硅化改性微米零价铁去除水体中镍离子

以可溶性硅酸盐为前驱体,通过机械化学方法制备了一种新型硅化改性微米零价铁(Si-mZVI^(BM)),并将其用于含镍废水处理.结果表明,硅化改性可显著提升微米零价铁的除镍效能,相比于未改性微米零价铁,镍去除率提高了8倍,且在多种实际镍污染水体中修复效能优异.基于解析样品微观形貌、表面电负性及元素组成等特征发现,Si-mZVI^(BM)的优异除镍效能主要源于机械硅化加速微米零价铁颗粒细化;样品比表面积与分散性的提升促进了镍从溶液到材料表面的传质.同时,硅化还加速微米零价铁界面电子传输速率,促进表面吸附镍的快速还原与沉淀分离,进而实现镍的高效去除.

包气带土壤DOM对硝酸盐迁移转化的影响——以张家口宣化区为例

为了了解包气带土壤中溶解性有机质(DOM)的来源和组成结构,探索其对硝酸盐向地下水迁移转化可能作用过程的影响,对张家口市宣化区包气带土壤DOM进行了光谱分析。结果表明,包气带土壤中DOM受陆源和微生物源共同影响,主要组分为类腐殖质,占比达77%~85%。随着土壤深度的增加,类腐殖质不断被微生物分解转化为反硝化作用提供了充足的碳源,促进了包气带反硝化作用的发生,导致DOM的芳香性和腐殖化程度整体减小。此外,地下水中硝酸盐氮氧同位素(δ^(15)N-NO_(3)^(-)、δ^(18)O-NO_(3)^(-))组成特征(δ^(18)O:δ^(15)N=0.59)进一步证明了研究区包气带-地下水中硝酸盐的迁移转化主要受反硝化作用的影响。上述研究有助于了解包气带土壤中DOM的动态变化及其在自然环境中的生物地球化学效应,为进一步研究地下水硝酸盐污染提供基础参考。

华北典型污灌区有机氯农药残留特征及健康风险评价

在我国华北地区由于水资源的匮乏及农业生产的需要,采用污水灌溉与施用有机氯农药(OCPs)结合的农业管理方式普遍存在。大量OCPs则被引入到当地环境中,进而可能对该地区的居民产生潜在的健康风险。本研究分析石家庄市汪洋沟污灌区OCPs的残留状况,探讨污水灌溉条件下土壤-作物系统OCPs残留对土壤质量影响,并评价经口摄入及皮肤接触两种暴露途径下对人体产生的健康风险。结果表明:汪洋沟污灌区地表水、沉积物、土壤和玉米籽粒中检出了14种OCPs,其平均残留浓度分别为36.5 ng·L^(-1)、62.9 ng·g^(-1)、57.3 ng·g^(-1)和27.0 ng·g^(-1),滴滴涕(DDTs)是其最主要的污染物,占OCPs的73%以上,其次是六六六(HCHs)和甲氧滴滴涕。р,р'-DDT是DDTs的最主要成分,其主要来源于污水灌溉或近期DDTs的使用。γ-HCH是环境HCHs残留的主要成分,其主要来源于林丹的输入和使用。此外,在该地区污灌条件下OCPs残留对土壤中C、N循环及有机S的矿化产生一定的负面影响。研究区OCPs残留对人体产生的非致癌风险和致癌风险均不超过控制标准,但经口摄入所引致的非致癌风险应予以关注,其中р,р'-DDT与γ-HCH为主要风险物质。

城市纳污河流有色溶解有机物时空演变特征

利用平行因子分析和主成分分析方法,结合紫外吸收光谱与三维荧光光谱技术,研究了典型城市纳污河流-河北洨河水体有色溶解有机物(CDOM)的来源及随季节和空间变化特征,探讨了水体CDOM与水质指标间关系.结果表明:洨河水体CDOM主要为新近微生物源产生,受人类活动影响较大.CDOM浓度在时间变化上表现为春夏(2、5月)低,而秋冬(8、11月)高,从上游至下游呈现先升高再降低变化特征.荧光鉴别出的4种组分:组分1(类富里酸),组分2(类腐殖酸)及组分3(类胡敏酸)为类腐殖质,组分4为类蛋白物质.不同季节各组分来源及分布存在差异,除夏季外其他季节水体类蛋白与类腐殖质来源相似,尤其与类胡敏酸组分;类蛋白组分在各季节分布变化显著,冬春含量相对较高.洨河水体荧光物质与氨氮、亚硝氮具有共同来源,其中类腐殖质对COD贡献较为明显.采用光谱分析法并结合平行因子、主成分分析及聚类分析方法可识别污染源空间分布,揭示河体CDOM随季节变化规律.

