中国环境基准研究重点方向探讨

环境基准是环境标准的科学依据,在国家环境质量评价和风险管理体系中处于基础地位。它主要是依据特定对象在环境介质中的暴露数据,以及与环境要素的剂量效应关系数据,通过科学判断得出的,涉及环境化学、毒理学、生态学、流行病学、生物学和风险评估等前沿学科领域。国家环境基准研究是一个长期的系统工程,本文基于环境基准研究的学科特点和国际前沿,结合国家科技需求和相关领域的研究现状,综合分析并提出了未来中国环境基准研究的重点研究方向:1)环境基准的理论与方法学;2)环境基准基础数据库;3)基准目标污染物的筛选甄别和优先排序技术;4)水体营养物基准;5)生物测试与毒性评价技术;6)人体暴露评价理论与相关技术;7)环境基准的审核和校对;8)环境基准与标准转化理论及其对环境管理支撑技术。本文从环境基准学科发展的角度,阐述了与环境基准研究紧密相关的8个重点研究方面的国内外研究进展、关键科学问题以及未来重点研究内容。同时指出,这些重要的研究方向是环境基准研究的根本,未来环境基准的长期战略发展必将是建立在各个重要方向长足发展的基础之上,环境基准研究也必带动这些方向的共同蓬勃发展,为环境地球化学、毒理学、生态学等学科领域发展注入活力。

水环境样品体外生物测试效应触发值的研究进展

水环境样品综合毒性的体外生物测试可以直接获得水环境中众多污染物共存状态下的生物毒害信息,已成为水环境污染评估和诊断的重要手段之一。但由于目前没有用于判定水质优劣的毒性效应限值标准,导致其很难被用于水质管理。为此,越来越多的研究聚焦于推导体外生物测试的效应触发值(effect-based trigger value,EBT)。本文综述了EBT建立的背景和推导原则,并总结了以健康保护为目标和以生态保护为目标的多种EBT推导方法,其中针对饮用水水质的EBT以保护人体健康为前提,主要基于每日容许摄入量(allowable daily intake,ADI)、体内安全浓度、癌症发病率增加10%的每日剂量(TD10)和环境质量标准(environmental quality standard,EQS)中的水质指导值(guideline value,GV)推导,针对地表水的EBT以生态保护为目标,依据地表水EQS中的GV值和物种敏感度分布(SSD)曲线中的第5个百分位数的危险浓度(hazardous concentration,HC5)推导。本文系统比较了不同方法推导出的体外生物测试EBT值和特征,总结了EBT在水环境中的应用,以期为高通量体外生物测试用于水质评估提供理论依据和技术支撑。

区域环境风险评价及其关键科学问题

随着环境中能够检出的有毒污染物种类不断增多,基于制定环境标准来控制有毒污染物的传统方法正在受到挑战,而环境风险评价研究已成为当前环境领域研究的热点.加强风险评价方法研究,认识区域具有潜在风险的有毒污染物环境暴露与环境效应的关系,探讨风险评价中的关键科学问题,为风险管理提供科学依据已显得尤为紧迫.综述和讨论了环境风险评价技术的发展历史和区域生态风险评价存在的科学问题,并对深入开展区域环境风险评价研究提出了建议.

固液界面吸附机制与模型——“环境水质学前沿专栏”序言

固液界面吸附是环境水化学及水处理技术研究中的一项重要内容.本文阐述了目前固液界面吸附研究方面取得的主要进展,对吸附剂表面性质、吸附络合物形态、表面反应描述中使用的一些重要实验技术、理论计算方法和模型模拟手段进行了系统的介绍,并展望了固液界面吸附研究的发展趋势.表面表征技术、理论计算及表面络合模型的发展、应用和结合有力地促进了人们对各种固液界面体系吸附机制的深入理解,对于阐明污染物在水环境中迁移转化规律,及开发新型吸附剂有着重要的科学意义.

环境内分泌干扰物筛选和测试研究中的鱼类实验动物

环境内分泌干扰物的筛选与测试方法的研究是近年来环境科学领域的热点问题.在水生态毒理学研究中,目前的研究重点之一是发展方法学,如基于鱼类实验动物的离体或活体测试方法.对内分泌干扰物鱼类筛选测试的科学基础、内分泌干扰物的生物性标志、筛选测试方法以及用于内分泌干扰物筛选测试的几种主要鱼类实验动物进行了介绍,同时提出了建立适合我国实际情况的内分泌干扰筛选测试鱼类实验动物,并提出系统的鱼类实验动物培育和筛选测试方法体系的必要性.

