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2019年  第32卷  第7期

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封面+目录
2019, 32(7): .
摘要(712) PDF(449)
摘要:
专论
京津冀水源涵养生态服务供体区与受体区范围的划分
翟月鹏, 陈艳梅, 高吉喜, 宋婷, 冯朝阳, 年蔚
2019, 32(7): 1099-1107. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2018.12.04
摘要(1177) HTML (57) PDF(502)
摘要:
京津冀水资源问题已经严重制约区域经济发展,定量分析研究区水源涵养生态服务供受关系,有助于深刻理解区域上下游之间的生态联系,促进区域生态公平,实现区域社会持续健康发展.利用降水储量法、水量平衡法及水源涵养生态服务供体区与受体区划分方法,分析2000-2010年京津冀净水源涵养量空间格局,划分研究区水源涵养生态服务供体区和受体区范围.结果表明:①冀北燕山山区净水源涵养量最高,年均值为65.24~81.35 mm,其次是冀西太行山山区,年均值为46.47~61.28 mm;净水源涵养量负值区主要分布在东部沿海和大中小城市,年均值为-130.46~-152.39 mm.②水源涵养生态服务供体区占研究区面积的41.42%,单位面积(m2,下同)平均净供水量为0.03~0.07 m3;水源涵养生态服务平衡区面积占25.01%;水源涵养生态服务受体区面积占33.57%,单位面积平均净需水量为0.18~0.41 m3,是供体区供水能力的6倍左右.③从流域来看,滦河流域的承德市为天津市、秦皇岛市及唐山市供应水资源,年均供水总量为23.7×108 m3;永定河流域的张家口市为北京市供应水资源,年均供水总量为5.3×108 m3;大清河流域的保定市为北京市及天津市西南部供应水资源,年均供水总量为8.2×108 m3;但子牙河流域和漳卫河流域供水能力严重不足.研究显示,燕山山区和太行山山区为水源涵养生态服务供体区,东部沿海和大中小城市为主要水源涵养生态服务受体区,水源涵养生态服务供体区净水源涵养能力不能满足水源涵养生态服务受体区需水量,整个研究区供受关系严重失衡.
东北湖区典型流域生态安全评估
刘丽娜, 马春子, 张靖天, 何卓识, 霍守亮, 席北斗
2019, 32(7): 1108-1116. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2018.11.23
摘要(919) HTML (39) PDF(509)
摘要:
为评估东北湖区湖泊生态安全,在山口湖流域水质特征分析的基础上,分别采用模糊综合评价法、层次分析法和DPSIR(驱动力-压力-状态-影响-响应)模型对山口湖流域水环境质量、陆域生态系统健康状况和流域生态安全进行综合评估.结果表明:①2014年山口湖水体氮、磷、有机物质量浓度较低,各月营养水平存在较大波动:3月冰封期ρ(TN)、ρ(TP)和ρ(CODMn)最低,分别为0.681、0.022、6.31 mg/L;5月冰层溶解时ρ(TN)和ρ(CODMn)最高,分别为1.771、8.27 mg/L.在3条入湖河流中,长水河受生活源和农业面源污染较重,ρ(TN)年均值为2.244 mg/L,超出GB 3838-2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类标准限值;南水河污染较轻,ρ(TN)、ρ(TP)平均值分别为1.061、0.059 mg/L;土鲁木河受人类活动影响较小,污染最轻.②模糊综合评价结果显示,除5月外,2014年山口湖水体总体上处于GB 3838-2002 Ⅲ类水质.③1988-2014年山口湖陆域生态系统处于优秀状态,但健康指数由1988年的90.06降至2014年的87.63,森林覆盖率下降、农田比例增加是陆域生态系统健康状态下降的主要原因.④2014年山口湖流域生态安全指数值为72.61,处于较安全状态,经济发展水平落后、入湖污染物未有效控制、透明度低、水产品供给指标功能较差、污染物处理能力差是影响山口湖生态安全的主要因素.研究显示,需减少农田化肥施用量,加强农村和农业面源污染防治等措施,控制污染物入湖量,加强环境监管能力建设和科技支撑,提高山口湖流域生态安全状态.
