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2017年  第30卷  第7期

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2017, 30(7).
摘要(160) PDF(50)
摘要:
封面文章
流域土地利用变化的水生态响应研究
范俊韬, 张依章, 张远, 张孟衡, 孟伟, 夏瑞, 李梦娣
2017, 30(7): 981-990. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.45
摘要(2139) HTML (66) PDF(1628)
摘要:
流域土地利用变化造成水体物理、化学条件变化,并对诸多水生生物产生影响,进而破坏水系的生态系统结构和功能.研究显示:① 流域土地利用变化将引起水文、底质、生境改变等物理响应,以及水体营养盐、细菌、有毒有害物含量、溶解氧变化等化学响应,分布式水文模型成为研究物理和化学响应的重要工具;② 流域土地利用变化的生物响应表现为水生生物与自然用地类型呈正相关,而与农业用地、城镇用地呈负相关,并且存在明显的尺度效应,统计学分析是主要的研究方法;③ 大尺度的土地利用变化在水文过程下造成河段尺度上的外源物质输入、水文条件、底质结构等物理化学因子变化,是影响水生生物生境的直接原因.存在主要问题:① 流域土地利用变化的生物响应关系机制尚不明晰;② 流域土地利用变化的生物响应是通过物理响应、化学响应来间接作用的,但三者之间的非线性关系十分复杂;③ 水生生物对环境因子变化的敏感性和适用性存在较大差异.因此,未来研究应关注流域水文过程驱动下的物质迁移转化过程及由此带来的物理、化学和生物响应以及三者之间的关系,加强流域水文规律总结和参数率定,构建符合流域特征的参数数据库,并着力构建以保护水生态系统结构与功能为核心的流域山水林田湖系统综合管控模式.
大气环境
长三角地区春季臭氧污染特征及其对冬小麦产量的影响
叶听听, 江飞, 易福金, 李杉, 蔡哲
2017, 30(7): 991-1000. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.38
摘要(2192) HTML (45) PDF(1293)
摘要:
春季是长三角地区对流层O3污染的高峰期之一,高浓度的O3暴露会影响冬小麦生长导致减产.利用长三角地区各城市2014年春季逐时ρ(O3)观测数据,研究了长三角地区春季O3污染特征,并结合O3暴露指数(M7指数和AOT40指数)和剂量-响应关系模型,详细评估了长三角地区O3污染对冬小麦产量的影响.结果表明:长三角地区春季ρ(O3)空间上总体呈南低北高的分布,长三角地区北部江苏和上海的ρ(O3)明显高于南部的浙江地区,在浙江北部、江苏和上海等地区,整个春季日最大8 h ρ(O3)平均值超过107 μg/m3,最高值出现在5月,超过128 μg/m3;一半以上的城市ρ(O3)超标[超过GB 3095-2012《环境空气质量标准》中8 h滑动平均ρ(O3)的二级标准限值(160 μg/m3)]日数在10 d以上,其中南京和扬州超标日数最多,分别为27和20 d;相应地,O3暴露指数也呈南低北高的分布,其中苏北地区O3暴露指数最高,导致长三角地区平均冬小麦相对损失达5.7%(M7)~25.5%(AOT40),造成的产量损失为7.85×105 t(M7)~4.49×106 t(AOT40),其中,苏北地区为5.8%(M7)~25.9%(AOT40),造成的产量损失为6.77×105 t(M7)~3.86×106 t(AOT40),占长三角地区冬小麦产量损失的86%以上.研究显示,当前长三角地区O3污染及其对冬小麦产量的影响已相当严重,特别是对苏北地区,而苏北地区是我国重要的冬小麦产地之一,因此,应当科学有效地治理O3污染以缓解粮食安全问题.
