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2024年 第37卷  第2期

目录
陆海协同治理与管理专题
2016—2021年长江口海域营养盐时空变化特征及其影响因素研究
何柄震, 王艳, 王彪, 卢士强, 雷坤, 李立群, 程全国
2024, 37(2): 221-232. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.10.04
摘要(312) HTML(52) PDF(108)
摘要:
为研究长江口海域营养盐时空变化特征及其主要影响因素,本研究基于2016—2021年长江口生态环境监测数据、长江流域入海断面监测数据以及长江径流数据,根据长江口盐度(S)空间分布特点,将该海域分为口门区(S<5‰)、河口区(5‰<S<25‰)和海水区(S>25‰),从分区的角度探讨长江口海域溶解性无机氮(DIN)、磷酸盐(PO4-P)、硅酸盐(SiO3-Si)的浓度时空分布、营养盐结构及限制因子. 结果表明:①时间上,2016—2021年DIN、PO4-P浓度呈波动下降趋势,SiO3-Si浓度则呈波动上升趋势. DIN浓度主要表现为春季>夏季>秋季,PO4-P和SiO3-Si浓度则均呈现秋季>夏季>春季的趋势. ②空间上,DIN、SiO3-Si浓度均呈由近岸向远海逐渐递减的趋势,均表现为口门区>河口区>海水区,而PO4-P浓度则表现为河口区>口门区>海水区. 这说明DIN、PO4-P、SiO3-Si浓度都受到长江冲淡水的影响. PO4-P浓度高值区通常位于最大浊度带附近,悬浮颗粒物(TSM)浓度在一定程度上影响PO4-P浓度的分布情况. 浮游植物的生长繁殖是营养盐浓度变化的重要原因之一. ③长江口海域营养盐结构具有分布不均衡的特点,N/P、Si/P均远大于16∶1,Si/N则均接近1,这说明磷为长江口海域浮游植物潜在限制因子. Chla浓度的相对高值区域大都处于磷限制,其值越高,N/P和Si/P则普遍越大,生物的吸收作用会使磷的限制程度加剧,说明浮游植物对长江口海域营养盐结构具有重要的影响. 研究显示:长江口海域营养盐分布具有明显的规律性,长江冲淡水对营养盐的空间分布有着重要影响,浮游植物的吸收作用是营养盐及其结构的影响因素之一.
2009—2021年夏季长江口海域浮游生物群落结构时空分布特征及其影响因素研究
李立群, 王艳, 王彪, 卢士强, 雷坤, 何柄震, 程全国
2024, 37(2): 233-245. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.08.21
摘要(160) HTML(29) PDF(49)
摘要:
为了探究夏季长江口海域浮游生物群落结构特征及其影响因素,根据2009—2021年夏季长江口海域大中型浮游生物及水质监测数据,通过盐度5‰和25‰等值线将长江口海域划分为口门区(盐度<5‰)、河口区(盐度5‰~25‰)和海水区(盐度>25‰),通过优势度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Margalef丰富度指数、Pielou均匀度指数以及排序分析法,分区分析浮游生物群落结构时空分布特征及其影响因素. 结果表明:①时间上,浮游植物物种数量和细胞数量呈上升趋势,群落结构以硅藻为主,甲藻占比近年来有所升高. 浮游动物物种数量、密度和生物量整体呈下降趋势,群落组成以桡足类动物为主. 空间上,浮游植物和浮游动物物种数量呈现出由口门区向海水区递增的趋势,与盐度分布较为一致. ②浮游动物多样性水平整体优于浮游植物,二者生物多样性空间分布较为一致. 其中,海水区浮游生物多样性和丰富度均较高,结构复杂;口门区浮游生物种类少,但均匀度较高;河口区浮游生物种类较多但分布不均匀. ③冗余分析结果表明,水温、盐度、光照、营养盐是影响浮游生物生长的主要因素. 除环境要素外,生物间的捕食作用对群落特征变化也具有重要影响. 研究显示,夏季长江口海域浮游生物群落结构时空分布特征较为明显,口门区及部分河口区陆源输入带来了丰富的氮磷营养盐,加之河口区咸淡水混合,促进了浮游生物的生长,海水区受黑潮影响,盐度高,营养盐含量丰富,黑潮携带大量浮游生物进入海域,提高了浮游生物丰富度和多样性.
