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2022年  第35卷  第1期

目录
大气环境
长三角地区PM2.5区域性污染时空变化特征
张懿华
2022, 35(1): 1-10. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.09.03
摘要(492) HTML (158) PDF(163)
摘要:
为定量分析长三角地区PM2.5区域性污染的变化特征,建立适用于长三角地区的PM2.5区域污染划分标准,基于2015—2020年长三角地区41个城市日均ρ(PM2.5)开展区域污染变化趋势研究,并针对长三角PM2.5重度区域污染开展了时空变化以及网络特征分析. 结果表明:①2015—2020年长三角三省一市年均ρ(PM2.5)降幅均在25%以上,城市ρ(PM2.5)分布呈北高南低的特征,南北城市之间ρ(PM2.5)差异较大,ρ(PM2.5)最高值与最低值相差35~46 μg/m3. ②2015—2020年长三角PM2.5区域污染天数比例为16.9%~35.9%,以轻度污染为主,不同年份中度和重度污染天数比例差异较大,且主要出现在秋冬季,轻度、中度和重度污染天数均呈波动下降趋势. ③与2015年相比,2019年和2020年PM2.5区域污染天数分别减少了38和69 d,且PM2.5重度区域污染持续天数和重度及以上污染城市数量均呈减少趋势. ④PM2.5重度区域污染日,长三角城市之间表现出较强的污染关联性,并可划分为4个子群. 以连云港市为代表的子群1位于长三角地区北部,PM2.5污染相对较重,受长三角区域内输送影响较小,但对区域内其他城市有一定的输送影响;以宁波市为代表的子群2和以南京市为代表的子群4受长三角区域内输送影响较大,并指示了东路沿海和中路两条污染传输通道;以安庆市为代表的子群3位于内陆地区,污染独立性相对较强,受长三角区域内输送影响较小,同时对长三角其他城市影响也较小. 研究显示,长三角地区PM2.5污染改善显著,但重度区域污染尚未消除,中北部城市的联防联控将对改善PM2.5区域污染起积极作用.
燃煤污染源排放颗粒物采样方法实验室比对研究
武亚凤, 陈建华, 钟连红
2022, 35(1): 11-19. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.09.25
摘要(232) HTML (95) PDF(56)
摘要:
为研究适用于我国燃煤污染源排放颗粒物的分级采样标准测试方法,采用民用小煤炉排放装置结合烟气采集系统,对比研究了直接采样法(双级虚拟撞击PM10/PM2.5采样器、旋风采样器、总烟尘采样器)和稀释采样法(低压荷电撞击器ELPI配备稀释系统)对烟气中不同粒径颗粒物测试结果的稳定性、相关性、仪器可操作性等特点,并分析了煤质对颗粒物分级测试结果的影响. 结果表明:①从决定系数和残差平方和角度分析,稀释采样法测试结果自身拟合性相对直接采样法差,实测数据点相对分散,95%置信带较宽. 直接采样法中,基于本文确定的清洗和收集方式,旋风采样器测试得到的PM10和PM2.5浓度拟合度高达0.999;双级虚拟撞击PM10/PM2.5采样器测试结果稳定性也较高,其测试得到的PM10和PM2.5浓度拟合度也为0.999. ②不同颗粒物采样器对烟气中PM2.5、PM10、TSP的浓度测试结果均表明,稀释采样法与直接采样法测试结果相关性较低;而各直接采样法之间呈高度相关,Pearson相关系数在0.993~0.999之间. ③稀释采样法分级测试结果显示,当颗粒物排放浓度较低时,各级滤膜称量误差叠加可导致PM10、PM2.5浓度测试结果误差较大. 因此,针对常温且颗粒物浓度较低的烟气,建议采用直接采样法;针对高温烟气,稀释采样法可捕集稀释降温过程中形成的可凝结颗粒物. ④各采样方法测试结果表明,相对于燃用无烟煤(如蜂窝煤),燃用烟煤产生的烟气中颗粒物浓度相对较高,且PM2.5占比较高. 研究显示:稀释采样法能模拟燃煤污染源高温烟气排入大气环境中可凝结颗粒物的形成过程,测试结果更接近真实排放情况;对于常温颗粒物浓度较低的烟气,更适宜采用直接采样法.
淄博市化工园区夏季环境VOCs污染特征及健康风险评价
甘浩, 徐勃, 张向炎, 耿春梅, 杨文, 王晓丽, 殷宝辉
2022, 35(1): 20-29. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.10.10
摘要(418) HTML (100) PDF(94)
摘要:
为研究山东省淄博市某化工园区环境空气中挥发性有机物(VOCs)的污染特征,于2019年夏季对园区12家企业厂界及2处园区边界进行VOCs采样,共获得64组有效样品,分析VOCs浓度水平及空间分布,并评价环境影响及人体健康风险. 结果表明:①研究期间,化工园区ρ(TVOC) (TVOC为总挥发性有机物,total volatile compound)为(275.07±115.03) μg/m3,范围为46.64~460.40 μg/m3,其中烷烃占比最高,浓度为(173.42±79.29) μg/m3,占总浓度的63.05%. 主要贡献物种为2, 3-二甲基戊烷和2, 4-二甲基戊烷. ②烯烃和芳香烃为主要臭氧贡献组分,关键活性物种为顺-2-丁烯、反-2-戊烯和间/对-二甲苯. 异戊二烯的臭氧贡献较高,企业K、企业L为异戊二烯的主要工业来源. ③人体健康风险评价表明,苯和乙苯对人体造成的非致癌风险均在美国环境保护局推荐的最大可接受水平内,可忽略不计. 苯的平均致癌风险为8.42×10−6,会对人体造成致癌风险;乙苯的平均致癌风险为5.50×10−7,企业B、企业H各有一处采样点乙苯的致癌风险超过美国环境保护局推荐的最大可接受水平(1×10−6),其余采样点在安全阈值范围内. 研究显示,化工园区部分采样点存在健康风险,烯烃和芳香烃的工业源排放应为管控重点.