城市主要大气污染物时空分布特征及其相关性
黄晓虎, 韩秀秀, 李帅东, 杨浩, 黄昌春, 黄涛
2017, 30(7): 1001-1011. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.46
摘要(1982) HTML (86) PDF(2229)
摘要:
为制订合理的大气污染物减排措施,利用中国环境监测总站公布的2015年1-12月299座城市实时发布的环境空气颗粒物(PM2.5和PM10)及气态污染物(CO、NO2和SO2)的质量浓度数据,对其进行了时空分布特征及其相关性研究.结果表明:① 2015年城市环境空气颗粒物污染严重,299座城市的ρ(PM2.5)、ρ(PM10)年均值分别主要集中在25~60和40~110 μg/m3,年均值达到GB 3095-2012《环境空气质量标准》二级标准的城市所占比例分别仅为24%和38%.② 城市大气污染物浓度具有明显的季节性特征,基本呈冬季>春秋季>夏季的趋势,其中冬季ρ(PM2.5)、ρ(PM10)、ρ(CO)、ρ(NO2)、ρ(SO2)分别为(73±27)(114±42)(1.49±0.61)(36±14)(42±33)μg/m3.③ 高ρ(PM2.5)和ρ(PM10)主要集中在华北平原,年均值分别为(70±16)(117±22)μg/m3;高ρ(CO)主要出现在山西省,年均值为(1.76±0.48)mg/m3;高ρ(NO2)主要分布在京津冀、山东省和长江三角洲,年均值分别为(42±6)(39±9)(34±8)μg/m3;高ρ(SO2)主要分布在山西、山东两省,年均值分别为(54±10)(41±16)μg/m3.④ Pearson相关系数研究表明,我国城市环境空气颗粒物与气态污染物具有较强的复合性,并且具有秋冬季明显强于春夏季的季节性特征.研究显示,我国城市大气污染具有较强的季节性、区域性与复合性,在降低环境空气颗粒物浓度的同时,对气态污染物的削减也不容忽视.
西安市不同天气下可培养微生物气溶胶浓度变化特征
路瑞, 李婉欣, 宋颖, 谢铮胜, 李彦鹏
2017, 30(7): 1012-1019. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.37
摘要(2226) HTML (95) PDF(1495)
摘要:
为探明天气状况对可培养微生物气溶胶分布特性的影响,于2014年8月-2015年7月利用Anderson六级空气微生物采样器对西安市微生物气溶胶进行采样,通过培养法检测分析了可培养细菌和真菌气溶胶在1 a的月际与季节性浓度变化特征,重点研究了不同天气状况下气溶胶的浓度与粒径分布.结果表明:西安市可培养细菌和真菌气溶胶月均浓度均在10月最高,分别为(1 004.81±546.14)和(765.54±544.36)CFU/m3.可培养细菌和真菌气溶胶的季节平均浓度均在夏季最低,分别为(361.96±56.96)和(280.33±74.43)CFU/m3;不同天气条件下气溶胶的浓度变化为晴天 < 雨天 < 阴云天 < 霾天.可培养细菌气溶胶在晴天、阴云天、雨天和霾天粒径分布的峰值分别出现在3.3~4.7、4.7~7.0、3.3~4.7、3.3~4.7 μm区间上,表现为明显的单峰分布;而可培养真菌气溶胶的粒径分布在非霾天则无显著性差异(P>0.05).不同天气状况下可呼吸微生物气溶胶均超过总微生物气溶胶的60%.各天气状况下可培养细菌气溶胶的几何中值直径大于真菌气溶胶.
水环境
夏季太湖CDOM光学特性空间差异及其来源解析
江俊武, 李帅东, 沈胤胤, 吴亚林, 黄昌春, 黄涛, 姜晟
2017, 30(7): 1020-1030. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.32
摘要(1860) HTML (95) PDF(1753)
摘要:
为进一步探究夏季太湖CDOM(有色溶解性有机质)光学特性在空间分布上的差异性与其来源的关系,对其紫外-可见吸收及三维荧光光谱特性进行了分析研究,在此基础上进一步分析了CDOM吸尘系数及其荧光组分(C1、C2、C3、C4)强度和各水质参数间的相关性.结合主成分分析法探讨了CDOM的来源以及与各参数指标[ρ(DOC)除外]之间的来源关系.结果表明:CDOM吸收系数α(355)、S值(光谱斜率)变化范围分别为3.27~8.27 m-1和0.011~0.021 nm-1;太湖西部、北部及南部湖区CDOM丰度较大,S值较低,受陆源输入的影响较为明显.CDOM的三维荧光光谱揭示其中含有两种类蛋白质组分C1和C2以及类腐殖质组分C3和C4,并且以类蛋白质组分为主.此外,大部分采样点的荧光指数(FI)为1.70~2.01,自生源指数(BIX)大于1,腐殖化指数(HIX)小于0.6,r(T/C)(荧光峰T与荧光峰C荧光强度比值)小于2,表明夏季太湖CDOM内源特性相对强烈.研究显示,除ρ(DOC)外,CDOM与其他水质参数在第一主成分上(贡献率为90.8%)均存在显著相关关系,说明各水质参数的来源存在相似性,并且受生物自生源影响更为显著.
