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2022年  第35卷  第8期

目录
主编约稿
人工纳米材料增强植物耐盐性的机理研究
朱立祺, 陈菲然, 陶梦娜, 刘璎琳, 赵晓丽, 王震宇
2022, 35(8): 1759-1768. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.03.14
摘要(379) HTML (75) PDF(88)
摘要:
土地盐渍化问题导致土壤环境恶化和农作物减产,基于纳米材料(NMs)的纳米农业技术在增强植物耐盐性方面的潜力正备受关注. 目前,关于NMs提高植物耐盐性的分子机制仍不明确,因此以烟草(Nicotiana tabacum L.) BY-2悬浮细胞为供试材料,研究对照组(CK)、盐胁迫处理组(S)以及盐胁迫下分别暴露于纳米二氧化钛(nTiO2)和纳米硒(nSe)的细胞活性变化,并通过非损伤微测系统(NMT)原位实时检测Na+流速,采用液相色谱质谱联用(LC-MS/MS)技术分析NMs对盐胁迫下烟草BY-2悬浮细胞代谢组的影响. 结果表明:①0.1 mg/L nTiO2 (处理6 h)与0.5 mg/L nSe (处理12 h)使盐胁迫下的烟草BY-2悬浮细胞的活性分别显著提高8.1%和13.6%. ②0.1 mg/L nTiO2 (处理6 h)与0.5 mg/L nSe (处理12 h)使盐胁迫下的烟草BY-2悬浮细胞的Na+外排也分别显著增加了171.5%和99.0%. ③两种NMs通过调控不同的代谢通路增强烟草BY-2悬浮细胞的耐盐能力. 烟草BY-2悬浮细胞暴露于0.1 mg/L nTiO2 (处理6 h)和0.5 mg/L nSe (处理12 h)后分别识别出53种和73种差异代谢物,nTiO2可增强多种类别代谢物〔部分氨基酸和肽、脂肪酸和共轭物、三羧酸循环(TCA cycle)有机酸、糖类和嘧啶等物质〕的合成,而nSe则主要增强氨基酸和肽、吲哚和水杨酸等物质的合成. ④暴露于nTiO2后,烟草BY-2悬浮细胞产生的差异代谢物中尿苷、吡哆醛、甘露糖、大麦芽碱和葫芦巴碱等代谢物含量均与Na+外排呈显著正相关;暴露于nSe后,烟草BY-2悬浮细胞产生的差异代谢物中吲哚丙烯酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸等代谢物含量均与Na+外排呈显著正相关,这些物质多参与莽草酸代谢通路,因此nSe可能通过调控莽草酸途径增强Na+外排. 研究显示,0.1 mg/L nTiO2与0.5 mg/L nSe分别通过不同的代谢途径增强烟草BY-2细胞的耐盐性.
含水层压缩空气储能过程中储层渗流特性及地球化学过程研究进展
左锐, 潘明浩, 刘嘉蔚, 胡立堂, 郑世达, 徐祚荣, 王金生
2022, 35(8): 1769-1778. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.03.17
摘要(189) HTML (63) PDF(54)
摘要:
含水层压缩空气储能(compressed air energy storage in aquifer, CAESA)是实现“双碳”目标的重要途径,储层中的渗流条件及地球化学过程是其能否规模化应用的先决条件. 本文在文献计量学分析基础上,系统归纳技术发展历程及场地探索案例,全面整理CAESA过程中储层渗流条件的前期研究,以地球化学过程为关注重点总结储层渗流条件的变化特征,提出相应的研究展望. 结果表明:①渗透率、孔隙度通过影响储存气囊压力的稳定性进而决定系统性能,其中渗透率存在适宜区间,渗透率较低将限制气体循环,渗透率较高则不利于维持气囊压力. ②应力变化及地球化学过程均会引起储层渗流条件的变化,地球化学过程影响途径主要包括原生矿物溶解、次生矿物沉淀及氧化反应,CO2组分参与的水-岩反应对储层具有重要影响. 为实现对于储层渗流特性的认识突破,未来应以储层渗流条件、压缩空气储存机制为研究重点,充分结合试验、数值模拟等技术手段,进一步关注储能模式下储层渗流条件变化及非均质性影响,加强针对压缩空气在储层中的动力学、热力学行为研究,明晰地球化学过程对储层条件的关键影响,从储层角度论证大规模储能应用的高效可行.
大气环境
国际环境空气质量基准的起源、发展及启示:以臭氧为例
李晓倩, 魏永杰, 吴丰昌
2022, 35(8): 1779-1785. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.06.20
摘要(338) HTML (89) PDF(143)
摘要:
环境空气质量基准研究是环境空气质量标准制(修)订的重要依据,也是新时期和新形势下改善我国大气环境质量、保护公众身体健康、进行生态环境精准管理的科学基础. 本文以臭氧为例全面梳理了国际环境空气质量基准的起源和发展历程,系统阐述了环境空气质量基准的概念. 结果表明,环境空气质量基准研究的本质是探讨分析空气污染物与其造成的影响之间的关系,环境空气质量基准研究在环境空气质量标准的表达形式、浓度限值设定等方面起支撑作用. 通过全面总结现有环境空气质量基准的体系框架与研究重点,可为我国开展大气污染物环境空气质量基准研究提供借鉴.