2019—2020年天津市津南区多环芳烃和有机磷阻燃剂气固分配特征及健康风险评价
薛倩倩, 魏扬, 田瑛泽, 冯银厂
2022, 35(1): 30-39. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.10.09
摘要(237) HTML (76) PDF(53)
摘要:
多环芳烃(PAHs)及有机磷阻燃剂(OPEs)种类繁多且具有易挥发性,通过气固分配行为完成气态和颗粒态的转化. 为准确评估天津市津南区PAHs、OPEs和各组分气固分配行为及风险评价,选择16种PAHs及7种OPEs作为研究对象,利用色谱质谱联用技术测定2019—2020年天津市津南区大气环境中的PAHs和OPEs浓度水平,利用气固分配实测及预测模型研究PAHs及OPEs分配行为,并通过健康风险评价模型对其健康风险进行评估. 结果表明:①天津市津南区2019—2020年∑G-PAHs (气态PAHs总和)年均浓度为36.7 ng/m3,PM2.5中∑P-PAHs (颗粒态PAHs总和)年均浓度为7.3 ng/m3;∑G-OPEs (气态OPEs总和)年均浓度为5 142.0 pg/m3,PM2.5中∑P-OPEs (颗粒态OPEs总和)年均浓度为2 752.0 pg/m3. ②研究期间,PAHs气固分配机制受吸收和吸附机制共同影响,低分子量、高分子量PAHs分别受吸附机制、吸收机制影响,而OPEs则主要受有机物吸收机制影响. ③颗粒态的2~3环PAHs、4环PAHs和5~6环PAHs的非致癌风险值占比分别为0.01%~8%、1%~31%和62%~98%,颗粒态的2~3环PAHs、4环PAHs和5~6环PAHs的致癌风险值占比分别为0.2%~1.5%、3%~71%和70%~99%,颗粒态的TNBP (磷酸三丁酯)、TCEP〔三-(β-氯乙基)磷酸酯〕、TCPP〔三(异氯丙基)磷酸盐〕、TPHP (磷酸三苯酯)和TDCPP〔三(1,3 -二氯异丙基)磷酸盐〕的非致癌风险值占比分别为36% (范围为10%~58%)、40% (范围为11%~72%)、45% (范围为13%~67%)、51% (范围为38%~75%)和49% (范围为37%~60%). 研究显示,OPEs的健康风险远低于PAHs,气态OPEs和颗粒态PAHs对人体健康的影响较显著.
基于遥感数据估算近地面PM2.5浓度的研究进展
杨晓辉, 肖登攀, 王卫, 柏会子, 唐建昭, 范丽行
2022, 35(1): 40-50. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.10.14
摘要(654) HTML (119) PDF(107)
摘要:
卫星反演的气溶胶光学厚度(AOD)具有广泛的空间覆盖度和相对较高的时空分辨率. 基于AOD与PM2.5的相关关系来估算PM2.5浓度已成为监测近地面PM2.5的有效途径,其估算结果较可靠,能够为治理PM2.5污染提供数据基础和科学依据. 从反演AOD数据集和PM2.5浓度估算模型2个方面进行梳理归纳,从卫星轨道运行类型角度分析各类传感器的产品特征,并对缺失AOD的插补方法进行分类评价;对PM2.5浓度的估算模型进行比较分析,指出不同模型的优缺点和适应性. 结果表明:①各类卫星传感器均具有特定功能及优缺点,其中地球同步轨道(GEO)卫星的快速发展,使其在估算PM2.5浓度的应用上越来越广泛. ②插补后的AOD比AOD初始产品具有更连续的时空分布和更高的准确性,基于模型的多变量估算不仅可以实现数据的全面覆盖,还可以获得更好的估算精度. ③组合模型成为估算PM2.5浓度的重要方法,机器学习模型的加入能够有效提高PM2.5浓度的估算精度. 研究显示,利用AOD估算近地面PM2.5浓度不仅弥补了地面PM2.5监测的空间不连续性,更有助于解析PM2.5浓度的时空分布特征及污染来源.
水环境
基于UV-Vis辽河保护区地表水DOM的时空分布特征
闫晓寒, 韩璐, 刘勇丽, 刘利, 段晓虎
2022, 35(1): 51-59. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.09.07
摘要(969) HTML (100) PDF(217)
摘要:
为探讨辽河保护区地表水中DOM(dissolved organic matter,溶解性有机质)组成、腐殖化程度及时空变化,采集辽河保护区上游至下游及主要支流入辽河干流河口处丰水期和枯水期地表水样品,基于UV-Vis(紫外-可见吸收光谱)揭示地表水中DOM结构组成的时空变化特征. 结果表明:①从季节上看,辽河保护区地表水丰水期DOC(dissolved organic carbon,溶解性有机碳)浓度(11.73 mg/L)高于枯水期(6.76 mg/L),且丰水期DOM中类蛋白质组分相对浓度高于枯水期,而类腐殖质组分的相对浓度较低;从空间上看,辽河保护区支流DOC平均浓度高于干流浓度,且丰水期地表水DOM中类蛋白物质与类腐殖质浓度增加. ②基于UV-Vis特征参数可知,辽河保护区地表水中DOM主要以内源释放为主;从季节上看,丰水期降水量和地表径流增加,DOM的芳香性、分子量、腐殖化水平降低;从空间上看,辽河保护区地表水DOM的腐殖化程度沿河流上游至下游呈现逐渐递减趋势,且支流DOM腐殖化程度较高,具有较高的芳香性及疏水性. 研究显示,河流地表水中DOM的芳香性与分子量大小受周边沿岸生态环境系统、生物条件、土地利用类型等因素影响,不同类型地表水中DOM具有显著差异.
漓江流域桂林市区段有机磷农药和磺胺类抗生素的复合污染及其生态风险
刘洁雪, 梁萧, 覃礼堂, 莫凌云, 梁延鹏, 曾鸿鹄, 袁星义
2022, 35(1): 60-69. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.10.18
摘要(270) HTML (76) PDF(54)
摘要:
为研究漓江流域桂林市区段的有机磷农药(OPs)和磺胺类抗生素(SAs)残留量和生态风险,在平水期、枯水期和丰水期采集流域水样,采用超高效液相色谱三重四级杆质谱联用仪对水样中目标污染物进行分析. 结果表明:①漓江流域桂林市区段水体检出敌百虫(TRC)、毒死蜱(CHP)、磺胺甲基嘧啶(SMR)、磺胺二甲嘧啶(SM2)和磺胺甲恶唑(SMZ),浓度分别为nd~17.2、nd~2.32、0.05~20.6、0.07~15.37和0.87~17.48 ng/L (nd为未检出). ②SAs和OPs残留量随时间呈规律性变化,SAs浓度表现为丰水期>平水期>枯水期,OPs浓度表现为枯水期>平水期>丰水期. ③使用蛋白核小球藻对单一及其混合物进行毒性试验,得出OPs和SAs五元混合物对蛋白核小球藻的联合毒性在低于5%和19%~21%效应范围内呈现加和作用,5%~19%效应范围呈现协同作用,21%~26%效应范围内呈现拮抗作用,混合物在环境中检出最高浓度时对蛋白核小球藻的毒性产生加和作用. ④基于整体混合物风险熵的风险评估结果,漓江流域桂林市区段OPs和SAs混合污染对蛋白核小球藻产生中等生态风险;而基于单一污染物风险熵计算的混合物风险熵结果,OPs和SAs混合污染对蛋白核小球藻无生态风险,低估了混合污染物实际风险. 研究显示,不同方式获得的污染物预测无效应浓度对风险评估结果产生明显差异.