三峡库区主要水域典型抗生素分布及生态风险评估
封丽, 程艳茹, 封雷, 张晟, 刘异齐
2017, 30(7): 1031-1040. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.33
摘要(2378) HTML (125) PDF(1744)
摘要:
为评价三峡库区主要水域典型抗生素的污染状况和生态风险,利用固相萃取-高效液相色谱-串联三重四极杆质谱联用法(SPE-HPLC-MS/MS),分析三峡库区长江干流和6条支流表层水体中6类28种抗生素的质量浓度,根据欧盟环境风险评价方法计算RQS(风险商值)及RQsum(联合风险商值),并按照Hernando等提出评级方法评价研究区域的生态风险等级.结果表明:三峡库区7条河流共检出4类10种抗生素,质量浓度范围为0.6~218.0 ng/L,其中除OFX(氧氟沙星)和CAP(氯霉素)外,其余8种[SDI(磺胺嘧啶)、SMX(磺胺甲唑)、SMZ(磺胺二甲嘧啶)、ERM(红霉素)、ROM(罗红霉素)、TYL(泰乐菌素)、FF(氟苯尼考)、LIN(林可霉素)]均为畜禽药品,并且FF、LIN在我国畜禽药品中使用量排名居前五位.7条河流抗生素RQsum由高到低依次为濑溪河>琼江>綦江>碧溪河>嘉陵江>长江>乌江,其中,濑溪河RQsum高达5.532,SMX、ERM和OFX均为高风险,说明其对濑溪河水体中相应的水生生物表现出较高的毒性风险;琼江、綦江、碧溪河和嘉陵江的RQsum均处于1~2之间,表现出较高生态风险,但4条河流检出抗生素的单个RQS均小于1,处于低风险;长江的RQsum为0.605,检出抗生素中TYL、ERM和ROM处于中风险,其余为低风险;乌江的RQsum为0.013,检出抗生素均处于低风险,说明水体受人类活动干扰最小.研究显示,三峡库区主要水域中抗生素含量略低于其他水域,但应进一步强化对畜禽养殖行业抗生素使用的监管,开展畜禽粪污还田技术规范中抗生素含量限制的相关研究.
大宁河水生态系统健康评价
张雷, 时瑶, 张佳磊, 刘志超, 秦延文, 迟明慧
2017, 30(7): 1041-1049. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.30
摘要(2143) HTML (25) PDF(1500)
摘要:
随着人口增长及社会经济的发展,河流水生态系统健康受到严重威胁.为了解大宁河水生态系统健康状况,选取大宁河2011-2015年水体水质[水温、pH、SD(透明度)、ρ(DO)、ρ(CODMn)、ρ(TN)、ρ(TP)]与水生态[藻密度、ρ(Chla)]9个主要指标,构建了大宁河水生态系统健康评价指标体系,运用基于熵值法的综合健康指数法对其水体生态系统健康状况进行综合评价.结果表明,2011-2015年,大宁河水生态系统健康状况整体呈亚健康状态,有50.89%的监测样本处于亚健康状态,枯水期健康状态好于丰水期.大宁河各监测断面CHI(综合健康指数)值的季节变化特征为丰水期低于枯水期;年际变化特征为从2011-2015年CHI值呈先升后降的变化趋势,健康状态呈先转好后转差的变化趋势,大宁河水体富营养化趋势明显;空间变化特征为丰水期和枯水期CHI最低值主要位于中下游的白水河、龙门和菜子坝断面,河流水质与人类活动强度密切相关.研究显示,影响大宁河水生态系统健康的关键因子为营养盐指标[ρ(TN)、ρ(TP)]和有机物指标[ρ(CODMn)].