京津冀及周边地区“2+26”城市臭氧的季节性变化规律
王笑哲, 赵莎, 郭灵辉, 张合兵, 高江波
2022, 35(8): 1786-1797. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.05.09
摘要(330) HTML (66) PDF(173)
摘要:
城市臭氧(O3)污染已成为当前主要的大气污染问题之一,也是空气污染防控面临的新挑战. 然而,基于长时段连续监测数据的O3浓度季节性变化规律及成因解析仍较薄弱. 本文基于2014年3月1日—2021年2月28日空气质量在线监测平台日尺度数据,通过偏相关等方法探讨京津冀及周边地区“2+26”城市O3的季节性变化规律. 结果表明:①“2+26”城市2014—2020年O3年均浓度上升速率为3.82 μg/(m3·a),呈现先上升后下降的趋势,下降速率小于上升速率;O3浓度的季节性变化特征表现为夏季>秋季>春季>冬季. ②2014—2020年O3轻度污染天数占比最大且呈上升趋势,除北京市外,其他城市夏季O3中度污染天数上升趋势明显. ③2017—2020年O3浓度与CO、NO2浓度的显著负相关性在夏季和冬季有所增强. O3与SO2浓度的关系由2014—2017年春季、夏季和秋季的显著负相关变为2017—2020年夏季和冬季的显著正相关(P<0.05). ④春季和秋季O3浓度与日均气温呈显著正相关,夏季和冬季O3浓度与相对湿度呈显著负相关,与日均风速的相关性则相对较弱. 研究显示,“2+26”城市O3污染协调治理成效显著,需在保持现有NOx控制力度基础上强化VOCs控制,加强SO2治理,进一步遏制夏季O3浓度上升.
基于车载平台的济南市道路环境黑碳污染特征研究
伍丽青, 王冲, 姜华, 高健, 任建宁, 汤明珍, 司书春
2022, 35(8): 1798-1806. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.06.19
摘要(155) HTML (56) PDF(70)
摘要:
为深入了解济南市主城区道路环境黑碳(BC)污染的时空规律,并评估机动车等对BC排放的影响,该研究利用车载平台和微型黑碳仪在济南市主城区开展了为期一个月的道路BC走航观测并分析其时空分布特征. 结果表明:①济南市主城区道路环境BC小时平均浓度为7.29 μg/m3,且昼夜呈双峰特征,双峰分别出现在04:00—08:00和18:00—22:00,该时段处于道路柴油车行驶及人群出行时段. ②源自化石燃料燃烧的BC占比为82.55%,来自生物质燃烧的BC占比为17.45%. ③BC道路环境浓度呈主干道(7.27 μg/m3)>次干道(6.56 μg/m3)的特征,柴油车占比较大的北园高架上的BC平均浓度(7.18 μg/m3)高于汽油车占比较大的经十路(5.64 μg/m3). ④BC浓度峰值多出现在清晨/深夜交叉路口附近,距十字路口5~10 m时观测的BC浓度最高,表明BC浓度除了受车流量影响外,还受到路况、车型、车速、气象条件等因素的影响. 研究显示,相比汽油车,济南市道路环境BC污染的时空分布特征主要受重型柴油车车辆数、出行时间和行驶路段的影响.
水环境
基于监测断面空间聚类的中国枯水期水质污染区域格局
叶志祥, 洪松, 何超, 杨璐, 易嘉慧, 柯碧钦, 田雅, 王艳
2022, 35(8): 1807-1817. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.03.12
摘要(309) HTML (70) PDF(87)
摘要:
为分析我国枯水期地表水水质的空间分布规律,识别其空间格局,基于我国31个省(自治区、直辖市)枯水期(2021年1—2月)地表水监测断面的融合数据(不包括港澳台地区数据,下同),运用空间自相关、空间聚类和热点分析方法进行研究. 结果表明:①我国枯水期地表水水质在空间分布上呈现出西部和中部地区以GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅰ类和Ⅱ类为主、东部和东北地区以Ⅲ类和Ⅳ类水体为主的非对称分布特征;在空间上表现为显著的正向高聚集格局,并被高/低聚类和热点分析中不显著断面所在的长条状区域分界线(即福建省中部—江西省北部—湖北省—陕西省),粗略地划分为重污染区和轻污染区两大区域. ②以水质优Ⅲ比率0.9为标准形成的分界线位置与污染区域划分界线基本一致,证明了我国枯水期地表水污染区域识别结果的准确性. ③重污染区水质污染程度在统计学上显著(双样本T检验中P<0.05)高于轻污染区,两大区域内的断面水质指标相关性(分别为0.83和0.47)均高于两大区域间的断面水质指标相关性(0.45). 研究显示,我国枯水期地表水水质具有显著的高聚集特征,且这种聚集特征与我国地表水资源的分布和污染物的排放有密切关系.
α-Fe2O3催化臭氧氧化处理苯酚废水的效果及机理
王勇, 杜明辉, 张宁, 高群丽, 张耀宗, 孙晓明
2022, 35(8): 1818-1826. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.02.13
摘要(238) HTML (77) PDF(45)
摘要:
催化臭氧氧化工艺是处理难降解废水的有效手段,但仍存在臭氧利用率较差、催化效率低、催化剂活性组分流失等问题. 本文以α-Fe2O3作为臭氧催化剂,通过SEM、N2吸附/脱附等方法表征了α-Fe2O3的结构,构建了α-Fe2O3催化臭氧氧化处理苯酚废水体系,优化催化条件,提高处理效率,并对催化机理和催化剂稳定性进行了深入讨论. 结果表明:①α-Fe2O3表现为团聚的不规则球状,且比表面积较大,达83.38 m²/g,具有良好的臭氧催化潜力. ②臭氧投加量和pH对催化体系的影响明显,但α-Fe2O3投加量的变化对降解效果的控制并不显著,在优化的条件下反应30 min时COD的去除率可达97.67%,较单独臭氧提高了41.33%. ③在催化臭氧氧化中投加TBA和Na3PO4分别屏蔽·OH和路易斯酸性位点后,COD的去除率分别降低了17.01%和20.92%,这表明在α-Fe2O3表面的路易斯酸性位点产生的·OH是COD去除率高的主要原因. ④α-Fe2O3在重复试验中保持了较高的催化活性和稳定性,6次重复后对COD的去除率仍可达到93.07%,流失率为1.05%. 研究显示,α-Fe2O3表现了优异的臭氧分解协同作用,具有良好的苯酚持续去除能力和结构稳定性,可为高效去除含酚废水或难降解废水提供技术参考.
