了CAMx模拟结果,反映了利用机器学习修正空气质量数值模式预报结果的研究意义和可行性.
泄漏检测与修复(LDAR)建档方法研究及应用进展
张钢锋, 费波, 修光利
2021, 34(4): 882-889. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.12.13
摘要(670) HTML (124) PDF(154)
摘要:
泄漏检测与修复(LDAR)是石化和化工行业挥发性有机物(VOCs)无组织排放管控的重要抓手.项目建档作为LDAR实施的第一步同时也是最关键的一步,其科学性、完整性和准确性决定着LDAR的整体实施质量.通过对LDAR建档方法及应用情况的调研,归纳总结了不同建档方法的优缺点,并采用问卷方式对国内建档方法应用现状进行了调查分析,展望了建档技术的未来发展趋势.结果表明:①当前国内外在用的建档方法主要包括传统挂牌法、PID图标识法、拍照标识法、GPS定位法、条形码/二维码挂牌法、无线射频挂牌法等.②美国、欧盟目前仍以传统挂牌法为主,加拿大除传统挂牌法外,拍照标识法的应用也较为广泛.③我国应用最多的为拍照标识法,其次为传统挂牌法,调查对象中采用过这两种方法的LDAR服务商占比分别为90.0%和50.0%,此外PID图标识法、条形码/二维码、其他方法的应用占比分别为30.0%、17.5%和5.0%,整体上我国建档方法比美欧国家更加多样化.④我国现代科技的迅猛发展为LDAR建档技术的创新与变革提供了契机,未来建档技术将向更智能、更便捷、更高效的方向发展.研究显示,国内尚未形成统一的LDAR建档技术标准体系,建议今后应尽快加强相关标准建设,保障LDAR的实施质量与效果.
欧洲环境空气臭氧污染防治历程、经验及对我国的启示
鲍捷萌, 曹娟, 高锐, 任艳芹, 毕方, 毋振海, 柴发合, 李红
2021, 34(4): 890-901. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.01.17
摘要(1463) HTML (122) PDF(600)
摘要:
随着《大气污染防治行动计划》和《打赢蓝天保卫战三年行动计划》的深入实施,我国环境空气质量总体得到明显改善,大气颗粒物污染整体减轻,与此同时臭氧污染问题逐渐凸显,臭氧已成为继PM2.5后影响城市空气质量改善和达标管理的另一主要空气污染物.欧洲作为国际上较早开始关注臭氧污染的地区之一,虽然尚未完全解决这一问题,但已取得了一定成效并积累了较为丰富的经验.目前我国的臭氧污染防治工作尚处于起步阶段,面临着多方面的挑战,研究欧洲臭氧污染防治经验对推进我国臭氧防控具有重要的指导意义.该研究全面收集和整理了欧洲国家臭氧污染防治相关法律法规、标准和管理制度等资料,梳理欧洲国家臭氧污染防治历程,分析欧洲国家臭氧前体物排放量变化趋势及臭氧污染演变特征;在此基础上,总结欧洲臭氧污染防治经验,结合对我国目前开展的臭氧污染防治工作以及存在不足的分析,得出对我国臭氧污染防控的几点启示:①加强臭氧污染防治顶层设计;②完善基础支撑科技能力建设;③深化臭氧污染防治科学研究;④加快长效环境行动计划的制定;⑤构建区域协调与协作机制.
水环境
骆马湖水体中药品及个人护理品的污染特征及风险评估
陈宇, 王涌涛, 黄天寅, 陈书琴, 庞燕
2021, 34(4): 902-909. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.10.13
摘要(608) HTML (75) PDF(163)
摘要:
为评价骆马湖湖区药品及个人护理品(PPCPs)的污染状况和生态风险,利用高效液相色谱串联质谱(HPLC-MS/MS)分析骆马湖表层水体中61种PPCPs的赋存浓度、空间分布特征,并根据风险熵方法进行生态风险评估.结果表明:①骆马湖表层水体中共检出15种PPCPs,其中人用7种,人、兽共用4种,兽用4种,其质量浓度范围为2.67~6 514.91 ng/L.卡马西平(CBZ)、避蚊胺(DEET)、舒比利(SP)、咖啡因(CF)及林可霉素(LCM)检出率均为100%,DEET、甲砜霉素(TAP)及氟苯尼考(FF)的平均值均较高,分别为162.87、61.33和56.72 ng/L.②骆马湖表层水体中PPCPs的空间分布呈北高南低、西高东低的特征.不同类型PPCPs空间分布规律差异明显,人、兽共用PPCPs浓度自北向南逐渐递减,人用PPCPs浓度北部略高于南部,兽用PPCPs浓度在全湖均匀分布.③骆马湖水体中CBZ、CF具有高生态风险,恩诺沙星(ENR)、诺氟沙星(NOR)、磺胺嘧啶(SD)、罗红霉素(RXM)及LCM具有较高生态风险,可见骆马湖生态风险主要来源为人用PPCPs.研究显示,骆马湖表层水体中PPCPs浓度水平中等,但其中DEET污染较重,北部湖区应加强围网、围塘养殖管理.