中国典型城市PM2.5浓度时空演绎规律及影响因素分析
屈超, 陈婷婷, 刘佳, 李煜东
2019, 32(7): 1117-1125. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2018.09.11
摘要(883) HTML (51) PDF(697)
摘要:
为探讨空气中ρ(PM2.5)的空间集聚特征和气候、大气成分变量对空气中ρ(PM2.5)的影响,利用首批纳入PM2.5监测的74个城市的ρ(PM2.5)数据计算Moran's I指数,并选取其中38个典型城市进行计量分析.在基于引力模型的空间权重矩阵基础上,构建面板数据SDM(空间面板杜宾模型).结果表明:ρ(PM10)、ρ(SO2)、ρ(CO)、ρ(O3)、RH(relative humidity,相对湿度)与城市ρ(PM2.5)呈正相关,而T(temperature,温度)和WS(wind speed,风速)与城市ρ(PM2.5)呈负相关;ρ(PM10)、ρ(CO)、RH是位于前3位影响城市ρ(PM2.5)的关键性因素,其总效应分别为0.720 1、0.241 7、0.133 9.地理上邻近城市ρ(PM2.5)具有明显的外部空间溢出效应,即邻近城市ρ(PM2.5)每增加10百分点,将导致该地区ρ(PM2.5)增长6.12百分点.300 km左右是保证PM2.5区域"联防联控"最佳效果的最大门槛距离,超过该门槛距离,区域"联防联控"的力度和效果会随着距离的增加而逐渐减弱;当门槛距离大于500 km时,ρ(PM2.5)的空间自相关性不显著.气候变量中,RH和ρ(PM2.5)呈同方向变化,而T、WS与ρ(PM2.5)呈反方向变化.研究显示,关注单一地区或单一因素(气候或大气成分)均不能有效控制PM2.5污染,在保持经济稳定增长的前提下,各地治理PM2.5应从调整产业结构、优化能源结构、完善防控机制等多个维度共同推进,促使经济增长方式早日从"粗放型"向"集约型"转变.
展望
流域水质预警体系研究与应用进展
王业耀, 姜明岑, 李茜, 陈亚男, 白雪, 杨琦
2019, 32(7): 1126-1133. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2019.05.01
摘要(984) HTML (58) PDF(674)
摘要:
流域水质预警是水质监控管理的重要组成部分,完善的流域水质预警体系可为流域水污染处理提供充足时间和所需信息,有效削减水污染对水环境造成的影响.对国内外的流域水质预警体系研究进展分别从预警体系目标、预警指标、预警阈值及模拟模型4个方面进行了综述,并且对目前国内外典型流域水质预警体系进行了分析.结果表明:流域水质预警体系目标主要从流域水体功能和水体污染风险2个方面进行考虑;预警指标可分为物化和生物毒性指标2类,生物毒性指标可弥补物化指标的不足,但不能完全替代,二者联合并施是未来预警指标筛选的发展方向;预警阈值的制定依据环境质量标准、排放标准、水质现状及污染源特征等信息,采用单指标多次报警、多指标联合报警或物化与生物毒性指标联合报警等方式,可提高预警体系的稳定和可靠性;污染物迁移转化模型已有一些成熟应用,但大部分模型依然需要大量的参数和历史数据才能保证准确性,因此对于大型流域难以适用.目前我国还未有国家层面完整的流域水质预警体系和相关流程在应用,特别是缺乏可靠的污染物迁移转化模型.未来应从建立典型流域水质预警体系着手,集成地方流域成熟应用的污染物迁移转化模型,逐步完善国家层面的流域水质预警体系,为我国流域水质安全提供保障.