酵母菌对锕系核素239Pu的富集行为及减量化研究
聂小琴, 董发勤, 刘宁, 刘明学, 张东, 李晓安
2022, 35(8): 1827-1835. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.01.12
摘要(152) HTML (27) PDF(24)
摘要:
为了探究微生物对锕系核素的提取分离性能,利用化学预处理和湿法消解法,初步研究了模式微生物——酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)对中高放废液中主要锕系核素239Pu的富集减量效果研究. 结果表明:①pH=5时,活体及灭活酵母菌对239Pu的最佳吸附率均可高达99%,富集239Pu后,酵母菌经灰化处理可减量97%以上. ②经脱蛋白和脱乙酰化学预处理后,酵母菌对239Pu的吸附能力明显下降. ③随着作用时间的延长,239Pu进入胞内的比例逐渐增加,吸附96 h时,约75.64%的239Pu络合在细胞表面,约24.36%的239Pu以稳定形式在胞内外赋存;经过6批次酵母菌吸附,239Pu(Ⅲ)的放射性活度浓度从7.35×106 Bq/L梯次递降至2.30×103 Bq/L. ④针对真实中放废液,2次酵母菌吸附后,总α放射性活度浓度可降低2个数量级,总β和总γ放射性活度浓度均仅降低10%左右. 研究显示,利用酵母菌等微生物对放射性废液中锕系核素239Pu的提取和分离是可能的.
复合填料ANAMMOX系统脱氮效能及微生物群落研究
杨一飞, 杨津津, 李绍康, 罗景文, 常根旺, 周继红, 李翔
2022, 35(8): 1836-1844. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.02.24
摘要(248) HTML (105) PDF(42)
摘要:
为实现厌氧氨氧化菌(AnAOB)的高效富集,于第26天和第95天在反应器内分别添加活性炭填料和组合填料,构建复合填料ANAMMOX (anaerobic ammonium oxidation,厌氧氨氧化)系统. 通过测定进出水NH4+-N、NO2-N和NO3-N浓度变化,考察在不同时期添加填料对反应器脱氮效能的影响,并运用16S rRNA高通量测序技术考察污泥的微生物多样性和群落结构变化情况. 结果表明:①经过160 d的运行,成功构建了具有良好抗冲击负荷能力的复合填料ANAMMOX系统,且其稳定运行期间,TN容积负荷(NLR)和TN去除负荷(NRR)分别可达0.97和0.83 kg/(m3·d),化学计量比接近理论值1∶1.32∶0.26. ②复合填料ANAMMOX系统促进了AnAOB的富集,污泥颜色由初始的黑色逐渐转变为红褐色,并出现ANAMMOX颗粒污泥,复合填料表面有大量AnAOB聚集形成了红色生物膜. ③第160天时,AnAOB在系统中处于主导地位. 门水平分析发现,浮霉菌门的相对丰度由0.77%提至33.17%,绿弯菌门的相对丰度从9.17%提至22.65%,其他菌门的相对丰度降低;属水平分析发现,ANAMMOX菌种Candidatus jetteniaCandidatus brocadia的相对丰度分别为30.56%和1.93%. 研究显示,复合填料ANAMMOX系统可以维持反应器稳定的脱氮效率,同时能实现AnAOB的高效富集.
内循环比对反硝化除磷工艺处理效果和群落结构的影响
卢瑞朋, 徐文江, 李安峰, 董娜, 孙光溪
2022, 35(8): 1845-1853. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.05.08
摘要(108) HTML (19) PDF(31)
摘要:
反硝化除磷作为一种新型可持续发展技术受到广泛关注. 前期在多级缺氧-好氧工艺的基础上开发了一种新型反硝化除磷工艺(DPR-MAO). 为探明内循环系统对DPR-MAO工艺脱氮除磷效能的影响,考察了不同内循环比条件下的氮磷去除效果,分析了各反应池的脱氮除磷过程以及微生物群落特征. 结果表明:当内循环比由100%提至200%时,总氮和总磷的平均去除率由76.05%和86.39%分别提至87.46%和93.42%. 通过氮磷质量平衡分析发现,提高内循环比可以使工艺表现出优良的反硝化除磷性能. 高通量测序结果表明,DPR-MAO工艺中具有反硝化除磷功能的菌属主要有ThiothrixDokdonellaCandidatus accumulibacterThaueraComamonasDechloromonasPseudomonas. 当内循环比由100%提至200%时,具有反硝化除磷功能的菌属的相对丰度总和增加了约4倍,其中Thiothrix的相对丰度由0.36%~0.52%增至53.58%~56.64%. 研究显示,提高内循环比可以强化DPR-MAO工艺的反硝化除磷效果以及反硝化聚磷菌在微生物群落中的优势地位.