上海市黑臭水体光谱特征分析及遥感识别方法探究
顾佳艳, 何国富, 占玲骅, 胡元树, 孔维鑫, 杨根森
2022, 35(1): 70-79. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.10.04
摘要(489) HTML (186) PDF(65)
摘要:
黑臭水体识别对全面开展黑臭水体整治及长效监管具有重要意义. 为探究上海市黑臭水体的识别方法,以其2017年黑臭水体名录为研究对象,选取105条段河道样本,于2018年7—8月进行现场调查,开展水质监测、光谱测量、光谱分析、遥感识别及验证. 结果表明:①依据上海市中小河道黑臭地方判定标准,样本中共有49个黑臭水体,56个一般水体. ②将遥感反射率(${{R}}_{\text{rs}}$)作为光谱分类的主要依据,光谱数据预处理后,共得到4个主要反射峰(F)和3个主要吸收谷(G),根据波峰波谷位置特征,可将样本分为三类一般水体(GW)、三类黑臭水体(BOW). ③${{R}}_{\text{rs}}$平均值光谱曲线显示,BOW1、BOW3两类水体在550~700 nm处的光谱曲线与其他四类水体存在明显差异,更易识别和区分,而BOW2与GW2两类水体的光谱曲线形态差异较小,增加了识别难度. ④根据拟合多光谱曲线,提出角度$ \mathrm{\alpha } $1法和比值法组合成的角度-比值联合法,经识别验证,黑臭水体的综合识别率为95.92%,对一般水体的误判率为39.29%. ⑤将归一化比值模型(BOI法)、黑臭水体斜率指数(SBWI法)、归一化黑臭水体指数(NDBWI法)三类已有识别方法用于105个样本识别,对黑臭水体识别效果均不佳,这可能是由于采样时间、地点不同,方法的判别阈值不适用等造成. 研究显示,上海市黑臭水体中BOW1类和BOW3类水体与一般水体光谱特征有明显差异,角度-比值联合法对105个点位水样的总识别正确率达到77.14%,但该识别方法仅在上海市进行了探讨,还需在其他城市或地区进行验证.
洪湖沉积物内源污染及其氮磷释放特征
刘昔, 邓兆林, 张露, 谢婷婷, 王学雷, 杨超, 厉恩华, 王智
2022, 35(1): 80-88. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.09.22
摘要(513) HTML (96) PDF(79)
摘要:
为研究洪湖沉积物污染特征及内源营养盐释放规律,在不同季节对洪湖13个沉积物采样点进行调查,并利用柱状沉积物采样器原位采集沉积物开展静态模拟释放试验. 结果表明:①洪湖沉积物有机质、总氮和总磷含量的平均值分别为19%、4 407.4 mg/kg和1421.0 mg/kg,内源污染严重;②洪湖沉积物污染可能是水体中氮磷营养盐的重要来源之一,在5 d的静态释放模拟试验中,夏季上覆水中总氮和总磷平均浓度分别升高1.467和0.042 mg/L,冬季分别升高0.224和0.036 mg/L;③洪湖沉积物中氮磷的释放表现出显著的时空差异,夏季洪湖沉积物总氮、总磷的平均释放速率分别为133.9和4.0 mg/(m2·d),冬季分别为32.1和3.4 mg/(m2·d);④根据试验结果估算,洪湖沉积物氮的释放潜力为3 500~14 000 t/a,磷的释放潜力为350~400 t/a. 研究显示,在控制流域外源污染输入和减少湖区面源污染的同时,应从根本上改善洪湖水质并重塑洪湖湿地生态系统结构与功能,在科学指导下采取远近结合的方式分区域在洪湖开展受污染沉积物的修复工作.
冬季巢湖SPOM来源、空间变化及营养盐效应
王欣瑶, 钱沪玲, 宁成武, 黄涛
2022, 35(1): 89-97. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.10.03
摘要(236) HTML (40) PDF(34)
摘要:
为研究枯水期巢湖水体悬浮颗粒物(SPM)营养元素组成及其潜在环境效应,分析了2020年1月巢湖18个采样点表层水体SPM含量、颗粒有机质(SPOM)含量及氮磷组成,并利用颗粒有机碳、氮同位素组成及C/N研究了冬季巢湖SPOM的来源及其空间变化. 结果表明,悬浮颗粒物总磷(PP)浓度为0.032~0.065 mg/L,平均值为0.049 mg/L;悬浮颗粒物无机磷(PIP)浓度为0.018~0.046 mg/L,平均值为0.032 mg/L,是PP的主要组分,二者浓度均呈西湖区>东湖区>中湖区的空间分布特征. 悬浮颗粒物总氮(PN)浓度为0.254~0.424 mg/L,平均值为0.342 mg/L,其中悬浮颗粒物有机氮(PON)占比较高,表明颗粒态氮以湖泊内源性有机来源为主. 巢湖表层水体SPOM的δ13C范围在−28.72‰~−26.68‰之间,δ15N为3.34‰~9.97‰,C/N为2.51±0.95,指示冬季枯水期水体SPOM主要来自内源水生生物碎屑,而陆源径流输入对湖泊颗粒物影响较小. 研究显示:冬季巢湖悬浮颗粒有机质主要来自湖泊内源,具有潜在的营养盐效应,污染控制需要相应的策略.
电活化过硫酸盐去除铜绿微囊藻的效果及机理研究
郑婷婷, 牟霄, 张崇淼, 曹梦璇
2022, 35(1): 98-107. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.07.05
摘要(233) HTML (52) PDF(46)
摘要:
为了开发微藻及藻类有机物的高效去除技术,采用电活化过硫酸盐(EC/PS)体系处理含铜绿微囊藻的水样. 通过藻细胞密度和叶绿素a含量测定以及扫描电镜观察,研究了EC/PS体系的除藻特性及影响因素;采用荧光区域积分法定量分析了除藻过程中胞内有机物(IOM)和胞外有机物(EOM)的变化特征;利用电子顺磁共振波谱仪测定了EC/PS体系中的自由基类别,并分析了EC/PS体系的除藻机理. 结果表明:①在初始藻细胞密度为1.24×107~1.30×107 cells/mL,电压为7 V,初始pH为6,初始PS浓度为4 mmol/L的条件下,当EC/PS体系处理60 min时,藻细胞和叶绿素a的去除率分别达90.80%和98.41%,明显优于单独EC体系和单独PS体系;当EC/PS体系处理10 min时,IOM的总荧光响应值降低了77.39%. 在处理过程中,以腐殖酸类物质为主的胞内有机物会大量释放. ②EC/PS体系中电化学作用对除藻的平均贡献率为54.63%;同时,除藻过程可产生大量的SO4·和·OH,且其随处理时间的增加而增加. 研究显示,EC/PS体系能有效去除铜绿微囊藻及藻类有机物,反应体系中的SO4·和·OH发挥了重要作用.