京津冀
邯郸市秋季大气挥发性有机物污染特征
王雨, 王丽涛, 杨光, 鲁晓晗, 马笑, 汪庆, 许瑞广
2019, 32(7): 1134-1142. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2019.01.07
摘要(971) HTML (42) PDF(636)
摘要:
大气中VOCs(volatile organic compounds,挥发性有机物)是形成O3和二次有机气溶胶的重要前体物.通过对2017年10月1-31日邯郸市秋季环境空气中56种VOCs污染物进行在线监测,结合PM2.5、O3、NOx等污染物质量浓度和气象数据,分析了邯郸市VOCs质量浓度水平、时间变化特征、化学反应活性和主要来源.结果表明:邯郸市ρ(VOCs)变化范围较大,为49.1~358.4 μg/m3,平均值为(102.2±45.8)μg/m3,VOCs的主要组分为烷烃和芳烃.ρ(VOCs)与ρ(PM2.5)、ρ(NOx)均有很强的相关性,相关系数分别为0.8和0.7;而ρ(NOx)与ρ(O3)呈明显的负相关性,相关系数为-0.7.邯郸市VOCs中各类组分化学反应活性大小依次为烯烃>芳烃>烷烃>炔烃,并且国庆期间(10月1-7日)VOCs化学反应活性小于非国庆期间(10月8-31日),烯烃和芳烃对O3的产生占主导地位.应用主因子分析法对邯郸市VOCs来源进行解析发现,溶剂使用和燃料挥发源、汽油车排放源、工业源、柴油车排放源和燃烧源是VOCs的主要来源,其方差贡献率分别为36.7%、15.5%、8.0%、6.6%、5.1%.研究显示,减少邯郸市大气中ρ(VOCs)应以控制溶剂使用和燃料挥发源、交通排放源(汽油车排放源和柴油车排放源)为主.
水质基准与风险评估专题
基于不同毒性终点的壬基酚生态风险评价
李雯雯, 王晓南, 高祥云, 李霁, 范博, 王尚洪, 刘征涛
2019, 32(7): 1143-1152. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2019.03.14
摘要(1148) HTML (71) PDF(492)
摘要:
NP(nonylphenol,壬基酚)作为一种具有雌激素效应的持久性有机污染物,可对水生态系统产生不可忽视的有害影响,并且随着生产及使用量的增加,NP在国内外水环境中被不同程度地检测出来,引起较大关注,因此有必要对其生态风险进行研究.通过综述部分淡水水体中NP的污染现状,采用物种敏感性分布法(SSD)和联合概率曲线法(JPC)对NP的生态风险进行分析;构建基于生长和发育、生物化学、繁殖和细胞毒性终点的物种敏感度分布曲线;基于4个毒性终点数据,采用联合概率曲线法评估国内外部分淡水水体中NP的生态风险.结果表明:①我国辽河、珠江和骆马湖的ρ(NP)均高于国内平均水平,且总体上我国ρ(NP)平均值为0.709 μg/L.②基于生长和发育、生物化学、繁殖和细胞毒性终点推导的HC5(5%物种受损有害浓度)值分别为0.694、0.589、0.142和0.317 μg/L.③在所调查水体中,以生长和发育为毒性终点的生态风险相对较小,处于可接受水平;以繁殖、细胞和生物化学为毒性终点的生态风险较高,应采取相关措施保障水生生物的安全.因此,NP对水生生物繁殖的毒性较明显,应持续关注其长期危害.
稀有鮈鲫物种敏感性及其在生态毒理学与水质基准中的应用
范博, 樊明, 刘征涛, 李霁, DyerSCOTT, 王晓南, 黄云
2019, 32(7): 1153-1161. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2019.01.11
摘要(1076) HTML (84) PDF(494)
摘要:
物种敏感性分析是水质基准及生态毒理学研究的关键环节,稀有鮈鲫(Gobiocypris rarus)作为我国鲤科鱼类的代表性受试鱼种,其对环境污染物的敏感性受到了国内外广泛关注.通过搜集稀有鮈鲫急性毒性数据,使用物种敏感度分布法比较分析稀有鮈鲫对15种典型环境污染物的敏感性,主要包括重金属(Zn2+、Cu2+、Cr6+、Hg2+)、VOCs(三氯乙烯、四氯乙烯、甲苯、邻苯二甲酸二丁酯)、苯胺类有机物(对氯苯胺、3,4-二氯苯胺)、含氯消毒剂(三氯异氰尿酸)和农药类有机物(毒死蜱、丁草胺、乙草胺、三唑酮),并对稀有鮈鲫在水质基准和生态毒理学研究中作为本土受试生物的适用性进行了讨论.结果表明:稀有鮈鲫对各类环境污染物的敏感性普遍较高(平均累积概率为46%),尤其对重金属和农药类有机物反应灵敏,其中对农药类有机物最为敏感(平均累积概率为26%),表明稀有鮈鲫可作为潜在的水质基准研究的受试生物和水质监测指示生物.在鱼类敏感性排序中,鲤科鱼类对各类环境污染物较为敏感,其中小型鲤科鱼类——稀有鮈鲫在鱼类敏感性排序中位置稳定,对大多数污染物的敏感性超过斑马鱼、黑头呆鱼、日本青鳉等国际标准试验鱼种,并且具有本土性、易人工繁育、生物背景清晰等优点,表明稀有鮈鲫是现阶段我国水质基准及生态毒理学研究的潜在本土受试生物.