沉积物电缆细菌的生长特征及其对物质循环影响的研究进展
吴开心, 张靖天, 马春子, 许晓玲, 翁南燕, 霍守亮
2022, 35(8): 1854-1863. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.03.11
摘要(147) HTML (20) PDF(41)
摘要:
沉积物-水界面物质循环主要受铁锰化合物和微生物氧化还原过程的影响. 微生物氧化还原通常发生在细胞周质空间和外膜表层,或通过微生物纳米导线、细胞被膜等机制发生在细胞间. 近年来,电缆细菌介导的长距离电子传递机制的发现,使得微生物氧化还原反应的发生距离从纳米级扩展到厘米级. 本文重点综述了电缆细菌的生理特性及其对沉积物-水界面物质循环的影响,总结了电缆细菌的环境效应及未来的研究方向. 电缆细菌主要栖息于高硫化物含量、高电导率和低生物扰动的咸水沉积物中,在淡水沉积物中较少见. 电缆细菌对硫化物的氧化是一种反向硫酸盐还原过程,使得表层沉积物处于偏碱性的环境中,并利用多种电子受体来实现硫氧化,从而在与其他微生物的竞争中获得优势. 电缆细菌通常以O2为电子受体将H2S和FeS氧化为硫酸盐,并在沉积物-水界面处形成一层铁氧化物保护层,在吸附间隙水中磷的同时也阻止了其他物质的释放. 电缆细菌能够通过溶解FeS间接地促进硝酸盐异化还原作用,进而影响沉积物氮循环. 未来有必要加强微尺度电缆细菌对物质循环的影响和电缆细菌与其他细菌的协作关系研究,建议创新电缆细菌的纯化培育条件并开展其在硫污染沉积物修复中的应用,从而为水生态环境保护工作的开展提供技术支持.
生态环境
氢氧化钠和碱性双氧水预处理对水稻秸秆酶解效果的影响
陈思哲, 刘国华, 李波, 齐鲁, 王洪臣
2022, 35(8): 1864-1872. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.02.23
摘要(151) HTML (25) PDF(27)
摘要:
为提高水稻秸秆生物转化产糖效率,分别用氢氧化钠和碱性双氧水对其进行预处理,并考察处理液浓度、温度和时间对木质纤维素酶解糖化效果的影响. 通过分析预处理前后水稻秸秆组分和结构变化,揭示氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理对水稻秸秆酶解效果的影响机理. 结果表明:①在80 ℃的条件下,使用1.25%的氢氧化钠对水稻秸秆水浴处理3 h后效果较好,且酶解72 h后还原糖含量为480.81 mg/g. ②在50 ℃的条件下,使用碱性双氧水(1.5%的氢氧化钠+2%的双氧水)对水稻秸秆水浴处理5 h后效果较好,且酶解72 h后还原糖含量为575.85 mg/g. ③与未预处理的水稻糖化效果(132.7 mg/g)相比,经氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理后,水稻秸秆酶解产糖率分别提高了262.3%和336.2%. ④扫描电镜显示,经氢氧化钠和碱性双氧水预处理后,水稻秸秆的比表面积均显著增加,表面结构更加疏松. ⑤红外光谱和X射线衍射光谱表征显示,氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理均可消解水稻秸秆中的木质素并使其转化成纤维素,从而可以促进后续的酶解糖化效果. 研究显示,氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理都能较好地促进水稻秸秆的酶解糖化过程,得到较高的糖含量.
含盐农村生活污水灌溉对土壤微生物的影响
张丹丹, 郑向群, 李厚禹, 陈昢圳, 张耕涛, 孔豪, 黄治平
2022, 35(8): 1873-1884. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.05.01
摘要(130) HTML (39) PDF(33)
摘要:
为探究农村生活污水中盐分对土壤养分及细菌、真菌的影响,以《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2021)中含盐浓度标准限值1 g/L为中位数,设置ZCK (0 g/L)、ZRW(raw water) (0.2 g/L)、ZW1 (0.5 g/L)、ZW2 (0.8 g/L)、ZW3 (1.2 g/L)、ZW4 (1.6 g/L)、ZW5 (2.0 g/L)共7个不同盐分梯度处理试验,并采用高通量测序技术分析土壤细菌及真菌群落微生物组成等. 结果表明:①土壤全盐量与土壤总氮、总磷、有机质含量均呈极显著负相关. ②灌溉盐度在0~2 g/L内,其中Na+含量与细菌Chao1指数、Shannon-Wiener指数均呈极显著负相关(P<0.01),全盐量、Ca2+含量均与真菌Shannon-Wiener指数、Chao1指数、ACE指数呈显著正相关(P<0.05). ③整体来看,土壤细菌以变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)为优势菌门,以ArthrobacterRB41GaiellaRubrobacterSphingomonas为优势属. 土壤真菌以子囊菌门(Ascomycota)、被孢霉门(Mortierellomycota)、担子菌门(Basidiomycota)为优势菌门,以MortierellaNeocosmosporaMetarhiziumChaetomium为优势属. ④ Mg2+、Cl为影响土壤40 cm深度处细菌优势菌门的主要盐基离子,其贡献率表现为Mg2+>Cl,真菌优势菌门无显著影响因子. 研究显示:高含盐(>1 g/L)会显著降低土壤细菌的Shannon-Wiener指数,显著增加土壤真菌的Shannon-Wiener指数与Chao1指数,并且显著影响土壤细菌群落的相对丰度;含盐生活污水灌溉下土壤细菌功能预测代谢通路多为膜运输、氨基酸代谢、碳水化合物代谢;真菌功能预测多以腐生营养型与病例营养型为主.