草酸改性零价铁活化过硫酸盐降解地下水中2,4-DNT的研究
吴叔璇, 韩旭, 夏甫, 杨昱, 徐祥健, 邓圣, 姜永海
2022, 35(1): 108-118. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.06.06
摘要(560) HTML (69) PDF(38)
摘要:
2,4-二硝基甲苯(2,4-DNT)作为重要的化工原料,由于储存和生产过程中的“跑冒滴漏”,已然成为地下水中常见有毒有害污染物之一,对人体健康和生态环境安全造成极大威胁. 以草酸与商品零价铁为原料,通过球磨法制备草酸化零价铁(OA-ZVIbm),并研究其活化过硫酸盐(PS)降解2,4-DNT的性能. 采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对活化剂进行表征,并考察活化剂和PS投加量、溶液初始pH及无机阴离子对2,4-DNT降解效果的影响. 结果表明:①通过球磨改性,零价铁表面氧化层被草酸亚铁壳层代替,加速铁核腐蚀生成Fe2+催化PS. ②在pH=7、0.2 g/L OA-ZVIbm和5 mmol/L PS的条件下,4.0 h内对50 mg/L 2,4-DNT降解率达到87.6%,降解过程符合准一级动力学方程. ③2,4-DNT降解率随OA-ZVIbm和PS投加量增加以及溶液初始pH的降低增加,但高浓度PS会抑制2,4-DNT的降解;NO3、CO32−、Cl和SO42−通过淬灭自由基或者与亚铁离子发生共沉淀,对降解产生不同程度的抑制效果. ④自由基淬灭试验表明,体系中同时产生SO4• −、·OH和1O2,但SO4• −在降解过程中起主导作用. ⑤降解中间产物鉴定表明,通过脱硝和氧化反应,2,4-DNT被降解成包括间苯二酚、丙二酸在内的毒性较小分子,可生化性显著提高. 研究显示,OA-ZVIbm能够高效活化PS,实现对地下水2,4-DNT的显著降解,具有一定的应用前景.
钯基催化剂电催化氢解处理氯代有机物的研究进展
张均, 汤木娥, 周易, 石雪林, 吕晓书, 龚海峰, 熊昆, 张贤明, 蒋光明
2022, 35(1): 119-130. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.09.14
摘要(226) HTML (88) PDF(31)
摘要:
氯代有机物(COPs)是一类重要的化工生产原料和中间体,但其高持久性、高生物累积性、致癌性及遗传毒性将对生态环境和人体健康造成巨大危害. 开发消除COPs毒性的新型技术,实现人与自然和谐共生,成为国际学术界和工业界共同关注的焦点. 电催化氢解技术(ECH)因具有高反应活性、结构简单、二次污染风险小等优势而备受青睐. 本文系统综述了钯(Pd)基催化剂上的ECH反应机制,探究强还原性氢自由基(H*)的定量分析方法,揭示脱氯反应与析氢副反应间的竞争关系. 通过分析H*产量、污染物脱附、电场等因素对脱氯速率的影响规律,建立晶面与效能间构效关系,识别不同反应条件下制约ECH速率的因素. 聚焦阴极催化活性低、易受脱氯产物毒化的关键问题,通过暴露Pd活性中心位点、强化水裂解、调控电子效应和配体效应及几何效应等策略增强催化剂产H*量和抗毒化性能. 开展ECH脱氯反应路径识别、脱氯性能影响因素探讨以及生物安全性评价,并基于当前存在的关键科学问题,展望ECH技术的发展趋势,为设计和发展实用型环境催化新技术和新型催化材料指明方向.
外场效应强化过硫酸盐氧化技术去除有机污染物的研究进展
陈妍希, 严登明, 朱明山
2022, 35(1): 131-140. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.07.08
摘要(435) HTML (67) PDF(100)
摘要:
环境中难降解有机物对生态环境及人体健康构成了巨大的威胁. 近年来,外场效应活化过硫酸盐高级氧化技术在环境治理中得到了广泛研究. 为进一步明确外场效应强化过硫酸盐活化技术的微观机制和污染物去除效能并拓宽其应用范围,综述了包括热场、US(ultrasonic,超声)场、电场、光场、磁场及压电场6类常见外场辅助过硫酸盐活化去除有机污染物的研究进展. 结果表明:①热场、US场、电场及光场强化过硫酸盐活化技术去除污染物的效能、活化机理和实际应用价值已被进行详细的研究. ②在上述场效应中,磁场仅应用于提高Fe0及相关复合物活化过硫酸盐的效果;而压电效应活化过硫酸盐技术作为新兴的技术手段,其相关的研究报告非常少. ③目前的研究仍存在一些不足,如外场效应强化过硫酸盐活化技术的能源利用率、经济成本和实际应用潜能,以及降解过程中副产物的生态毒性等问题仍未进行深入的研究;压电强化过硫酸盐活化技术中压电材料和压电源的选择以及活化机理等内容依然存在空白;需解决多场耦合活化过硫酸盐技术存在的兼容性问题,其应用潜力也需进行评估. 研究显示,外场效应强化过硫酸盐氧化技术具有高效的有机物去除能力,可以为推动过硫酸盐氧化技术在水污染控制方面的进一步发展提供更多的技术支撑.
生态环境
活化过一硫酸盐技术降解环境有机污染物的研究进展
代朝猛, 刘仟, 段艳平, 刘曙光, 涂耀仁
2022, 35(1): 141-149. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.08.09
摘要(415) HTML (1984) PDF(284)
摘要:
高级氧化技术是一种以产生羟基自由基(·OH)和硫酸根自由基(SO4·)来降解环境有机污染物的技术. 近年来,通过活化过一硫酸盐(peroxymonosulfate, PMS)而产生SO4·的高级氧化技术受到了广泛关注. 与基于·OH的传统高级氧化技术相比,基于SO4·的高级氧化技术具有氧化还原电位高、半衰期长、适用pH范围广和对污染物反应快速等优点. 本文从活化PMS方法的特点和性质出发,对目前活化PMS技术降解环境有机污染物的主要方法和活化机理进行了论述,活化方法包括过渡金属活化(均相和非均相)、碳质材料活化、碱性活化、热活化、辐射活化、电解活化等,活化PMS的机制是通过活化方法使其分子结构中的O—O键发生断裂,从而使PMS分解形成SO4·或其他的活性物质. 此外,分析了活化PMS降解环境有机污染物的主要影响因素,其中影响均相系统PMS活化的因素包括过渡金属剂量、pH和水中阴离子等,过量的PMS和过渡金属可能成为SO4·的抑制剂,pH不仅对氧化剂分解产生自由基起着关键作用,还影响过渡金属种类的形成及其与氧化剂反应的有效性,而水中阴离子会与有机化合物竞争和SO4·发生反应. 最后,提出未来研究重点应在开发稳定高效活化PMS的金属氧化物、碳质材料,以及使用多种处理技术协同作用上,同时应加强对活化PMS技术降解有机污染物体系的降解产物和毒性分析的研究.