汉江中下游水质时空特征与土地利用类型响应识别研究
刘成建, 夏军, 宋进喜, 张远, 程兵芬, 马驰, 王强
2021, 34(4): 910-919. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.08.15
摘要(582) HTML (83) PDF(157)
摘要:
人类活动干扰下的水环境过程演变是当前全球水安全面临的难点问题.汉江作为南水北调中线工程的重要影响区和水源区,在气候变化和人类活动双重影响下近十几年来水华频繁暴发,科学辨析土地利用类型影响下的汉江水环境质量演变特征,对于政府制定和实施水污染防治政策具有重要的现实意义.基于2011—2018年汉江中下游8个监测站点的7个主要水质指标〔pH、ρ(DO)、ρ(CODMn)、ρ(BOD5)、ρ(NH3-N)、ρ(TP)、ρ(TN)〕448组连续野外监测数据,利用季节性曼肯达尔检验法、相关分析和冗余分析等多种数学统计分析方法,分析了汉江中下游的水质时空演变特征,分析了土地利用类型与水质变化的相关关系.结果表明:①时间特征上,2011—2018年汉江中下游总体水质呈好转趋势,丰水期污染物浓度高于枯水期,2013—2014年出现峰值,2015年以后水质逐渐变好.②空间特征上,水质从汉江中游至下游呈逐渐变差的趋势,由于2014年引江济汉工程的开通,水质在罗汉闸站点及下游有好转趋势.③总体上,农田和城镇用地与污染物浓度均呈显著正相关,最大解释度为0.27;林地、草地与污染物浓度均呈显著负相关,最大解释度为0.31.研究显示,汉江中下游水质有所改善,农田与城镇用地对于汉江中下游水质恶化影响较大,林地、草地等植被覆盖等由于存在一定的水源涵养功能和天然净化能力,可以对水污染起到一定的缓解作用.
外源性典型N-酰化高丝氨酸内酯类化合物(AHLs)信号分子对污水处理过程N2O产生的影响
闫旭, 霍兆曼, 石博文, 黄佳骏, 郭丽, 陈纯, 郑仕侃, 杨洁, 马嘉晖, 苏现伐, 孙剑辉
2021, 34(4): 920-926. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.07.21
摘要(702) HTML (63) PDF(166)
摘要:
群体感应信号分子对污水处理过程中微生物行为和功能微生物含量具有重要影响,但目前其对生物脱氮过程中氧化亚氮(N2O)产生的影响尚不明确.为探明群体感应与N2O产生的关联机制,选取两种N-酰化高丝氨酸内酯类化合物(AHLs)信号分子C6-HSL(N-己酰L-高丝氨酸内酯)和C8-HSL(N-辛酰-L-高丝氨酸内酯),在AO工艺中研究其外源性投加对污水处理效果、N2O产生特征及微生物群落结构的影响.结果表明:①信号分子C6-HSL和C8-HSL能够显著提高处理系统的生物脱氮效率,2个反应器的硝化速率显著升高,NH4+-N去除率分别提高了1.7%和2.2%,TN去除率分别提高了7.6%和5.4%,但CODCr去除率没有发生明显变化.②信号分子对N2O产生量影响显著,投加C6-HSL和C8-HSL的反应器N2O产生总量分别增加了39.0%和11.0%,N2O增量的主要产生途径为好氧处理阶段的硝化细菌反硝化反应.③微生物分析结果显示,污泥中的微生物群落结构,以及与生物脱氮相关的功能微生物含量发生显著变化,投加C6-HSL和C8-HSL的反应器氨氧化细菌(AOB)相对丰度由0.3%分别提至0.5%和0.4%,硝化细菌(NOB)相对丰度由0.03%分别增至0.07%和0.08%,反硝化细菌(DNB)的相对丰度由6.3%分别升至8.5%和7.5%.研究显示,AHLs类外源性信号分子能够显著提高污水生物脱氮过程中关键功能微生物AOB、NOB和DNB的相对丰度,进而提升污水处理效果,但同时增加系统N2O释放量.