土壤与固废
表面活性剂增溶洗脱土壤中多环芳烃的效果研究
袁笑, 相雷雷, 赵振华, 王紫泉, 赵之良, 李浩, Jean Damascene Harindintwali, 卞永荣, 蒋新, 王芳
2022, 35(8): 1885-1892. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.05.02
摘要(334) HTML (35) PDF(49)
摘要:
表面活性剂增效洗脱修复技术被广泛应用于土壤修复. 本文选取11种非离子型和3种离子型表面活性剂对多环芳烃(PAHs,菲、芘、苯并[a]芘)污染土壤进行洗脱研究,筛选出洗脱效果较好的表面活性剂,并深入探索表面活性剂浓度、洗脱时间、固液比等因素以及表面活性剂的复配对土壤PAHs增效洗脱的影响,旨在比选出一种高效洗脱土壤PAHs的表面活性剂并对其洗脱方法进行优化. 结果表明:①表面活性剂浓度为10 g/L、固液比为1∶20条件下,聚氧乙烯醚-10(NSF10)的去除率最高,达到78%;其次为曲拉通X-100(TX-100)和吐温80(TW-80),去除率分别为76.7%和73.4%. ②随着表面活性剂添加浓度的增加,土壤PAHs的去除率增大,当表面活性剂浓度超过5 g/L时,PAHs去除率的增幅减缓,可见,5 g/L是相对有效且经济的表面活性剂添加浓度. ③当洗脱时间为16 h时,NSF10对PAHs的洗脱达到平衡,继续延长洗脱时间,洗脱效果并未增强. ④增加NSF10用量有利于洗脱,固液比1∶40是最优固液比,此时PAHs的去除率已达到固液比为1∶100时的85.2%. ⑤非离子表面活性剂NSF10、TX-100、TW-80与阴离子表面活性剂SDS分别以体积比9∶1进行复配时均取得了优于单一活性剂的洗脱效果,NSF10与SDS体积比为7∶3时,增溶洗脱效果最为明显,比单一表面活性剂提高了18.2%. 研究显示,NSF10是一种高效的PAHs洗脱剂,添加浓度为5 g/L、洗脱时间为16 h、固液比为1∶40是其最优参数选择,其与SDS以体积比7∶3进行复配可进一步提升增溶洗脱效果.
负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤的稳定化机制研究
陈娟, 张严, 郭彦, 张可懿, 任杰, 杜平
2022, 35(8): 1893-1901. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.04.14
摘要(164) HTML (25) PDF(31)
摘要:
为探讨负载磷酸盐生物质炭材料对重金属复合污染土壤中共存重金属的稳定化效果和迁移转化特征,以玉米秸秆和小麦秸秆为原材料,负载磷酸盐后在600 °C下无氧热解制备两种生物质炭材料,并将其用于重金属复合污染土壤中进行稳定化批处理试验. 结果表明:负载磷酸盐的玉米秸秆和小麦秸秆生物质炭材料可通过增加土壤中无定形铁、铝氧化物的含量而促进其对Cd的吸附,且负载磷酸盐后玉米秸秆生物质炭材料对土壤中无定形氧化物含量的增幅和游离态氧化物含量的降幅高于小麦秸秆生物质炭;同时,两种生物质炭材料均显著提高了土壤铁的活化度,进而有效控制了土壤重金属的生物有效性. 添加不同比例(如5%、10%和15%)的负载磷酸盐生物质炭均可降低土壤中Pb、Cd、Zn和Cu的迁移风险,并促进Pb的酸可提取态、铁锰结合态向有机结合态和残渣态转化,以及Cd、Zn和Cu的酸可提取态向残渣态转化. 两种负载磷酸盐生物质炭材料均可有效降低重金属的浸出浓度,10%及以上的添加量均可使Pb的浸出浓度降低98%以上. 15%的负载磷酸盐玉米秸秆生物质炭可使Cd和Zn的浸出浓度分别降低89%和47%,而15%的负载磷酸盐小麦秸秆生物质炭可使Cu的浸出浓度降低56%. 研究显示,施用10%~15%的负载磷酸盐生物质炭材料可显著降低重金属复合污染土壤中Pb和Cd的潜在环境风险,对矿区重金属污染土壤的安全利用具有参考和指导意义.
卧式球磨机处理高浓度HCHs污染土壤工艺参数优化
吕品洁, 宋静, 唐伟, 孙颖, 王东哲, 高新
2022, 35(8): 1902-1912. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.04.09
摘要(124) HTML (50) PDF(30)
摘要:
为了对自主研发的卧式机械化学球磨设备的工艺参数进行优化,为设备的完善、放大及应用积累基础数据,以某有机氯农药污染地块高浓度六六六(HCHs)污染土壤为供试土壤,利用普通生石灰作为球磨药剂进行机械化学脱卤,以不同球磨时间土壤中HCHs的去除率为指标,通过正交试验对球料比和物料比两个影响球磨效果的重要参数进行优化. 结果表明:①卧式机械化学球磨设备处理HCHs的最佳工艺参数组合为球料比10∶1、物料比1∶2,且物料比1∶5和1∶2两种水平对去除率的影响无显著差异,因此实际应用时物料比可选择1∶5,以减少药剂添加量. 验证试验得出,在球料比10∶1、物料比1∶5的工艺参数组合下,0.5 h的HCHs去除率平均值为91.1%,1.0 h时为96.04%,表明优选的工艺参数组合稳定可行. ②球磨0.5 h后,正交试验的各组处理中HCHs的去除率为65.21%~99.94%,1.0 h后为72.44%~99.98%,证实自主研发的球磨机能有效处理污染土壤中的HCHs. 研究显示,卧式球磨设备可高效处理HCHs污染场地土壤,并且具有操作简单、处理流程短等优势,具有较大的应用潜力,可进一步放大设备体积,优选的工艺参数可进行实际应用.
