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2022年  第35卷  第7期

目录
主编约稿
制备高通量、抗污染PDA/PEI纳米颗粒膜用于农村含油生活污水处理
贺斌, 马宇, 高芳, 赵晓丽
2022, 35(7): 1547-1555. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.03.24
摘要(313) HTML (56) PDF(68)
摘要:
水处理分离膜具有纳米尺度筛分孔道,虽适合分散式处理农村生活污水中油水乳化液,但膜污染严重,导致膜通量较低. 因此,设计抗污染、高通量水处理分离膜可实现农村含油生活污水高效处理. 本文采用真空辅助自组装技术,在高分子膜表面及内部负载聚多巴胺(PDA)/聚乙烯亚胺(PEI)纳米颗粒,制备了PDA-NP膜. 由于纳米颗粒含有丰富的亲水基团,改性后膜纯水通量及农村含油生活污水通量恢复率分别高达(741.23±17) L/(m2·h)及99.4%,实现了高通量、抗污染目标;另外,对农村含油生活污水TOC的去除率达45.12%,具有较强的实际意义.
“一带一路”沿线国家碳排放:外商直接投资与发展要素的共同影响分析
昌敦虎, 缪琪, 原佳倩, 陶子怡, 董战峰, 白雨鑫
2022, 35(7): 1556-1563. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.04.08
摘要(468) HTML (89) PDF(87)
摘要:
“一带一路”倡议下,推动绿色低碳发展,共建碳达峰、碳中和目标下国际合作共赢的生态圈,已经成为“一带一路”沿线国家的共识. 本文基于“一带一路”沿线国家1997—2018年的面板数据,通过逐步回归、异质性分析和门槛回归方法探究外商直接投资(FDI)的碳排放效应. 结果显示:①“一带一路”沿线国家FDI显著增加碳排放,体现出“污染天堂”效应. ②我国提出的“一带一路”倡议注重绿色低碳发展,削弱了“一带一路”沿线国家FDI对碳排放的“污染天堂”效应,体现出我国在环境治理特别是应对气候变化方面发挥的引领示范作用. ③经济发展可削弱FDI对碳排放的“污染天堂”效应,然而经济快速发展特别是工业发展可显著增加碳排放. ④政策、创新和发展三类机制均导致FDI的碳排放效应发生显著变化,其中发展机制影响最大,创新机制的碳减排效果相对稳定. ⑤强化环境规制促进了FDI的“污染光环”效应,“一带一路”倡议则推动“一带一路”沿线各国加强了环境规制. 研究显示,为促进“污染光环”效应形成,应深化绿色“一带一路”,利用来自中国投资的低碳化特征,增加与中国的投资往来并提高负有环境责任FDI的比例. “一带一路”沿线各国也应加强绿色低碳科技创新,在此基础上协同政策、创新和发展三类机制,引导FDI投向绿色低碳领域. 此外,还应综合运用环境准入机制和环境经济手段,实现高质量发展.
大气环境
新疆天山北坡低层大气稀释扩散能力的季节性差异和量化研究
张众志, 魏雪峰, 苗云阁, 凯楠, 朱亚, 徐峻, 程苗苗
2022, 35(7): 1564-1572. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.04.07
摘要(218) HTML (38) PDF(80)
摘要:
随着我国重点区域空气质量水平的整体改善,新疆天山北坡的污染问题日显突出. 为了探究当地低层大气稀释扩散能力的季节性差异及其对污染的影响,综合运用多种观测资料,对PM2.5污染和气象条件的季节性差异及二者之间的联系进行了系统分析,并利用区域空气质量模型开展数值试验,对低层大气稀释扩散能力进行了量化. 结果表明:①天山北坡主要城市冬季(12月—翌年1月)和春夏季(5—8月)PM2.5浓度最大可相差10.8倍. 对环流形势、地面气象要素、下垫面和低层大气层结等气象条件分析发现,低层大气稀释扩散能力是造成PM2.5浓度差异较大的首要外因. ②天山北坡主要城市春夏季的低层大气稀释扩散能力远高于冬季,最高为冬季的4.9倍;稀释扩散能力的逐月变化表明,稀释扩散能力最强和最弱月份最大相差5.6倍. 而同处北方的京津冀地区,春夏季与冬季最大相差2.0倍. 研究显示,合理利用低层大气稀释扩散能力的季节性差异,施行系统性的错峰生产,竭力减少冬季大气污染物排放,将是改善天山北坡城市空气质量的有效途径.