滦河流域TN浓度时空变化特征与影响因素分析
张恩广, 王艳, 杨坤, 彭嘉玉, 吕旭波, 雷坤, 程全国
2024, 37(2): 246-255. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.10.22
摘要(171) HTML(40) PDF(63)
摘要:
水体中氮元素浓度过高是影响河流水环境的重要因素之一. 为深入了解滦河流域TN浓度时空变化特征,本研究基于2018—2022年滦河流域TN浓度逐月监测数据,通过空间聚类分析将该流域划分为源头区、中上游区和下游区,开展TN浓度时空分布特征及变化规律研究;通过探究TN浓度与降雨量、径流量、地下水埋深的关系,分析TN浓度变化的影响因素. 结果表明:①滦河流域TN浓度源头区水质状况良好,TN浓度保持在1.86 mg/L左右;中上游区TN浓度较高,浓度最高断面超过10 mg/L,这与该区域人口聚集、畜禽养殖及农业面源污染等问题有关;下游区受到潘大水库对中上游汇水的调节,TN浓度较中上游区有所下降,稳定在5 mg/L左右. ②滦河流域TN浓度受降雨量影响显著,月降雨量小于250 mm时,TN浓度与降雨量呈较强负相关,呈现TN浓度随降雨量增大而减少的趋势;月降雨量大于250 mm时,土壤中的氮素受到冲刷被释放,河流中TN浓度随降雨量的增大而升高. ③潘大水库的调蓄作用对水库下游的TN浓度影响显著,水库的大量泄水会极大增加河道径流,使水库底层沉积物中的氮素释放,从而增大河流中的TN浓度. ④滦河流域的丘陵地区,地势起伏大,地下水埋深较浅,枯水期地表水会受到地下水的侧向补给,造成地表水NO3-N浓度升高,进而导致TN浓度升高. 研究显示,滦河流域的TN浓度呈现出中上游区>下游区>源头区的趋势,降雨量和潘大水库的调蓄作用对TN浓度的影响显著,丘陵区枯水期地下水补给地表水是造成TN浓度升高的原因之一.
大气环境
长三角减污降碳政策的协同效应和作用机制研究
朱思瑜, 于冰
2024, 37(2): 256-265. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.10.21
摘要(218) HTML(44) PDF(86)
摘要:
在“双碳”目标和长三角地区一体化高质量发展的要求下,如何发挥环境政策的协同效应,协同推进减污、降碳和经济高质量发展,对于促进经济社会发展全面绿色转型具有重要意义. 以2006—2020年长三角地区41个地级市为研究对象,以大气污染物(包括SO2、NOx、PM和VOCs)排放当量、CO2排放量和经济高质量发展水平为被解释变量,以减污降碳政策力度为核心解释变量,通过固定效应和中介效应模型检验减污降碳政策对大气污染、碳排放和经济高质量发展的协同效应和作用机制. 结果表明:①减污降碳政策具有三重协同效应,政策力度每提升1%,平均意义上可降低0.470%的大气污染物排放当量,降低0.292%的CO2排放量,提升0.040%的经济高质量发展水平. ②减污降碳政策的协同效应具有地区异质性,在核心城市组能够实现减污、降碳和经济高质量发展的三重协同效应,而在中心城市组仅具有污染减排效应,在外围城市组没有产生显著效应. ③减污降碳政策主要通过减少能源消费、促进绿色技术创新实现减污、降碳和经济高质量发展. 研究显示,应充分考虑地区差异性,针对各城市组制定相应对策措施,进一步发挥减污降碳政策的协同效应,以全面实现长三角地区减污、降碳和经济高质量协同发展.
2008—2020年泛珠三角区域大气氨排放清单及分布特征
方利江, 虞丹君, 余朝毅, 杨一群, 叶观琼
2024, 37(2): 266-277. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2024.01.07
摘要(131) HTML(38) PDF(51)
摘要:
精确的区域氨排放清单编制对于制定有效的空气污染控制措施至关重要. 以福建省、江西省、湖南省、广东省、广西壮族自治区、海南省、四川省、贵州省、云南省等9省份为研究区域,基于10种不同氨排放源活动水平数据,采用排放因子法建立了泛珠三角区域2008—2020年的氨排放清单,并利用ArcGIS软件对2020年研究区的氨排放量进行1 km×1 km空间网格分配. 结果表明:①2008—2020年泛珠三角区域氨排放量为2 685.40×103~2 839.35×103 t,总体较为稳定,年变化率在−1.42%~1.88%之间,农业源占氨排放总量的92.23%~93.79%,非农业源贡献率为6.21%~7.77%. ②2020年,四川省氨排放量最大,为689.07×103 t,占研究区氨排放总量的24.53%;其次为云南省和湖南省,贡献率分别为14.70%和13.90%. 蛋鸡、肉牛和生猪是畜禽养殖氨排放主要贡献源,其氨排放量分别为661.75×103、339.88×103和310.97×103 t. 尿素占氮肥施用氨排放量的97.17%. ③2020年,泛珠三角区域氨排放呈显著的空间分布差异,高值区主要集中在四川省中部地区,排放强度高达481.03 t/km2;低值区主要位于四川省西部和云南省西北部区域. ④在95%置信区间上,2020年研究区氨排放量的不确定度范围为−18.08%~20.97%,其中畜禽养殖和燃料燃烧的不确定度较低,分别为−7.43%~8.15%和−9.50%~10.32%. 研究显示,泛珠三角区域历年氨排放趋势总体变化较小,以畜禽养殖排放源为主,加强畜牧业氨减排技术的积极推广和普遍实施将是显著削减氨排放的实现途径.