生态环境
1982-2013年潞安矿区NDVI3g变化趋势及气候响应
马雯思, 马超, 赵鹏飞, 刘玮玮, 马威
2017, 30(7): 1050-1058. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.35
摘要(1578) HTML (55) PDF(1530)
摘要:
为了揭示全球变化背景下矿业开发活动对矿区生态环境的影响,采用长时序GIMMS AVHRR NDVI3g(1982-2013年)全球植被指数数据集和气候信息(年均降水量和气温数据),运用IDL编程实现数据合成运算、线性回归和趋势拟合,从时间、空间、气候三方面对矿区、缓冲区(10 km、20 km)、校验区的NDVI平均值和总值进行比较研究,并推算出生长期变化趋势.时序分析表明,32 a来矿区NDVI总量随开采年限延长呈先增后减/波动中下降的趋势,下降速率为0.18/(10 a).矿区植被返青期滞后3 d,枯黄期提前30 d,生长期缩短33 d,缩减速率为10.3 d/(10 a).空间分析表明,除潞安矿区外其他三区生长季均有所延长,研究区平均NDVI年增长率依次为矿区(1.09%) < 10 km缓冲区(2.16%) < 20 km缓冲区(8.86%) < 校验区(9.87%),矿区NDVI总量自1995年后开始减少,非开采区NDVI总量呈增加趋势.气候变化分析表明,校验区NDVI对温度敏感性高于降水量,矿区NDVI对降水量敏感性高于温度,其中温度对两区植被生长有明显滞后性.研究显示,矿业开发活动抑制了矿区及周边区域NDVI的增长,NDVI年增长率远低于校验区,受温度升高、降水量减少共同作用,自然生态下校验区NDVI呈增加趋势,生长季延长;而受开采扰动影响下的矿区植被活动呈减弱趋势,生长期也有所缩短.
土壤环境
基于环境因子和邻近信息的土壤属性空间分布预测
江叶枫, 孙凯, 郭熙, 叶英聪, 饶磊, 李伟峰
2017, 30(7): 1059-1068. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.09
摘要(1682) HTML (55) PDF(1241)
摘要:
为探索乡镇尺度上土壤属性空间分布预测的最佳方法,以江西省万年县齐埠镇为例,借助四方位搜索法、地统计学和遥感影像分析技术提取环境因子(地形因子和植被覆盖指数)和邻近信息[w(有机质)与w(速效钾)],构建OK法(普通克里金法)、RK1法(仅基于环境因子的回归克里金法)以及RK2法(基于环境因子和邻近信息的回归克里金法)对齐埠镇耕地表层(0~20 cm)土壤w(有机质)、w(速效钾)空间分布进行预测.结果表明:齐埠镇土壤w(有机质)平均值为35.03 g/kg,w(速效钾)平均值为96.73 mg/kg,均为中等空间变异性.对62个样点进行建模,16个测试样点进行独立验证的误差分析表明,RK2法对土壤w(有机质)、w(速效钾)预测结果的均方根误差、平均绝对误差和平均相对误差较OK法分别降低了18.05%、18.01%、21.77%和7.25%、9.49%、9.84%;较RK1法分别降低了22.48%、20.91%、22.02%和9.27%、12.61%、13.52%.研究显示,RK2法明显提高了土壤w(有机质)、w(速效钾)空间分布模拟精度,并且存在改进和提高的空间.