重型天然气车实际道路排放特征与机理研究
赵琛, 王军方, 付明亮, 李刚, 蒋涵, 丁焰
2022, 35(7): 1573-1580. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.04.10
摘要(216) HTML (50) PDF(81)
摘要:
为掌握重型天然气车在实际道路行驶过程中的排放特性,使用便携式车载排放测试系统(PEMS)对2辆国Ⅴ重型天然气车(简称“国Ⅴ车辆”)和2辆国Ⅵ重型天然气车(简称“国Ⅵ车辆”)进行实际道路排放测试,分析了CO和NOx的排放特征和不同工况下的排放因子. 结果表明:①国Ⅴ车辆在3种代表性道路类型(市区路、市郊路、高速路)下CO和NOx的高排放区主要分布在中低速区域的加速阶段,而国Ⅵ车辆CO和NOx的高排放区在市区和市郊路上主要集中在速度大于30 km/h区间,在高速路两种污染物的高排放区分布较为零散. ②根据MOVES模型划分机动车比功率区间(VSP Bin)后发现,国Ⅵ车辆在Bin 11~Bin 18区间,CO和NOx排放速率基本稳定且处于较低水平;在Bin 21~Bin 28区间,CO和NOx排放速率均随VSP的增加而逐渐升高. ③国Ⅴ车辆综合工况下CO和NOx排放因子分别为国Ⅵ车辆的1.1~3.9和3.3~8.2倍,其中,在市区路分别为3.0~25.0和11.3~30.2倍. ④国Ⅴ车辆的NO2/NOx(浓度比,下同)远高于国Ⅵ车辆,且在高速路国Ⅴ和国Ⅵ车辆的NO2/NOx均最低. 此外,对比不同研究的测试结果发现,本研究国Ⅵ车辆的CO和NOx排放因子高于其他研究中国Ⅵ重型柴油车. 研究显示,国Ⅵ车辆的CO和NOx排放因子均低于国Ⅴ车辆,且在市区路下与国Ⅴ车辆差距更明显,因此,推广使用国Ⅵ天然气车,逐步淘汰采用稀薄燃烧技术的天然气车,能有效减少NOx的排放.
基于北京和昆明海拔条件下的国混合动力车实际道路排放特性研究
郑丰, 赵海光, 吉江林, 尹航, 丁焰, 李加强
2022, 35(7): 1581-1588. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.03.27
摘要(241) HTML (57) PDF(70)
摘要:
为研究国Ⅵ混合动力车在北京和昆明海拔条件下的实际道路排放特性差异,在北京和昆明使用便携式车载排放测试系统(portable emissions measurement system, PEMS)对一辆国Ⅵ混合动力车进行实际道路行驶排放测试. 基于实际道路测试的数据,分析了混合动力车在市区、市郊和高速3种类型道路的排放特征,并利用移动平均窗口法和算术平均法计算了混合动力车的排放因子. 结果表明:①在3种道路类型中一氧化碳(CO)排放速率和颗粒物数量(PN)瞬态数值均出现明显的波动,峰值分别达0.18 g/s和3.75×1011个/s,CO排放速率的波动主要集中在高速路,而PN瞬态数值的波动集中在市区和市郊路. 混合动力车的氮氧化物(NOx)排放速率波动主要出现在市区路,且最大值为0.016 g/s. ②由于海拔和工况的影响,与混合动力车在北京的污染物排放测试结果相比,在昆明混合动力车的CO排放因子增加了85%,而NOx和PN排放因子分别下降了37%和27%. ③分别采用移动平均窗口法和算术平均法(代表车辆原始排放结果)对污染物排放进行计算,发现在北京两种算法的结果差异较小,在昆明混合动力车使用算术平均法计算的CO、NOx和PN污染物排放因子结果比移动平均窗口法分别高88%、82%和69%,即在高海拔地区(昆明)混合动力车使用移动平均窗口法计算污染物排放与其原始排放差异较大. ④尽管测试城市海拔升高,车辆风阻和滑行阻力随之减小,但在市区路和市郊路上工况对混合动力车CO2排放的影响大于海拔的影响,混合动力车在昆明的油耗有所增加,CO2排放因子增加了17%. 研究显示,与北京相比,混合动力车在昆明行驶时CO和CO2排放因子均有所上升,而NOx和PN的排放因子有所降低.
不同保洁工艺对道路尘负荷与扬尘控制效率差异的影响研究
李冬, 薛占刚, 刘善文, 高健, 朱健忠, 李贤芳, 陈建华
2022, 35(7): 1589-1595. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.04.05
摘要(251) HTML (68) PDF(73)
摘要:
为评估城市道路扬尘治理效果及精准治理道路扬尘,于2020年10月—2021年2月对河南省郑州市城区典型道路的积尘负荷和道路扬尘浓度进行测定,计算了不同类型保洁工艺的扬尘控制效率,分析了典型的湿式保洁工艺实施后的道路扬尘浓度变化. 结果表明:①各种保洁工艺的平均扬尘控制效率受保洁时间、环境温度和相对湿度等因素影响. 实施保洁工艺后1 h内扬尘控制效率平均值为23%~47%,在1~2 h内扬尘控制效率为20%~40%,在2~2.5 h内扬尘控制效率为5%~27%,3 h后路面积尘基本恢复原有水平. 扬尘控制效率与环境温度、相对湿度均呈弱相关. 日气温较高时,会加速路面水分蒸发,进而导致湿式作业的扬尘控制效率较低. ②不同类型保洁工艺控制效率存在差异. 在1 h内混合作业的扬尘控制效率(37%~51%)最高,湿式作业的扬尘控制效率(11%~48%)次之,干式作业的扬尘控制效率(5%~19%)最低,原因在于各类保洁工艺的除尘和抑尘能力不同. ③湿式作业干燥后可有效控制路面积尘和道路扬尘约1 h. 洒水量会影响控尘效果,冬季降低洒水量(防止道路结冰)作业的控制道路扬尘效果较差. 研究显示,道路积尘负荷及扬尘控制效率受保洁工艺、保洁作业时间、环境温度、相对湿度和季节变化等多因素影响,在控制和治理城市道路扬尘时应综合考虑这些因素.