HRT对A/O-BF处理低碳氮比农村生活污水脱氮的影响
凌宇, 赵远哲, 王海燕, 闫国凯, 常洋, 董伟羊, 储昭升, 王欢
2021, 34(4): 927-935. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.12.12
摘要(549) HTML (53) PDF(136)
摘要:
通过四组平行小试装置,研究空床水力停留时间(HRT)对缺氧/好氧生物滤池(Anoxic/oxic biofilter,A/O-BF)去除低碳氮比(C/N)农村生活污水中氮的影响;结合高通量测序,研究了不同HRT条件下的脱氮效能和微生物群落变化特征,优选出最佳HRT.结果表明:①缺氧段HRT为6 h的条件下,好氧段HRT为9和10 h时,A/O-BF对NH4+-N和TN的平均去除率均分别为99%和75%,显著高于HRT为7 h(分别为93%和66%)和8 h(分别为96%和70%)时的情况.②好氧段HRT为9 h的条件下,缺氧段HRT为6 h时,A/O-BF对TN的平均去除率为78%,明显高于HRT为4 h(59%)、稍高于HRT为5 h(74%)和7 h(75%)时的情况.③好氧段HRT为9 h时,其硝化菌属NitrosomonasNitrospira的总丰度占11.42%,明显高于HRT为7 h(4.61%)、8 h(7.39%)和10 h(7.64%)时的情况.④缺氧段HRT为6 h时,其主要的反硝化菌属Denitratisoma占5.83%,明显高于HRT为4 h(0.81%)、5 h(2.90%)和7 h(3.27%)时的情况.研究显示,HRT影响A/O-BF的脱氮效能和微生物群落分布特征,处理低碳氮比(1.4~3.0)农村生活污水时,A/O-BF好氧段和缺氧段的最佳HRT分别为9和6 h.
生物炭基材料活化过一硫酸盐降解有机污染物的研究进展
郭彦秀, 李旭光, 侯太磊, 闫良国
2021, 34(4): 936-944. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.01.12
摘要(713) HTML (607) PDF(224)
摘要:
水体中难降解有机物对人体和生态环境存在潜在威胁,开发高效、环保和低成本的催化体系对修复此类废水具有重要意义.生物炭基材料-过硫酸盐高级氧化体系在污水处理领域有广阔的应用前景,为了进一步明确生物炭基材料活化PMS(过一硫酸盐)降解有机污染物的性能及微观机制,综述了生物炭、(非)金属元素掺杂生物炭和金属氧化物-生物炭复合材料3种典型生物炭基材料活化PMS降解有机污染物的催化活性及界面反应机制.结果表明:生物炭基材料表面催化位点(如含氧官能团、缺陷、持久性自由基、金属原子等)可通过自由基或非自由基方式促进PMS活化,进而促进SO4-·(硫酸根自由基)、·OH(羟基自由基)和O2-·(超氧自由基)等活性物种的产生,最终增加相应体系的催化活性;使用(非)金属元素掺杂或者负载金属(氧化物)能够显著改变生物炭电荷分布和活性位点,进而增加生物炭基材料的催化活性.但目前的研究仍存在一些不足,如多种活性位点在生物炭基材料活化PMS过程中的协同作用机制尚不明确,杂原子共掺杂生物炭或生物炭负载单原子催化剂在PMS体系中的催化活性及机制、自由基/非自由基方式的协同作用机制也兹待研究.此外,污染物自身结构特性对生物炭基材料催化活性的影响机制也有待进一步探讨.