稀有鮈鲫在鱼类胚胎急性毒性试验中的适用性研究
张京佶, 王绿平, 张琨
2019, 32(7): 1162-1169. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2019.02.08
摘要(960) HTML (73) PDF(466)
摘要:
为了验证我国本土鱼种稀有鮈鲫(Gobiocypris rarus)在鱼类胚胎急性毒性试验的适用性,评价其在鱼类替代试验中的应用潜力,选取3,4-二氯苯胺和五水硫酸铜,按照《OECD化学品测试准则No.236鱼类胚胎急性毒性试验》,分别开展6次稀有鮈鲫胚胎急性毒性试验,通过评价试验结果的重复性,验证稀有鮈鲫是否适用于鱼类胚胎急性毒性试验.结果表明:3,4-二氯苯胺和五水硫酸铜对稀有鮈鲫胚胎的96 h LC50(96 h半数致死浓度)平均值(x)分别为12.8和1.76 mg/L,标准差(s)分别为1.70和0.197 mg/L;变异系数(CV)分别为13.3%和11.2%,均小于30%;两种化学品6次试验的96 h LC50均在各自x±2s范围内.研究显示,稀有鮈鲫胚胎的形态特征、发育过程及孵化时间等生物学特征均与斑马鱼类似,3,4-二氯苯胺和五水硫酸铜这两种化学品的胚胎急性毒性试验结果具有良好的重复性,其敏感性也与成鱼类似.因此,稀有鮈鲫作为一种我国本土的标准试验鱼种,具有鱼类胚胎急性毒性试验的应用潜力.
研究
黄石市大气PM2.5中水溶性离子浓度特征及来源分析
郑敬茹, 瞿厚淑, 付山, 占长林, 姚瑞珍, 张家泉, 曹军骥
2019, 32(7): 1170-1178. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2019.04.01
摘要(1107) HTML (55) PDF(668)
摘要:
为研究黄石市大气PM2.5中水溶性离子组成、质量浓度变化特征及来源,于2012年3月-2013年2月在湖北省黄石市利用MiniVol颗粒物采样器采集PM2.5样品,用离子色谱分析了9种水溶性离子(NH4+、Ca2+、Mg2+、Na+、K+、Cl-、NO3-、SO42-、F-)的质量浓度,并采用PMF(正定矩阵因子分析法)模型讨论了不同离子的来源.结果表明:观测期间黄石市大气PM2.5ρ(总水溶性离子)的年均值为(61.5±26.8)μg/m3,占ρ(PM2.5)的63.9%,各离子质量浓度的高低顺序依次为ρ(SO42-)> ρ(NO3-)> ρ(NH4+)> ρ(Na+)> ρ(Cl-)> ρ(Ca2+)> ρ(K+)> ρ(F-)> ρ(Mg2+).二次无机离子SNA(为SO42-、NO3-和NH4+的统称)是水溶性离子的主要成分,占全部所测水溶性离子的74.4%.ρ(NO3-)/ρ(SO42-)范围为0.12~1.29,平均值为0.53±0.30,说明全年观测点附近主要以固定源污染为主.4个季节的SOR(硫氧化率)和NOR(氮氧化率)均大于0.10,说明黄石市PM2.5中的SO42-和NO3-主要是经二次转化形成的.阴、阳离子相关性研究发现,4个季节阴、阳离子总体相关性(R2为0.98)较好,并且全年PM2.5组分偏酸性.通过PMF模型源解析发现,黄石市大气PM2.5中水溶性离子主要来源于燃烧源、二次转化源和土壤/矿物扬尘源.研究显示,黄石市大气PM2.5中主要水溶性离子成分是SNA,燃烧、二次转化和土壤/矿物扬尘是其主要来源.