乌兰布和沙漠不同灌丛土壤颗粒多重分形特征及其与有机碳分布的关系
代豫杰, 李锦荣, 郭建英, 韩秀峰, 张梦璇, 周晓莹, 董智
2017, 30(7): 1069-1078. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.02
摘要(1940) HTML (125) PDF(1550)
摘要:
w(SOC)(SOC为土壤有机碳,soil organic carbon)及其分布状况显著受到土壤PSD(particle-size distribution,粒径分布)和有机质相互胶结方式的差异影响,而w(SOC)可反映土壤结构优劣程度,表征土壤肥力状况及碳库饱和度.以乌兰布和沙漠沙冬青、花棒、猫头刺、白刺和梭梭灌丛下0~100 cm深度风沙土为研究对象,通过野外分层采样与室内测试,采用多重分形理论探讨土壤特性和w(SOC)分布特征及其相互关系,反映土壤结构及肥力状况.结果表明:① 不同灌丛下的土壤均具有良好的分形特征,并且灌丛可通过降低风速,使≤ 50 μm的优质颗粒在周围表层土壤沉降,而优质颗粒数量与w(SOC)、D0(粒径分布范围)及D1(分布均匀程度)极显著正相关(P < 0.01),与D1/D0(分布离散程度)极显著负相关(P < 0.01);② 各灌丛下w(SOC)的大小关系与D1D0相似但与D1/D0完全相反,即w(SOC)可表征PSD状况进而反映土壤结构优劣程度,并且在沙冬青灌丛的>20~30、>60~80 cm土层出现两次峰值,分别为11.958、11.928 g/kg;③ 对D0的扩大及D1/D0的降低程度以沙冬青灌丛最为明显,但对D1的降低程度则以花棒灌丛最为明显.研究显示,多重分形理论可很好地描述乌兰布和沙漠风沙土性质,并且适生灌丛中沙冬青及花棒可更好地改善土壤颗粒及SOC特征,故可通过种植二者局部改良土壤及增加碳库饱和度.
滇西北纳帕海高原湿地区域退化草甸土壤有机碳含量特征
李璇, 栗忠飞
2017, 30(7): 1079-1088. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.34
摘要(1806) HTML (43) PDF(1632)
摘要:
为了解气候变化和人类活动双重影响下纳帕海高原湿地区域有机碳含量特征,采用空间格网状抽样调查方法,对区域内退化系列下湿地草甸w(SOC)(SOC为土壤有机碳)特征进行研究.结果表明:① 随着草甸的退化及土壤深度的增加,土壤含水量呈下降趋势,土壤容重呈增加趋势;② 从无退化草甸到重度退化草甸,植被地上生物量从321.4 g/m2降至142.1 g/m2;③ 在地表至地下50 cm深度范围内,从无退化到重度退化草甸,w(SOC)分别为28.21、20.59、18.01、14.81 g/kg,湿地草甸退化导致w(SOC)下降了近50%,ρ(SOC)从40.92 kg/m3降至25.23 kg/m3;④ 狼毒草甸的w(SOC)、ρ(SOC)等均表现出相对较高的水平,仅次于无退化样地;⑤ w(SOC)与土壤含水量呈显著正相关(P < 0.05)、与土壤容重呈显著负相关(P < 0.01).湿地草甸植被退化所形成的地上植被盖度及生物量的下降,以及土壤含水量的下降和土壤容重的增加,最终导致近50%左右的w(SOC)发生流失;此外,若从同类研究中季节性淹水的沼泽或沼泽化草甸转变为该研究中常年出露于水面的草甸景观后,在20 cm土壤深度内将导致45%以上的w(SOC)损失.
生态毒理
锑对土壤跳虫(Folsomia candida)的毒性效应
林祥龙, 孙在金, 陈卫玉, 姚娜, 赵龙, 赵淑婷, 侯红
2017, 30(7): 1089-1097. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.12
摘要(2015) HTML (35) PDF(1415)
摘要:
为了解Sb(锑)对土壤无脊椎动物的毒性效应及对比不同类型土壤中Sb毒性的差异,选取死亡率、逃避率、繁殖数三组个体水平的评价指标研究了3种典型土壤(海伦黑土、祁阳红壤、北京潮土)中外源添加Sb对模式生物——跳虫(Folsomia candida)的急性毒性和慢性毒性效应.结果表明,基于实测w(Sb)求得的上述3种土壤中Sb影响跳虫逃避的2 d-EC50(EC50为半数效应浓度)分别为298、>431[高于土壤中最高w(Sb)]和132 mg/kg;影响跳虫死亡的7 d-LC50(LC50为半数致死浓度)分别为3 352、4 007、2 105 mg/kg;影响跳虫死亡的28 d-LC50分别为2 271、1 865、703 mg/kg,影响跳虫繁殖的28 d-EC50分别为1 799、1 323、307 mg/kg.由上述毒性阈值大小可知,跳虫逃避率的敏感性高于死亡率和繁殖数的敏感性,不同土壤中Sb对跳虫的毒性大小具有显著差异,北京潮土中Sb对跳虫的毒性与海伦黑土、祁阳红壤相比最大差别接近6倍,表明不同土壤理化性质对Sb生态毒性效应具有显著影响.但基于w(Sb水提)求得的上述3种土壤中Sb的毒性阈值差异减小,说明水提态Sb与其毒性具有显著相关性,可以较好地解释不同土壤间Sb毒性的差异.该研究结果可为建立我国土壤中Sb的毒性预测模型及制订Sb的质量标准值提供依据.