氧化铁改性沸石对Se(Ⅳ)的吸附性能及试验废物再利用研究
李鑫媛, 冀晓东, 张晓, 金子皓
2021, 34(4): 945-952. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.09.09
摘要(498) HTML (40) PDF(132)
摘要:
为解决天然沸石去除废水中Se(Ⅳ)能力低的问题,采用氯化铁对天然沸石进行改性,制备表面负载氧化铁的改性沸石,即氧化铁改性沸石,并将其应用于去除水体中Se(Ⅳ).首先对比天然沸石和氧化铁改性沸石的结构特征,研究二者对Se(Ⅳ)溶液的吸附特性,并通过X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射图谱(XRD)、扫描电镜(SEM)和氮气吸附孔径分布测试(BET)对二者进行表征;其次进行吸附试验,考虑接触时间、pH、吸附剂投加量、初始溶液反应浓度的影响,并通过天然沸石和氧化铁改性沸石的吸附动力学及吸附等温线对吸附的机理进行阐述.结果表明:①氧化铁改性沸石表面形成细碎的球状颗粒,分布在沸石的表面.②氧化铁改性沸石能够高效地吸附水体中的Se(Ⅳ),且在pH为3时吸附效率最高,其对Se(Ⅳ)溶液的去除率最高达97.7%,其理论最大吸附量为46.901 mg/g.③氧化铁改性沸石对Se(Ⅳ)的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型.④添加负载Se(Ⅳ)后的氧化铁改性沸石土壤均达到富硒土壤标准(>0.4 mg/kg).研究显示,氧化铁改性沸石吸附Se(Ⅳ)的效果较好,显著优于天然沸石的吸附效果,且吸附Se(Ⅳ)废水后的废弃氧化铁改性沸石还可应用于土壤改良方向.
生态环境
自然滩地型湖滨带陆向辐射带宽度界定研究
郑培儒, 尚晓, 叶春, 李春华, 郑向勇, 戴婉晴, 魏伟伟
2021, 34(4): 953-963. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.12.29
摘要(476) HTML (31) PDF(125)
摘要:
自然滩地型湖滨带是湖滨带修复的基本参照类型.自然滩地型湖滨带的陆向辐射带是其重要组成部分,是由湖泊最高水位线向陆域延伸一定范围的区域.陆向辐射带有水陆生态交错带的复杂性、过渡性,致使其宽度难以界定.为了探索自然滩地型湖滨带陆向辐射带宽度的界定方法,以太湖、长潭水库和下渚湖为例,基于对湖滨带空间结构特征的理解,以湿生草本植物的重要值计算平方欧氏距离(SED),采用移动分割窗技术(MSWT),界定上述湖泊自然滩地型湖滨带陆向辐射带宽度,并对影响宽度的因素进行分析.结果表明:太湖、长潭水库、下渚湖自然滩地型湖滨带陆向辐射带宽度分别为15~19、19~31、17~21 m.对陆向辐射带宽度与土壤理化性质、植物群落多样性进行相关性分析及冗余分析表明,自然滩地型湖滨带陆向辐射带宽度与土壤营养盐含量无明显相关性,与湖滨带坡度呈显著负相关(P < 0.01),与土壤含水率呈显著正相关(P < 0.05).研究显示:移动分割窗技术可用于界定自然滩地型湖滨带陆向辐射带宽度;土壤含水率是影响自然滩地型湖滨带陆向辐射带宽度的主要因素,陆向辐射带坡度通过影响土壤含水率,进而影响湿生草本植物分布,是自然滩地型陆向辐射带宽度的次要影响因素.