基于卫星火点排放清单(FINN)的我国东北三省生物质户外燃烧网格化清单建立及时空演变特征分析
王贺, 赵鹏雷, 秦思达, 李志东, 李红梅, 刘一鸣
2024, 37(2): 278-288. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.10.07
摘要(153) HTML(35) PDF(39)
摘要:
生物质户外燃烧是影响环境空气质量的重要污染源,东北三省作为我国的重要农业产区,分析其生物质户外燃烧情况能够为当地秸秆资源综合利用和环境质量改善等提供依据. 该研究基于卫星火点排放清单(Fire INventory from NCAR,FINN),分析了我国东北三省2016—2020年生物质户外燃烧火点的时空分布特征,结合空气质量监测数据进行了重污染天气成因分析,并建立了可用于数值模拟的生物质户外燃烧源网格化清单. 结果表明:①东北三省2018—2019年火点数量较2016—2017年大幅减少,2020年有所增加. 年内火点主要出现在春秋两季,春季相对更多. 火点主要分布在东北平原,即黑龙江省的东部和西部,以及吉林省西部等,其他地区火点数量相对较少,呈零散式分布的特点. ②该研究搭建了东北三省2016—2020年生物质户外燃烧源网格化清单,清单空间分辨率为3 km,污染物种类包括SO2、NOx、CO、NMVOC、NH3、PM10、PM2.5、BC和OC等,2016—2020年污染物排放量总体上呈下降趋势,2020年NOx、SO2、PM2.5和PM10的排放总量分别为3 479.81、13 418.5、215 702.87和235 495.21 t. ③将2019年和2020年生物质户外燃烧污染物排放数据与空气质量数据进行时间拟合,发现部分城市在两个年份的春季秸秆集中燃烧时段均发生了重污染天气事件,且大气污染物浓度峰值与生物质户外燃烧排放污染物峰值出现的时间一致. 研究显示,近年来东北三省生物质户外燃烧管控工作成效明显,大气污染物排放量总体上呈下降趋势,但仍然是东北三省部分城市春季发生重污染天气事件的重要原因之一,对部分生物质户外燃烧污染物排放量较大的城市应进一步严格秸秆禁烧等防控措施. 该研究建立的生物质户外燃烧源网格化清单,可以更好地服务于区域空气质量数值模拟研究,应用在大气污染成因分析等多个方面,为制定更为精准的大气污染防治措施提供技术支撑.
2021年宁夏两次持续沙尘重污染天气对比分析
雍佳, 王建英, 田林锋, 张肃诏, 龚晓丽, 顾驭程, 严晓瑜
2024, 37(2): 289-298. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.12.01
摘要(157) HTML(34) PDF(61)
摘要:
为探究气象条件变化对宁夏沙尘重污染天气过程的影响特征,利用常规气象观测数据、NCEP再分析资料及环境空气质量数据,选取2021年1月11—14日和2021年3月14—19日两次沙尘重污染天气(分别简称“0113”过程和“0315”过程)为研究对象,基于天气形势、后向轨迹模拟及物理量场诊断等方法,对比两次过程影响系统及传输轨迹,探讨形成和维持机制. 结果表明:①“0113”过程主要影响宁夏北部四市,“0315”过程影响整个宁夏,两次沙尘过程中重度及以上污染平均持续时间分别为35.0和105.2 h,沙尘污染暴发阶段PM10浓度平均值分别为1 735和5 265 μg/m3. ②“0113”过程为一次强度一般的锋面过境引起的沙尘重污染天气,稳定少动的青藏高压与其北侧蒙古热低压之间形成显著的气压梯度带,高空脊前多股强西北气流引起动量下传,使宁夏及上游地区大风将沙尘输送至宁夏造成重污染;“0315”过程为一次较强的典型锋面过境及蒙古气旋造成的持续沙尘重污染天气,蒙古冷高压受强盛蒙古气旋和青藏高原热低压夹击稳定少动,其西南、东南及东部与两个热低压形成气压梯度带,加之受地面冷锋过境影响,宁夏及周边地区多方向大风将沙尘向宁夏上空输送造成“0315”过程较“0113”过程污染更严重. ③两次过程中沙尘均为境外和境内同时输送,“0113”过程为西北和偏西路径,传输距离长且高度较低;“0315”过程为西北、偏北和偏东路径,传输距离短且高度较高. ④“0315”过程中蒙古国及我国新疆—甘肃一带负水平螺旋度中心值为“0113”过程的1.75倍,较强的辐合上升运动和西风气流将沙尘持续向宁夏上空输送并与本地沙尘叠加,上升和下沉运动交替使沙尘长时间悬浮于空中,而“0113”过程受多股强下沉气流造成沙尘迅速沉降至地面,污染快速减弱. 研究显示:冷锋和蒙古气旋是宁夏沙尘重污染天气的主要影响系统,当有只冷锋过境时,上游沙尘传输高度低,到达宁夏上空沙尘粒子相对少,使宁夏沙尘重污染天气持续时间短且强度相对较弱;当伴有蒙古气旋活动时,沙尘传输高度高,到达宁夏上空沙尘粒子多,使宁夏沙尘重污染天气持续时间长、影响范围广且强度较强.