黑河大型底栖动物功能摄食类群时空分布及水环境评价
王昱, 李宝龙, 冯起, 刘蔚, 王之君, 张昕雨, 孔德星, 左一锋
2022, 35(1): 150-160. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.09.06
摘要(232) HTML (31) PDF(37)
摘要:
为研究大型底栖动物FFGs(功能摄食类群)分布及其与水环境变化的响应关系,分别于2020年夏季和秋季对黑河大型底栖动物和水环境因子进行采样调查,采用生物多样性指数、冗余分析(RDA)和功能摄食类群参数分析不同区域FFGs的分布及水环境的健康状况. 结果表明:①黑河大型底栖动物以捕食者和刮食者占绝对优势,其次为收集者、滤食者、撕食者. 大型底栖动物FFGs群落的物种数、密度、生物量和Shannon-Wiener多样性指数(${H_{{\rm{FD}}}}^\prime$)由高到低均表现为中游>上游支流>上游干流,且均为夏季大于秋季,但Pielou均匀度指数(${J_{{\rm{FD}}}}^\prime$)时空差异不显著. ②冗余分析(RDA)结果表明,夏季影响大型底栖动物FFGs群落的主要环境因子为水温(WT)、电导率(EC)、溶解性总固体(TDS)浓度、盐度(Salinity)、溶解氧(DO)浓度、五日生化需氧量(BOD5)浓度和高锰酸盐指数(CODMn)浓度;秋季影响大型底栖动物FFGs群落的主要环境因子为WT、TDS浓度、Salinity、CODMn浓度、氨氮(NH3-N)浓度和化学需氧量(COD)浓度. ③大型底栖动物FFGs参数评价结果表明,黑河上游支流河岸带植被稀少,物质循环能力和生境稳定性差;而中游河岸带植被丰富,物质循环能力和生境稳定性较好;上游干流筑坝拦截对生境稳定性的影响明显大于工农业活动带来的影响. 研究显示,大型底栖动物FFGs对黑河筑坝蓄水以及工农业活动具有敏感响应,其可用于内陆河流水生态系统健康评价.
碱矿渣材料协同耐盐植物强化人工湿地净化高盐水体的效果
张饮江, 李肖, 程梦雨, 赵志淼
2022, 35(1): 161-172. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.06.20
摘要(236) HTML (47) PDF(36)
摘要:
为深入探讨人工湿地中耐盐植物协同基质材料在高盐条件下净化水体的作用机理,以美人蕉(Canna indica L.)、互花米草(Spartina alterniflora Loisel.)、海三棱藨草(Scirpus mariqueter)三种植物为研究对象,探讨了植物协同单一填料、复合填料,在不同碳氮比、盐度条件下,各装置对受损高盐水水质的净化效果,在对系统内植物的酶活性、植物根际与填料表面微生物多样性与群落结构分析基础上探讨其净化机理. 结果表明:①当碳氮比为4∶1、盐度为15时,含碱矿渣材料的海三棱藨草装置(CW-Sc)对TN、TP、COD的净化效果最佳,净化率分别为45.38%、78.89%、50.32%. ②CW-Sc装置中植物叶片酶活性、可溶性糖、蛋白及过氧化氢酶(CAT)含量较高,丙二醛(MDA)含量较低,表明植物受损坏程度低. 碱矿渣材料协同植物可提升可溶性糖、蛋白含量及保护酶的活性,增强湿地植物修复受损水体的效果. ③碱矿渣材料电镜扫描(SEM)结果表明,海三棱藨草装置中碱矿渣材料对微生物的挂膜效果与其他装置差异显著. ④CW-Sc装置中植物根系微生物和填料表面微生物群落的丰度、多样性和结构分布状况较佳,碱矿渣材料可有序优化装置内微生物结构分布,协同发挥菌群优势;植物根际革兰氏阴性菌、杆菌比例显著提高,使系统在运行过程中逐渐适应盐胁迫,提升微生物蛋白质直系同源基因簇(clusters of orthologous groups of proteins, COG)功能的丰富度,强化湿地中污染物的降解效果. 研究显示,在高盐条件下耐盐植物海三棱藨草协同碱矿渣材料能够提高湿地系统对污染水体的净化效果,可为近海、滨海高盐水生态修复提供一定参考依据与理论技术支撑.
钙镁对垃圾渗滤液处理中微生物过氧化氢酶活性的影响
张华, 庄雪晴, 黄健, 贾旋, 奚姗姗, 王金花
2022, 35(1): 173-180. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.06.12
摘要(219) HTML (41) PDF(29)
摘要:
过氧化氢酶是影响微生物生命活动的关键酶,为揭示混合污染物对垃圾渗滤液中微生物过氧化氢酶活性的影响及其相互作用关系,选取垃圾渗滤液中常见的钙镁离子作为污染物,利用直接均分射线法设计3种浓度配比的钙镁离子混合物,钙离子占比分别为0.27、0.52、0.77;然后,根据抑制效应的变化分析钙镁离子对过氧化氢酶活性的抑制作用,并利用等效线图法分析钙镁离子对垃圾渗滤液中过氧化氢酶活性作用的相互关系. 结果表明:①钙镁离子及其混合物对过氧化氢酶活性的抑制效应具有相同的规律,在同一周期下抑制效应随着钙镁离子浓度的增加而增大,在同一浓度下抑制效应随着周期的增加而增大. ②当钙离子占比为0.27时,钙镁离子混合物对过氧化氢酶活性作用的相互关系主要表现为协同作用;当钙离子占比为0.52、0.77时,钙镁离子混合物对过氧化氢酶活性作用的相互关系主要表现为拮抗作用. 研究显示,随着钙离子占比的增加,钙镁离子混合物对过氧化氢酶活性作用的相互关系由以协同作用为主变为以拮抗作用为主.
水动力条件对藻类生理生态学影响的研究进展
张海涵, 王娜, 宗容容, 黄廷林, 苗雨甜, 史印杰, 马曼立, 刘祥, 齐笑妍
2022, 35(1): 181-190. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.10.20
摘要(332) HTML (301) PDF(106)
摘要:
湖泊和水库等水体富营养化通常会引起藻类水华暴发. 已有较多研究总结了光照、温度、营养盐等环境因素对藻类水华发生的影响方面的进展,但缺乏对水动力因素影响藻类生理生态学乃至水华发生等方面的研究总结. 本文通过梳理水动力条件对藻类生长、种群结构的影响及其作用机制,以及临界流速和人工混合对藻类的影响等方面的研究发现:在藻类生理学方面,水动力条件主要影响藻类的生长、细胞形态、营养盐吸收、光合作用活性和酶活性的变化;在藻类生态学方面,不同藻类对应的临界流速有所差异,水动力条件的变化会导致优势种之间的转变;人工混合使局部水体藻细胞密度降低进而改善水质. 对今后的研究热点进行展望:后续仍需进一步研究水动力条件对藻类生理的影响,不仅是酶活性和相关物质的吸收,还应包含胶被、产毒特性和基因序列等方面;应用于实际湖库的临界流速、水体扰动方式、扰动时间、扰动频率和最佳深度的探究,旨在推进藻类水华控制、保障水质安全等方面的相关研究.