河北洨河人工湿地水体溶解性有机物性质的演化过程研究

联合三维荧光光谱、紫外光谱和化学还原法,对洨河人工湿地水体DOC与COD的变化特征以及溶解性有机物（DOM）的来源、化学结构、腐殖化程度与氧化还原性质进行研究,以期为深入揭示DOM在人工湿地中的地球化学行为及其生态环境效应提供科学依据。结果显示,河流水体COD 60%以上来自DOC的贡献,而其经过人工湿地后含量的降低则主要是由有机物中的N,H,S,P元素更容易被去除所导致的,其贡献率可达65%。f_（470/520）与BIX两种指数共同指示了水体DOM主要由微生物贡献,表明水体DOM明显受到微生物的降解作用。三维荧光光谱PARAFAC模型分析显示,人工湿地水体DOM包含类蛋白和类腐殖质组分,其中类富里酸和类胡敏酸组分比类蛋白质组分更容易被降解,类富里酸与类胡敏酸组分具有相似的分解命运。有色溶解性有机物（CDOM）与荧光溶解有机物（FDOM）具有共源性,均主要由类腐殖质组成,二者进入人工湿地后没有产生选择性降解。水体进入人工湿地后E_2/E_3,A_（240~400）,r_（A,C）与HIX指标没有发生显著变化,表明人工湿地对水体DOM的腐殖化程度不会产生显著影响。然而,人工湿地环境不仅有利于形成还原态的DOM,促进水体三价铁的还原,而且可以提高DOM作为电子穿梭体的能力,这可能与DOM的芳香性碳在人工湿地中能够得以更好保存有关。

污水厂出水颗粒态与溶解态有机物的红外和荧光光谱特征

城市污水处理厂出水作为再生水的主要水源,其迥异的物质组成给受纳水体带来潜在环境风险。全面掌握污水厂出水水体中有机物组成及结构信息,将为污水厂提标改造及有毒有害物质排放标准的制定提供理论支撑。采用傅里叶变换红外光谱和三维荧光光谱技术,结合二阶导数光谱及区域积分分析方法,对4个典型城镇污水处理厂(W1,W2,W3,W4)出水水体中颗粒态有机物(POM)与溶解态有机物(DOM)的物质组成及结构差异特征进行了分析。结果显示:污水处理厂出水中POM主要组分为脂肪类、芳香类、糖类及矿物盐,而DOM主要由有机酸、蛋白质、多肽、糖类及芳香类物质组成。各污水处理厂出水水体POM中,W1芳香类物质较多而矿物盐类等颗粒较少,W2较W1含有更多的糖类物质,W3含较多脂类、蛋白类及糖类,而W4含有芳香类及羧酸物质的有机物较多。水体DOM组成中,W1和W2成分较为类似,主要为芳香性较高的大分子有机酸,其含量分别占总有机物的73.9%和67.7%;W3与W4组成中蛋白、多肽及糖类含量较高,其中类蛋白物质分别占DOM总量的71.3%和53.5%。研究结果表明,采用傅里叶变换红外光谱结合二阶导数分析能很好识别不同污水处理厂出水水体中POM与DOM主要物质组成及结构差异,同时利用区域积分方法对样品三维荧光光谱进行解析,能更进一步定量分析不同来源样品物质组成特征。