基于电力大数据的钢铁企业大气污染物排放核算模型构建及应用
周卫青, 杨俊琦, 宁亮, 吴华成, 薄宇, 张强, 田贺忠
2024, 37(2): 299-307. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.12.02
摘要(151) HTML(33) PDF(51)
摘要:
近年来,各级生态环境部门与国家电网公司积极签署战略合作协议,促进电力大数据在生态环境管理信息化平台的应用. 本研究通过梳理电力大数据在大气污染防治中的应用,以唐山市钢铁行业为例构建基于电力大数据的大气污染物高时间精度排放核算模型,进一步挖掘电力大数据在大气污染排放控制中的应用潜力. 结果表明:①模型核算的2019年唐山市17家钢铁企业的大气污染物排放量与2019年唐山市大气污染物排放清单(简称“城市清单”)结果一致性较好,SO2、NOx和PM2.5排放量分别为1 017.90、2 047.75、1 141.81 t,误差介于−0.46%~4.27%之间. ②基于工序而言,以PM2.5为例,模型预测结果与城市清单结果的相对误差在−17.34%~10.60%之间. ③唐山某钢铁企业2022年SO2、NOx、PM2.5月排放量受钢铁市场价格影响较大,1月和6月分别为最高和最低污染物排放月,而其日排放受行业特征影响较为平稳,小时排放可能受电价波动影响较大. 研究显示,基于电力大数据的大气污染物核算模型阐明了电力大数据和污染排放的动态响应关系,一定程度上提升了排放核算的时间精细度,实证了基于电力大数据核算大气污染物排放的研究意义和可行性.
水处理
典型水处理氧化过程中微塑料老化及有机物释放特征研究
李桂芳, 王晓虹, 张孟雨, 王永磊, 宋武昌, 杜振齐, 贾瑞宝
2024, 37(2): 308-315. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.08.19
摘要(155) HTML(43) PDF(37)
摘要:
地表水所含微塑料(MPs)的老化破碎过程可导致溶解性有机物(DOM)释放,进而对水环境及水处理过程造成潜在风险. 为探索MPs在典型水处理氧化过程中的老化和有机物释放特性,本研究选取聚酰胺66 (PA66)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为研究对象,探究了典型工业级MPs在模拟水处理氧化(UV、UV/H2O2、O3)过程中的DOM析出规律. 结果表明:①3种典型氧化过程均加速了MPs-DOM的溶出,PA66的DOM生成量〔以溶解性有机碳(DOC)计〕相对于PET更高. ②在对照组、UV氧化、O3氧化下,PA66-DOM和PET-DOM的DOC值均随反应时间及氧化剂浓度的增加呈上涨趋势,而在UV/H2O2氧化下呈先增加后减小的规律,且3类氧化中O3技术对2类MPs的氧化效果相对更好. ③MPs表层的官能团在氧化处理前后未有较大差异,其羰基指数(CI)均有一定程度的升高. ④PA66与PET所产生的DOM在官能团构成及荧光组分上较为相似,主要由类色氨酸、类络氨酸、可溶性微生物代谢产物组成. 研究显示,以PA66和PET为代表的工业级MPs在高级氧化水处理过程中会析出DOM,对后端消毒等工艺产生潜在影响.