长株潭典型污染区稻田剖面土壤重金属的累积及形态特征
武晓娟, 陈雅丽, 马杰, 彭皓, 廖仲彬, 翁莉萍, 李永涛
2022, 35(8): 1913-1924. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2020.08.01
摘要(126) HTML (21) PDF(48)
摘要:
为探究长株潭地区不同污染源影响下稻田土壤中重金属的分布特征,对该区有机肥施用区、沼液灌溉区、铅锌矿污染区以及工业污染区剖面土壤中重金属的总量和形态进行分析,采用单项污染指数和综合污染指数进行风险评价,并利用已知污染源区的土壤重金属形态特征对未知污染源区的土壤进行污染源解析. 结果表明:①研究区表层(0~10 cm)土壤中Cd、Pb、Cu、Zn、Cr和Ni的平均含量分别为0.8、54.5、43.6、158.6、106.2和23.3 mg/kg. 相对于长株潭地区土壤背景值,表层土壤中Cd、Pb和Zn均有累积,且Cd平均含量超过《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中农用地土壤污染风险筛选值;随着土壤深度增加,Cd、Pb、Zn和Cr在次表层(10~20 cm)土壤也有累积,其平均含量分别比当地背景值高出6.9%、19.8%、101.4%和67.0%;在深层(80~100 cm)土壤中,Zn和Cr的平均含量仍分别比当地背景值高出30.4%和48.4%. ② Cd、Pb的单项污染指数高值集中在表层土壤,部分采样点呈轻微或轻度累积,少数采样点呈中度累积;Zn以轻微累积和中度累积为主,极少数采样点为重度累积,个别采样点存在污染风险;综合污染指数显示,研究区内表层土壤为重度或中度累积. ③有机肥施用区TOC含量与可氧化态Cu、Zn含量呈显著或极显著相关;沼液灌溉区TOC含量则与可氧化态Cu、Zn含量均呈极显著相关;铅锌矿污染区可交换态Pb含量与可交换态Cd、Zn含量均呈极显著相关;而工业污染区则只有可交换态Pb含量与可交换态Cd含量呈极显著相关. 研究显示,污染源的不同造成长株潭地区稻田土壤中不同重金属的累积程度及其主要赋存形态间的相关性存在明显差异,因此,可以借助土壤中重金属的累积程度、主要赋存形态及其相关性对土壤中重金属的主要来源进行初步识别,为源头防治污染土壤提供理论依据.
开关表面活性剂对土壤及地下水中多环芳烃污染的增效修复研究进展
代朝猛, 童汪凯, 胡佳俊, 段艳平, 涂耀仁, 赖小莹, 刘曙光, 李继香
2022, 35(8): 1925-1934. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.03.16
摘要(148) HTML (37) PDF(45)
摘要:
开关表面活性剂在环境中主要应用于处理土壤及地下水系统中疏水性有机污染物,污染物多环芳烃(PAHs)是目前其应用研究的热点. 本文详细阐述了开关表面活性剂对土壤及地下水中PAHs污染的可逆增效机理,增效机理基于开关表面活性剂胶束形态的改变;汇总了常用于土壤及地下水PAHs污染修复的三类开关型表面活性剂,通过比较光开关型、CO2/N2开关型和氧化还原开关型在开关前后的表面活性理化指标来解释其微观调控特征,认为微观调控基于其响应基团发生化学反应;重点总结了这三类开关表面活性剂在改变表面张力的可逆性与对PAHs增溶的可逆性上具备的优缺点;阐述了开关表面活性剂在实际应用中可能受很多外界因素的影响,并重点关注温度、pH、无机离子和土壤矿物对其的影响. 今后需通过一定规模的野外场地试验,探究多种环境因素动态耦合对开关表面活性剂增溶PAHs的影响机制,厘清在环境因素动态耦合下不同调控方式与分离效率之间的关系,为筛选适合不同环境的开关表面活性剂提供理论数据支撑.
南水北调水回补对北京密怀顺河道回补区地下水水质影响
王鑫, 李炳华, 潘兴瑶, 夏绮文, 郭敏丽
2022, 35(8): 1935-1944. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.03.26
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摘要:
南水北调水源密云-怀柔-顺义(密怀顺)潮白河地下水回补工程,是密怀顺地下水源地可持续利用和河道生态恢复的重要保障. 基于密怀顺回补河道区长期地下水水质监测数据,综合运用水质评价、统计学方法,分析了不同回补时期的地下水水化学变化特征;同时,采用水文地球化学模拟软件(PHREEQC)分析核心回补路线——小中河调水路线回补影响下的潮白河段地下水水文地球化学变化,结合聚类分析方法探究了地下水水化学变化成因. 结果表明:①回补区地表水、地下水整体水质良好,南水北调水源及本地地下水水化学类型主要为HCO3-Ca-Mg型. 补水以来,地下水水质整体得到改善,补水区域地下水中的Na+、Cl明显降低. ②根据水化学模拟,2017年底,小中河调水回补河道附近的地下水中南水与本地地下水混合比例变为1∶10,但经过2018—2019年的回补,河道附近地下水中南水占主导地位,回补后所采集的地下水样中水化学成分基本与南水趋于一致. ③根据水岩作用模拟,影响回补区地下水水质的主要因素为南水-当地地下水混合作用、矿物溶解及阳离子交换作用. 研究显示,南水回补改善了地下水水质,并通过混合与水岩相互作用影响地下水水化学演化.
基于改进电法装置和深度神经网络的填埋场渗滤液水位探测
夏广培, 能昌信, 侯晓姝, 刘景财, 杨枫, 姚光远, 徐亚
2022, 35(8): 1945-1957. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.04.15
摘要(134) HTML (21) PDF(26)
摘要:
渗滤液水位检测和管控是填埋场环境风险管控的关键之一,高密度电法装置具有无损、快速和分辨率高等优点,但填埋场铺设的HDPE防渗膜的高阻特性掩盖了渗滤液的低阻特性,反演结果存在探测精度差、探测范围有限等问题,无法有效识别渗滤液水位. 为此,本文设计了改进的川字型采集装置并配套提出了基于深度神经网络的非线性反演算法——EConvNet-C,通过构建高仿真模拟模型获得了代表性场景下的学习样本,并进行学习训练得到了渗滤液水位与观测数据的非线性映射关系. 对上述改进的电法装置和配套的反演算法的有效性进行了验证,并开展了实际填埋场地的案例研究. 结果表明:①基于川字型装置的EConvNet-C反演的电阻率存在明显的分层特征,在场景A中EConvNet-C反演算法的均方误差(MSE)均在0.00230以下,渗滤液水位探测精度均在90.0%以上. ②以“浅层滞水”形式非正常积存情况下,EConvNet-C探测精度略有下降,但MSE仍在0.00420以下,水位探测精度仍在80.0%以上. ③基于传统探测装置的深度神经网络耦合方法得到的渗滤液水位探测精度略低于基于川字型装置的EConvNet-C,而基于传统探测装置的线性反演耦合方法在HDPE膜高阻特性的影响下无法有效识别渗滤液水位. 因此,基于川字型装置的EConvNet-C在填埋场渗滤液水位探测领域具有较大潜力,可为后期开展垃圾填埋场的性能和风险评估提供指导.
