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2023年  第36卷  第1期

目录
序言
序言——《环境科学研究》“场地土壤污染防治”专刊
李发生
2023, 36(1): .
摘要(259) PDF(133)
摘要:
场地污染调查与风险评估
我国建设用地土壤环境标准体系发展与建议
张昊, 杜平, 李艾阳, 陈娟, 张云慧, 李敏, 王海燕, 张海燕
2023, 36(1): 1-8. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.11.01
摘要(360) HTML (91) PDF(161)
摘要:
我国建设用地土壤环境标准体系先后经历了污染控制标准、环境质量标准、环境风险管控标准等发展阶段,已形成一套具有我国国情特色的成熟标准体系框架. 为探究过去30余年相关标准的发展与演变特征,以200余项国家、行业、地方及团体标准文件作为研究对象,对比分析国内外标准制定现状,重点分析得出现阶段标准制定的领域热点,提出了适合我国土壤环境标准体系的完善方案和发展方向. 结果表明,目前土壤污染物的检验方法是最主要的土壤环境标准文件类型,分光光度法是最主要的污染物测试方法. 未来发展任务可从开发污染地块精细化和本土化的风险评估模型、健全土壤环境基准研究、完善风险调查检测评估与防治相关技术规范等方面进行,切实为我国土壤环境标准体系的优化完善提供重要的方法基础,为深入打好净土保卫战提供坚实的技术支撑.
基于Meta分析的中国工矿业场地土壤重金属污染评价
晏利晶, 姜淼, 赵庆良, 王琨, 王维业, 党金霞, 于成龙
2023, 36(1): 9-18. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.08.14
摘要(288) HTML (88) PDF(131)
摘要:
工矿业活动是土壤重金属污染的重要来源之一. 由于早期企业管理体系不完善和环保意识薄弱等原因,我国工矿业土壤环境问题突出. 本文对2005—2022年中国知网、万方、Web of Science等数据库发表的关于我国工矿业土壤重金属污染的138篇文献(包含141处场地)进行Meta分析,并通过地累积指数法和潜在生态风险指数法评价我国工矿业地及周边土壤中Cd、Pb、Zn、Cu、As的污染情况、分布特征及行业特征. Meta分析随机效应模型的计算结果表明,与土壤背景值相比,我国工矿业场地及周边土壤中Cd、Pb、Zn、Cu、As的含量分别增加了897.42%、233.34%、232.34%、196.83%和171.29%. 重金属污染分布结果显示,东南沿海及长三角等经济发达地区工矿业土壤污染更严重,北方地区污染较轻,Cd是首要污染物. 从行业特征看,化石燃料开采场地及周边土壤中Pb、As含量与背景值差异不显著;有色金属矿开采导致土壤重金属含量显著升高,其中Cd污染十分突出,土壤Cd含量的增幅高达964.40%. 49.21%的有色金属矿区土壤存在极强潜在生态风险;化石燃料开采场区土壤污染较轻,潜在生态风险为中等风险及以下的点位占60.87%. 研究显示,Cd是我国工矿业土壤重金属污染的首要污染物,且有色金属矿开采造成的污染更严重.
污染地块层次化风险评估发展历程与研究进展
袁贝, 杜平, 李艾阳, 张昊, 陈娟, 张云慧, 王海燕
2023, 36(1): 19-29. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.08.13
摘要(270) HTML (48) PDF(101)
摘要:
风险评估是污染地块管理的核心环节,基于风险的管控策略已被广泛认可和应用. 风险评估过程中暴露情景构建、暴露模型表征和暴露参数选用等的不确定性是影响评估结果的主要因素. 而层次化风险评估(Tiered Risk Assessment)通过迭代方法可有效平衡评估不确定性、结果准确性和资源有限性之间的矛盾,为污染地块提供了经济高效的风险管控思路. 因此,为强化对层次化风险评估的理论认知并推动其在污染地块风险评估领域的发展和应用,本文通过文献调研,系统梳理了国内外污染地块层次化风险评估的发展历程,分析了污染物环境行为的暴露情景构建、暴露模型表征及参数本土化调整等方面的研究进展,探讨了层次化风险评估技术的发展方向. 结果表明,层次化方法在污染面积较大、污染状况复杂的大型污染地块中得到广泛的重视和应用,相较于传统风险评估,这一方法可提高结果准确性、减少不必要的成本投入和避免过度修复. 基于现实假设构建暴露情景和优化暴露模型、耦合不确定模型评估及参数本土化调整是目前研究的热点和趋势. 基于此,结合我国污染地块风险管理的政策要求及现状,提出层次化和精细化的风险评估在污染地块风险管理中的应用建议. 未来可从内涵演变、技术方法、实践应用等多方面深化层次化风险评估研究,提升其在污染地块风险管控中的应用价值.