环境分子科学与环境纳米技术

传统的分子科学和新兴的纳米技术近年来广泛地渗入和覆盖了环境科学与技术,对环境污染现象的微观过程与机理研究注入了新的活力,进一步加深对环境污染从本质上的认识,为环境保护开展更高效的技术工艺开辟了新的途径.论文综合评述了环境分子科学与环境纳米技术的发展概况,并对我国该领域的研究提出一些认识和讨论意见.

“z值评价-风险评估-技术核验”统计评价模型用于低样本量能力验证——以水质监测为例

为解决低样本量下的能力验证z比分数评价结果可能偏离参加者真实能力水平的问题,建立了“z值评价-风险评估-技术核验”统计评价模型,以“一带一路”共建国家“水中铁和氟化物的检测”国际能力验证项目为例进行了验证。结果显示:样本量为14家(低样本量)、指定值与样本真值相对误差的绝对值大于4%时,铁检测项目获得“满意”评价结果的14家参加者中,5家存在数据“不准确”中/高风险;氟化物检测项目获得“满意”评价结果的11家参加者中,7家存在数据“不准确”中/高风险。技术核验反映出的突出问题是参加者未按照检测方法的要求实施质量控制措施,标准曲线绘制、试剂配制、关键仪器参数设置记录缺失,原始记录可追溯性较差。由此证实了数据风险点的存在,同时也印证了该统计评价模型的可靠性和必要性。

城镇污水处理厂抗生素抗性基因的环境传播途径与机制

城镇污水处理厂是抗生素抗性基因(ARGs)发生转移、传播的重要场所,同时也是环境中ARGs污染的主要来源。对城镇污水处理厂中ARGs向环境介质中的传播途径、影响因素与传播机制进行了综述。结果表明,ARGs可通过出水排放、污泥土地施用、再生水灌溉、气溶胶逸散等途径迁移至环境介质(如受纳水体、土壤、空气)中;ARGs在环境介质中的扩散和存留行为受介质理化性质影响;ARGs在环境介质中主要通过可移动遗传元件(MGEs)介导的水平基因转移(HGT)传播耐药性。

污水硫自养反硝化技术研究进展

硫自养反硝化(SAD)是一种绿色低碳的污水脱氮技术,具有成本低、污泥产量少、无须外加有机碳源等优点,已成为污水脱氮技术研究的热点之一。阐述SAD填料组成与复合硫源填料的合成方法,归纳SAD固定床反应器和流化床反应器的结构及其适用条件,回顾SAD与电化学、异养反硝化、厌氧氨氧化耦合工艺等方面的研究进展,并总结SAD耦合技术的优缺点以及耦合工艺的脱氮特征。微生物的代谢功能是实现高效SAD的关键因素,列举不同代谢特性的SAD功能微生物种类,阐述代表性微生物Thiobacillus和Sulfurimonas在SAD过程中的反硝化特性及其生长条件。目前,SAD技术在填料、反应器和耦合工艺等方面取得显著进步,但仍面临诸多挑战,在SAD技术温度适应性、高处理负荷反应器设计以及工艺流程优化等方面进一步创新。

扩散控制条件下铝基混凝剂除低浓度磷的效果研究

该研究比较了不同浓度AlCl_(3)和Al_(13)铝基混凝剂在深度不同的情况下对不同磷形态的去除特征。结果表明:AlCl_(3)表现出优异的控磷能力,AlCl_(3)能够在2 h静沉后使总磷(TP)下降至9μg/L,并可在较短时间内降低溶解态磷,而Al_(13)对吸附态磷的去除效果更好;AlCl_(3)和Al_(13)都有助于表层水中颗粒态磷的去除,在pH=7.5的条件下,磷以Al-P沉淀的形式得以去除;AlCl_(3)具有更优的有机物去除能力,能够在0.5 h时使DOC浓度快速降低。研究结果可为选择合适的控磷药剂和投药量提供参考,有助于制定原位磷污染控制策略及维护生态健康。

原子力显微镜在环境样品研究与表征中的应用与展望

简要阐述了原子力显微镜仪器操作原理及最新成像技术发展情况;结合作者近期的研究工作,从环境微生物界面观察与表征、腐殖酸在微界面上的聚集行为观测、无机高分子絮凝剂的界面形貌及行为观察以及膜材料表面结构观测与表征等4个方面对原子力显微镜在环境领域内的应用情况作了概括介绍.最后,对原子力显微镜在环境微界面研究与表征中的应用前景进行了展望.