基于BP神经网络的白洋淀水环境承载力研究

为揭示流域社会经济、资源与生态对水环境承载力的影响程度,以白洋淀流域为研究对象,基于频次分析与主成分分析构建白洋淀流域水环境承载力评级指标体系,筛选出研究区水环境承载力指标12个。同时首次结合控制图及流域发展规划方法确定各项指标的阈值区间,建立白洋淀水环境承载力BP神经网络模型。结果表明,研究区2012、2013与2015年处于较弱承载状态,而2014、2016与2017年处于中等承载状态。评价结果与白洋淀流域实际发展趋势吻合,同时也表明未来人均GDP、地下水开采等将会给白洋淀流域水环境承载带来较大的压力。研究表明,结合控制图及流域发展规划方法可更精准地确定水环境承载力指标体系分级标准,同时基于BP神经网络模型可以准确有效地进行流域水环境承载力评价,可为流域的水环境与经济协调发展提供借鉴。

光谱参数法快速识别石油烃污染场地水体特征

水体受石油污染日趋广泛,给人类及生态环境带来严重威胁。快速、准确和可靠地监测水体石油污染状况,对于理解其环境行为和评估人体暴露风险至关重要。石油类组分往往具备较好的光谱响应,然而基于光谱技术快速监测实际石油烃污染水体却鲜有报道。该研究以典型石油污染场地的地下水和地表水为对象,在全面分析水质电导率、总有机碳,Cl^(-),NO_(3)^(-),SO_(4)^(2-),Na^(+),K^(+),Mg^(2+),Ca^(2+),NH_(4)^(+),挥发性有机物和石油烃C_(6)-C_(9),C_(10)-C_(14),C_(15)-C_(28),C_(29)-C_(40)浓度基础上,对水体样品进行紫外-可见光光谱、同步荧光光谱、三维荧光光谱表征,采用多元数据分析手段评估光谱技术在石油污染场地快速识别应用的可能性。结果表明:①紫外-可见光光谱和同步荧光光谱参数表明,污染的地下水中含有大量芳香族化合物,且有机物分子结构复杂,含有大量的羟基、羰基、羧基和酯类等取代基,三维荧光光谱参数表明污染水体中有机物经过了长时间的生物转化,说明污染地下水中有机物稳定性强,降解性差;②三维荧光光谱图表现出Ⅰ和Ⅳ区明显的荧光峰,Ⅴ区存在肩峰的水体主要是苯系物污染,而三维荧光光谱图表现出Ⅱ和Ⅳ区明显的荧光峰,Ⅰ区存在肩峰的水体主要是萘系物污染,三维荧光光谱图表现出Ⅱ区最高荧光峰,Ⅰ,Ⅲ,Ⅳ和Ⅴ都存在肩峰的水体主要是萘系物和菲系物污染;③石油烃C_(6)-C_(9)组分浓度可采用紫外-可见光光谱参数S_(308~363),SUVA_(254)和三维荧光光谱中Ⅰ区体积快速指示,石油烃C_(10)-C_(14)组分和总石油烃(TPH)浓度可采用三维荧光光谱中Ⅳ区体积快速指示,石油烃C_(15)-C_(28)和C_(29)-C_(40)组分浓度可采用三维荧光光谱中Ⅰ区体积快速指示。研究证实利用光谱参数结合多元数据分析可对石油污染水体进行快速识别,为地下水石油污染监测和修复提供了一种全新的快速在线监测分析方法。

非常规水源补给对受纳河流水体有机质的影响

为研究非常规水源补给对受纳水体有机质的影响,采用光谱学方法对洨河水体有机质进行分析。结果表明,补给水源对干流的含氮有机质贡献较大,同时控制着羧酸有机化合物的水解、羧酸盐的形成及烃基缔合等过程。洨河上游有机质以腐殖化程度强的大分子量的类胡敏酸物质为主,中下游水体受含氮素有机质污染。下游有机质组成的芳香碳环含量逐渐增加,但芳香环上脂肪链取代基逐渐减少。水体自净过程产生的相对简单的有机质,在河道中以芳香碳环为中心发生了聚合反应,形成了极难降解的高聚合度有机物。