水环境
成渝地区双城经济圈人类活动氮磷输入时空演变及其驱动因素
邓陈宁, 张泽乾, 徐睿, 李虹, 邹天森, 杨鹊平, 刘伟玲, 聂冲, 赵艳民
2022, 35(7): 1596-1604. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.03.18
摘要(312) HTML (72) PDF(55)
摘要:
随着城市化进程的加快,高强度人类活动重塑了氮磷等的自然地球化学循环,养分的高效利用与可持续管理面临挑战. 选取地处长江经济带与“一带一路”交汇处的成渝地区双城经济圈为研究区域,基于净人为氮磷输入模型,明晰了人类活动氮磷输入(NANI和NAPI)强度及其组成结构,厘清了其时间轨迹及空间格局,辨识了主要社会经济影响因素的相对贡献度. 结果表明:①2011—2019年成渝地区双城经济圈平均NANI和NAPI分别为13 063 kg/(km2·a)(以N计,下同)和2 291 kg/(km2·a)(以P计,下同),高于长江经济带尺度和全国尺度的平均水平,但低于长三角和长江中游城市群. 非点源NANI和NAPI占比较高,农用化肥输入量为主要来源,食品/饲料养分输入量次之. ②时间尺度上,2011—2019年研究区NANI和NAPI均呈整体下降趋势,分别降低了43.2%和25.9%,其中非点源NANI和NAPI分别降低了44.9%和26.8%,但点源NANI和NAPI分别上升了7.0%和3.3%;空间尺度上,2011—2019年NANI和NAPI平均强度较高的地区大部分集中于研究区域中部以及成都市、重庆市的周边地市,其中德阳市NANI和NAPI均为最高,雅安市NANI和NAPI均为最低. ③NANI和NAPI除与其组分直接相关外,与农村人口密度、耕地面积占比均呈显著正相关,与森林覆盖率呈显著负相关(P<0.05). 研究显示,城市化驱动下的人为氮磷输入时空格局特征明显,我国相关管理措施对其具有积极作用,且区域协同治理已成为破解环境问题的关键.
多塘湿地对降雨径流的截留特点
李丹, 郑丙辉, 储昭升, 侯泽英, 袁静
2022, 35(7): 1605-1614. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.02.12
摘要(284) HTML (48) PDF(52)
摘要:
为考察降雨过程对径流发生的影响及其对多塘湿地进出水水质、水量的影响,基于2017年8月25日和9月6日两次降雨过程中湿地进出水水质水量长时间的变化特征,探究降雨过程中湿地水质水量变化及污染物净化特征. 结果表明:①多塘湿地进水量峰值出现的时间滞后于降雨雨强峰值及累计雨量峰值. 降雨雨强对湿地进水量影响不显著,而累计雨量影响径流的产生量,进而影响湿地进水量,造成湿地水力负荷急剧上升,最高达2.45 m3/(m2·d). 降雨过程中多塘湿地水位上升,水深加深,有效容积增大,水力停留时间延长. ②进水水质变化随降雨过程无显著规律,但进水污染物负荷量始终大于非降雨期,说明降雨期间径流污染仅采用污染物浓度洪峰控制是不充分的,特别是雨季降雨频繁的地区,应重视污染负荷对多塘湿地净化效能的影响. ③降雨期间多塘湿地对径流污染有良好的截留作用,TN、TP去除率分别为33.6%~88.7%和25.2%~78.0%. 研究显示,进水水力负荷的增加增强了湿地的扰动,导致部分单元污染物出口浓度高于进水,但由于调蓄塘-表流湿地-塘-生态浮床-稳定塘耦合工艺的梯级单元有助于湿地系统对污染物消纳截留,增强了湿地对降雨径流的截留稳定性.
基于EEM-PARAFAC解析厌氧生物滤池对城市污染河流中DOM的转化特性
杨垒, 李晓彤, 任勇翔, 刘志逸, 郭盾, 梁庆凯, 邵亚辉, 郭淋凯
2022, 35(7): 1615-1624. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.02.22
摘要(290) HTML (55) PDF(62)
摘要:
为探究厌氧生物滤池(AF)处理城市污染河流的最佳工况和运行效能,以新河河水为研究对象,运用三维荧光光谱结合平行因子法(EEM-PARAFAC),研究AF中试试验系统在不同水力停留时间(HRT)及温度条件下对溶解性有机物(DOM)的转化特性. 结果表明:①河水中DOM主要包含3种荧光组分,其中,C1为类腐殖质物质,C2为类蛋白物质,C3为类腐殖质物质,类蛋白和类腐殖质物质平均占比分别为53.45%和46.55%. ②AF运行稳定后COD平均去除率为30.75%,出水UV254降低19.80%;荧光组分分析表明,DOM的降低主要归因于C2和C3的有效转化,且提高温度和HRT有助于DOM的进一步降低. ③UV254和<10 kDa的DOM沿程逐步减小,3~10 kDa和<3 kDa的DOM去除率分别为64.29%和22.81%;沿程出水三维荧光光谱显示,AF前端微生物活性较高,C1和C3变化较小,C2先升高后逐步下降,最终出水DOM总荧光强度出现明显的降低,表明AF第1级滤层是DOM去除和转化的主要区域. 研究显示,常温且HRT=24 h工况下,AF能够在一定程度上将难降解有机物转化为易降解有机物,有效去除城市污染河流中的DOM,可作为处理城市污染河流的潜在预处理手段.