碳氮氧稳定同位素技术在水生态环境中的应用
杨蓉, 李垒
2022, 35(1): 191-201. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.07.03
摘要(338) HTML (192) PDF(86)
摘要:
稳定同位素技术是研究环境和生态系统中元素循环途径的重要方法. 稳定同位素的丰度变化反映了自然界和生物体内混合、分馏双重作用的结果,因此可作为指标计算混合物的来源贡献,或研究造成分馏的化学反应和生物代谢路径. 从20世纪中期确立稳定同位素的基础原理,70年间该技术在地球化学、环境科学、生态学、微生物学、食品科学等领域获得了大量有价值的成果. 其中,水体作为自然环境的重要组成和人类社会的重要资源,已有诸多研究涉及稳定同位素在水环境中污染物溯源、水生态系统元素迁移转化、水生生物营养来源和营养关系等方面的应用. 通过梳理常见的碳、氮、氧稳定同位素在水环境和水生态领域的研究进展,发现污染物和食物来源分析已不局限于定性识别,基于数学模型的混合物组分定量评估方法正得到越来越多的应用;同时,为开展水体脱氮强度和通量估算、水生生物营养级计算及食物网分析,精确测量18O、15N和13C的富集程度以及通过试验和调研获取运算所需的基础参数都是关键步骤. 虽然在实际应用中存在待完善之处,但稳定同位素技术的前沿研究仍昭示了其整体化、精细化的发展方向. 未来与计算科学的方法学进步相结合,将为水科学研究提供更有力的技术支撑.
土壤与固废
生物炭和锌对土壤镉赋存形态及小麦镉积累的影响
武超, 周顺江, 王华利, 敦宇, 孟素花, 吴国庆, 田夏
2022, 35(1): 202-210. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.10.15
摘要(363) HTML (75) PDF(61)
摘要:
为探讨生物炭单独施用及其联合锌施用对镉污染土壤安全利用的可行性,采用污灌区镉污染土壤种植小麦盆栽试验,结合小麦生长参数、抗氧化酶活性、相关基因表达,研究单独施用0、1.0%、1.5%和2.0%小麦秸秆生物炭以及与锌混施(在上述4个处理组土壤中施加30 mg/kg七水合硫酸锌)对镉胁迫下土壤镉形态特征和小麦镉积累特征的影响. 结果表明:①施用生物炭可促使土壤可交换态、碳酸盐结合态向稳定性强的有机结合态和残渣态转化,且随着生物炭施用量的增加,转化比例显著增加,但锌施用对土壤镉形态没有显著影响. ②土壤施加1%~2%生物炭能够显著降低小麦籽粒镉含量29%~57%,且施用2%生物炭可将籽粒镉含量降至0.1 mg/kg以下,土壤同时施用生物炭和锌可在单施生物炭基础上降低籽粒镉含量21%~39%,具有协同效应. ③施用生物炭和锌均可促进植物生长,提高小麦产量,并通过调节小麦丙二醛(MDA)和抗氧化酶(SOD、POD和CAT)活性提升小麦根系细胞抗氧化能力,以及调节镉转运基因(TaNramp5TaLCT1TaHMA3TaHMA2)的表达,降低小麦根系从土壤吸收镉以及向地上部分转运,从而减少小麦对镉的吸收和积累. 研究显示,向土壤添加生物炭和锌对污灌区小麦的安全生产具有参考和指导意义.
凹凸棒石组配硫酸锌对土壤Cd的钝化效果及生态风险评价
陶玲, 米成成, 王丽, 王艺蓉, 王彤玉, 任珺
2022, 35(1): 211-218. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.11.09
摘要(206) HTML (44) PDF(25)
摘要:
为明确凹凸棒石组配硫酸锌作为修复材料在钝化土壤Cd以及促进玉米生长方面的应用潜力,以凹凸棒石为原料,通过液相浸渍制备凹凸棒石组配硫酸锌作为钝化剂开展钝化试验与盆栽试验,研究了凹凸棒石与硫酸锌配比分别为3∶1、5∶1、7∶1、9∶1、11∶1时对土壤Cd有效性、玉米生长状况及其对Cd富集能力的影响,并采用扫描电镜初步探讨钝化剂的表面特征. 结果表明:与对照相比,添加凹凸棒石组配硫酸锌钝化处理使Cd的DTPA(二乙基三胺五乙酸)有效态含量降低了5.22%~32.77%,TCLP(毒性浸出方法)有效态含量降低了12.43%~35.65%,Cd的钝化效率随硫酸锌添加量的增加而显著提高(P<0.05). 钝化处理可显著降低玉米植株中Cd的含量,其茎部Cd含量的最大降幅为60.06%,根部Cd含量的最大降幅为32.69%,Cd主要集中分布在根部;同时,钝化剂的加入缓解了Cd对玉米生长的胁迫,随硫酸锌用量的增加,玉米生物量显著提升. 研究显示,凹凸棒石组配硫酸锌可作为对Cd污染农田修复的钝化剂,在钝化剂同等剂量水平下,凹凸棒石与硫酸锌配比为3:1时,对土壤中Cd的钝化效果最佳.
磷改性生物炭与沸石配施对土壤有效磷释放的影响
葛启隆, 田琦, 丰开庆, 汪素芳, 侯瑞
2022, 35(1): 219-229. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.08.27
摘要(277) HTML (56) PDF(35)
摘要:
针对盐碱地土壤有效磷含量低且保肥能力差等问题,采用磷酸浸渍-水热法制备了菜花叶生物炭(CLH)和香蕉皮生物炭(BPH),分析了不同水热温度(120、160、200、240 ℃)对合成生物炭特性和其中磷组分含量的影响;同时,采用碱熔-水热法将煤矸石合成沸石(ZL),然后通过土壤培养试验及磷释放动力学试验,将生物炭单施及与合成沸石配施,研究其对土壤有效磷释放的影响与缓释机理. 结果表明:水热温度为200 ℃时,合成的菜花叶生物炭(CLH200)与香蕉皮生物炭(BPH200)表面含磷与含氧官能团量较高,且铁/铝结合磷含量最高,分别占CLH200与BPH200中总磷的36.58%、31.15%. 土壤培养120 d,与单施化肥和单施CLH200相比,CLH200与ZL配施(CLH200+ZL)处理下土壤有效磷含量分别提高了45.72%和19.64%,BPH200与ZL配施(BPH200+ZL)处理下分别提高了32.25%和12.13%. 此外,BPH200+ZL与CLH200+ZL处理均能显著提高土壤有机质含量、阳离子交换量及脱氢酶活性. 用准一级动力学模型、准二级动力学模型和颗粒内扩散模型对数据进行拟合发现,准二级动力学模型拟合曲线与CLH200和BPH200处理下试验测定值的相关性良好,而颗粒内扩散模型拟合曲线与CLH200+ZL和BPH200+ZL处理下试验测定值的相关性良好,两种改良剂配施后有效磷的释放主要通过离子交换进行,且扩散过程是磷释放的限制步骤. 研究显示,磷改性生物炭与煤矸石基沸石配施不但可以改善土壤特性,而且有助于土壤有效磷缓释,满足植物生长对有效磷养分的长期需求.