场地复合污染的生态效应与风险评估研究进展和展望
赵丹, 吴畏达, 孙倩, 於方
2023, 36(1): 30-43. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.09.06
摘要(427) HTML (80) PDF(150)
摘要:
我国已初步形成基于人体健康风险的污染场地土壤风险评估制度和技术标准体系,但基于保护生态受体的土壤污染风险评估技术方法和标准体系尚未构建. 本文从我国重点行业场地土壤复合污染现状出发,综述了典型行业场地土壤特征污染物复合情形下的生态效应,分析了产生不同联合效应的机理. 对目前常用的生态风险评估方法进行了分类阐述,并评述了复合污染生态效应和风险表征的研究进展,以期为我国构建全面系统的土壤污染风险管控体系提供支撑. 我国冶炼、焦化等重点行业场地通常呈现重金属-重金属复合、重金属-多环芳烃复合等污染特征,当这类污染物共存时,可通过影响彼此的生物吸收转运、降解转化、生物毒性等,产生协同、加和、拮抗等联合效应. 目前常用的生态风险评估方法包括指数法、商值法、概率法等,指数法基于污染源、暴露途径和生物受体的不同指标构建综合评估指数量化污染物的相对风险,商值法基于污染物暴露量和毒性参考值等量化污染物的绝对风险,概率法通过污染物和毒性数据的概率密度函数和累积分布概率函数等获得考虑污染分布和毒性效应变异性的绝对风险,复合污染情形下,可通过浓度加和、效应加和以及二者相结合的多层次方法进行综合表征. 本文针对目前生态风险评估方法体系构建存在的重点难点问题,建议从合理构建多维度多要素综合风险指数、分区分类构建本土化生物有效性和毒性参数、基于复合污染毒性效应机理科学构建概率风险表征方法等方面开展深入研究,推动生态风险评估规范化和精准化.
微波消解火焰原子吸收光谱法测定土壤中六价铬
张伟琦, 谢涛, 孙稚菁, 王茂林, 蔡喜运
2023, 36(1): 44-53. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.11.27
摘要(251) HTML (88) PDF(64)
摘要:
目前用于土壤中六价铬检测的提取方法较为单一,一般是使用HJ 1082—2019《土壤和沉积物 六价铬的测定 碱溶液提取-火焰原子吸收分光光度法》中提到的碱溶液提取法. 但该方法在进行大批量土壤检测时存在耗时长、试剂用量大、温度不易控制等问题. 因此,建立高效、准确的土壤中六价铬测试方法,对开展土壤中六价铬污染风险评价及修复工作具有十分重要的意义. 本研究提出了微波消解火焰原子吸收光谱法,用于快速、准确测试土壤中六价铬. 通过开展提取剂组成与用量、微波消解方式、消解液过滤及pH调整等参数优化研究,确定了土壤中六价铬提取与测试的优化条件:消解液组成为碱性提取液20 mL、氯化镁100 mg、磷酸氢二钾-磷酸二氢钾缓冲溶液0.2 mL,3次微波消解,消解液用中速定量滤纸过滤,待测液pH调节至7.0~8.0. 在优化条件下,土壤六价铬的有证标准样品的测量结果均在标准值范围内,土壤基体加标回收率为85.5%~88.7%,相对标准偏差为7.6%~8.0%. 与HJ 1082—2019相比,本文建立的微波消解火焰原子吸收光谱法更适用于大批量土壤样品的六价铬检测分析,所采用的微波消解技术,操作相对简单、提取效率较高,易于在不同种类实验室中普及和推广,可为土壤中六价铬的快速准确检测提供技术支持和方法补充.
浸泡淋滤作用下煤矸石重金属元素的释放规律及特征研究
康得军, 张芳, 吕茳芏, 龚亚萍, 赵颖, 脱向银
2023, 36(1): 54-62. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.11.18
摘要(246) HTML (87) PDF(84)
摘要:
为探究天然煤矸石在雨水浸泡淋滤作用下重金属元素的释放规律及特征,通过扫描电镜(SEM)对天然煤矸石进行表征以观察其淋滤前后的微观形貌,借助X射线衍射(XRD)技术测定煤矸石淋滤前后的矿物成分组成及变化情况. 结合模拟降水连续静态浸泡与动态淋滤试验,考察在不同固液比、粒径、pH、土壤介质条件下煤矸石中重金属元素的释放规律与特性. 结果表明:①淋滤后的煤矸石表面凹凸结构较多,淋滤前后煤矸石中各矿物相含量差异较小. ②As、Mn的浸出浓度均较高,最大释放率大小表现为As>Cd>Cu≈Ni>Mn>Cr>Zn>Pb. As的累积释放对周边土壤环境以及地下水产生不利影响的风险较高. ③连续动态淋滤试验在pH为3时,Mn、Cu、Zn、Ni的累积释放量明显较高,As、Cr在中性条件下的累积释放量高于在酸性条件下. 引入土壤介质这一因素后,Cr、As的累积释放量均明显减少,这两种重金属元素均呈现出在土壤中积累的状态. 研究显示:对于相同煤矸石堆存量,降雨量越大,重金属的释放总量越高,固液比为1∶20时,As释放量最高可达2.822 μg/L;Cr、As呈现出在土壤中积累的状态,煤矸石淋滤后Cr、As对土壤存在潜在污染风险,同时也需考虑其对周边地下水的影响.