自支撑阴极用于宽pH域原位产H2O2及其耦合UV降解卡马西平
曹建新, 张露, 严樟, 徐昊林, 冯春华
2022, 35(7): 1625-1635. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.02.18
摘要(183) HTML (38) PDF(31)
摘要:
阴极电催化实现宽pH域原位产H2O2颇具挑战性,但在高级氧化领域具有吸引力. 为克服传统芬顿及电芬顿技术中反应pH的限制,以Cd作为牺牲金属,以碳布为基底,通过煅烧成功合成了一种可在宽pH (3~10)条件下,均能原位电催化合成H2O2的自支撑阴极氮掺杂碳材料〔X/N@C-CC,X=550、750、950 (煅烧温度)〕,并在此基础上,通过UV活化H2O2产生氧化活性物种对卡马西平(CBZ)进行降解. 结果表明:①通过煅烧法制备的阴极材料具有高氮掺杂量,煅烧温度对其氮掺杂量及种类有着较大影响,在最佳煅烧温度750 ℃条件下,氮含量为8.89%,且以吡啶氮和石墨氮形式存在. 此外,煅烧温度对该阴极材料氧含量无明显影响,其表面均含有C=O、—COOH官能团;②催化材料的主要活性位点为吡啶氮、石墨氮以及—COOH等含氧官能团,且含氧官能团的存在,使其在碱性pH条件下亦有较好的电催化产H2O2性能;③在最佳条件下,750/N@C-CC H2O2产率可达73.09 mg/(L·h). 耦合UV后,在pH=3、6、10时均能在20 min内完全降解10 µmol/L CBZ,结合自由基掩蔽试验与电子顺磁共振(EPR)探针试验结果显示,降解CBZ的主要活性物种为·OH. 研究显示,UV耦合电催化产H2O2体系能够有效避免传统芬顿铁泥累积问题,同时反应条件不再受pH的限制,亦无有毒副产物的生成,该体系对于以CBZ为代表新型有机污染物的处理,呈现出较好的应用前景.
硫化零价铁及其耦合高级氧化技术在水处理中的研究进展
廖兵, 叶秋月, 胥雯
2022, 35(7): 1636-1646. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.02.20
摘要(171) HTML (101) PDF(57)
摘要:
硫化零价铁(S-ZVI)因其电子传递效率高、选择性好,成为近年水处理领域的研究热点. S-ZVI耦合高级氧化技术(S-ZVI/AOPs)能够在保留S-ZVI较强还原性的基础上引入强氧化作用,实现有机污染物的深度氧化与矿化. 本文总结了S-ZVI及其分别耦合过氧化氢(H2O2)、氧气(O2)和过硫酸盐(PS)体系在水处理领域的研究现状,系统介绍了影响污染物去除效果的各种因素,包括S/Fe (摩尔比,下同)、S-ZVI投加量、氧化剂投加量、溶液初始pH等,重点讨论了S-ZVI和S-ZVI/AOPs体系去除污染物的反应机理,并简述了其在工程中的应用,最后对未来的研究方向提出了建议与展望,旨在拓宽S-ZVI/AOPs在环境修复领域中的实际应用. 结果表明:①S-ZVI主要通过吸附和还原作用去除污染物,S-ZVI/AOPs体系主要通过活性物种的氧化作用去除污染物;硫化层可以通过改变电子转移路径提高活性物种产量,同时一些硫物种也可以活化氧化剂. ②耦合体系中的活性物种除常见活性自由基外,如羟基自由基(·OH)、超氧自由基(O2•−)和硫酸根自由基(SO4•−)等,还包含非自由基Fe(Ⅳ),但Fe(Ⅳ)贡献量相对较少. ③氧化剂的活化途径包括Fe2+均相活化和非均相活化以及Fe0直接活化. 现阶段研究缺乏对反应体系中电子转移途径的量化,同时需要考察反应体系中多种污染物共存时的去除效果并厘清相互影响机制以提高实际应用性. 另外,关于O2对S-ZVI去除污染物的促进或抑制作用的影响机制还有待进一步研究.
超支化聚合物制备及其在水处理中的研究进展
赵远, 樊乾龙, 程鹏, 周文帅, 李露洁
2022, 35(7): 1647-1657. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2021.12.24
摘要(242) HTML (217) PDF(44)
摘要:
为进一步改善水环境质量,提高水处理效率,开发新型高效的水处理剂尤为重要. 聚合物作为一种常见的水处理剂,能够借助自身聚合特性与各类污染物通过静电力、氢键等作用力结合,从而高效分离水体中污染物. 超支化聚合物是一类高度支化、具有三维结构的大分子聚合物,该聚合物支化位点多、末端官能团丰富、分子链不易缠结,且易接枝改性、易修饰,能够合成多种功能化新材料. 本文根据超支化聚合物的不同末端官能团结构,分别综述了3种超支化聚合物(端氨基超支化聚合物、端羟基超支化聚合物、端羧基超支化聚合物)的合成制备,并研究超支化聚合物的接枝改性及其在水处理中的应用. 由于超支化聚合物独特的三维大分子结构和丰富的末端官能团(—NH2、—COOH、—OH等),超支化聚合物及其接枝改性产物能够在多种污染水体(重金属废水、染料废水、含油废水等)中表现出高效去除性能. 今后,可进一步对超支化聚合物的接枝改性进行深入研究,制备新型超支化复合材料,以提高超支化复合材料的循环再生及再使用性能,提升水处理效能,降低处理成本,为研发新型环境友好型的水处理剂提供理论基础和技术支撑.