生活垃圾填埋场中腐植酸的氧化还原特征及脱氯性能

1研究亮点*随着填埋年限的增长,腐植酸(HA)分子趋向于聚合衍生大分子结构;*去矿使HA表面暴露出更多的活性官能团,增强了其电子转移能力和强化脱氯性能;*填埋HA促进五氯酚(PCP)降解主要通过将其逐渐脱氯成为四氯酚、三氯酚、二氯酚最终到一氯酚;*添加胞外呼吸微生物MR-1能够显著提升PCP的还原脱氯速率。

冀中典型农业区农作物中有机氯农药的生物富集特征与健康风险评价

分析了冀中典型农业区土壤-农作物体系中有机氯农药(OCPs)残留与生物富集特征,探讨了该地区所产农作物的可食部分对人体健康产生的潜在风险。结果表明:11种OCPs以滴滴涕(DDTs)和六六六(HCHs)为主要残留物。土壤中DDTs和HCHs残留量总计达36.52~73.45ng/g,在各自的异构体中p,p’-DDT和γ-HCH所占比例最高,表明OCPs污染主要为近期输入所致。玉米和小麦各器官中,OCPs均在籽粒中最高,分别残留20.66~33.33、19.14~34.57ng/g。小麦和玉米对HCHs的富集能力均强于DDTs。研究显示,该地区玉米与小麦籽粒中OCPs含量虽未超过《农产品安全质量无公害蔬菜安全要求》(GB 18406.1—2001)和《食品安全国家标准食品中农药最大残留限量》(GB 2763—2012),但OCPs致癌总风险相对较高,玉米和小麦中均超过了1×10-6,小麦中OCPs的非致癌总风险和致癌总风险均大于玉米,因此该地区应该优先关注OCPs对小麦所造成的粮食安全问题。

石油污染对场地中细菌群落的影响及其反馈机制

石油污染场地细菌群落的组成与分布差异性较大,且受多种因素影响.石油污染过程如何驱动场地中细菌群落变化仍然不明确,石油污染场地的细菌群落组装过程仍待研究.为了探明石油污染场地细菌群落结构及其与污染物之间的关系,以甘肃省某石化场地为研究区域,调查了油泥、石油污染土壤、未污染土壤及受污染含水层中沉积物的石油浓度、细菌群落结构多样性及其群落组装过程.结果表明:在好氧环境下,高石油浓度的油泥环境可以选择出具有降解石油能力的基因型(alkB基因和nah基因),油泥环境中好氧降解基因拷贝数高达10^(7) copies g;而在含水层沉积物等厌氧环境下,好氧降解石油的基因拷贝数仅为10^(6) copies g,ass和bamA等厌氧降解基因也没有在厌氧环境中得到高效表达.石油污染土壤后,细菌群落的α-多样性降低,且与石油浓度呈显著负相关(P<0.05).与未污染土壤相比,油泥和受污染沉积物中细菌群落α-多样性降低了50%左右,而石油污染土壤中细菌群落的α-多样性降低了大约33%.在油泥、石油污染土壤和未污染土壤等地表环境中,群落组装主要受多样化和漂变等随机性过程主导,而与污染程度无关.在受污染含水层沉积物等厌氧环境中,微生物的群落组装主要受环境选择、种间竞争等确定性过程主导.研究显示,石油污染场地中的细菌群落多样性主要受石油浓度驱动,但是其对环境的反馈,例如降解基因的选择、群落组装过程等则需要较高的石油浓度才有所显示.

二维相关光谱结合移动窗口技术研究堆肥溶解性有机质演化

探究堆肥过程有机质演化时序及关键演化阶段,为堆肥物质转化研究和工艺优化提供参考。提取不同发酵阶段的餐厨垃圾溶解性有机质,采用核磁共振和红外光谱,结合二维相关光谱和移动窗口技术解谱技术,研究了堆肥过程中有机质演化特征。结果表明,堆肥过程中溶解性有机质中不同组分转化顺序整体呈现为:脂类→胺→醇、酯、醚→蛋白类→木质素酚;在堆肥后期(第13~35天)物质变化明显,其中酰胺类化合物的变化最为明显,此时期有机质可能腐殖化形成了腐殖质。堆肥有机质碳结构转化时序为:COO和N—C=O、NCH或OCH3→CCH3→CCH2;第3~6天和第13~35天是有机质碳骨架演变明显的时间段,其中CCH2的碳骨架变化在两时间段均发生了剧烈变化。基于以上对有机质分子层面结构转化规律认识,可知在堆肥高温期和腐熟期有机质发生了剧烈转化,后续研究可通过控温、接种微生物以加速有机质降解和腐殖质合成。