Cry1Ah基因抗虫玉米HGK60对生物多样性的影响
陈彦君, 李俊生, 闫冰, 关潇, 陶均
2021, 34(4): 964-975. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.12.15
摘要(564) HTML (64) PDF(136)
摘要:
随着转基因作物种植面积的不断扩大,其潜在的环境风险也逐渐成为关注热点.为进一步明确转基因作物种植可能带来的生态环境安全问题,以2018年11月于海南省乐东黎族自治县种植的转Cry1Ah基因抗虫玉米HGK60(简称“HGK60”)及其对照常规玉米郑58(简称“郑58”)为研究对象,采用高通量测序及田间调查的方法,重点探讨了其环境释放对田间生物多样性的影响.结果表明:①HGK60种植对根际土壤微生物的影响仅出现在某些生育期,alpha多样性、beta多样性分析均显示,仅抽穗期、完熟期HGK60与郑58差异显著(P < 0.05),但该差异并不会在玉米的整个生长阶段持续出现,至玉米收获后差异不再显著(P>0.05);生育期是影响根际土壤微生物的因素之一.②玉米田间节肢动物共调查到节肢动物19 835头,隶属于7目19科60种.HGK60与郑58田间除螟蛾科数量在苗期、喇叭口期、抽穗期表现为差异显著(P < 0.05)外,其他物种的差异均仅表现在某个生育期,并未在整个生育期持续出现;从整体上看,HGK60田间节肢动物各生态学指标均与郑58差异不显著(P>0.05).③玉米田间杂草发生种类主要有8科、16种,多为一年生杂草,HGK60种植对田间杂草密度及生态学指标均无显著影响(P>0.05).研究显示,HGK60的种植会在部分生育期对根际土壤微生物产生影响,但玉米收获后影响不显著且其种植对田间节肢动物及杂草多样性无显著影响(P>0.05).
土壤与固废
粤港澳大湾区典型城市遗留地块土壤污染特征研究
谭海剑, 黄祖照, 宋清梅, 陈敏毅, 吴文成
2021, 34(4): 976-986. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.11.27
摘要(892) HTML (45) PDF(219)
摘要:
通过识别各类工业企业搬迁遗留地块的环境风险等级,可实现差异化的环境管理,在保障人居环境安全的同时,提高地块开发效率,纾解城市土地资源紧张的问题.该研究通过分析粤港澳大湾区某典型城市2013—2018年开展调查的93个遗留地块的土壤污染风险、污染程度、污染类型及分布特征,探讨行业类型对地块土壤污染风险及污染特征的影响.结果表明:该城市金属表面处理及热加工业、化学原料及化学品制造业、金属冶炼及延压加工业等3个行业的污染地块占比超过85%,单位面积污染量(污染地块每平方米调查面积的污染土方量)超过0.32 m3,污染负荷指数大于0.5,为土壤高污染风险行业;其中,金属表面处理及热加工业地块表现为无机污染,主要污染物为重金属,化学原料及化学品制造业地块主要表现为有机污染,主要污染物为苯系物、石油烃和多环芳烃,金属冶炼及延压加工业地块主要表现为复合污染,主要污染物为多环芳烃、铅、砷、镍、锌;电气机械及器材制造业、装卸搬运和仓储业、商务服务业、纺织业、文教及工美体育和娱乐用品制造业、塑料制品业、农业和畜牧业等7个行业类型为土壤低污染风险行业.该市污染地块以复合污染为主,污染物类型主要为重金属、氰化物、氟化物和有机污染物,其中,砷和多环芳烃在污染地块中的出现频率最高,均接近50.0%.因此,遗留地块的土壤污染风险、污染特征与其区域特点、历史行业类型密切相关,在对关闭搬迁遗留污染地块进行环境调查和环境监管中,进一步对不同类型行业进行区别化监管具有重要意义.
石油污染对场地中细菌群落的影响及其反馈机制
郑一鸣, 何小松, 单光春, 崔骏, 虞敏达, 赵航正, 席北斗
2021, 34(4): 987-995. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.01.16
摘要(548) HTML (35) PDF(139)
摘要:
石油污染场地细菌群落的组成与分布差异性较大,且受多种因素影响.石油污染过程如何驱动场地中细菌群落变化仍然不明确,石油污染场地的细菌群落组装过程仍待研究.为了探明石油污染场地细菌群落结构及其与污染物之间的关系,以甘肃省某石化场地为研究区域,调查了油泥、石油污染土壤、未污染土壤及受污染含水层中沉积物的石油浓度、细菌群落结构多样性及其群落组装过程.结果表明:在好氧环境下,高石油浓度的油泥环境可以选择出具有降解石油能力的基因型(alkB基因和nah基因),油泥环境中好氧降解基因拷贝数高达107 copies/g;而在含水层沉积物等厌氧环境下,好氧降解石油的基因拷贝数仅为106 copies/g,assbamA等厌氧降解基因也没有在厌氧环境中得到高效表达.石油污染土壤后,细菌群落的α-多样性降低,且与石油浓度呈显著负相关(P < 0.05).与未污染土壤相比,油泥和受污染沉积物中细菌群落α-多样性降低了50%左右,而石油污染土壤中细菌群落的α-多样性降低了大约33%.在油泥、石油污染土壤和未污染土壤等地表环境中,群落组装主要受多样化和漂变等随机性过程主导,而与污染程度无关.在受污染含水层沉积物等厌氧环境中,微生物的群落组装主要受环境选择、种间竞争等确定性过程主导.研究显示,石油污染场地中的细菌群落多样性主要受石油浓度驱动,但是其对环境的反馈,例如降解基因的选择、群落组装过程等则需要较高的石油浓度才有所显示.