纳滤膜浓缩液淋滤焚烧飞灰过程中氯盐溶出及重金属的迁移特性
王庆旭, 李松, 吴昊, 黄楠楠, 周睫雅, 孟棒棒, 张兰河, 田书磊
2022, 35(8): 1958-1965. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.04.01
摘要(131) HTML (26) PDF(24)
摘要:
为解决生活垃圾填埋场的纳滤膜浓缩液和生活垃圾焚烧飞灰协同处置中淋滤条件对氯盐和重金属溶出效果的问题,采用北京市某生活垃圾填埋场的纳滤膜浓缩液在不同液固比和酸碱条件下淋滤北京市某生活垃圾焚烧厂的焚烧飞灰,探讨氯离子溶出及重金属的迁移特性. 结果表明:在液固比为12∶1、8∶1和4∶1条件下,焚烧飞灰中氯离子的总溶出率分别为81%、76%和61%,液固比越大,导致填料高度越低,氯离子溶出越充分;在液固比为4∶1条件下,纳滤膜浓缩液pH分别为3.20和10.70时,氯离子可与含氧阴离子竞争吸附位置,导致氯离子的总溶出率较未调节pH时大幅提升,增幅分别为81%和83%;不同液固比和酸碱条件下,采用XRD对淋滤灰渣分析发现,淋滤灰渣中均未检测到NaCl和KCl的矿物相. 改变纳滤膜浓缩液的pH为3.20和10.70后,淋滤灰渣中重金属Pb、Zn、Cu、Cr、Cd和Hg的浸出浓度均满足《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》(GB 5085.3—2007)和《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889—2008)标准限值要求. 研究显示,纳滤膜浓缩液淋滤飞灰可脱除焚烧飞灰中的氯盐及部分重金属,淋滤灰渣经热处理后可焚毁截留纳滤膜浓缩液的有机物,热处理后灰渣有望实现安全资源利用.
KOH和NH3·H2O联合固态预处理对青稞秸秆厌氧发酵特性的影响
柳丽, 李洁, 白羿雄, 杜中平, 李屹, 陈来生, 韩睿
2022, 35(8): 1966-1973. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.04.02
摘要(133) HTML (25) PDF(31)
摘要:
为提高青稞秸秆的综合利用率,选用KOH和NH3·H2O作为青稞秸秆固态预处理试剂进行中温批式厌氧发酵产甲烷试验研究,并通过Box-Behnken响应面法来考察不同含量的KOH、NH3·H2O及预处理时间对青稞秸秆累积甲烷产量的交互影响. 结果表明:各因素对青稞秸秆累积甲烷产量的影响程度表现为NH3·H2O含量>KOH含量>预处理时间;通过响应面模型验证试验得到最优预处理条件为KOH含量5.13%、NH3·H2O含量3.35%、预处理时间13.87 h,该条件下累积甲烷产量实测值为282.34 mL/g(以VS计),与预测值(286.4 mL/g)非常接近,相对误差小于5%,证明验证模型有效. KOH和NH3·H2O联合预处理能够显著提高青稞秸秆厌氧发酵产甲烷能力(P<0.05),累积甲烷产量较7% KOH和5% NH3·H2O单一预处理及未处理分别提高了7.59%、20.82%和70.78%;二者联合预处理还能够有效降解木质素(降解率为29.21%),提高发酵液营养价值;同时,可减少回收预处理试剂的成本,降低对环境的污染. 研究显示,Box-Behnken响应面法能较好地优化青稞秸秆厌氧发酵的预处理条件,KOH和NH3·H2O联合预处理是高效生产生物甲烷和环境友好的木质纤维素类废弃物的处理方法.
我国典型含PFOS/PFOSF废物处置技术可行性分析与建议
张磊, 郑哲, 陈文静, 宁禹航, 陈自强, 王坚, 杜涛
2022, 35(8): 1974-1985. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.07.08
摘要(213) HTML (70) PDF(53)
摘要:
为促进我国全氟辛基磺酸及其盐类和全氟辛基磺酰氟(PFOS/PFOSF)的削减和逐步淘汰,防控环境风险,迫切需要对淘汰、废弃的含PFOS/PFOSF产品、副产物以及生产和使用过程中产生的含PFOS/PFOSF废物进行安全无害化处理处置. 调研和数据分析结果表明,2021年我国已停产PFOSF,2002—2020年我国PFOS/PFOSF的生产总量约为2 120 t. 我国典型含PFOS/PFOSF液态废物包括废弃消防泡沫、消防泡沫使用后收集的残液、废弃电镀镀液、工艺或清洗废水、废有机溶剂,以及固态/半固态废物有蒸(精)馏釜残、废水处理污泥、污染土壤、电镀滤渣、废吸附剂和过滤材料等. 目前针对液态废物,可行的PFOS/PFOSF非破坏处理技术主要有活性炭和树脂吸附、膜滤、混凝,可行的PFOS/PFOSF破坏处理技术有焚烧/水泥窑、超声降解和亚/超临界水处理技术,但在应用时都有一定的前置条件;针对固态/半固态废物,可行的PFOS/PFOSF非破坏处理技术包括稳定化和废物填埋,而焚烧/水泥窑是目前最为可行的PFOS/PFOSF破坏处理技术. 建议根据我国典型含PFOS/PFOSF废物的特点采取相应可行的处理处置技术,在应用成熟技术的同时,适当尝试采用亚/超临界水处理技术、超声降解技术以及其他较新的技术;对PFOS/PFOSF物质含量≥50 mg/kg的废物采用可行的破坏技术处置,对PFOS/PFOSF物质含量<50 mg/kg的废物经稳定化预处理后方可进入填埋场.