水环境
淡水硅藻水华成因与控制技术研究进展
文刚, 白愿楠, 王茹, 曹瑞华, 黄廷林
2024, 37(2): 316-325. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.08.13
摘要(149) HTML(31) PDF(31)
摘要:
在全球气候变暖和人类活动的共同影响下,硅藻水华爆发趋势加剧,并对水生态及供水安全产生负面影响. 因此明确其形成原因并探索高效的防控技术至关重要. 目前关于淡水硅藻水华已有较多研究成果,但缺少系统性整理. 淡水硅藻水华爆发的关键因素为温度、光照、营养盐和流速. 在原位防控方面,生态调度和扬水曝气等物理技术较为成熟,低剂量的化学药剂处理效果不佳,而生物方法的实施会受到环境条件的限制. 联合使用混凝剂和助凝剂或氧化剂可以有效去除硅藻,但硅藻水华范围的扩大致使部分水厂未能及时调整工艺,影响制水效率. 本文对硅藻水华的成因及防治方法进行了分析和总结,与蓝藻水华进行比较,并展望后续研究热点,对确保饮用水安全和水体污染控制与治理有着重要意义.
氮氧同位素解析堤垸地表水硝酸盐来源
杨忆凡, 刘窑军, 田亮, 聂小东, 彭博, 李忠武
2024, 37(2): 326-335. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.08.16
摘要(92) HTML(15) PDF(26)
摘要:
堤垸是滨湖、滨江低洼地带的一种重要景观,农业面源污染已成为其主要的环境问题之一. 为解析堤垸地区地表水硝酸盐污染来源,以洞庭湖屈原垸平江河段为研究对象,采用稳定同位素及水化学分析方法定性识别污染来源,并结合MixSIAR模型量化不同污染源的贡献率. 结果表明:①硝态氮和氨氮是屈原垸平江河段地表水无机氮的主要赋存形态,时间上,硝态氮浓度在丰、枯水期间无显著差异(p>0.05),而丰水期氨氮浓度平均值高于枯水期;空间上,垸内硝态氮浓度显著低于垸外(p<0.01),而氨氮浓度显著高于垸外(p<0.01). ②MixSIAR模型结果表明,化肥、土壤有机氮、水产养殖废水、粪肥和污水是研究区地表水硝酸盐的主要来源,对丰水期地表水中硝酸盐的贡献率分别为33.0%、32.6%、19.4%和11.7%,对枯水期的贡献率分别为26.7%、31.2%、21.5%和16.9%,而大气沉降对地表水中硝酸盐来源贡献较小,仅为3.5%. ③研究区地表水硝酸盐转化过程主要以硝化作用为主,未发生明显的反硝化过程. 研究显示,研究区地表水硝酸盐污染主要受农业面源污染的影响,污染物主要来源于土壤有机氮、化肥及水产养殖废水,硝酸盐污染防治应考虑化肥使用效率和水产养殖废水处理.
氮氧同位素示踪湿沉降NO3来源及氧化途径
李艳利, 李雪, 陶路, 张新刚, 王明仕
2024, 37(2): 336-345. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.10.03
摘要(99) HTML(16) PDF(15)
摘要:
为探明焦作市大气湿沉降中硝态氮的污染水平,识别其来源及其形成过程,于2020年1月—2021年12月采集了焦作市大气湿沉降样品41个,测定并分析了TN、NH4+-N、NO3-N浓度以及δ15N-NO3、δ18O-NO3值. 结果表明:①TN、NH4+-N、NO3-N浓度范围分别为2.52~13.27、0.11~1.70、1.64~8.31 mg/L,焦作市湿沉降中氮的主要存在形态为NO3-N,占比为52.11%~83.92%. ②δ18O-NO3、δ15N-NO3值的范围分别为54.9‰~93.9‰、−9.8‰~3.0‰,非雨季δ18O-NO3值(62.5‰~93.3‰)更接近于N2O5氧化途径生成的δ18O-HNO3值(100.9‰~103.1‰),雨季δ18O-NO3值(53.2‰~73.0‰)更接近于OH氧化途径生成的δ18O-HNO3值(50.9‰~60.9‰),说明非雨季大气湿沉降NO3主要来自N2O5的氧化,而雨季主要来自OH的氧化. ③雨季,OH和N2O5氧化途径对湿沉降NO3的贡献率分别为80.32%和19.67%,非雨季,两种氧化途径的贡献率分别为65.37%和34.62%;在考虑了同位素分馏情况下,基于贝叶斯模型识别了湿沉降NO3的主要来源,即土壤排放、生物质燃烧、机动车尾气排放和煤炭燃烧,其贡献率平均值分别为31.70%±4.90%、28.30%±14.00%、22.80%±12.10%、17.20%±0.08%. 该研究结果将为降雨中硝酸盐的来源及形成途径提供证据.