生态环境
白洋淀沉水植物群落时空变化及影响因素
徐杰, 何萍, 刘存歧, 王德旺, 李代魁, 王军霞, 张亚娟
2022, 35(7): 1658-1669. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.05.20
摘要(228) HTML (101) PDF(48)
摘要:
白洋淀是华北地区最大的浅水湖泊,对于维护雄安新区生态安全具有重要意义. 基于2010年、2019年白洋淀沉水植物群落和主要环境因子的采样调查数据,分析沉水植物群落组成、分布变化及其与水位和水质之间的关系,并采用沉水植物群落质量指数(SMQI)评价淀区沉水植物群落质量状况,采用综合污染指数(WQI)评价淀区水质状况. 结果表明:与2010年相比,2019年白洋淀沉水植物种类数由10种变为9种,优势种由金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus)、轮藻属一种(Chara sp.)变为金鱼藻、篦齿眼子菜、狸藻(Utricularia vulgaris)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum);金鱼藻出现频率无明显变化,篦齿眼子菜、狸藻、穗状狐尾藻和大茨藻(Najas marina)出现频率明显增加,马来眼子菜(Potamogeton malaianus)、轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)出现频率有所减少;大部分淀泊沉水植物群落质量有所提升,SMQI平均值从3.87升至4.98,淀区中部和东部的沉水植物群落质量普遍好于西部府河、孝义河入淀口附近;几乎所有淀泊水质都明显好转,WQI平均值从2.80降至0.77,尤其是入淀口至北部烧车淀区域水质改善明显. 冗余分析显示,沉水植物群落分布与总磷、叶绿素a浓度均呈显著相关,其次是水深和透明度. 沉水植物与水深、透明度的关系分析表明,冬春季补水不利于沉水植物的萌芽与生物量增长,且2019年白洋淀水位超出沉水植物适生范围(水深/透明度<3). 沉水植物与水质的关系分析表明,白洋淀已无藻型浊水区,因此具备沉水植物自然修复的水质基础. 建议白洋淀在实施生态补水时考虑沉水植物的光合特性与生活史规律,并针对沉水植物生物量较高的淀泊实施平衡收割.
大娄山区生态系统服务价值变化与情景预测
姜栋栋, 杨帆, 马伟波, 李海东, 张龙江, 刘桂建
2022, 35(7): 1670-1680. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.03.25
摘要(225) HTML (58) PDF(47)
摘要:
生态系统服务价值(ecosystem service value,ESV)是区域生态福祉的重要测度指标,探析ESV演变规律对区域生态保护政策制定和绿色发展具有重要参考意义. 以大娄山区水源涵养与生物多样性保护重要区(简称“大娄山区”)为研究区,基于土地利用数据和修正系数的当量因子法,评估2000—2018年大娄山区ESV空间格局及演变特征,同时结合10项土地利用驱动因素和斑块生成土地利用变化模拟(patch-generating land use simulation,PLUS)模型预测大娄山区2036年自然演变、经济优先和生态保护3种情景下土地利用变化及其ESV演变和转移特征. 结果表明:①2000—2018年大娄山区ESV呈微弱增加趋势,由2000年的1 988.41×108元/a增至2018年的1 994.20×108元/a,增幅为0.29%;其中,湿地面积增加致使水文调节ESV增加4.75×108元/a. ②总体上,夜间灯光指数、人口密度、高程等因素对耕地、林地和草地的土地发展潜力驱动贡献较高. 就耕地土地发展潜力来说,以高程、夜间灯光指数、地形湿度指数(topographic wetness index, TWI)驱动贡献率较高,分别为14.41%、11.83%和10.44%. ③从ESV模拟结果来看,到2036年,经济优先情景下大娄山区ESV为1 955.8×108元/a,相比2018年下降38.4×108元/a;生态保护情景下,林地、水域面积均有较大增幅,导致气候调节和水文调节分别提升4.77×108和3.35×108元/a,其中在金沙县、习水县、叙永县和大方县耕地转化为林地较为集中. 研究显示,退耕还林是大娄山区生态保护的主要途径,湿地水域土地利用变化是影响大娄山区ESV的重要因素.