环境污染与健康
北京市PM2.5中类腐殖质的生物氧化应激效应初探
张东, 张元勋, 尚晶, 薛凯兵, 马健, 陈琦
2022, 35(8): 1986-1995. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.04.13
摘要(97) HTML (29) PDF(23)
摘要:
为研究细颗粒物(PM2.5)中类腐殖质(humic-like substances, HULIS)的生物氧化应激效应,对北京市区和郊区不同季节大气PM2.5及其中碳质组分和金属元素浓度进行测定,并以大鼠肺泡巨噬细胞(NR8383)作为细胞模型,分析PM2.5及其重要组分诱导产生内源性ROS的能力,研究了PM2.5中HULIS对诱导产生内源性ROS的贡献. 结果表明:①冬季PM2.5中碳质组分浓度及内源性ROS浓度(单位为μg zymosan/m3,以酵母聚糖(zymosan)表征的单位体积空气中内源性ROS的浓度)明显高于夏季,但夏季PM2.5具有更高的生物氧化潜力(单位为μg zymosan/mg PM,以酵母聚糖(zymosan)表征的单位质量颗粒物的生物氧化潜力). ②PM2.5中碳质组分和一些金属元素浓度均与PM2.5生成的内源性ROS浓度之间具有较高的相关性. ③HULIS单独诱导生成的内源性ROS浓度也呈冬季〔市区和郊区分别为(55.46±22.69) (43.27±23.89) μg zymosan/m3〕高于夏季〔市区和郊区分别为(18.73±11.94) (7.88±3.63) μg zymosan/m3〕的特征. 在北京市区和郊区两个采样点,由HULIS单独诱导生成的内源性ROS浓度与PM2.5诱导生成的总内源性ROS浓度之间具有较好的相关性. 研究显示,HULIS是PM2.5中诱导ROS生成的关键组分,在北京市区和郊区两个采样点HULIS对PM2.5诱导的内源性ROS的贡献率分别为42%和37%.
基于PMF的土壤多环芳烃致癌风险定量源解析方法研究:以太原市为例
栗钰洁, 王贝贝, 曹素珍, 高菲, 张力文, 段小丽
2022, 35(8): 1996-2005. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.05.06
摘要(171) HTML (25) PDF(38)
摘要:
为实现土壤PAHs (多环芳烃)来源致癌风险的定量化,选取太原市城乡土壤为研究对象,分析PAHs污染水平并建立含量成分谱,利用PMF (正定矩阵因子分解)模型识别污染源,采用蒙特卡罗模拟进行健康风险评估,并联合PMF模型和健康风险模型量化PAHs污染源的健康风险,比较不同污染源对土壤PAHs含量和对致癌风险贡献的差异. 结果表明:①太原市土壤PAHs污染严重,城市地区人群暴露于土壤PAHs的致癌风险超过了可接受风险水平(10−6),农村地区人群超过可接受阈值的概率在10%~50%之间. ②城市土壤中PAHs主要来自燃煤交通混合源(41.5%)、燃煤源(26.0%)、石油源(16.2%)、焦炉排放源(8.2%)和交通排放源(8.1%),农村土壤PAHs主要来自燃煤源(43.3%)、生物质燃烧源(22.3%)、交通排放源(22.7%)和焦炉排放源(11.7%). ③燃煤交通混合源是城市地区致癌风险的最大来源,贡献率为53.7%;交通排放源和燃煤源是农村地区致癌风险的主要来源,贡献率分别为46.3%和45.6%. ④不同污染源对PAHs含量的贡献与其对致癌风险的贡献存在差异,对于城市地区,燃煤交通混合源、交通排放源对PAHs含量的贡献率分别为41.5%、8.1%,而其对致癌风险的贡献率分别为53.7%、13.0%;对于农村地区,交通排放源对PAHs含量的贡献率为22.7%,但其对致癌风险的贡献率为46.3%. 研究显示,规避交通排放源是降低PAHs致癌风险的关键,建议将基于健康风险的定量源解析技术应用到土壤风险管控中,以期更为有效地降低健康风险,保护人体健康.
环境经济与管理
典型城市减污降碳协同控制潜力评价研究:以渭南市为例
王力, 冯相昭, 马彤, 高健
2022, 35(8): 2006-2014. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.06.30
摘要(228) HTML (51) PDF(99)
摘要:
我国已将应对气候变化全面融入国家经济社会发展的总战略,采取积极措施,有效控制重点工业行业温室气体排放,开展减污降碳协同研究对于城市实现大气环境质量改善与低碳转型发展具有重要意义. 本研究以国家大气污染防治重点区域——汾渭平原中渭南市为例,采用LMDI分解方法并运用LEAP模型,通过构建多种情景模拟分析污染减排、能源结构改善及产业结构调整等政策对渭南市未来能源消费、大气污染物减排潜力的影响,预测了该市碳达峰时间及峰值水平. 结果表明,能源结构改善、产业结构优化、交通运输调整具有显著的污染物与温室气体协同减排效果,而压减落后产能、工业炉窑改造、工业污染物排放标准升级等传统环境治理的潜力逐渐减小. 建议渭南市应积极推进产业结构优化升级、着力改善能源结构、加快推进交通运输结构优化,倒逼能源、产业、交通结构绿色低碳转型和生态环境质量协同改善,牵引经济社会发展全面绿色转型,实现减污降碳协同效应.