鄱阳湖水沙与氮磷输移过程及滞留效应研究
葛士林, 黄国鲜, 任倩慧, 王志超, 许新发, 徐晨辉, 徐力刚
2024, 37(2): 346-358. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.11.05
摘要(91) HTML(15) PDF(14)
摘要:
为了开展鄱阳湖水沙、氮磷输移过程及滞留变化的研究,收集了鄱阳湖“五河”七口水文站1958—2021年的径流量和悬沙浓度数据、1965—2020年鄱阳湖湖口入江水道地形数据、2003—2021年水质监测数据以及1973—2018年湖区围垦遥感解译等数据,采用统计、对比、双累计曲线及质量守恒法等方法,分析了鄱阳湖“五河”入湖沙量变化趋势、鄱阳湖入江水道地形变化以及鄱阳湖TN、TP滞留变化过程. 结果表明:①从20世纪90年代起“五河”入湖总沙量呈显著下降趋势. ②鄱阳湖出口河段河床于2000—2010年期间在深度10.0~12.0 m中滩河床发生了强烈下切和横向展宽,2010—2020年下切显著减缓,中滩河床还存在横向展宽的可能. ③出入湖TN、TP通量与出入湖泥沙通量成正比. ④鄱阳湖2003—2021年逐年TN、TP滞留率显著降低. 研究显示:鄱阳湖“五河”流域各大中型梯级水库的建设使得鄱阳湖湖区多年来沙量显著降低,鄱阳湖流域水土保持及闸坝体系在2000年后水土流失韧性增强;但湖区采砂挖沙和航道整治等使得鄱阳湖出口河段河床显著下切;采砂挖沙活动导致鄱阳湖湖盆沉积物受到扰动,使得沉积物中的氮磷被释放出来,增加了出湖TN、TP通量,在一定程度上降低了鄱阳湖TN、TP滞留率.
土壤与地下水
酒石酸与农艺刈割联合辅助象草植物修复镉污染土壤的效应以及对土壤微生物群落的影响
马兰心, 唐棋, 辜娇峰, 王德正, 周航, 曾鹏, 廖柏寒
2024, 37(2): 359-370. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.11.21
摘要(84) HTML(16) PDF(17)
摘要:
针对重金属镉(Cd)污染耕地,选择适宜的经济作物并配套低生态风险辅助技术边生产边修复,对保持耕地种植属性和区域经济水平意义重大. 为研究酒石酸和农艺刈割辅助象草(Pennisetum purpureum Schum)植物修复Cd重度污染的效果,在湖南东部地区某Cd污染农田开展象草的田间种植试验,分析酒石酸施用(单次施用0、1.25和2.5 mmol/kg)和农艺刈割(0、1和2次)单一或联合处理对土壤基本理化性质、象草Cd含量、象草生物量、象草Cd提取量和土壤微生物群落结构的影响. 结果表明:①与实验田背景值相比,象草种植、酒石酸和刈割处理能够使土壤pH降低0.07~0.47个单位、土壤总Cd含量降低0.62%~39.72%,同时土壤有效态Cd含量增加1.25%~27.25%. ②酒石酸施用有利于象草总生物量的增加,刈割则相反,但二者都增加了象草茎Cd含量,尤其是刈割处理,均是最后一茬收获的象草茎Cd含量较前茬更大,最高达8.94 mg/kg. ③酒石酸施用量为1.25 mmol/kg且未刈割时,象草地上部位生物量最大,单位面积生物量最高达99.67 t/hm2(单株达3.80 kg);同时象草地上部位Cd提取量达到最大,单位面积象草地上部Cd提取量达到213.58 g/hm2(单株达8.14 mg). ④酒石酸和刈割处理均对土壤微生物α-多样性无显著影响,但1.25 mmol/kg的酒石酸施用联合刈割2次的处理显著影响了土壤微生物β-多样性. 研究显示:施加酒石酸和刈割均可提高象草茎和叶的Cd含量,且单一低剂量酒石酸处理下植物Cd提取量最大,同时试验处理一定程度上影响了土壤微生物群落的组成;在利用象草植物修复Cd污染土壤污染时,建议施用1.25 mmol/kg的酒石酸提升修复效率.
地下水环境监测网建设现状与展望
李海祥, 郇环, 周爱霞, 杨洋, 胡尊芳, 宋宗中
2024, 37(2): 371-378. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.08.22
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摘要:
地下水环境监测是地下水污染防治的重要环节,我国地下水环境监测网建设基础较为薄弱. 对比欧美发达国家地下水监测网建设和运行模式,分析国家地下水监测工程、“十四五”国家地下水质量考核点位、国家级化工园区和北京市地下水环境监测网的建设情况,归纳出监测网在区域背景值点位布设,在线监测设备研发,以及监管平台建设、数据共享和应用服务等方面存在的问题. 基于监测网建设现状,依托新兴技术在水质监测领域的应用,总结其发展趋势集中于在线监测设备换代升级、监测点位物联互通、多样数据解析可视、信息传输安全保真四个方面. 最后结合我国监测井建设现状与管理模式提出以下发展建议:①整合现有点位,衔接国家地下水监测工程和“十四五”地下水考核点位,统筹构建国家级、省级地下水环境监测网络体系. ②加快新一代水质在线监测设备研发,降低故障率,提高监测精度;探索基于地球物理探测、卫星遥感解译、无人机航测和埋设传感器等技术的新型监测方式. ③国家级地下水环境监测网与地表水监测网、大气污染监测网、土壤监测网等进行多网融合. 这为我国地下水环境监测网建设奠定了基础.