西宁市PM2.5水溶性无机离子特征及其来源解析
胡晓峰, 张翔, 柳笑, 张晓晶, 修光利, 王虹, 王建荣
2019, 32(7): 1179-1186. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2019.01.02
摘要(1015) HTML (62) PDF(486)
摘要:
为探讨西宁市PM2.5水溶性无机离子的特征及其来源,于2017年1月-2018年4月在西宁市开展PM2.5样品采集工作,使用离子色谱仪分析水溶性无机离子.结果表明:西宁市大气中ρ(PM2.5)平均值为(42.7±36.6)μg/m3,4个采样点ρ(PM2.5)大小顺序依次为市区(54.9 μg/m3)>工业区(44.1 μg/m3)>郊区(40.8 μg/m3)>农村(28.3 μg/m3);ρ(PM2.5)季节性分布特征明显,呈冬季最高、夏季最低的特征.SNA(为SO42-、NO3-和NH4+的统称)是最主要的水溶性离子,占总水溶性离子的66.3%,SNA季节性分布特征为冬季最高、夏季最低.4个采样点SOR(硫氧化率)和NOR(氮氧化率)平均值均大于0.10,说明SO42-和NO3-主要来源于二次转化.采样期间PM2.5ρ(NO3-)/ρ(SO42-)为0.72,表明燃煤源排放大于交通源排放.主成分分析显示,西宁市PM2.5水溶性离子来源主要为二次粒子源、工业源、扬尘源和燃烧源.研究显示,西宁市城区、工业区、郊区大气中ρ(PM2.5)平均值均超过GB 3095-2012《环境空气质量标准》一级标准限值,建议减少PM2.5的产生应以控制二次粒子源、工业源、燃烧源和扬尘源为主.
泰安市冬季一次严重空气污染过程分析
栾兆鹏, 邹大伟, 卢慧超, 赵天良, 曹乐, 杨瑞峰, 张艳
2019, 32(7): 1187-1194. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2019.03.11
摘要(971) HTML (43) PDF(501)
摘要:
为揭示泰安市空气污染形成原因,选取泰安市2016年12月一次严重空气污染过程,利用泰安市2016年12月地面和探空资料及NCEP/NCAR(美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心)提供的FNL资料,对泰安市严重污染期间大气环流形势、边界层条件、污染源及传输路径进行分析.结果表明:在泰安市霾污染期间,500 hPa大气环流形势呈"两槽一脊"的特征,850 hPa泰安市处于南支槽前,受西南暖湿气流影响,为ρ(PM2.5)的升高提供了有利条件;泰安市近地面处于高压控制下的弱风区(平均风速约为1.2 m/s)且边界层有逆温层存在,阻碍了PM2.5的垂直输送,造成近地面ρ(PM2.5)急剧升高.此外,泰安市及周边地区污染严重,聚类分析结果表明此次过程本地输送占比约为34%,其余均为外来传输,即污染物主要通过外来源传输,本地污染源贡献比率较小.污染物的高、低空传输路径不一致,低空污染物主要从安徽省水平输送至泰安市,高空污染物则先由河北省、河南省向南传输至安徽省、湖北省等地,再随南风气流向北输送至泰安市.研究显示,外来污染源传输作用配合本地静稳天气形势是造成此次泰安市空气污染的主要原因.