土壤与固废
有机质对土壤中多环芳烃纵向迁移的影响
巩霏, 李华, 孙艺嘉, 柴超, 吴娟
2022, 35(7): 1681-1689. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.03.13
摘要(139) HTML (70) PDF(45)
摘要:
为探讨多环芳烃(PAHs)在不同有机质梯度土壤中的纵向迁移机理,以山东省广泛分布的潮土、褐土和棕壤为研究对象,配成低有机质含量(17 g/kg)、中有机质含量(30 g/kg)、高有机质含量(45 g/kg)三种梯度的较清洁土,以柴油原液配成污染土壤,采用室内土柱淋滤试验,模拟自然条件下土壤中PAHs的纵向迁移,分析淋滤后较清洁土和污染土中PAHs的含量及组成. 结果表明:PAHs在潮土中更易向下迁移,褐土和棕壤无显著性差异(P>0.05). PAHs主要富集于较清洁土柱表层(69.10%~73.68%),随土柱深度增加,PAHs含量逐渐降低;在去离子水条件下淋滤,较清洁土中低环PAHs的迁移能力大于高环PAHs. 与低有机质条件相比,中有机质条件下PAHs的淋滤率降低了20.43%~32.41%,高有机质条件下降低了48.16%~58.05%. 研究显示,低环PAHs易向下迁移,高环PAHs则较难向下迁移,有机质会抑制土壤中PAHs的纵向迁移,有机质含量越高,对PAHs纵向迁移的抑制作用越强.
填埋场渗漏条件下的漏洞电阻特征与影响因素
杨延梅, 曾晨宫, 徐亚, 刘玉强, 刘景财, 能昌信, 杨枫
2022, 35(7): 1690-1697. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.03.07
摘要(182) HTML (49) PDF(37)
摘要:
复杂填埋环境下,HDPE膜(高密度聚乙烯膜)漏洞处电阻率特征及其影响因素、影响机制不明,制约了电法精准量化渗漏量在填埋领域的应用. 基于防渗层渗漏电法检测原理,采用模拟渗漏装置和填埋场等效电路模型探析激励电压(20~200 V)、漏洞半径(1.0~12.5 mm)和渗滤液电阻率(0.68~2.60 Ω·m)等关键因素对测量总电阻和漏洞电阻的影响规律和机制. 结果表明:漏洞半径对于测量总电阻的影响呈幂函数趋势,在漏洞半径小于4 mm、激励电压在20~40 V区间时,测量总电阻稳定性较差,而漏洞半径大于4 mm、激励电压大于40 V时,测量总电阻稳定性较好;漏洞电阻随渗滤液电阻率变化明显且与渗滤液电阻率呈线性关系,表明渗滤液电阻率是影响漏洞电阻的主要因素之一. 研究显示,测量总电阻、渗滤液电阻率与漏洞半径之间存在显著相关关系,受实际场地条件差异的影响,不同填埋场地关系模型存在差异,可通过现场试验构建以测量总电阻和渗滤液电阻率为变量的漏洞半径表征关系模型,扩大基于电法的渗漏量化精准评估方法的适用范围.
施用水溶性有机肥条件下水稻对稻田土壤砷镉的提取效能
喻惠玲, 严露, 王欣, 张睿媛, 彭渤, 谭长银
2022, 35(7): 1698-1706. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.04.04
摘要(168) HTML (26) PDF(34)
摘要:
为了对砷(As)、镉(Cd)复合污染稻田土壤进行清洁修复,开展了田间试验,在施用水溶性有机肥强化As、Cd溶出条件下利用水稻作为修复稻进行提取. 为了评估水溶性有机肥的作用以及水稻的提取效能,分别在水稻分蘖期、抽穗扬花期和灌浆成熟期,利用扩散梯度薄膜技术(DGT)原位监测土壤剖面有效态As、Cd浓度的变化;收获时利用分级提取方法揭示土壤As、Cd赋存形态的变化,并分析植株各部位As、Cd的积累量;为了阐明去除根系的重要性,对比分析了保留和去除根系处理间土壤As、Cd浓度的差异. 结果表明,施用水溶性有机肥(OF)促进了土壤As、Cd的溶出释放,例如,OF处理39 d后土壤DGT-As (扩散梯度薄膜提取态As)和DGT-Cd (扩散梯度薄膜提取态Cd)平均浓度分别较空白对照升高了34.2%、54.9%. 水稻单株提取As、Cd总量分别为12.63、1.18 mg,其中根系As、Cd积累量占比分别为97.6%、81.3%. 与保留根系处理相比,移除根系使土壤As、Cd总量分别降低了5%、10%,土壤剖面DGT提取态的As、Cd平均浓度分别降低了41.9%、56.4%,作物易利用态As(F1+F2)和Cd(F1+F2)浓度分别降低了9.8%、6.1%. 研究显示,水溶性有机肥可促进土壤As、Cd的溶出,可作为利用水稻生长及根系移除来降低稻田土壤作物有效态As、Cd的强化策略,为As、Cd复合污染稻田土壤清洁与安全利用提供了一条有益路径.