固体废物处理与处置
表面活性剂增强黑磷纳米片复合溶液体系分散稳定性研究
焦怡畅, 赵青, 吴丰昌
2024, 37(2): 379-387. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.11.23
摘要(79) HTML(16) PDF(11)
摘要:
黑磷纳米片(black phosphorus nanosheets,BPNSs)因其特有的尺寸厚度和二维结构特点,在光电、化学、生物传感以及农业领域已有广泛的应用. 由于其具有较大的比表面积和比表面能,所以黑磷纳米片悬浮在液体中易团聚下沉. 基于此,本研究以去离子水为分散介质,选取4种表面活性剂为分散剂,包括一种阳离子型表面活性剂−十六烷基三甲基溴化铵(hexadecyl trimethyl ammonium bromide,CTAB),一种非离子型表面活性剂−喜威77(silwetL-77),两种阴离子型表面活性剂−十二烷基苯磺酸钠(sodium dodecyl benzene sulfonate,SDBS)和鼠李糖脂(rhamnolipid,RL),分别复配出四类表面活性剂-BPNSs溶液体系,通过测定动态光散射(dynamic light scattering,DLS)和UV-Vis光谱考察该体系在不同浓度下对BPNSs分散稳定性的影响. 结果表明:①4种表面活性剂在其临界胶束浓度(CMC)附近的范围内均能提高BPNSs悬浮液的分散稳定性,但在高于临界胶束浓度情况下阳离子型和非离子型表面活性剂对BPNSs有附聚效果,这一现象在阴离子型表面活性剂中并未发现. ②沉淀3 h和72 h后,阴离子表面活性剂-BPNSs体系具有较高的吸收强度,且SDBS具有更好的保持性. ③在NaCl电解质存在的情况下,两种阴离子型表面活性剂可以影响BPNSs的临界聚结浓度(CCC),从而使BPNSs脱聚. 研究显示,两种阴离子表面活性剂对BPNSs的分散效果优于阳离子型和非离子型表面活性剂,可为构筑性能稳定的阴离子型表面活性剂-BPNSs分散体系在现实生活中的应用提供参考.
电解锰渣-赤泥-粉煤灰路面砖的力学性能及浸出毒性研究
白月娇, 林晔, 孟棒棒, 岳波, 梁宇廷
2024, 37(2): 388-396. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.11.03
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摘要:
针对大宗工业固废回收利用难的问题,实现多种固废减量化、无害化、资源化的目标,通过利用取自中国西南地区企业的石膏类、碱性及硅铝质三类典型大宗固废中的电解锰渣、赤泥、粉煤灰协同处理的无害化渣制备环保型透水混凝土路面砖(permeable concrete paving bricks,PCB),研究了水洗、掺渣量对所制备PCB的力学性能与浸出毒性的影响,并通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对最佳性能PCB的物相组成与微观形貌结构进行分析. 结果表明:①随着无害化渣与水洗无害化渣掺入量的提升,路面砖的劈裂抗拉强度、线性破坏荷载发生明显变化,总体呈下降趋势. 当无害化渣掺入量为6%、水洗无害化渣掺入量为14%时,经28 d养护,所制备砖体的劈裂抗拉强度分别为4.09和3.46 MPa,达到了《透水路面砖和透水路面板》(GB/T 25993—2010)中规定的fts4.0与fts3.0等级. ②路面砖的重金属与NH4+-N的浸出毒性均低于《水泥窑协同处置固体废物技术规范》(GB 30760—2014)的要求. 路面砖的主要物相中方解石、石英与钙矾石是主要支撑性物质. 研究显示,电解锰渣、赤泥、粉煤灰协同处理的无害化渣可替代部分原材料制备透水混凝土路面砖,满足力学性能与浸出毒性相关标准,能有效促进固体废弃物的减量化与资源化,建议进一步开展砖体在实际应用场景中的环境风险试验,以期为电解锰渣、赤泥、粉煤灰的综合利用技术发展提供更明确的支撑.