土壤锑胁迫下赤子爱胜蚓在个体和细胞水平的毒性效应
程佳琪, 马宏瑞, 常健, 潘明慧, 李琴莲, 王谦, 侯红
2023, 36(1): 63-71. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.11.10
摘要(158) HTML (52) PDF(58)
摘要:
随着锑(Sb)矿的开采,Sb及其化合物对矿区周围生物暴露风险增大,Sb污染研究在国内外日益受到重视. 为阐明矿区Sb污染土壤对周边生物的毒性效应,本文通过向人工土壤添加焦锑酸钾(KSbO6H6)模拟受污染土壤,分别探究了Sb对土壤无脊椎模式生物——赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)存活、Sb富集、总蛋白、抗氧化系统酶、丙二醛(malondialdehyde, MDA)的影响,并利用生物标志物响应指数(biomarker response index, BRI)对Sb胁迫下蚯蚓的毒性效应进行综合评价. 结果表明:①蚯蚓死亡率与土壤Sb浓度和暴露时间剂量效应关系明显,经计算蚯蚓56 d LC50为4 380.37 mg/kg. ②蚯蚓对Sb仅有少量吸收,最高处理组(12 800 mg/kg)在暴露56 d后Sb富集量仅为213 mg/kg. ③超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)、过氧化物酶(peroxidase, POD)、MDA在暴露28 d内呈现先升高后降低的倒“U”型变化,过氧化氢酶(catalase, CAT)总体呈现“上升—下降—上升—下降”的变化趋势;总蛋白随时间和处理水平增加呈现不断下降趋势. ④在暴露期间共计24个含Sb处理组中,20个处理受到中等及以下水平健康影响,仅有4个处理组BRI小于2.5,属于严重健康影响. 研究显示,总蛋白、SOD、CAT、POD、MDA均对Sb比较敏感,Sb对赤子爱胜蚓的毒性效应不强,该研究结果可为我国土壤Sb污染提供关键毒理学数据.
污染场地修复关键功能材料
调理剂对多环芳烃污染黏性土壤热脱附的影响
柴丽娜, 张文文, 许端平, 李晓东, 沈佳伦, 孙宗全, 马福俊, 谷庆宝
2023, 36(1): 72-80. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.11.08
摘要(194) HTML (65) PDF(57)
摘要:
黏性土壤具有颗粒细小和通透性弱等特点,会影响受多环芳烃(PAHs)污染的黏性土壤的热脱附效率,因此本研究选择6种调理剂(CaO、MgO、Al2O3、Fe2O3、K2CO3和沸石)来改良黏性土壤,考察调理剂对PAHs污染黏性土壤热脱附的影响,分析了调理剂对黏性土壤塑性指数、pH、阳离子交换量、粒径的影响,探讨了调理剂对PAHs污染黏性土壤热脱附的影响机制. 结果表明:①添加6种调理剂均提高了PAHs污染黏性土壤的热脱附效率,可有效去除总PAHs,并显著降低超标物质苯并[a]蒽(Baa)和苯并[a]芘(Bap)的残留浓度,其中在添加10% CaO条件下,总PAHs去除率最高,达97.48%. ②分别添加6%的CaO、MgO、K2CO3调理剂后,黏性土壤塑性指数由18.55%分别降至14.38%、13.58%和15.25%,但添加Al2O3、Fe2O3和沸石均增加了黏性土壤的塑性指数. ③综合分析,调理剂改良黏性土壤主要通过阳离子交换作用和絮凝作用. 研究显示,调理剂改变了黏性土壤的细粒含量和阳离子交换量,进而影响其塑性指数,提升了PAHs热脱附去除效率,CaO、MgO、K2CO3可作为调理剂的合适选择.
氧化铁矿物在微波修复多环芳烃污染土壤中的作用机制
沈佳伦, 孙宗全, 马福俊, 谷庆宝
2023, 36(1): 81-88. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.10.14
摘要(183) HTML (55) PDF(50)
摘要:
多环芳烃(PAHs)是焦化污染场地中常见的污染物. 微波修复具有加热均匀、能耗低、耗时短的特点,在土壤修复中有较好的应用前景. 该研究选择氧化铁矿物含量低的污染土壤作为试验对象,分别添加10%的针铁矿、赤铁矿和磁铁矿,对添加前后土壤的吸波性能、升温特性及PAHs去除率进行研究,评价氧化铁矿物在微波修复PAHs污染土壤中的作用. 结果表明:土壤中加入氧化铁矿物能够改善其吸波性能,提高复介电常数、复磁导率的实部值和复磁导率的虚部值,最大增幅分别为31.79%、12.24%和73.91%. 氧化铁矿物的加入使得土壤产生自由基,促进土壤极化现象,增强吸波能力. 氧化铁矿物还能够改善土壤的升温特性,当微波功率为600 W时,添加了针铁矿、赤铁矿、磁铁矿的土壤所达到的最高温度分别是原土壤的1.23、1.10和1.07倍. 随着温度的升高,PAHs去除率随之升高,分别是原土壤的1.45、1.31和1.48倍. 研究显示,氧化铁矿物的添加能够提高微波修复PAHs的效能.