改性沉积物除藻对水质改善的效果研究

通过生态模拟箱(1m×1m×1m)模拟天然湖泊环境,研究了改性沉积物的除藻效果和对水质的改善作用.改性沉积物除藻后,测定和分析了除藻箱体和不除藻箱体内的叶绿素、浊度、DO、TN、TP、DIN、DIP等水质指标.在改性沉积物投量为43mg·L-1时,4h除藻率可达到85%以上.除藻2d后,水体中叶绿素和浊度降低90%,总氮、总磷分别降低70%、80%,这些指标在15d的连续监测期间变化不大.除藻后2箱体中DO都有不同程度的下降,但除藻箱体中DO明显高于不除藻箱体.并且在此实验期间,除藻箱体DIN降低,DIP稳定在较低水平,而不除藻箱体中DIN与DIP均有明显升高.说明改性沉积物除藻能有效减缓水体的厌氧情况,在短期内能抑制营养盐的释放.以上结果表明了改性沉积物在除藻的同时能有效改善水质,可用于水源地的水质保护.

微生物作用对太湖沉积物磷释放影响的模拟实验研究

以太湖沉积物为研究对象,通过沉积物湖水体系的好氧厌氧连续模拟实验,研究添加和不添加抑菌剂条件下该体系对磷的释放和积聚的影响,以及微生物作用下内源磷的释放过程.结果表明:好氧环境下,微生物作用有助于磷的积聚;而在厌氧环境下,微生物作用强化了磷的释放.沉积物磷形态的分析结果表明微生物作用下,铁结合态的磷更容易释放出来.

水生态基准方法学概述及建立我国水生态基准的探讨

水生态基准的研究和制定对于控制进入水环境污染物的种类和数量,保护水体生物多样性及整个水生态系统的结构和功能具有重要意义.论文对不同国家和地区现有的主要水生态基准推导方法进行了概述,并从基准保护目标、数据的收集与评估、基准的计算方法等几个方面对各国水质基准推导方法进行了比较.参照国外水质基准的推导过程及我国水生态系统的特征,探讨了合理可行的水生态基准保护目标、计算方法及推导流程,并对我国水生态基准的推导中可能存在的问题进行了讨论.

我国重点流域地表水中29种农药污染及其生态风险评价

针对我国重点流域水体,包括长江流域、黄河流域、太湖流域、松花江流域、黑龙江流域、东江流域、南水北调中线和东线等,分析了29种农药(18种有机氯农药、6种有机磷农药、3种三嗪类农药、1种酰胺类和1种取代杂环类农药)在流域地表水中浓度,并使用风险商的方法进行了生态风险评价。结果显示,在27个采样点地表水样中一共检出9种农药,包括α-六六六、α-氯丹、γ-氯丹、西玛津、阿特拉津、乙草胺、扑草净、敌敌畏和噁草酮。其中,阿特拉津、乙草胺、扑草净、噁草酮和敌敌畏的检出率分别为100.0%,74.1%,59.3%,37.0%和33.3%;α-六六六、α-氯丹、γ-氯丹和西玛津均只有1~2个采样点检出。阿特拉津在各采样点浓度范围为7.0 ng·L-1~1 289.5 ng·L-1;乙草胺浓度范围为未检出(ND)~579.9 ng·L-1;扑草净浓度范围为ND^104.2 ng·L-1;噁草酮浓度范围为ND^32.6 ng·L-1;敌敌畏的浓度范围为ND^204.5 ng·L-1。研究发现,阿特拉津在太湖流域、黑龙江流域和松花江流域具有潜在生态风险;乙草胺在松花江流域有潜在生态风险;噁草酮在长江流域、太湖流域、松花江流域和黑龙江流域有潜在生态风险;敌敌畏在长江流域、黄河流域和东江流域具有潜在生态风险。上述4种需要重点关注的水体污染物中,仅阿特拉津和敌敌畏被列入地表水环境质量标准(GB3838-2002),但都没有保护水生生物或保护水生态的标准。