陕西省某工业园区春季大气降尘重金属污染特征及评价
刘杰, 高敏, 梁俊宁, 陈洁
2019, 32(7): 1195-1203. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2019.02.06
摘要(943) HTML (86) PDF(474)
摘要:
为研究陕西省某工业园区春季大气降尘中重金属元素污染特征,于2013年3月21日-6月7日使用降尘缸被动采样方法收集大气降尘样品,并利用火焰原子吸收分光光度法测定样品中Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr等重金属元素的质量分数,运用ArcGIS 9.3研究其空间分布特征,并使用Igeo(地累积指数)法评价大气降尘重金属污染水平.结果表明:研究区大气降尘中w(Cu)、w(Pb)、w(Zn)、w(Cd)、w(Ni)、w(Cr)的平均值分别为131.1、2 630.5、4 449.3、65.5、21.7、79.5 mg/kg,分别为陕西省表层土壤元素背景值的6.1、122.9、64.1、696.8、0.8、1.3倍.工业园区重金属元素质量分数高值区集中分布在西北-东南一带,Pb、Zn、Cu、Cd等重金属质量分数高值区位于园区中部,临近冶炼厂,Ni、Cr等质量分数高值区位于火电厂附近;重金属元素(Cu、Pb、Zn、Cd、Ni和Cr)质量分数水平方向高值区分布在以冶炼厂为中心0~2 km范围内,并随与冶炼厂距离的增加而逐渐降低.重金属元素相关分析表明,Cu、Pb、Zn、Cd四种元素之间及Ni与Cr之间存在极显著相关关系.聚类分析结果显示,Pb-Zn-Cu-Cd为一类,Ni-Cr为一类;结合空间分布变化特征,初步判断工业园区Pb、Zn、Cu、Cd重金属污染主要受金属冶炼和交通运输影响,影响Ni和Cr主要因素为燃煤.Igeo评价结果表明,工业园区春季大气降尘中Cd达极强污染,Pb、Zn达强-极强污染,Cu为中度污染,Cr、Ni基本无污染.
菹草和伊乐藻对水-沉积物界面磷迁移转化的影响
黄蓉, 杨文斌, 程俊杰, 倪冬, 史鹏程, 王赢
2019, 32(7): 1204-1212. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2018.11.07
摘要(829) HTML (43) PDF(474)
摘要:
冬季沉水植物普遍凋亡,死亡残体易造成湖泊二次污染.为探究冬季耐寒性沉水植物对水-沉积物界面各形态磷迁移转化的影响,选取根系特征不同的冬季耐寒性沉水植物菹草(Potamogeton crispus L.)和伊乐藻(Elodea nuttallii)作为研究对象,测定其冬季生长期间上覆水、间隙水和沉积物中各形态磷的含量,并监测环境因子的变化.结果表明:①菹草、伊乐藻组生长期间水-沉积物界面各形态磷含量总体呈下降趋势,并在一定时期维持较低水平,菹草对沉积物和间隙水磷的吸收效果优于伊乐藻,而伊乐藻对上覆水磷的影响大于菹草.②试验第30天后,菹草、伊乐藻组上覆水和间隙水各形态磷质量浓度均显著低于对照组(P < 0.05),上覆水中ρ(TP)最低值分别为0.057和0.041 mg/L,间隙水中ρ(DTP)(DTP表示溶解性总磷)分别维持在0.270~0.505、0.384~0.507 mg/L之间.③试验结束时,菹草组沉积物中w(TP)、w(IP)(IP表示无机磷)和w(NaOH-P)(NaOH-P表示NaOH提取态磷)分别低至643.68、415.79和120.17 mg/kg,分别下降了16.54%、18.37%和35.82%,伊乐藻组分别低至700.39、457.87和145.29 mg/kg,分别下降了10.24%、11.17%和24.67%;菹草、伊乐藻植株体内TP质量分别增加了588.94和464.59 mg.研究显示,菹草、伊乐藻在生长期间均能有效吸收磷,同时改变了pH、Eh等环境因子,从而影响磷在水-沉积物界面的迁移及磷形态的转变.