可迁移性零价铁的制备及其活化过硫酸盐氧化修复石油污染土壤
王兴族, 王茂林, 王亚玲, 柴旭辉, 蔡喜运
2023, 36(1): 89-99. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.07.18
摘要(189) HTML (81) PDF(48)
摘要:
纳米零价铁(nZVI)活化过硫酸盐(PS)体系具有活性高、持效性长等潜在优势,在有机污染土壤修复领域具有良好的应用前景. 然而,nZVI颗粒易于发生团聚和被空气氧化,在土壤中迁移性能和稳定性能较差,限制了其活化性能的发挥. 本研究采用聚天冬氨酸(PASP)修饰和硫化改性技术,制备了可迁移的零价铁复合材料(PASP-S-nZVI),评价了PASP-S-nZVI的活化PS性能及其在石英砂填充介质中的迁移性能,优化了该材料活化PS降解土壤中石油烃的反应条件,并开展了土壤污染修复小试试验. SEM-EDS和XPS表征结果显示,PASP-S-nZVI材料为表面具有PASP涂层及硫铁化物(FeSx)的零价铁. 与未改性nZVI和S-nZVI相比,PASP-S-nZVI材料的悬浮稳定性、Zeta电位和电子利用率都显著增加,表明双重改性增加了nZVI的稳定性能. 柱试验结果显示,PASP-S-nZVI具有较低的附着效率,其实际碰撞效率是S-nZVI的38.0%、nZVI的26.5%,在含水介质中的迁移性能显著增加,且增加程度与填充介质的粒径尺寸和水体pH有关. 在优化的条件参数下,PASP-S-nZVI材料可高效活化PS,氧化降解土壤中的石油烃,实验室试验中石油烃3 d的降解率为77%±2%. 土壤修复小试试验显示,石油烃3 d的降解率达到53%±2%,证实了PASP-S-nZVI材料在土壤中活化PS性能较好,具有潜在的应用前景.
预加入柠檬酸螯合亚铁对过硫酸盐降解土壤中农药的影响
柴旭辉, 景旭东, 王亚玲, 王茂林, 蔡喜运
2023, 36(1): 100-108. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.09.02
摘要(146) HTML (50) PDF(39)
摘要:
螯合亚铁活化过硫酸盐可高效氧化降解土壤中有机污染物,但由于土壤组分的竞争效应,通常情况下修复药剂的利用效率较低. 本研究选取柠檬酸螯合亚铁(Fe2+-CA)为模型活化剂,考察了活化剂预加入对其活化过硫酸盐(PS)氧化降解不同土壤中农药、多环芳烃的影响. 结果表明:Fe2+-CA的预加入影响了柠檬酸螯合亚铁活化过硫酸盐体系(简称“Fe2+-CA/PS体系”)对土壤中莠去津的降解效果,土壤中莠去津的降解率与活化剂预加入时间的关系呈倒U型趋势线,其中在活化剂预加入约5 min时,莠去津的去除率(73.6%)达最大值,相比修复药剂直接加入体系的效果增加了17%. 相关测试表征显示,在活化剂预加入5 min的情况下硫酸根自由基的贡献增大,降低了土壤有机质对氧化剂的消耗,提高了过硫酸钠的有效利用率,促进了土壤中污染物的降解. 柠檬酸螯合亚铁预加入约5 min时促进Fe2+-CA/PS体系降解土壤中污染物的效应适用于不同过硫酸钠常用浓度、不同类型土壤和不同有机污染物(包括农药和多环芳烃),但促进效果通常与过硫酸盐用量、土壤类型、污染物种类有关. 莠去津污染土壤修复扩大规模试验证实,活化剂预加入5 min使Fe2+-CA/PS体系对含水率为饱和持水量80%的土壤中莠去津的降解效果提高了47%. 研究显示,Fe2+-CA预加入约5 min时对Fe2+-CA/PS体系降解土壤中有机污染物的促进效果最好.
β-环糊精壳聚糖改性生物炭固化稳定化土壤中镉和铬
李昕婧, 李海波, 吴秉泽, 刘洋, 范付豪
2023, 36(1): 109-116. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.11.11
摘要(167) HTML (47) PDF(37)
摘要:
镉(Cd)和铬(Cr)是在土壤中普遍存在的重金属污染物,固化稳定化作为一种处理土壤中金属污染的方法,具有快速、经济、有效等特点. 该试验以稻壳生物炭(BC)为原材料,利用β-环糊精壳聚糖(β-CC)对其进行改性,制备得到一种环保廉价且能有效固化稳定化土壤中重金属离子的有机复合吸附材料β-环糊精壳聚糖生物炭(β-CC BC),其与硅酸盐水泥复配后可以固化稳定化土壤中的Cd、Cr. 利用控制单因素变量对改性生物炭的处理效果进行探究,结果表明:①以β-CC BC添加量为变量时,添加量为10 g/(0.1 kg)左右时,Cr浸出浓度最低,为1.92 mg/L,添加量为12.5 g/(0.1 kg)时,Cd的浸出浓度最低,为0.61 mg/L;以养护时间为变量时,养护时间为28 d时,Cr浸出浓度最低,为2.13 mg/L,养护时间为21 d时,Cd浸出浓度最低,为0.55 mg/L. ②通过对5种材料进行浸出试验,并对处理后土壤中Cd、Cr的浸出浓度进行测定,发现与磷酸钾(K3PO4)、碳酸钙(CaCO3)、硅酸钠(Na2nSiO2)和硫酸钠(Na2SO4)4种材料相比,β-CC BC对Cr和Cd同时具有良好的处理效果. 研究显示,β-CC BC对土壤中Cd和Cr具有较强的吸附性能,能够同时对土壤中的Cd和Cr进行有效的处理,在同步处理土壤污染物方面具有良好的应用价值和可行性. 制备复合材料的原料相对廉价易得,但制备过程相对繁琐,在大型污染场地处理中可能存在一定难度.