污染治理技术与方法
复合生物阴极型微生物燃料电池处理废水及同步产电性能
王琳, 李雪, 王丽
2017, 30(7): 1098-1104. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.36
摘要(1520) HTML (61) PDF(1536)
摘要:
为研究生物阴极在MFC(微生物燃料电池)中的应用,分别以粒径为2~4 mm的颗粒活性炭和粒径为2~4、4~8、8~12 mm的颗粒石墨为阴极基质材料,构建升流复合生物阴极型单室MFC,研究阴极基质材料的种类和粒径对MFC的产电性能和净水效能的影响.结果表明:当阳极基质材料为2~4 mm粒径的颗粒活性炭时,燃料电池中利用玻璃纤维取代离子交换膜,阴极基质材料为选用4~8 mm粒径颗粒石墨的反应柱产电量最大,为534 mV(外电阻为1 000 Ω),最大功率密度达到631.6 mW/m3,库伦效率为3.82%;阴极的pH越低越有利于阴极的产电反应;不同阴极基质材料的MFC对CODCr去除率均在80%左右,TN、NH4+-N及TP的去除率最高可分别达到79%、93%和34%.研究显示,阴极基质材料的种类和粒径对MFC的产电性影响较大,但对其净水效能的影响不大.
紫外光强化Fe(Ⅱ)-EDTA活化过硫酸盐降解直接耐酸大红4BS
尹汉雄, 唐玉朝, 黄显怀, 薛莉娉, 徐满天, 胡伟, 王涛
2017, 30(7): 1105-1111. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.44
摘要(2158) HTML (39) PDF(1304)
摘要:
为探索硫酸根自由基对偶氮染料的降解能力,以直接耐酸大红4BS(下称大红4BS)为模拟污染物,通过UV/Fe(Ⅱ)-EDTA/PDS(PDS为过硫酸钠)体系,探讨了初始c(PDS)、Fe(Ⅱ)/EDTA(摩尔比)、无机盐阴离子等对大红4BS降解的影响.结果表明,大红4BS的脱色率随着初始c(PDS)的增加而增大,当c(PDS)超过15 mmol/L时无显著变化.Fe(Ⅱ)/EDTA比在5:1时效果最好,5 min时使0.038 0 mmol/L大红4BS的脱色率达到93.6%.反应符合二级动力学模型.HCO3-、Cl-、NO3-、SO42-等无机盐阴离子表现出明显抑制作用,c(无机盐阴离子)在100 mmol/L条件下,脱色率分别降低66.9%、13.2%、12.1%、9.43%.利用紫外可见光谱,依据其结构与特征吸收的关系,初步推测自由基离子对大红4BS降解的途径:苯环最先遭到破坏,随后偶氮键断裂、萘环开裂.研究显示,UV光可有效强化Fe(Ⅱ)-EDTA活化过硫酸盐形成SO4-·自由基,对偶氮染料具有很好的脱色能力,最佳反应条件[PDS:Fe(Ⅱ):EDTA(摩尔比)为15:5:1]下,大红4BS在10 min时脱色率高达98.1%.