米曲霉协同抗酸化菌剂制备餐厨垃圾氨基酸液态肥
贾璇, 李雪琪, 刘晓佩, 窦润琦, 贾晨浩, 高霞, 李鸣晓
2022, 35(7): 1707-1714. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.03.05
摘要(221) HTML (61) PDF(31)
摘要:
餐厨垃圾全量资源化过程中大分子物质与易降解有机质的同步转化,是制备高品质液态肥的关键. 本文采用自主筛选的抗酸化菌剂和米曲霉协同制备富含氨基酸的液态肥,通过温度、初始pH、菌剂接种量等工艺条件优化,解析大分子物质(有机质、蛋白质、淀粉等)的降解转化特性,阐明微生物群落演替规律. 结果表明:抗酸化菌剂与米曲霉的协同作用可促进餐厨垃圾中大分子物质的有效降解转化,当温度为38 ℃、初始pH为6.5、接种量为1%时,好氧发酵6 d后产物中游离氨基酸浓度显著提高,达到4.09 g/L. 极差分析发现,对产物中游离氨基酸浓度影响的显著性由高到低依次为接种量、温度和初始pH. 微生物群落演替规律分析表明,BacillusAspergillus是发酵过程中的优势微生物,与游离氨基酸浓度具有较强的相关性;Agaricales、Cladosporium、Vibrio在淀粉的降解、溶解性碳水化合物的赋存中起到重要作用. 研究显示,米曲霉协同抗酸化菌剂好氧发酵餐厨垃圾可实现易降解有机质与大分子物质的同步转化,提高产物游离氨基酸含量,为餐厨垃圾高值化利用提供技术支撑.
贵州砂页岩母质黄壤镉吸附及表面络合模型研究
刘艳, 宋瑞明, 杨阳, 程鹏飞, 安娅, 李梅, 秦好丽
2022, 35(7): 1715-1724. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.03.22
摘要(170) HTML (78) PDF(28)
摘要:
重金属在土壤中的吸附行为受土壤表面酸碱性质的影响. 贵州酸性黄壤镉(Cd)污染形势严峻,研究黄壤中Cd的吸附特征及形态变化对镉的防控和治理具有重要意义. 本文以贵州省百花湖镇不同深度的砂页岩母质黄壤为供试土壤,基于连续酸碱电位滴定试验,利用1-site/2-pKa表面络合模型(SCM),探讨土壤表面酸碱性质;基于不同pH下黄壤Cd吸附试验,运用SCM模拟Cd的吸附行为及其形态分布;同时解析黄壤组成与表面酸碱性质的相关性. 结果表明:①SCM计算所得腐质层(0~45 cm)、淋溶层(>45~57 cm)、淀积层(>57~81 cm)、风化层(>81~110 cm)、母质层(>110~183 cm)土壤表面位点浓度(Hs)随深度的增加大致呈下降趋势,各层Hs分别为0.120、0.090、0.097、0.056、0.055 mol/L,而电荷零点(pHpzc,SCM)变化趋势与之相反,分别为4.83、4.71、4.61、4.96、4.98,pHpzc,SCM与试验测定数据(pHpzc,M)接近且变化趋势一致,说明1-site/2-pKa SCM适用于黄壤的表面酸碱性质研究. ②Cd吸附试验表明,随pH的增加,Cd从溶解态逐渐转向吸附态,并在pH=7附近达到完全吸附;SCM拟合得到的不同pH下Cd的溶解态和吸附态浓度与吸附试验数据吻合良好(相关系数R≥0.995),且Cd的吸附行为与不同pH下黄壤表面位点3种形态(≡SOH2+、≡SOH、≡SO)分布的模拟结果一致,≡SOH2+、≡SO分别为pH<pHpzc、pH>pHpzc时的主要形态,揭示了黄壤表面酸碱性质对Cd吸附行为的影响机制,进一步说明SCM适用于描述Cd随土壤pH变化的吸附特征. ③相关性分析表明,有机质、游离氧化铁对Hs起主要作用,不同深度土壤的电荷零点(pHpzc)则主要由土壤中的黏土矿物、石英等无机胶体控制. 研究显示,利用1-site/2-pKa SCM可以准确描述贵州省酸性黄壤的表面酸碱性质以及Cd的吸附特征及其形态分布,可为重金属在土壤中的迁移转化行为研究提供新思路.
膜界面探测器在有机污染场地调查中的应用研究进展
刘颖, 涂晨, 丁贞玉, 张岩坤, 王晓康, 蔡国军, 武猛, 骆永明
2022, 35(7): 1725-1734. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.04.11
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摘要:
膜界面探测器(membrane interface probe,MIP)是一种有机污染物的高分辨检测器,已广泛用于污染场地土壤和地下水中挥发性有机污染物污染特征与空间分布的实时原位调查检测. 当前,我国在污染场地土壤的高精度快速筛查技术和装备方面存在较大的需求,但在该领域的自主研发与应用还处于起步阶段. 本文在系统梳理MIP在国内外有机污染场地应用案例的基础上,从文献计量学的角度分析了该领域的研究现状与未来发展态势. 结果表明:自1996年首次有文献报道MIP的应用以来,该领域的发文数量呈逐年增加趋势. 当前,国际上对MIP的研究和应用较多的国家主要为美国和中国. 从已有应用案例来看,MIP主要应用于污染场地中苯系物、卤代烃、石油烃等多种污染物的原位实时检测. MIP的发展主要经历了3个阶段,分别为挥发性有机污染物传感器的研发、场地土壤及含水层污染物的测定,以及探头的联合应用. 其中,MIP与其他多功能探头的有机耦合技术及装备的研发将成为该领域未来研发的重要方向. 基于MIP在场地有机污染物检测中的局限性,并结合我国场地土壤调查的现实需求与关键科学问题,分别从阐明污染物界面传质与扩散机制、设计高性能半透膜材料、研发高精度钻测一体化装备,以及建立相关标准与技术指南等四方面,对我国污染场地土层钻进探测一体化技术与装备的研发需求与发展方向提出了展望.