低分子有机酸对高浓度锑砷污染土壤的淋洗效率及机理研究
谢冬燕, 曹斐姝, 陈建平, 林宏飞, 王靖文, 唐万鹏, 廖长君, 朱红祥
2023, 36(1): 117-127. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.09.09
摘要(193) HTML (41) PDF(49)
摘要:
为研究土壤淋洗技术对锑矿区周边高浓度锑(Sb)、砷(As)污染土壤的修复效果,筛选生物降解性能良好的淋洗剂,以广西河池市南丹县某锑矿区周边高浓度Sb、As污染土壤为研究对象,考察了不同低分子有机酸及淋洗条件(浓度、固液比、淋洗时间和淋洗级数)对Sb、As淋洗效率的影响,利用Wenzel连续形态提取法比较淋洗前后土壤中Sb、As形态变化,并结合扫描电子显微镜-X射线能量色散谱(SEM-EDS)、X射线光电子能谱(XPS)等分析方法初步探索了淋洗去除土壤Sb、As的反应机理. 结果表明:由于草酸(oxalic acid,OA)具有较强的酸性及还原性,其对Sb、As的淋洗效率最高,且在最佳淋洗条件下Sb、As淋洗效率分别可达91.18%、97.63%. 高浓度污染土壤中Sb、As主要以铁铝氧化物结合态形式存在,占Sb、As总量的70%以上;OA淋洗后,土壤中结合态、残渣态的Sb、As向吸附态Sb、As转化. OA淋洗去除Sb、As的反应机理主要包括三方面:① OA的含氧官能团与Sb、As含氧阴离子竞争土壤颗粒中铁(氢)氧化物表面的吸附位点,发生配位交换,从而解吸出Sb、As;② OA的有机配体吸附在铁(氢)氧化物表面的Fe结构上,生成有机酸与Fe的络合物,破坏矿物表面结构,促进Sb、As的解吸溶解;③通过OA还原作用形成的Fe与S的络合物吸附在土壤颗粒表面,进一步降低Sb、As在土壤中的吸附. 研究显示,在淋洗修复锑矿区高浓度Sb、As污染土壤时,可选用OA作为环境友好型淋洗剂,虽然低分子有机酸淋洗后土壤有机质、阳离子交换量增加,但土壤酸化明显、剩余重金属生物可利用性增强,因此淋洗后的土壤还需结合相应风险管控目标作进一步处理.
陈皮对土壤中六价铬的去除效果及机理
刘增俊, 许贺峰, 郭彦旭, 樊艳玲
2023, 36(1): 128-138. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.09.05
摘要(156) HTML (40) PDF(41)
摘要:
获取廉价、易得且环境友好的高效修复药剂是Cr(Ⅵ)污染土壤修复的重要工作之一. 基于室内模拟培养试验,研究了陈皮添加量和土壤中Cr(Ⅵ)初始浓度对Cr(Ⅵ)去除过程的影响,通过Illumina NovaSeq高通量测序技术和X射线近边吸收光谱(XANES)等方法初步探讨了陈皮修复Cr(Ⅵ)污染土壤的机理. 结果表明:当土壤中Cr(Ⅵ)初始浓度为(1 600.13±298.11) mg/kg、Cr(Ⅵ)浸出浓度为(143.20±13.5) mg/L、陈皮添加量为5%时,培养30 d后,土壤中Cr(Ⅵ)浓度及其浸出浓度分别降至(10.07±2.98) mg/kg和(1.02±0.30) mg/L,去除率分别达到99.37%和99.29%. 土壤中Cr(Ⅵ)的去除效率随陈皮添加量的增加而增大,随Cr(Ⅵ)初始浓度的增加而减小,且添加陈皮后土壤中的Cr(Ⅵ)转化为生物有效性较低的Cr(Ⅲ). 此外,陈皮的添加丰富了土壤细菌的营养底物,缓解了Cr(Ⅵ)对细菌生长的抑制作用. 土壤中放线菌门(Actinobacteria)为最优菌门,微杆菌属(Microbacterium)、土壤球菌属(Agrococcus)、链球菌属(Streptococcus)和链霉菌属(Streptomyces) 4种Cr(Ⅵ)还原菌不同程度富集. 研究显示,陈皮能在较短时间内有效降低污染土壤中Cr(Ⅵ)浓度及其浸出浓度,并影响了污染土壤中细菌群落结构及其组成;陈皮去除土壤中Cr(Ⅵ)的机制可能是其在土壤中水解的小分子有机物直接将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),以及作为碳源驱动Cr(Ⅵ)还原菌的富集进而间接降低Cr(Ⅵ)的毒性.