含固率和接种比对菜籽饼中温厌氧消化特性的影响
熊荣波, 柳丽, 孟艳, 李屹, 陈来生, 钟启文, 韩睿
2022, 35(1): 230-237. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.08.20
摘要(198) HTML (47) PDF(85)
摘要:
为充分利用菜籽饼资源,采用全自动甲烷潜力测试系统,开展了不同含固率(2%、4%、6%、8%)和接种比(RIS=1.5、2.0、3.0)的中温批式菜籽饼厌氧发酵试验,分析了不同含固率和接种比对菜籽饼厌氧消化产甲烷特性的联合影响. 结果表明:不同含固率和接种比均对发酵启动时间和累积甲烷产量产生影响,且接种比对厌氧消化产气特性的影响大于含固率. 在试验研究参数范围内,接种比越大,发酵启动越快;接种比一定时,累积甲烷产量随含固率的增加呈先升高后降低的趋势;在高含固率条件下,累积甲烷产量随接种比的增加而增加. 在接种比为3.0、含固率为6%时,获得最大累积甲烷产量,为507.31 mL/g (以VS计). 动力学模型分析显示,各处理组均能较好地反映菜籽饼厌氧发酵的产甲烷规律;含固率一定时,接种比越大,产气滞留时间(λ)越短. 同时,相比于其他发酵原料,菜籽饼作为厌氧消化原料的潜力较为明显. 研究显示,不同含固率和接种比条件下菜籽饼的产甲烷性能差异较大,可为菜籽饼厌氧消化工艺的优化提供理论依据,从而提高菜籽饼资源的综合利用率.
生活垃圾初期降解过程中污染物释放及恶臭污染研究
刘彦君, 陈竞尧, 杨惠媛, 王建兵, 邹克华
2022, 35(1): 238-245. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.07.12
摘要(310) HTML (51) PDF(49)
摘要:
生活垃圾初期降解主要发生在生活垃圾产生到被妥善处置之前,初期降解过程中伴随产生的气态和液态污染物可直接进入环境,影响居民生活环境. 为了明确生活垃圾初期降解过程中的污染情况,结合我国生活垃圾基本组成开展实验室模拟试验,分析生活垃圾初期降解过程中不同途径产生的污染物的释放特征及其恶臭污染的影响. 结果表明:生活垃圾中约20%的氮元素和硫元素在初期降解过程以气体或渗滤液的形式释放到环境中. 其中,CO2是生活垃圾初期降解过程中最主要的气态污染物,约占总累积产气量的43%;挥发性有机物(volatile organic compounds, VOCs)产生量较少,但种类复杂,其中乙醇的体积分数最大,约占VOCs总体积分数的85%. 渗滤液产生率较低(约30.94 mL/kg,以湿垃圾计),但其中化学需氧量、氨氮和硫酸盐的浓度远超GB 8978—1996《污水排放综合标准》限值. 生活垃圾初期降解过程中理论臭气浓度达205.14,甲硫醚和乙醇是重要的典型恶臭物质. 研究显示,生活垃圾初期降解过程产生的气态污染物主要包括CO2和VOCs,渗滤液中污染物浓度远超相关污染排放限值,由VOCs导致的恶臭污染达到3级臭气强度. 因此,为了降低生活垃圾初期降解过程中的环境污染,建议缩短生活垃圾清运的时间,并重点关注乙醇和甲硫醚等恶臭物质.
污染土壤生物联合修复机制研究进展
王庆宏, 郑逸, 李倩玮, 王鑫, 詹亚力, 陈春茂
2022, 35(1): 246-256. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.10.16
摘要(324) HTML (466) PDF(86)
摘要:
土壤污染的生物修复方法因具有独特的生态价值被广泛认可. 单一种类生物修复易受复杂环境影响,而利用多种生物进行联合修复则可借助种间关系提高修复效果. 本文通过整理近年来土壤中微生物、植物、动物单独修复和物种间联合修复污染的研究成果,梳理了生物联合修复过程中微生物、植物、动物三类生物的功能,明确了微生物在发挥自身污染修复能力的同时也可以减轻其他物种受到的环境胁迫;植物通过根系构建修复功能区域并与附近其他物种及环境进行物质与能量交换;动物通过自身移动和摄食行为优化土壤和微生物结构的作用机制. 其中,“微生物-植物”联合修复可强化微生物与植物的共生关系、增强微生物去除污染物的能力;“植物-动物”联合修复可通过动物或其排泄物的作用改善土壤环境、促进植物生长,同时通过植物根系改善动物的生存环境;“微生物-动物”联合修复可在动物搬运摄食、消化排泄等过程中强化微生物的生长代谢能力. 目前,“微生物-植物”联合修复是最主要的土壤生物联合修复方法,其修复机制较为明确,今后应进一步加强“微生物-植物-动物”联合修复机制研究,为三者联合修复土壤污染奠定基础.
环境污染与健康
正常肝细胞和肝癌细胞对镉暴露毒性响应差异分析
马娇阳, 保欣晨, 张振宁, 王成尘, 崔道雷, 向萍
2022, 35(1): 257-264. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.08.04
摘要(361) HTML (80) PDF(33)
摘要:
正常肝细胞和肝癌细胞存在诸多生理特征差异,为探讨两种不同类型的肝细胞对镉(Cd)暴露毒性响应的差异,该研究分析了正常肝细胞系(HL-7702)和肝癌细胞系(HepG2)Cd暴露后在细胞活力、形态、凋亡及凋亡相关基因表达等方面的响应差异. 结果表明:当Cd浓度为1 mg/L时,HL-7702细胞活力降至65%,而HepG2细胞活力未受到明显影响,且HL-7702细胞和HepG2细胞对Cd暴露的半数致死浓度(LC50)分别为1.9和2.4 mg/L,说明正常肝细胞较肝癌细胞在细胞活力方面更为敏感. Cd暴露均会诱发两种细胞凋亡,但在0.25 mg/L的Cd暴露下,HepG2细胞凋亡率显著高于HL-7702细胞,说明正常肝细胞抗凋亡能力显著高于肝癌细胞. 不同细胞中Cd诱发凋亡的分子途径不同,在HL-7702细胞中镉主要通过上调Caspase-3和下调Bcl-2基因的表达来诱导细胞凋亡,而在HepG2细胞中则主要通过上调Caspase-3基因来诱导细胞凋亡. 研究显示,正常肝细胞和肝癌细胞对Cd暴露的毒性响应差异较大,采用人正常肝细胞比肝癌细胞更能准确评估重金属的肝毒性.