南方天然水体DOM的化学分级、变化特征及三卤甲烷生成势(THMFP)特性研究

采用XAD树脂吸附法,在春季内(3～5月)连续对南方深圳水库中的水体溶解性有机物(DOM)进行化学分级表征.结果表明,天然水体DOM的总量和单个化学分级组分含量在一个季节会发生一定的波动,但总的分布特征在季节内未发生根本变化,即憎水酸(HoA)和亲水部分(HiM)浓度始终较高,而憎水碱(HoB)、憎水中性物(HoN)、弱憎水酸(WHoA)浓度则相对较低.同时,选取代表性时间点对DOM各化学分级组分进行了消毒副产物三卤甲烷生成势(THMFP)的研究,发现三卤甲烷(THMs)的主要前驱物为憎水和弱憎水有机部分,对THMFP的贡献共占约80%.进一步研究发现,憎水中性物、憎水酸、弱憎水酸的THMs生成能力较强,总体上与紫外吸收能力基本一致;但弱憎水酸表现略有不同,其SUVA(100×UV254/DOC)值并不十分突出,但三卤甲烷生成能力却明显较高,说明DOM的紫外吸收特性不能完全作为THMFP特性的替代指标.亲水物质(HiM)的SUVA值也不高,但其THMs生成能力接近憎水酸部分,值得水处理工艺研究重点关注.

中国主要河流中多环芳烃生态风险的初步评价

以现有的中国主要河流中多环芳烃(PAHs)的浓度数据为基础,通过定义1个危害商,利用商值法筛选出菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、和苯并[a]芘7种对水生生态具有潜在风险的PAHs.以河流水相中PAHs浓度数据为依据,结合毒性数据库中PAHs水相浓度对水生生物的毒性数据,用概率风险评价法分析了这7种PAHs对水生生物的生态风险.结果表明,7种筛选出的PAHs风险大小依次为:蒽>芘>苯并[a]蒽>荧蒽>苯并[a]芘>菲>.

混凝强化除磷的模拟实验研究

以模拟污水为研究对象,考察了不同絮凝剂(聚合氯化铝、三氯化铁及硫酸亚铁)对污水中磷的去除效果及其影响因素,并对氢氧化铁的吸附除磷规律,以及氢氧化铁与絮凝剂复配除磷的效果进行了探讨,提出了聚合氯化铝、三氯化铁及硫酸亚铁可行的投加量。

利用化学分析和生物测试方法比较研究污染土壤中芳烃受体效应物质的积累

长期使用污水或再生水灌溉的潜在生态风险已经引起普遍关注,但是少有研究持久性有机有毒物质在土壤中积累所产生的慢性毒性.采用7-乙氧基-异吩唑酮-脱乙基酶(EROD)方法测试了北京郊区某再生水灌溉土壤中的芳烃受体效应物质,并用2,3,7,8-TCDD标定出相应的二英毒性当量(TEQbio).同时利用化学分析得到的土壤中16种多环芳烃(PAHs)的含量,根据文献报道毒性当量因子(TEF)换算成二英的毒性当量(TEQPAHs).分析生物测试的结果,发现灌溉土壤中芳烃受体效应物质的毒性当量浓度最高达97.4 ng/kg,明显高于地下水灌溉背景土壤(56.0 ng/kg).通过化学分析和计算得到的TEQPAHs所占TEQbio的比重则由背景土壤的10.3%增加到78.6%.因此,再生水灌溉导致芳烃受体效应物质在土壤中累积,其中相当一部分是由于16种优先控制PAHs在土壤中累积引起.

A^2／O污水处理工艺化学强化除磷研究

北京某污水处理厂采用A2/O生物除磷工艺,其除磷效果远没有达到我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级标准磷酸盐(P计)≤1.0 mg/L的要求。通过投加混凝剂的化学沉淀法强化对磷的去除,明显提高了该工艺的除磷效果,可以使其出水总磷满足排放标准的要求,加药点位置选择在初沉池出水口。此外,曝气池中各反应单元的溶解氧基本满足设计要求,并且确定了内回流比为200%,外回流比的调控范围为40%~60%。研究表明,新型聚合铝铁对总磷的去除率远大于三氯化铁,当投药量为55 mg/L时,二沉池出水总磷稳定在0.8 mg/L左右。