沸石负载纳米零价铁去除水中Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的研究
张心怡, 龚斌, 薛浩天, 李庆旭, 赵颖, 孟晓光
2023, 36(1): 139-149. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.09.14
摘要(139) HTML (27) PDF(38)
摘要:
锑矿开采和含锑化合物的应用在一定程度上会造成环境锑污染的加重,对人体健康和生态系统带来风险,为缓解这一现象,采用液相还原负载的方式制备沸石负载纳米零价铁(Z-ZVI)复合材料,探究其对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的去除效果;采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对反应前后复合材料进行表征,并探究不同材料配比、溶液初始pH及无机阴离子对Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)吸附效率的影响. 结果表明:①沸石负载后的纳米零价铁(Z-ZVI)具有较高的比表面积(54.54 m2/g)和反应活性,能够有效吸附、还原高价锑. ②在pH=7、1.0 g/L Z-ZVI的条件下,反应4 h对20 mg/L Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的吸附率分别达到88%和62%,吸附过程符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附模型. ③Sb(Ⅲ)的去除率受pH变化的影响不大,但Sb(Ⅴ)的去除率随初始pH的升高而下降,溶液反应终点pH相比初始pH均有所上升. ④XRD和XPS表征发现,Sb的去除过程中同时存在吸附和还原作用,Fe0氧化过程中伴随着高价锑的还原,最终生成含锑铁氧化物固定锑. ⑤在较低锑污染模拟地下水吸附和脱附试验中Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的去除率可达到96%,吸附后锑浓度可降至0.01 mg/L,且脱附量远小于吸附量. 研究显示,Z-ZVI材料能够有效去除污染水体中的Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ),对实际地下水修复应用具有一定参考价值.
污染场地绿色修复技术及工艺
氯离子影响热活化过硫酸盐降解苯酚的机理研究
王慧, 李晓东, 张玉秀, 韩善萌, 沈佳伦, 孙宗全, 马福俊, 谷庆宝
2023, 36(1): 150-158. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.08.06
摘要(178) HTML (40) PDF(36)
摘要:
地下水中广泛存在的氯离子(Cl)会在自由基作用下生成氯活性物质,进而与污染物反应可能引发新的环境风险. 为研究Cl影响过硫酸盐(PS)高级氧化技术修复苯酚污染地下水的效果及机理,采用热活化PS氧化体系考察温度、PS浓度、初始pH及Cl浓度对苯酚降解效果的影响,结合三维荧光平行因子分析(EEM-PARAFAC)查明苯酚降解过程中体系的光谱特征,借助气相色谱-质谱联用仪识别氯代有毒副产物的数量及种类,并揭示其降解机理. 结果表明:①反应温度的升高和PS浓度的增加均可促进苯酚的降解,且降解过程符合伪一级动力学模型. ②Cl的存在会加速热活化PS对苯酚的降解,其降解效率随Cl浓度的增加而提高,当Cl浓度为10、25和50 mmol/L时,反应5 h后苯酚降解率为100%. ③苯酚降解过程中反应体系的荧光特征可分为4种荧光组分(C1、C2、C3和C4),Cl存在时,C1和C2组分的荧光强度降幅更大,C3和C4组分主要为苯酚降解产物的光谱特征,其中C3组分的荧光强度随反应时间延长呈先增强后降低趋势. ④根据质谱测试结果,推断出Cl存在时苯酚降解的可能机理,主要包括羟基化/氧化和氯化作用,其中生成的氯代有毒副产物包括2-氯苯酚、4-氯苯酚、2,4-二氯苯酚、氯氢醌、3,5-二氯儿茶酚、2,3-二氯-2-甲基丁烷和2-氯-4-甲基-2-戊醇. 研究显示,Cl会提升热活化PS对苯酚污染地下水的修复效率,但也会因氯化作用生成氯代有毒副产物.
基于模糊综合评估的污染场地可持续修复效果综合评价方法研究
姜珺秋, 王雪莹, 王宇航, 樊庆锌, 尹飞, 谷庆宝
2023, 36(1): 159-167. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.07.12
摘要(238) HTML (76) PDF(55)
摘要:
污染场地修复的目的是消除土壤污染并实现再利用. 为防止消极修复和过度修复带来的新的环境影响,本研究基于可持续修复理念,以系统科学地综合分析污染场地修复工程的可持续效果为研究目标,结合理论分析法和频度分析法确定污染场地可持续修复效果评价模型的候选评价指标,采用灰色关联度分析法对评价指标进行系统筛选,并应用AHP-熵权法计算推导出评价指标权重值,利用模糊综合评估(fuzzy comprehensive evaluation,FCE)结合评价标准体系和评价指标权重值构建了污染场地可持续修复综合评价方法,对我国东北地区某化工污染场地修复效果进行了综合评估. 结果表明:在污染场地可持续修复综合评价中环境指标组合权重值(0.47357)最大,其中土壤质量状况改善的权重(0.215 02)最高;健康风险削减和污染场地地价提升分别为社会和经济指标中的重要因素. 实例验证中案例污染场地的最终可持续性评分为7.70分,在“良好”的评价区间内,与实际修复情况一致,结果可指导修复方案的优化. 研究显示,构建的污染场地可持续修复综合评价方法具有可行性,可对污染场地修复方案的制定、比选以及修复后效果的综合评价提供技术支撑.