污泥好氧堆肥过程中亲水性组分的光谱和电化学特征
常昊宇, 谭知涵, 孙晓杰, 张军, 邢美燕, 董滨, 席北斗
2024, 37(2): 397-406. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.11.13
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摘要:
为了探讨污泥堆肥过程中亲水性组分(hydrophilic fraction,HyI)的结构组成和电子转移能力的变化规律和机理,本研究以污泥堆肥过程中的HyI为研究对象,采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、三维荧光光谱(3D-EEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、二维相关光谱(2D-COS)和电化学方法,对其结构组成和电子转移能力的变化进行了系统研究. 光谱分析显示,随着堆肥的进行,HyI中芳香族化合物含量增加,醌基含量增加,类蛋白物质含量降低,类胡敏酸物质和类富里酸物质含量增加,芳构化程度和腐殖化程度增强. 酰胺和多糖类物质在HyI中占据主导地位,HyI中的羧基含量增加,而酚类含量降低. 电化学分析显示,在堆肥过程中,HyI的电子供给能力(electron donating capacity,EDC)呈现先增加后减少的趋势;HyI的电子接受能力(electron accepting capacity,EAC)呈现先减少后增加的趋势. 总体上,HyI的电子转移能力(electron transfer capacities,ETC)呈现上升的趋势,表明堆肥过程提高了HyI的氧化还原能力. 相关性分析显示,HyI分子量越小、硅酸盐和多糖含量越低,越利于HyI给出电子;而HyI羧基含量越高、类胡敏酸物质越多、腐殖化程度越高、芳香性越强,越利于HyI得到电子. 研究显示,污泥堆肥过程中HyI的结构组成和电子转移能力发生了显著变化,HyI分子量的降低、功能基团硅酸盐含量的降低和腐殖化程度的升高与HyI的电子转移能力有密切关系. 该结果有助于进一步了解污泥堆肥过程中HyI的形成及其氧化还原特性,为发挥其在治理环境污染中的作用提供依据.
电厂粉煤灰、炉渣和污泥复合陶粒对低浓度Pb2+的吸附特性
杨毅, 高敏轩, 陈元, 赵睿, 舒麒麟, 刘伟
2024, 37(2): 407-414. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.11.04
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摘要:
针对重金属污染具有来源广、危害大等特点,通过以电厂废物(粉煤灰、炉渣)和脱水污泥为原料制备一种高效且价廉的陶粒吸附剂,采用吸附影响因素实验、解吸再生实验、吸附动力学模型和等温吸附模型的拟合以及陶粒表征分析,探究陶粒对Pb2+的吸附特性,同时为实现废物资源化利用提供新思路. 结果表明:陶粒去除Pb2+的较佳吸附条件为粒径4 mm、pH 4.5~5.0、吸附时间360 min、吸附温度25 ℃. 陶粒再生所用较佳解吸剂为0.5 mol/L的HCl溶液,较佳解吸时间和次数分别为120 min和5次,解吸5次后陶粒对Pb2+的去除率为92.67%. 此吸附过程更好地遵循了准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型. 陶粒上的O—H、Si—O和金属氧化键在吸附Pb2+的过程中起主要作用. 陶粒吸附Pb2+后,出现了新的物相Pb2Cl3OH和PbO,陶粒与Pb2+之间发生化学吸附,为自发进行的放热反应. 陶粒处理实际废水中Pb2+的去除率可达93.70%,Pb2+浓度由3.74 mg/L降至0.24 mg/L. 研究显示,电厂粉煤灰、炉渣和污泥复合陶粒对Pb2+具有一定的去除效果,可为以固体废物为原料制备的吸附剂在重金属废水处理应用中提供数据支撑.
环境经济与管理
“两山”转化阶段判定方法及实证研究
姚惠宗, 何萍
2024, 37(2): 415-426. doi: 10.13198/j.issn.1001-6929.2023.10.18
摘要(149) HTML(23) PDF(25)
摘要:
习近平提出的“绿水青山就是金山银山”理念表述了区域“两山”转化的递进发展阶段,研究建立“两山”转化阶段判定方法对于区域生态文明建设绩效评估十分必要. 本文以唐山市、南通市和巴马瑶族自治县三个不同类型地区为例,利用阈值识别和滑动t检验探索并总结了“两山”转化阶段的判定方法. 结果表明:①资源环境损耗随经济增长斜率变缓的转折点是“绿水青山换取金山银山”向“既要绿水青山,也要金山银山”阶段转换的判定依据,峰值拐点是转向“宁要绿水青山,不要金山银山”阶段的判定依据. ②当环境损耗持续下降,生态系统非实物价值凸显,是“绿水青山就是金山银山”成效显现的判定依据. ③不同地区实现“两山”转化的路径有差异,东部率先发展地区走过了先污染后治理的路径,西部环境良好但经济落后的地区需要国家生态补偿和先进地区的带动,实现跨越式发展. 研究显示,环境和经济的关系变化是判定区域“两山”转化阶段的重要依据.