回流比对DN-PN-ANAMMOX工艺处理中晚期垃圾渗滤液的影响
陆明羽, 殷记强, 姚凤根, 李祥, 黄勇, 仇庆春, 夏雨
2021, 34(4): 996-1005. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.08.14
摘要(449) HTML (51) PDF(110)
摘要:
为了进一步提升反硝化-部分亚硝化-厌氧氨氧化(denitrification partial nitrification and anaerobic ammonia oxidation,DN-PN-ANAMMOX)工艺处理含有高浓度NH4+-N的中晚期渗滤液的脱氮能力,以当地垃圾填埋场的中晚期渗滤液为试验用水,考察了在不同回流比下该工艺对有机物和氮素的去除以及各功能区微生物群落的变化.结果表明:当回流比由5调至9时,CODCr(chemical oxygen demand)的去除率由47%逐渐升至53%,其中前置UASB(Up-flow Anaerobic Sludge Bed/Blanket,上流式厌氧污泥床反应器)去除CODCr的占比为41%,为后续的PN-ANAMMOX工艺提供了低碳环境.然而在回流比调至9时,由于高回流比的稀释作用使得游离氨(free ammonia,FA)的质量浓度下降〔ρ(FA) < 2 mg/L〕,导致了其无法抑制PN区NO2--N氧化菌(nitrite oxidizing bacteria,NOB)的活性,部分亚硝化工艺的稳定性下降且NO2--N积累率降至50%以下,对后续的ANAMMOX区脱氮性能产生不利影响,ANAMMOX区氮去除速率随之降至4.29 kg/(m3·d).研究显示:采用具有回流的DN-PN-ANAMMOX工艺处理ρ(NH4+-N)高达1 900 mg/L的中晚期垃圾渗滤液的最佳回流比为8,ANAMMOX区的氮去除速率达到7.41 kg/(m3·d),出水ρ(TN)(8.83 mg/L)更低;同时,在回流比为8时,PseudomonasNitrosomonasCandidatus_Kuenenia分别在DN-PN-ANAMMOX工艺的前置UASB、PN区及ANAMMOX区得到最优的富集.
不锈钢含铬除尘灰制备玻璃化产物的危险特性与性能
马兵, 严小飞, 赵泽华, 胡佳慧, 张后虎, 焦少俊
2021, 34(4): 1006-1014. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.11.02
摘要(552) HTML (38) PDF(117)
摘要:
为降低危险废物不锈钢含铬除尘灰的危险特性及处置利用过程中的生态环境污染风险,采用国际先进的高温熔融玻璃化处置技术,实现含铬灰中毒害组分的安全转化及资源化利用目标.以不锈钢含铬除尘灰危险废物作为研究对象,通过掺杂不同质量比例的硅藻土、膨润土、氧化钙及氧化铝控制生料的碱基度,在不同熔融温度、不同保温时间下制备玻璃化产物,即玻璃体,并对玻璃体的危险特性及资源化利用的物理化学性能进行研究.结果表明:不锈钢含铬除尘灰中主要重金属是Cr、Ni、Mn,经掺杂无定形结构调制剂,在熔融温度为1 450℃、保温时间为0.5 h、碱基度控制为0.14~0.55时,可以制备出微观结构致密、连续性好、孔隙率低、表面光滑的玻璃体;玻璃体中的Cr与Ni经玻璃化处置后,采用HJ/T 299—2007《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》与HJ/T 300—2007《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》测得的Ni、Cr的浸出毒性远低于GB 5085.3—2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》与GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》对固体废物入场的限值要求;玻璃体结构致密、力学强度高,碱基度为0.14~0.55的玻璃体坚固性范围为1.1%~4.5%,压碎值范围为3.4%~7.5%,满足JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中用砂对坚固性与压碎值分别不超过8%与30%的质量要求;玻璃体的渗透系数为10-9~10-8 cm/s,满足填埋场防渗替代材料的渗透系数要求.研究显示,利用不锈钢含铬灰制备玻璃体前后重金属浸出毒性及危险特征明显降低,可以实现无害化处置,玻璃体的物理化学性质与防渗效果满足混凝土用砂等潜在应用场景的性能要求.