典型农业活动区土壤重金属污染特征及生态风险评价

联合野外采样和室内分析,以典型农田土壤为研究对象,分析土壤中重金属Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As和Hg的含量及污染特征,并采用单因子污染指数法、内梅罗污染指数法及潜在生态危害指数法,对农田土壤进行生态风险评价,同时利用主成分因子分析法,提取出3主因子,分析土壤重金属可能来源。结果表明,研究区农田土壤各重金属含量均高于背景值,表层污染程度高于底层;各重金属单因子污染指数对应污染等级均为清洁,内梅罗污染指数为0.46,污染等级为安全。潜在生态风险评估结果显示,研究区土壤重金属污染的潜在生态风险危害程度为中等,各重金属的潜在生态危害程度依次为Cd>Hg>As>Cu>Pb>Ni>Cr>Zn。主成分因子分析显示,研究区土壤中Hg、As和Cr主要由工业污染源贡献,土壤中Cd、Pb的污染主要来源于不合理的农业生产活动和居民生活,Ni、Zn和Cu与自然成土过程密切相关。综合评价表明,尽管研究区农田土壤目前重金属污染情况较轻,未达到警戒水平,但由于城市化的发展及长期现代化农业耕作活动造成农田土壤重金属的富集,因此,增强农田土壤安全性生产管理、严控土壤污染源与推行标准农业生产是十分必要的。

河北洨河溶解性有机物光谱学特性

基于荧光光谱、紫外吸收光谱与水质基本化学指标,联合主成分分析与相关性分析,对典型城市纳污河流——河北洨河的溶解性有机物(DOM)进行光谱学特性研究.结果表明,河流水体中DOM主要有类蛋白和类腐殖质两类,其中含氮化合物及DOM与水体COD之间相关性较高,尤其以氨氮对类腐殖质贡献较大.因此降低洨河水体中COD可通过减少氨氮与DOM来实现,同时此两类指标也应作为日后水体监控指标.干流水体样品中DOM下游相对上游类蛋白逐渐减少,而类腐殖质则呈现增加的趋势,并以类胡敏酸为主要存在形式.代表支流4种样品中,S1、S2水体DOM主要以类胡敏酸为重要成分,其组成有机物多为大分子量、芳香性高的有机物质,而S3、S6水体中主要为相对易降解的类蛋白,其相对分子质量相对较小、芳香性程度较低.针对代表支流的4个污水处理单位出水水体中的DOM特征,建议S1与S2应添加或改进对大分子物质有较好去除效果的膜处理设备,以加强对水体中相对难降解类腐殖质物质的去除;S3与S6应优化相关厌氧与好氧生物处理工艺,从而提高易降解的类蛋白物质的去除能力.

不同化学氧化剂对氯苯类污染土壤修复效果比较

采用不同投放方式、不同水土比、不同氧化剂量对比研究高锰酸钾、过硫酸钠、过氧化氢以及Fenton试剂4种常见强氧化剂对土壤中氯苯类污染物的去除效果。结果表明,泥浆化投放方式好于喷洒;水土比的增加对去除效果有促进作用;不同氧化剂对定量氯苯类污染物的去除存在各自的最佳投放剂量。4种常见强氧化剂对土壤中氯苯类污染物去除效果较好的是过硫酸钠与高锰酸钾,高锰酸钾处理后因回收液中含有部分污染物,因而不能有效地将污染物氧化从环境中去除。过硫酸钠以喷洒为投加方式、水土比2∶10、投放剂量0.16 mmol/g时对模拟污染土壤中氯苯类的去除率能达94%以上;过硫酸钠与土壤制成泥浆方式、水土比为10∶1、投加量0.15 mmol/g时,对氯苯类去除率达95%以上,其中氯苯去除率高于邻二氯苯。