基于过硫酸盐的高级氧化工艺修复有机污染土壤的研究进展
李英华, 黄天赐, 钱杰, 孙嘉茹, 李海波, 吴纪国
2023, 36(1): 168-179. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.06.23
摘要(301) HTML (59) PDF(69)
摘要:
基于硫酸根自由基的高级氧化工艺(sulfate radicals based-advanced oxidation processes, SR-AOPs)因其高效、经济且环境友好等特点,在有机污染土壤的修复领域受到越来越多的关注. SR-AOPs的原理是通过活化过硫酸盐(S2O82−,PS)产生以硫酸根自由基(SO4·)为主的活性氧自由基将有机污染物氧化成CO2、H2O和无害或危害较小的化学物质. 本文概述了影响SR-AOPs修复污染土壤的因素,重点总结了SR-AOPs在总石油烃(TPHs)、多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、农药等污染土壤修复中的应用,分析了污染物特征、过硫酸盐和活化剂用量、土壤与溶液比等对污染物去除效率的影响,并讨论了SR-AOPs处理对土壤生态的影响. 结果表明:活化方式、pH、土壤含水量、土壤有机质等因素会影响SR-AOPs对污染土壤的修复效果. 热活化、微波活化、超声波活化、碱活化、基于铁基催化剂活化等方式都有着较好的应用效果,关于零价铁、氧化铁、负载型铁基催化剂等非均相铁基催化剂的应用最多. 此外,许多研究将SR-AOPs与其他修复技术进行联合使用,如电动力学修复+PS氧化、土壤淋洗+PS氧化、微生物修复+PS氧化等,均不同程度地强化了对污染物的去除效果,弥补了单一方法的缺点. 修复中使用的过硫酸盐、活化剂等化学药剂会改变土壤的有机质含量、矿物质组成、酸碱度等,进而影响土壤中微生物的活动和生长. 随着相关研究的深入,对SR-AOPs降解作用的评价不应只停留在降解速率和矿化程度等指标上,建议不断探究污染物降解机理,完善工艺的应用条件,开发新型高效的活化方法,加强对修复后土壤生态恢复的监测.
单井抽出-回渗同步循环地下水水力控制模型研究
王新港, 杨昱, 徐祥健, 韩旭, 夏甫, 邓圣, 肖瀚, 姜永海
2023, 36(1): 180-187. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.08.05
摘要(172) HTML (34) PDF(47)
摘要:
为研究单井抽出-回渗同步循环地下水水力控制技术中主要参数之间的关系以及参数对该技术的影响,搭建实验室尺度孔隙含水层物理砂柱模型并基于该物理模型构建MODFLOW地下水流数值模型,研究了通过单井抽出-回渗同步循环过程来实现人工控制地下水流场和水力梯度的可行性以及水文地质条件和水动力条件的影响. 结果表明:①物理装置运行一段时间后,抽出-回渗达到平衡. ②基于物理装置不同位置实测水位校准后的数值模型精度较为理想(纳什效率系数为0.88),可以较好地刻画实现水力控制时物理模型中的实际地下水流场. ③抽出-回渗量的变化对水位降落漏斗的范围(28.0~28.5 cm)几乎无影响,而对其降深影响较大,当抽出-回渗量分别为1、2.5、5、10 cm3/s时,最大降深分别达到1.76、4.55、9.75、18.65 cm,分别为含水层厚度的2.5%、6.5%、13.9%、26.6%. ④基于裘布依公式,实现水力控制时含水层不同位置处水位高低与抽出-回渗量大小(水动力条件)和含水层渗透性强弱(水文地质条件)有关,根据16种抽出-回渗和含水层渗透性的不同情景的数值模拟结果拟合,发现Q/K与(h2hw2)/(lg r−lg rw)(h为含水层某处水位,m;hw为抽水井处水位,m;r为含水层某处与抽水井井轴距离,m;rw为抽水井半径,m)之间呈线性关系,拟合系数R2=0.99. 研究显示,结合物理和数值模型,采用裘布依公式获取水力控制必要参数和对应关系,为实际场地的应用提供理论参考.