改性凹凸棒土/纳米铁复合材料与微生物耦合去除地下水硝酸盐氮的研究
董磊, 林莉, 李青云, 吴敏, 郦超
2017, 30(7): 1112-1119. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.22
摘要(1670) HTML (31) PDF(1591)
摘要:
地下水是我国重要的饮用水源之一,国内部分地区地下水NO3--N含量超标,对人体健康造成潜在威胁.采用模拟装置考察改性凹凸棒土/纳米铁复合材料、反硝化细菌及其耦合体系对地下水NO3--N去除效果及脱氮产物的变化特征.结果表明,在模拟地下水溶解氧[ρ(DO)为0.3 mg/L]、温度(15℃)和黑暗环境下,50 mg改性凹凸棒土/纳米铁复合材料与50 mg/L NO3--N反应,7 d后NO3--N去除率为43.7%,其中63.6%的还原产物转化为NH4+-N,几乎无NO2--N生成,TN去除率为15.9%;反硝化细菌体系中,7 d后NO3--N去除率仅为9.7%,其中NO2--N占4.1%,几乎无NH4+-N生成,TN去除率为5.3%;在改性凹凸棒土/纳米铁复合材料-反硝化细菌耦合体系中,7 d后NO3--N去除率为80.6%,其中NH4+-N占33.2%、NO2--N占12.1%,TN去除率为35.2%.研究显示,模拟地下水环境下,改性凹凸棒土/纳米铁复合材料-反硝化细菌耦合体系对NO3--N去除效果最好,TN去除率高.
青贮秸秆活性炭的制备和改性及其对阿莫西林的吸附特性
聂晨曦, 徐景涛, 武道吉, 王宁, 丁国村
2017, 30(7): 1120-1128. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.18
摘要(1779) HTML (35) PDF(1526)
摘要:
为提高秸秆活性炭性能及其对AMX(阿莫西林)的吸附效果,研究了青贮秸秆活性炭的制备和改性方法及其对AMX的吸附特性.以青贮玉米秸秆为原料,通过响应面法(RSM),在活化温度为584℃、浸渍比为1:1.9的条件下,制备了AC-S(青贮活性炭)和AC-SA(改性青贮活性炭).通过比表面积和孔径分析,AC-S和AC-SA的SBET(比表面积)分别为1 521、1 347 m2/g,两种活性炭兼具中孔和微孔.研究了吸附动力学、热力学特性及初始ρ(AMX)、pH对吸附结果的影响.结果表明,AC-S和AC-SA对AMX的最大吸附量分别为39.69、45.60 mg/L,均符合伪二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型(R20.99),吸附形式主要为化学吸附,在酸性条件下吸附量增加.研究显示,改性后AC-SA的酸性官能团增加45.31%,提高了其与AMX的碱性基团结合能力,因此对AMX的吸附效果更好.
SBR反应器内碳基好氧颗粒污泥的培养及其稳定运行特性
管蕾, 信欣, 朱辽东, 袁劲桢, 陈凡
2017, 30(7): 1129-1137. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.29
摘要(1734) HTML (27) PDF(1342)
摘要:
为探究粉末活性炭和钙离子的投加对污泥颗粒化进程的影响,在300 L SBR(序批式反应器)中接种普通絮状污泥,投加1.0 g/L粒径约75 μm的PAC(粉末活性炭)及35 mg/L的Ca2+以促进污泥颗粒化进程,并研究其稳定运行特性.结果表明:常温下反应器在14 d内开始形成具有良好沉降性能的AGS(好氧颗粒污泥),至第18天污泥颗粒化程度达到80.0%左右;在此后运行的100 d内,AGS基本能保持其结构完整性.同时,反应器内ρ(MLSS)(污泥浓度)由接种时的3 300 mg/L升至4 050 mg/L,污泥SVI(体积指数)由接种时的120 mL/g变为35 mL/g.w(PS)(PS为胞外多糖)较少且变化量小;w(PN)(PN为胞外蛋白)在反应器启动及稳定运行阶段内都在提高,最终达到240 mg/g(以每gMLVSS中含PS的质量计),PN/PS(质量比)最终稳定在15.00左右.稳定运行期间,反应器对污水中CODCr、TN、TP的平均去除率分别达到82.0%、76.5%和96.0%.研究显示,投加的PAC与普通絮状污泥间的吸附作用,促进了污泥的颗粒化进程;同时,PAC作为AGS的惰性成核物质,避免了AGS因内源呼吸从颗粒内部解体,提高了AGS的稳定性.