荷兰人体健康土壤环境基准与标准研究及其对我国的启示
吴颐杭, 杨书慧, 刘奇缘, 屈雅静, 陈义祥, 赵文浩, 陈海燕, 马瑾
2022, 35(1): 265-275. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.08.11
摘要(351) HTML (74) PDF(87)
摘要:
土壤环境基准与标准是开展土壤环境保护与管理的基础. 荷兰是世界上较早开展污染土壤风险管控与土壤环境基准研究的发达国家之一,本文以荷兰为例,综述其土壤环境基准与标准研究,以期为我国土壤环境基准制定提供参考. 通过分析荷兰建立的有关土壤环境保护与管理的政策与法规,系统梳理已经制定的基于保护人体健康的土壤环境基准与标准,从人体毒理学基准、用地类型、暴露途径以及暴露参数四方面阐述荷兰土壤环境基准的制定方法,最后提出对我国土壤环境基准研究的建议. 荷兰较早制定了有关土壤修复的法案,形成了以土壤修复和可持续管理为主的法律体系,建立了以干预值和最大值为主的标准体系,并确定了土壤环境基准推导的理论方法. 我国应完善土壤污染防治的法规标准体系,开展符合区域具体情况、多种用地方式下的精细化土壤环境基准研究,加强本土化暴露评估模型研究,建立土壤环境基准数据库与优控污染物名录.
石油类污染物淡水短期水质基准研究及其对我国标准修订的意义
李云霞, 汤智, 赵天慧, 方梦园, 周佳男, 吴丰昌
2022, 35(1): 276-289. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.11.03
摘要(315) HTML (52) PDF(35)
摘要:
环境管理、应急处置和水质标准修订工作亟需石油类污染物淡水水质基准研究作为支撑. 本文筛选整理了大量本土物种毒性数据,利用SSD (物种敏感度分布法)和TPR (毒性百分数排序法)分析了5种典型石油类污染物(原油、苯、甲苯、乙苯和二甲苯)的淡水水生生物急性毒理数据,获得了保护我国淡水水生生物的短期水质基准值. 通过综合对比分析,认为利用SSD获得的基准值可作为石油类污染物的短期水质基准推荐阈值,原油和BTEX(苯系物,包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯)的短期水质基准值分别为0.065、2.000、2.340、1.295和1.595 mg/L. 结果表明:①原油的毒性远大于BTEX,这可能是由于毒性的联合作用使得石油的毒性变强. ② 绿水螅对原油最敏感,原因可能是水螅更容易通过摄食或直接摄取获得原油WAF(水溶性组分)的有毒成分;鱼类相较于其他物种对苯更为敏感,而对其他BTEX而言,最敏感物种为节肢动物,原因可能是鱼类和节肢动物器官分化程度以及试验时的龄期选择存在差异,鱼类更易在短时间内将苯代谢为有毒的代谢产物. ③ 不同BTEX的敏感物种虽存在一定差异,但基准值未有数量级的差异. 研究显示,我国现行地表水环境质量标准中石油类标准未单独针对保护水生生物制定,BTEX标准的保护目标是基于人体健康而非水生生物,研究结果对我国石油类污染物环境管理、突发油类污染物对水生生物的危害及风险评估以及淡水水生生物特别是本土物种保护的水质标准制修订工作具有重要的借鉴作用.
铁基材料活化过硫酸盐降解水中抗生素的研究进展
凌良雄, 陆建, 周易, 周彦波
2022, 35(1): 290-298. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.09.12
摘要(335) HTML (167) PDF(79)
摘要:
抗生素广泛应用于医药和养殖行业,排入水体中的抗生素严重威胁了生态安全和人体健康. 目前,常规污水处理过程对抗生素降解效率较低,基于硫酸根自由基(SO4•−)的高级氧化技术逐渐成为水处理领域的研究热点之一. 铁基材料廉价易得,在活化过硫酸盐(PS)降解水中抗生素领域展现出一定的应用前景. 本文重点综述了几种典型铁基材料在活化PS降解水中抗生素的研究进展,分析了pH、重复使用性等影响铁基材料实际处理效果的因素,并对铁基材料活化PS的发展前景进行了展望,旨在为拓展铁基材料环境应用和阐明PS活化机制提供重要参考. 结果表明:铁(氢)氧化物、零价铁(ZVI)和铁硫化物等铁基材料活化PS产生的SO4•−和羟基自由基(HO·)对抗生素降解起关键作用. 与传统铁基材料相比,复合型铁基材料表现出更加优异的催化性能和稳定性. 此外,高价铁和单线态氧也被证明对铁基体系催化降解抗生素起重要作用. 现阶段缺乏考察铁基材料/PS体系降解实际水体中抗生素性能和机理的研究;同时,单原子铁催化剂等新型铁基材料活化PS降解抗生素的性能及机制也有待进一步明确.
环境经济与管理
呼包鄂榆城市群土地混合利用与碳排放的脱钩关系
徐泽, 李储, 牛陆
2022, 35(1): 299-308. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.09.24
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摘要:
在碳达峰和碳中和的新形势下,实现西部资源型和农牧结合区域的碳减排,是中国落实高质量发展的关键. 基于最新的欧洲航天局全球陆地覆盖数据和中国碳核算数据库,采用信息熵模型和Tapio模型,揭示了2001—2017年呼包鄂榆城市群37个县级行政区的CO2排放时空格局和土地利用混合度变化,并识别二者脱钩状态. 结果表明:①呼包鄂榆城市群CO2排放年增加量与年增加率具有一致性. 鄂尔多斯市是CO2排放年增加量和年增加率最高的地区,榆林市是CO2排放年增加量和年增加率最低的地区. ②土地利用混合度存在层级差异. 各地级行政区土地利用混合度具有“梯度效应”,即包头市土地利用混合度变幅较大,呼和浩特市、鄂尔多斯市和榆林市变幅较平缓. 各县级行政区土地利用混合度具有“增长粘性”,即土地利用混合度较高的区域仍居高位. 此外,土地利用混合度具有东高西低、南高北低的时空分布特征. ③土地利用混合度和CO2排放的脱钩状态具有时空异质性,“十五”计划和“十一五”规划期间脱钩状态以强负脱钩和扩张负脱钩为主,均为不理想的发展状态,“十二五”规划到“十三五”规划前期约半数的县级行政区处于较理想的脱钩状态.“十五”计划期间强负脱钩状态的县级行政区呈连片分布趋势,“十一五”规划期间扩张负脱钩覆盖榆林市大部分地区,“十二五”规划期间各类脱钩状态的县级行政区呈组团化,“十三五”规划前期西部脱钩状态优于东部. 研究显示,呼包鄂榆城市群应严控CO2排放年增加量和年增加率,提升土地利用混合度,根据脱钩状态评估提升土地利用混合度的可行性.