区域土壤重金属空间分布驱动因子影响力比较案例分析
陈运帷, 王文杰, 师华定, 王明浩, 许超
2019, 32(7): 1213-1223. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2018.12.06
摘要(937) HTML (42) PDF(651)
摘要:
土壤重金属空间分布受到自然和人为驱动因子的共同影响,识别并评价各驱动因子对土壤重金属空间分布的影响力,对解析区域土壤重金属污染源、研究重金属迁移规律以及探明重金属空间分布模式具有重要意义.为研究不同自然和人类活动背景下各驱动因子对土壤重金属空间分布影响的差异性,并寻找在异质背景下的高影响力因子,采用地理探测器和随机森林模型,以贵州省安顺市作为土壤重金属高背景值典型地区、辽宁省葫芦岛市作为人类活动高强度典型地区,探讨市域尺度下土壤pH、地面累年值年值气温、坡度、海拔、地面累年值年值降水量(08:00)、夜间灯光指数和县GDP这7个驱动因子的空间分异性,及其对研究区内5种重金属(As、Cd、Cr、Hg、Pb)空间分布的单独及交互驱动力强度.结果表明:安顺市As、Cd、Cr、Hg、Pb这5种重金属的质量分数平均值均高于葫芦岛市,但w(Hg)差异不明显;在市域内采样点平均间距为10 km的尺度下,安顺市和葫芦岛市土壤重金属分布受到自然因子的影响程度均强于人为因子;在异质环境背景下,安顺市和葫芦岛市土壤pH、海拔和县GDP的驱动能力较稳定,并且是对土壤重金属分布影响能力最大的3个因子,适宜在上述地区作为土壤重金属含量多元非线性回归模型的通用参数.研究显示,基于地理探测器的因子驱动力评价方法可以应用于评价其他因子对土壤重金属含量空间分布影响力,以及用于土壤重金属含量回归方程自变量的选择.
龙口市北部平原区不同土地利用类型对土壤重金属污染距离的影响
李彤, 吴泉源, 姚磊, 曹见飞, 刘玉红, 宋仁超
2019, 32(7): 1224-1230. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2019.02.15
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摘要:
为探究不同土地利用类型及其组成对土壤重金属污染距离的影响,以龙口市北部平原作为典型研究区域,系统采集55个表层土壤样品并对w(Pb)、w(Cd)进行了测定;通过建立基于土壤样区的梯度缓冲区,利用Pearson相关性分析,研究不同土地利用类型及其组成对土壤重金属污染距离的影响;通过热点分析和空间插值方法,探究研究区内对Pb、Cd富集贡献较大的土地利用类型.结果表明:①龙口市北部平原土壤中Pb、Cd受人类活动影响的区域差异明显,w(Pb)、w(Cd)平均值均超过了山东省土壤相应背景值,其中,w(Pb)超过背景值的样品比例达到96.36%,研究区西部富集现象明显.②土地利用类型面积占比对Pb、Cd的污染距离各异.其中,交通用地面积占比对Pb、Cd的污染距离大约在2 000、500 m处,建设用地面积占比对二者的污染距离分别在1 000、200 m处左右,而耕地及园地面积占比对二者的污染距离较小,均在50 m处左右.③w(Pb)、w(Cd)的空间分布差异明显,整体表现为西高东低.④研究区内对Pb、Cd富集贡献最大的土地利用类型是耕地,其次是交通和建设用地.研究显示,不同土地利用类型对重金属污染距离的差异性是实际存在的,因此在进行重金属污染治理时,对不同的土地利用类型要根据其对重金属污染距离的差异加以区别.
臭氧氧化降解水中青霉素G特性和动力学特征
张佳丽, 魏健, 任越中, 徐东耀, 曾萍, 宋永会
2019, 32(7): 1231-1238. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2019.03.27
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摘要:
为考察水中PCN(青霉素G)在臭氧氧化过程中的降解规律与特征,采用臭氧直接氧化法处理模拟废水中的PCN,研究了初始pH、ρ(臭氧)、初始ρ(PCN)、自由基抑制剂TBA(叔丁醇)、反应温度等对水中PCN去除效果的影响,并分析了PCN在臭氧氧化降解过程中的降解特性和动力学特征.结果表明:①在溶液体积为1 L、初始ρ(PCN)为50 mg/L、初始pH为11、ρ(臭氧)为15 mg/L、反应温度为20℃时,反应5 min时PCN去除率为100%,反应2 h时TOC去除率为28.98%.②PCN的降解速率和TOC去除效果随pH的增大而升高,碱性环境有利于PCN的矿化.③臭氧氧化过程中,PCN的降解以臭氧直接氧化为主,其降解中间产物的矿化主要以臭氧间接氧化为主,TBA可抑制强氧化性羟基自由基的产生效率,因而对TOC的矿化有明显的抑制作用.④对PCN的降解过程进行一级、伪一级和二级动力学方程拟合,结果表明,伪一级动力学方程拟合相关性(R2=0.999 7)最高,k(反应速率常数)最大值为0.825 5 min-1.研究显示,臭氧直接氧化可有效降解水中PCN,但对中间产物的矿化去除效果较为有限,臭氧氧化降解PCN的过程遵循伪一级反应动力学方程.