堆存污泥深度脱水及其干化泥饼焚烧特性研究
赵旭远, 张露, 冒小丹, 洪国军, 江帅
2021, 34(4): 1015-1022. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.08.17
摘要(596) HTML (45) PDF(117)
摘要:
堆存污泥的深度脱水及后续处置一直是制约污泥填埋场发展的难题.焚烧是实现填埋场堆存污泥最大量减容的有效途径,而高效的深度脱水过程却是污泥焚烧处置的必要前提.以抽滤曲线、毛细吸水时间(CST)和泥饼含水率为评价指标探究了聚合氯化铝(PAC)-生石灰-秸秆粉末组合调理剂对堆存污泥深度脱水的效果,并分析了各因素的影响强弱关系和经济成本;此外,通过热重试验建立TG-DTG曲线,分析脱水后干化泥饼的焚烧特性.结果表明:聚合氯化铝(PAC)-生石灰-秸秆粉末组合调理剂中各成分对城市堆存污泥CST削减的影响大小表现为PAC>生石灰>秸秆粉末,PAC和生石灰主要通过吸附架桥或压缩双电子层作用促进结合水向自由水的转变,而秸秆对压滤过程中构建骨架结构起到重要作用;当PAC、生石灰和秸秆粉末添加量(干基比)分别为35%、20%、29%时,堆存污泥的泥饼含水率和CST均达到最优,分别为56.3%和47.9 s,且组合配方经济成本优势显著;脱水干化后的泥饼点燃温度相较原状污泥有所提高,秸秆粉末的添加保障了泥饼在焚烧过程中的可持续性燃烧,泥饼燃烧过程中最大燃烧失重速率(Tm)达到3.828%/min.研究显示,PAC-生石灰-秸秆粉末组合调理剂通过改变堆存污泥的化学性能和压滤性能增强了污泥深度脱水的效果,同时改善了干化泥饼的燃烧行为,对堆存污泥的减量化及焚烧处置具有重要意义.
环境污染与健康
我国大气PM2.5及O3导致健康效益现状分析及未来10年预测
郭云, 蒋玉丹, 黄炳昭, 邢晶晶, 韦正峥
2021, 34(4): 1023-1032. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.12.03
摘要(637) HTML (61) PDF(188)
摘要:
从人群健康角度分析我国大气PM2.5和O3污染导致的健康效益时空变化趋势及其影响因素,合理预测未来10年变化,为制定大气污染控制策略及目标提供决策支持.采用相对风险评估模型评估我国338个地级及以上城市2015—2018年大气PM2.5和O3污染导致健康效益的时空变化趋势,参考全球疾病负担2017年的方法估算人口数量、年龄结构、疾病死亡率及污染物浓度等因素对健康效益的贡献率,并设定不同目标情景预测2025年和2030年的健康效益.结果表明:①PM2.5导致的过早死亡人数从2015年的152.21×104人降至2018年的136.82×104人,O3导致的过早死亡人数从2015年的7.99×104人增至2018年的8.27×104人,两种污染物导致的健康效应最高值均出现在“2+26”城市.②人口数量、年龄结构、疾病死亡率和污染物浓度对归因于PM2.5的过早死亡人数变化的贡献率分别为4.83%、30.55%、19.00%及45.62%,对归因于O3的过早死亡人数变化的贡献率分别为17.76%、12.34%、23.41%及46.48%.③基于社会发展情况预测,大气PM2.5浓度2025年需降至40 μg/m3以下、2030年需降至35 μg/m3以下,且大气O3浓度2025年需与2018年持平、2030年比2018年降低4%,两种污染物导致的过早死亡人数才能与2018年接近.研究显示,未来我国应制定更高目标的大气污染控制政策,持续加强PM2.5的污染控制,进一步遏制O3的上升趋势,在生态环境保护上做到方向不变、力度不减,才能充分保障公众健康.