地下水环境智慧监管技术集成与平台应用研究

针对“双源”地下水(地下水污染源和集中式地下水型饮用水源)环境监管需求,研发了一套集地下水污染在线监测预警、评价溯源、预测应急于一体的可视化技术集成与应用平台。该平台将物联网、地下水数值模拟、大数据、云计算等技术集成应用于环境监管,实现了工业园区地下水环境实时动态监测评价及预警、地下水污染路径溯源计算、地下水事故污染预测及应急支撑等网络服务与计算功能,并通过地下空间三维数字化处理,构建了“所见即所得”的三维虚拟现实界面,实现了对地下水环境的便捷、高效监管与决策。该平台兼容手机、平板电脑、台式计算机等固定和移动设备,可为“双源”地下水污染监控、管理和应急提供实时、高效的科技支撑。

基于物种敏感性分布评价长三角地区地表水壬基酚生态风险

壬基酚(NP)是一种具有内分泌干扰效应的持久性有机污染物,具有难降解、易生物蓄积的特性,并在环境介质中长期赋存,其生态风险受到广泛关注。物种敏感性分布法(SSD)广泛应用于水生生物基准制定及水环境生态风险评估等研究工作。不同地理区域敏感物种有所差异,这会影响对水质基准与风险评估结果的分析。本研究以NP为例,基于通用敏感物种、中国本地敏感物种的SSD法获取NP的急慢性预测无效应浓度(PNEC),并以长三角地区典型地表水为评估对象采用商值法获取风险商(RQ)进行生态风险评价。研究结果表明,基于急性毒性数据时,用SSD法获取的通用敏感物种与中国本地敏感物种的PNEC差异较小,说明中国本地物种对NP的急性毒性效应敏感程度与通用物种类似;基于慢性毒性数据计算得到的PNEC差异较大,中国本地物种对于NP的慢性毒性效应更为敏感,直接采用非本地物种的PNEC可能导致本地物种“欠保护”。基于获取的急慢性PNEC,采用商值法表征长三角地区地表水生态风险,结果表明,基于急性PNEC和通用物种慢性PNEC评估风险,可能低估NP的生态风险。基于中国本地物种的慢性PNEC得到NP长三角地区地表水的RQ均值为0.23~1.55,其中,骆马湖具有高风险;太湖、长江南京段RQ最大值超过1,表明个别区域具有高风险,值得进一步关注。综上,NP对本地水生生物的慢性毒性效应较为明显,应持续关注NP长期危害并采取相关措施保障生态系统安全。

雄安新区白洋淀生态属性辨析及生态修复保护研究

湿地是自然界生物多样性最丰富的生态系统之一,与社会发展和人类福祉息息相关。近年来,由于全球气候变化和人类活动的过度干扰,湿地正面临着面积萎缩、功能减弱、多样性降低等诸多问题,湿地退化已经成为制约区域可持续性发展的重大阻碍。伴随着生态文明建设逐渐成为中国特色社会主义建设的重要支柱,湿地生态修复工作得到前所未有的制度保障。深入剖析湿地属性,结合政策保障,有针对性的提出湿地保护与修复的治理措施,对区域的生态环境建设和可持续性发展具有重要意义。选择国家级新区-雄安新区的水命脉-白洋淀湿地为研究对象,在深入剖析其生态属性和已存在的生态问题的基础上,结合生态修复的原则、方法和步骤,提出生态修复与保护的可行性策略。研究结果表明,白洋淀本质是典型的湖泊湿地,同时兼具沼泽湿地特征,由于人类活动的剧烈干扰,白洋淀有向沼泽湿地逆向演替的变化趋势。湿地内存在面积萎缩、水资源量短缺、水环境污染问题突出及生物多样性减少等生态问题。本研究建议:为顺利建设雄安新区,首先,白洋淀湿地在算清'水账'、'污账'和'生态账'的前提下,进一步加强流域水资源调配,科学确定白洋淀湿地最佳水位,恢复淀区水量;其次,通过使用清洁生产技术和限制高排污企业建设等措施,加强污染防治,恢复湿地水质;最后,依据生态承载力理论,划分白洋淀流域的生态功能红线、环境质量红线和资源利用红线等国家生态保护红线体系,为尽快恢复湿地结构与功能提供制度保障。