白果壳遗态Fe/C复合材料对水中磷的吸附特征
刘杰, 朱宗强, 朱义年, 阎起明, 何豪, 张立浩, 黄献宁
2019, 32(7): 1239-1249. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2019.04.11
摘要(1029) HTML (48) PDF(440)
摘要:
为研究PBGC-Fe/C-G(白果壳遗态Fe/C复合材料)对水中磷的吸附特征,以PBGC-Fe/C-G为吸附剂,对吸附剂投加量、溶液体系pH、初始磷质量浓度、温度和吸附剂粒径为影响因素进行静态吸附试验分析,并结合SEM、EDS、XRD和FT-IR等手段对吸附前、后材料进行表征,以揭示PBGC-Fe/C-G的吸附除磷机制.结果表明:①当初始磷质量浓度 < 10 mg/L、吸附剂投加量为0.2 g/(50 mL)、溶液为酸性(pH=3)、反应温度为45℃、吸附剂粒径 < 0.149 mm时,吸附效果最佳,吸附量达1.62 mg/g.②准二级动力学模型和Freundlich吸附等温模型能较好地模拟PBGC-Fe/C-G对磷的吸附过程.③热力学结果显示,ΔG < 0、ΔS>0和ΔH>0,说明PBGC-Fe/C-G对磷的吸附过程是自发、熵增的吸热过程.研究显示,PBGC-Fe/C-G吸附除磷主要通过配位作用、静电引力、等电荷离子交换和物理作用4种协同完成,其中Fe活性位与磷酸根离子的配位反应为主要的反应过程.
给水厂残泥免烧陶粒对Pb与Cd的吸附特征
赵媛媛, 刘丹妮, 戴友芝, 陈跃辉, 付广义, 许友泽
2019, 32(7): 1250-1258. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2018.10.08
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摘要:
针对高效低廉的吸附材料——WTR(water treatment residuals,给水厂残泥)因颗粒细小在水处理工艺中难以应用的问题,利用免烧法制备出WTR陶粒,研究其对Pb和Cd的吸附特征.批量吸附试验结果表明,准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型能较好地描述WTR免烧陶粒对Pb和Cd的吸附动力学(R2>0.995 8)与等温吸附过程(R2>0.994 8).在溶液pH为5、恒温25℃、振荡24 h下,Langmuir等温吸附模型计算得到的WTR免烧陶粒对Pb和Cd的最大吸附容量分别为13.97和18.60 mg/g.单因素条件试验结果表明,WTR免烧陶粒对Pb和Cd的吸附量均随溶液初始pH的升高而增加,当pH由3升至9时,WTR免烧陶粒对Pb和Cd的吸附量分别增加了1.44和0.95倍;离子强度的增加不利于WTR免烧陶粒对Pb和Cd的吸附.批量等温解吸试验结果表明,在pH为4~8的溶液中,Pb和Cd较难从WTR免烧陶粒中解吸出来,解吸率均在3.5%以内;当溶液pH为3时,Pb和Cd的解吸率分别高达65.88%和45.01%.BCR分级提取结果表明,Pb和Cd均主要以酸提取态形式(占比在68.18%以上)存在于WTR免烧陶粒中;同时,随着初始吸附量的增加,酸提取态比例显著减少,而还原态和残渣态比例显著增加.研究显示,WTR免烧陶粒对Pb和Cd具有较强的吸附能力,可作为一种高效的重金属吸附材料应用于水处理工艺中.