抗坏血酸与柠檬酸对尾矿Pb污染土壤电动修复的强化效果
张英杰, 徐龙云, 董鹏
2017, 30(7): 1138-1145. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.25
摘要(1777) HTML (36) PDF(1255)
摘要:
为研究抗坏血酸与柠檬酸作为增强试剂对高酸性缓冲能力的尾矿Pb污染土壤[w(Pb)为(5491.9±24)mg/kg]电动修复的强化效果,利用0.1 mol/L柠檬酸作为阴极电解液并控制阴极pH在2~3之间,系统分析土壤饱和液中c(抗坏血酸)(0~0.4 mol/L)、修复电压梯度(1~3 V/cm)对电动修复Pb污染土壤的影响,并对土壤中Pb的存在形态进行分析.结果表明:当电动修复过程中施加电压梯度为1 V/cm、c(抗坏血酸)(0~0.4 mol/L)作为饱和液时,随着c(抗坏血酸)的增加,土壤中Pb的迁移能力随之增加,Pb的去除率得到提高.当c(抗坏血酸)达到0.4 mol/L时,土壤中Pb的去除率为36.86%;保持c(抗坏血酸)为0.4 mol/L,当施加电压梯度由1 V/cm增至2 V/cm时,土壤中Pb的去除率得到增加(最高可达87.09%),通过Pb的形态变化可知,w(弱酸提取态Pb)由初始的2.99%(1 V/cm)最大可降至0.34%(2 V/cm),w(可还原态Pb)由初始的83.86%(1 V/cm)最大降至2.94%(2 V/cm).研究显示,当c(抗坏血酸)为0.4 mol/L、柠檬酸(作为阴极电解液)控制阴极电解室pH在2~3之间、施加电压梯度为2 V/cm时,土壤中Pb的迁移能力显著提高并达到较好的修复效果.
不同粒径羟基磷灰石对污染土壤铜镉磷有效性和酶活性的影响
崔红标, 何静, 吴求刚, 巨星艳, 范玉超, 仓龙, 周静
2017, 30(7): 1146-1153. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.04
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摘要:
为研究不同粒径羟基磷灰石对重金属污染土壤的修复效果,采用向污染土壤添加常规磷灰石(150 μm)、微米(3 μm)和纳米(40 nm)羟基磷灰石的田间原位试验方法,考察其钝化修复5 a后对土壤铜镉磷有效性和酶活性的影响.结果表明:3种粒径羟基磷灰石均提高了土壤pH,降低了土壤交换性酸和交换性铝的含量,且微米羟基磷灰石处理效果最好.常规磷灰石、微米和纳米羟基磷灰石处理分别使w(离子交换态铜)降低了62.6%、74.3%和70.4%,w(离子交换态镉)降低了15.7%、25.3%和26.7%.3种材料均增加了土壤w(TP),其中4.61%~17.4%和73.4%~89.8%分别转化为树脂磷和稳定态磷.微米羟基磷灰石处理分别使土壤脲酶活性和微生物量碳含量提高了4.66和0.66倍.研究显示,微米羟基磷灰石更有利于铜和镉由活性态向非活性态转化,增加土壤磷的有效性,提高土壤微生物活性,在我国南方重金属污染红壤区具有较好的应用潜力.
环境管理与规划
广东省交通碳排放核算及影响因素分析
庄颖, 夏斌
2017, 30(7): 1154-1162. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2017.02.43
摘要(1875) HTML (75) PDF(1799)
摘要:
交通领域是二氧化碳排放的重要领域,为研究广东省的交通碳排放及影响因素,利用IPCC(联合国政府间气候变化专门委员会)在温室气体清单指南中提供的方法估算了广东交通碳排放量,并应用LMDI分解法(对数平均指数法)对广东交通碳排放进行因素分解分析.结果表明:① 2001-2010年广东交通碳排放量从1 950.98×104 t增至6 068.41×104 t,其中交通运输业碳排放是广东交通碳排放的主体,私人交通碳排放已成为广东交通碳排放不可忽视的组成部分.② 交通运输业中的公路碳排放量占比最大,占56%~64%;铁路的碳排放量占比最小,占0.6%~1.6%;水运具有较大的节能优势;民航单位周转量碳排放量最高.③ 交通运输业发展水平、运输结构、私人汽车数量规模对广东交通碳排放增加的贡献率分别为68.79%、36.14%、18.66%,是拉动广东交通碳排放增长的主要因素;运输强度与能源强度的贡献率分别为-18.1%、-6.46%,是抑制交通碳排放增长的因素.广东可以通过采取优化交通运输结构、使用替代清洁能源等措施减少交通碳排放.