环境污染与健康
PBPK模型在苯并[α]芘健康风险评估中的应用探讨
王宏洋, 孟祥晖, 孙宇巍, 张明慧, 王旭, 朱光灿
2022, 35(7): 1735-1742. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.03.15
摘要(240) HTML (41) PDF(50)
摘要:
苯并[α]芘〔benzo[α]pyrene,BaP〕是环境中广泛存在的一种致癌多环芳烃,带来的健康风险受到普遍关注. 基于生理的药代动力学(physiologically based pharmacokinetic, PBPK)模型是一种预测污染物在生物体内部剂量的数学模型,近年来在健康风险评估中应用广泛. 本文介绍了BaP对生物体的健康危害,概述了BaP的PBPK模型研究进展,指出了BaP人体PBPK模型存在BaP及代谢物的代谢机理尚未完全明确、代谢参数可靠性不高、模型还需继续完善等问题,并探讨了PBPK模型在BaP健康风险评估中的应用. 一方面,PBPK模型在阐明内暴露监测结果及补充完善污染物在人体内的代谢机理方面具有明显优势,基于PBPK模型分析完善了BaP生物标志物3-羟基苯并[α]芘在肾小管重吸收的肾脏排泄机制;另一方面,PBPK模型作为外推工具,通过种间外推可以量化污染物的种间药代动力学差异,减小动物健康剂量水平外推至人体基准值的不确定性;通过体外到体内的外推可以关联内外暴露剂量,利用反剂量学推导人体健康基准值. 这两种外推方法的应用均可以提高人体健康基准值推导的科学性、准确性. 并以BaP为例剖析了PBPK模型不确定性来源,提出了提高模型精确性的方法. 最后,为了进一步推动完善BaP的人体健康风险评估方法体系,本文探讨总结了3个重点研究方向:一是探索PBPK模型应用于BaP健康风险评估的方法体系;二是探索可靠性更高的BaP健康风险评估概率模型;三是开展BaP的生物标志物用于人体健康风险评估可行性研究.
环境经济与管理
长江与黄河流域碳排放效率时空演变特征及路径识别探究
蒋培培, 王远, 罗进, 储祥祚, 伍博炜
2022, 35(7): 1743-1751. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.04.06
摘要(342) HTML (69) PDF(82)
摘要:
为深入探究同类型地理单元碳排放效率的区域异质性,利用考虑非期望产出的MinDS模型、Malmquist指数分析2005—2017年长江与黄河流域城市碳排放效率的静态与动态特征与差异,从流域间、流域内比较视角探究长江与黄河流域碳排放效率的空间集聚特征与演化规律,通过随机效应模型对不同城市类型碳排放效率的影响因素进行面板回归分析. 结果表明:①2005—2017年,长江与黄河流域碳排放效率平均值分别为0.785、0.747,碳排放效率总体处于较低水平;碳排放效率呈先降后升的“U”型变化趋势,且2012—2017年处于“U”型上升区段. ②长江流域碳排放效率呈下游>上游>中游的中间低、两端高的空间分布格局特征,黄河流域呈下游>中游>上游的空间递增格局特征. 长江流域碳排放效率高值区呈现城市群集聚趋势,低值区较分散;黄河流域碳排放效率低值区以宁夏沿黄城市群为中心沿黄河干流向周边扩散,高值区规模较小且分散. ③长江与黄河流域碳排放效率的Malmquist指数均呈上升趋势,表征技术革新的技术进步指数是长江与黄河流域碳排放效率提升的主要内生驱动力,而表征要素组合、管理水平的技术效率指数则对碳排放效率提升作用不显著. ④根据技术效率指数与技术进步指数在碳排放效率提升中的作用差异,可将研究对象划分为六类城市. 经济发展水平、产业结构是影响两大流域碳排放效率提升的共同因素. 研究显示,长江与黄河流域碳排放效率变动既有整体的相似性又有内部的差异性,既要考虑产业结构等因素对两大流域碳排放效率提升的普遍影响,还要注意城镇化水平等因素的差异化影响,以实现两大流域碳减排与效率提升政策设计的“因地制宜、分类施策”.
我国日用玻璃行业碳排放特征及减排措施
宁可, 孙晓峰, 王均光
2022, 35(7): 1752-1758. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2022.04.16
摘要(374) HTML (51) PDF(95)
摘要:
玻璃行业是我国能源消耗和碳排放量较大的行业之一,为分析占玻璃行业30%以上产量的日用玻璃行业的碳排放特征,本文基于排放系数法对2015—2020年行业碳排放量进行了核算,在此基础上,提出了相应的碳减排措施. 结果表明:我国日用玻璃行业碳排放量由2015年的2 617.04×104 t逐步降至2020年的2 149.95×104 t,且随着行业技术进步、清洁燃料的推广使用,单位产品碳排放量不断下降;从排放构成看,行业碳排放主要包括化石燃料燃烧产生的直接排放和外购电力及热力产生的间接排放,其排放量占排放总量的88.75%~92.27%,原料碳酸盐分解产生的过程排放相对较少,占比为7.73%~11.25%. 研究显示,降低日用玻璃生产过程中的能源消耗是减少碳排放的重要方向,调整能源结构、提高能源利用效率和优化原料结构是减少碳排放的主要措施.