Fe^(2+)活化过硫酸钠降解1,2-二氯苯

以Na2S2O8为氧化剂,柠檬酸螯合Fe2+为活化剂,对水中1,2-二氯苯进行处理。首先研究了Na2S2O8浓度、FeSO4浓度、柠檬酸浓度及初始pH值等因素对1,2-二氯苯降解的影响;然后通过正交实验,发现在Na2S2O8浓度14.28 mmol/L、FeSO4浓度7.14 mmol/L、柠檬酸浓度3.57 mmol/L、初始pH值3.0的条件,1,2-二氯苯降解率达到最大(99.28%)。进一步研究表明,柠檬酸螯合FeSO4活化Na2S2O8降解1,2-二氯苯的过程可分为2个阶段,其中第1阶段为快速反应,第2阶段反应速度较慢并且符合一级反应动力学规律。

北方典型设施蔬菜种植区地下水水质特征

为探究设施农业对地下水环境质量的影响,以我国华北平原典型设施蔬菜种植区为研究对象,采用常规理化分析、紫外-可见吸收光谱及荧光光谱技术,结合平行因子分析、主成分分析和二维相关光谱分析方法,对种植区地下水中无机盐、重金属及有机物的来源、组成、赋存分布及可能成因进行了研究.结果表明,设施蔬菜种植区地下水水化学特征为Cl-SO_4型水,硬度高,三氮含量严重超出国家地下水V类质量标准(GB/T 14848-93),重金属含量低于国家生活饮用水卫生标准(GB 5749-2006).氮素中NH_4^+-N的大量累积与较浅的地下水埋深度和强还原环境引起的硝化过程受阻有关,部分有毒亲硫重金属元素含量较高为农药和化肥的施用所致.地下水中溶解性有机物来源相似,由微生物代谢淋溶进入地下水的有机粪肥中组分新近产生为主,其主要成分为小分子易降解的类蛋白物质,同时含有部分与类蛋白物质结合的类富里酸物质.种植区地下水中类富里酸物质在地下水中含量稳定,而类蛋白物质含量受耕作过程有机粪肥的使用影响较大.设施蔬菜种植过程中应科学分配有机粪肥的施用,同时水质电导率、硬度及紫外区UVA波段应作为该种植区日后在线监管的主要指标.

Fe^(2+)活化过硫酸钠原位修复氯苯污染地下水

通过建立土槽模型模拟实际污染场地,并采用Na2S2O8为氧化剂、柠檬酸螯合Fe2+为活化剂,研究了氯苯在地下水中的迁移分布规律、原位修复及其对地下水环境的影响。结果表明,氯苯在含水层水平纵向上的迁移作用大于横向迁移;随着时间的增加,地下水中氯苯浓度变化总趋势为先增加后减少并最终趋于稳定;随着迁移距离的增加,氯苯的浓度逐渐降低。柠檬酸螯合Fe2+活化Na2S2O8能够有效修复受氯苯污染的地下水和土壤;持续氧化36 h后,地下水和土壤中氯苯的去除率分别达到82.4%和80.3%。进一步研究发现,氧化处理后,出水的p H值基本稳定在3.5、SO2-4浓度为88.7mg/L,满足地下水Ⅱ类水质标准。

再生水灌溉区土壤对头孢噻肟的吸附特征

采用批吸附实验法比较了再生水灌溉区汪洋沟流域两种土壤和底泥对头孢噻肟的吸附及其动力学特性,并探讨了土壤与底泥不同pH、阳离子强度及可溶性腐殖酸对头孢噻肟吸附能力的影响。结果表明：汪洋沟段清水灌溉土壤、污水灌溉土壤及底泥均对头孢噻肟有较强的吸附能力,对头孢噻肟的吸附能力从强到弱依次为清水灌溉土壤〉污水灌溉土壤〉底泥。土壤与底泥对头孢噻肟的吸附行为通过等温吸附模型模拟,其中Freundlich方程拟合效果最好。在pH4.0~9.0的范围内,土壤与底泥对头孢噻肟的吸附系数随着pH的增大而减少;随着土壤溶液中阳离子浓度的增加,头孢噻肟的吸附量呈非线性减少趋势;添加可溶性腐殖酸后的土壤对头孢噻肟的吸附能力减弱。