地下水污染物在高度非均质介质中的迁移过程: 机理与数值模拟综述

天然含水层通常具有复杂的物理和化学非均质性,是污染物迁移、转化等动力学过程的关键控制因素,对受污染地下水的修复造成了极大挑战.含水层介质的非均质性通常会导致污染物在地下水中呈现出明显的所谓“反常迁移(Anomalous Transport)”特征,与基于菲克定律的传统对流-弥散方程所描述的现象相去甚远.反常迁移亦被称为非菲克弥散(Non-Fickian Dispersion)或广义上的“反常扩散”,可以用来解释导致地下水污染在时间上持续恶化、在空间上快速扩展的水文地质机理.其控制过程为:一方面,污染物通过分子扩散、化学吸附等质量交换作用,从高渗透性区域进入并滞留在低渗透率基质中,再经分子扩散等过程缓慢回放,造成次弥散型反常迁移,导致水质长期缓慢恶化;另一方面,部分污染物沿着相互连通的优先水流通道迅速传输,造成超弥散型反常迁移,导致污染由点到面快速扩展.同时,介质非均质性也是制约污染修复效率的重要因素,而地下水修复技术的开发、应用、评估,通常基于传统对流-弥散方程预测出的菲克弥散过程.非菲克弥散对污染物迁移过程和修复效率的控制作用及其预测评估,尚缺乏深入和系统分析.本文针对地质介质非均质性导致的非菲克弥散现象以及效应进行综述,总结了地下水污染物在高度非均质介质中迁移转化的规律和认知,以及针对非菲克弥散特征的数学模拟研究前沿.同时,本文分析了已有研究不足,讨论了促进含水层非均质性及非菲克弥散机理和模拟应用发展的重要研究方向.

高岭土胶体对nZVI修复Pb、U污染硅藻土的影响及机制

纳米零价铁(nZVI)大量应用于土壤重金属污染的修复,但由于土壤广泛存在的胶体可协同污染物的迁移与扩散,影响nZVI对土壤的修复效果。针对这一问题,通过硅藻土柱实验和重金属运移速率分析,并采用微观结构表征分析(SEM)与物相分析(XRD)方法,探究高岭土胶体对nZVI修复铅(Pb)、铀(U)重金属污染土壤的影响机制。结果表明,nZVI可固化Pb和U,阻滞其运移以修复土壤;高岭土胶体的加入可削弱nZVI对重金属的阻滞效果,增强Pb和U的运移能力;但在高岭土胶体与nZVI同等质量浓度下,高岭土胶体对阻滞效果的影响有限;另外,在Pb、U复合体系中,存在竞争吸附现象,nZVI对Pb的阻滞效果优于U,U的运移更易受到高岭土胶体的影响。本研究结果可为土水重金属污染防治提供参考。

温室与大田种植方式对胡萝卜生长过程中重金属吸收的影响

研究不同种植方式下作物重金属吸收过程对重金属污染风险管控有重要意义.以胡萝卜为例,对比温室和大田种植方式下,3个关键生长时期6种重金属(As、Cd、Cr、Cu、Pb和Zn)的吸收转运特征,结合根际土壤理化参数,探讨种植方式对胡萝卜生物量和重金属含量随时间变化的影响并进行健康风险评价.结果表明,温室和大田种植方式具有以下共同点:(1)生长过程中重金属含量、生物量和吸收量均呈先升高后下降或稳定的趋势;(2)对As、Cd、Cr和Pb的吸收均为地上部累积型;(3)可食部Cd含量超标,生长期内目标风险总系数>1具有潜在的不良健康风险,主要风险由As和Cd贡献.与大田相比较,短期温室种植方式下胡萝卜成熟时间比大田提前约15 d;幼苗期和生长旺盛期时温室种植地上部As、Cd和Pb含量显著降低(P<0.05),成熟期时重金属含量(除As)无显著差异;温室种植地下部As和Cd的含量在幼苗期时降低(P<0.05),As和Cd的吸收量在0~95 d显著降低(P<0.05),其余生长阶段重金属含量和吸收量均无显著差异;通过短期种植方式的改变可以减少受污染农田蔬菜中重金属风险的可能性.

沸石材料在土壤修复工程中的应用研究进展

近年来,工业的快速发展导致土壤污染成为全球性的环境危机.土壤污染问题亟待解决,开发经济、长效的土壤修复材料是关键.沸石分子筛材料,由于其优异的离子交换性能和吸附性能,被广泛应用于土壤修复过程中,引起环境科学家、材料化学家、土壤学家、矿物学家的广泛关注.本文基于已被广泛用于土壤修复工程的典型沸石材料,并着眼于沸石材料的组成与结构,详细阐述了典型沸石材料的结构与性能之间的对应关系,综述了沸石材料分别用于不同土壤污染介质修复中的微观作用机理及研究进展.