喀斯特锑矿植被恢复区植物多样性及群落稳定性
杜忠毓, 王剑武, 邢文黎, 肖江, 薛亮, 侯红, 陈光才
2023, 36(1): 188-197. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.10.03
摘要(183) HTML (37) PDF(39)
摘要:
了解喀斯特锑矿区植物群落结构及稳定性对生态恢复和群落构建具有重要意义,本研究以贵州晴隆大厂镇锑矿植被恢复区(锑矿区)为研究对象,并选择锑矿区周边未被破坏的植物群落作为对照区展开研究. 基于样方法对锑矿区和对照区进行植被调查,分析了植物物种多样性及群落(群落、乔木层、灌木层和草本层)的Godron稳定性. 结果表明:锑矿区植物共22种,分属14科18属,且有16种为草本植物,低于对照区的30科53属68种;豆科(Leguminosae)、禾本科(Poaceae)、菊科(Compositae)、蔷薇科(Rosaceae)和荨麻科(Urticaceae)各有2~4种,且以被子植物的双子叶植物为主(共11科13属17种),占总物种数的77.27%. 锑矿区优势植物以亮叶桦(Betula luminifera)、苎麻(Boehmeria nivea)、密蒙花(Buddleja officinalis)、茅莓(Rubus parvifolius)、水麻(Boehmeria penduliflora)和插田泡(Rubus coreanus)为主;对照区优势植物以亮叶桦、油桐(Vernicia fordii)、杨树(Populus simonii)、响叶杨(Populus adenopoda)和香樟树(Cinnamomum camphora)为主. 锑矿区与对照区乔灌植物的密度间差异不显著(P>0.05),但锑矿区植物高度101~130 cm、131~200 cm和>200 cm的物种数显著低于对照区(P<0.05). 锑矿区乔木层和灌木层物种丰富度和Shannon-Wiener指数显著低于对照区(P<0.05),物种丰富度分别比对照区显著降低了82.8%和89.5%(P<0.05),Shannon-Wiener指数分别比对照区显著降低了100%和94.8%(P<0.05). Godron稳定性分析结果表明,锑矿区植物群落不稳定. 综上,锑矿区物种组成简单,物种多样性低且不稳定,处于植被演替早期阶段.
场地修复模拟与可视化模型
基于TMVOC的有机污染场地热强化气相抽提修复效果模拟
孙超, 徐超, 孙宗全, 沈佳伦, 龙杰, 李晓东, 马福俊, 谷庆宝
2023, 36(1): 198-207. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.10.02
摘要(175) HTML (52) PDF(42)
摘要:
热强化气相抽提技术因其修复周期短、二次污染可控以及对土壤质地和污染物性质适应性较强等优势,被广泛应用于有机污染场地修复,但目前国内外关于该技术的数值模拟研究较少. TMVOC模型可模拟多孔介质的热量传递及污染物的运移、去除过程. 为建立系统化、精准化的有机污染场地热强化气相抽提修复模型,探究有机污染场地热强化气相抽提修复过程,提高热强化气相抽提技术的治理精度,以天津某试剂厂中试场地为研究对象,采用TMVOC模型模拟原位热传导(TCH)强化气相抽提过程中场地的温度变化及目标污染物氯苯的去除效果,结合中试数据进一步阐明场地升温过程及氯苯的去除规律,并验证TMVOC模型的可信度. 结果表明:①模拟加热7周后,TCH-A区的平均温度为99.4 ℃,维持该温度1周后平均温度降为95.0 ℃,升温过程温度监测数据模拟值与试验值的拟合优度R为0.995. ②模拟加热7周后,TCH-B区的平均温度为84.8 ℃,维持该温度1周后平均温度升至88.0 ℃,升温过程温度监测数据模拟值与试验值的拟合优度R为0.989. ③模拟热强化气相抽提修复8周后,氯苯的去除率达97.3%,第1周的去除速率最慢,第4周最快,修复后氯苯浓度模拟值与试验值的拟合优度R为0.910. 研究显示,TMVOC模型可有效模拟热强化气相抽提过程中场地温度和污染物的变化规律,为有机污染场地热强化气相抽提技术的精准化修复提供支撑.
地下含水层中过硫酸盐运移数值模拟及其影响半径综合模型研究
司明睿, 卢阳阳, 韩爽, 席普宇, 荣泽明, 谢晴, 蔡喜运
2023, 36(1): 208-222. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.09.03
摘要(162) HTML (28) PDF(58)
摘要:
过硫酸盐被广泛应用于有机污染土壤和地下水的原位化学氧化(ISCO)修复. 过硫酸盐在地下含水层中发生复杂的物理和化学过程,其运移受地下含水层介质和氧化药剂输送技术参数的影响,过硫酸盐影响半径(即地下水中1 g/L过硫酸盐的边界处)预测与评价的技术难度大. 本研究围绕ISCO过硫酸盐单孔连续注射情景,采用FEFLOW软件,开展了过硫酸盐在砂质、粉质含水层等代表性场地含水层中运移数值模拟研究. 考虑了11个涉及地下含水层介质、氧化剂消耗和输送技术参数的影响,筛选了相关的参数及其组合项,分别表征地下水弥散、过硫酸盐衰减及二者复合作用对含水层中过硫酸盐影响半径的影响. 基于模拟结果数据,构建了地下含水层中过硫酸盐影响半径时空演变的综合模型,涵盖了氧化剂注射作用、地下水弥散、过硫酸盐衰减及二者复合作用的影响,其拟合优度R2为0.990(n=2 083),对流-弥散方程的模型外部验证结果R2为0.992(n=11). 参数敏感性分析显示,地下含水层介质的有效孔隙度、过硫酸盐注入流量及注入时间、含水层厚度等参数对扩散阶段过硫酸盐影响半径的影响较大,它们的影响随扩散时间呈现不同的变化趋势. 单次连续注射研究显示,代表性砂质含水层中过硫酸盐第30天的纵向影响半径为5.2~7.7 m,而代表性粉质含水层中过硫酸盐的纵向影响半径为0.7~3.8 m. 该综合模型可应用于不同地下含水层中过硫酸盐输送技术及其水动力辅助输送技术参数的匹配优化,提高过硫酸盐原位化学氧化修复效果.