藻菌共生系统处理畜禽沼液的机制及影响因素研究进展

畜禽沼液不仅含有高浓度氨氮、总磷、难降解有机物以及重金属和抗生素等风险因子,同时也存在大量有效氮、磷、钾等营养成分,未经过适当处理的沼液直接排放极容易造成水体的富营养化、土壤酸化和污染物累积等生态环境问题,加上沼液极具资源化潜力,因此对其进行有效的处理与资源再利用对于促进可持续发展具有重要意义。微藻细菌共生系统(藻菌共生系统)作为一种新兴的沼液处理方式,得到了广泛关注与研究。相较于传统的沼液处理方法,藻菌共生系统具有低成本、高效率、环境友好等优点,其不仅可高效去除沼液中的氮、磷、重金属、抗生素等物质,而且能同步利用CO_(2)进行光合作用,产生具有生物燃料潜质的微藻生物质,应用前景广阔。该文分析总结了藻菌共生系统的共生机制,概括了其类型,系统解析了其去除沼液污染物的机理,并重点阐述了藻菌共生系统的影响因素,最后讨论和展望了该系统所面临的挑战与未来的发展方向,以期为基于藻菌共生系统的沼液规模化处理及利用提供理论指导。

废弃花生油制备塑料脱墨剂及其性能研究

塑料表面上的印刷油墨会大大降低再生塑料制品的品质,以废弃油脂为原料制备塑料脱墨剂具有较大的经济效益及环境效益。以废弃花生油(DO)、环氧氯丙烷(EPIC)以及三甲胺水溶液(TMA)为原料,通过开环酯化以及季胺化反应合成氯化脂肪酸丙醇三甲铵表面活性剂(DOAA),制备塑料脱墨剂;对制备DOAA的合成条件进行优化,并采用FTIR、Zeta电位对DOAA的结构和性能进行表征。将改性花生油脱墨剂DOAA用于塑料表面油墨的脱除,研究脱墨过程中外界条件对脱墨效果的影响;同时通过能谱分析(EDS)及原子力显微镜(AFM)考察脱墨前后塑料表面的变化。与常规油墨脱墨剂相比,DOAA显示出更好的脱墨效果及更宽的pH值适用范围。

光响应纤维素基印迹吸附材料的制备及光再生性能

光响应性吸附材料对污染物的光控释放性能,对发展吸附材料的绿色再生具有重要的意义。以纤维素为原料,偶氮苯衍生物为功能单体,以典型农药残留2,4-D为模板,采用表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)制备光响应纤维素印迹吸附剂(Cell-AB-MIP)。通过单因素实验对材料的制备条件进行优选,采用多种表征手段对材料结构和性能进行分析。结果表明:Cell-AB-MIP表面含有丰富的官能团(—COOH,N=N等),对2,4-D具有较高的特异性识别作用;偶氮苯基团的引入使得Cell-AB-MIP具备优异的光再生性能。经过紫外光照射后,Cell-AB-MIP上的偶氮苯基团将从反式构型转变为顺式构型,从而改变吸附剂对污染物的吸附亲和力,实现光控条件下的清洁脱附。在甲醇介质中光照解吸效率可达72.22%,经过5次光循环后对2,4-D的吸附百分比仍可达到83.47%;SEM及EA分析结果证实了吸附剂经紫外光照射后污染物可从吸附剂表面脱离,完成吸附剂的再生过程。

利用in vitro试验的城市土壤重金属健康风险研究及其对中国土壤污染调查的启示

以福州大学城区域为研究区,采用传统土壤采样分析以及多元统计学、地统计学相结合的方法,解析小尺度下城市表层土壤中8种重金属的空间分布和来源;进而针对部分“超标”土壤样品,分别采用国家推荐方法和先进的in vitro试验方法进行土壤重金属经口部摄入途径的健康风险评估和对比研究.结果表明:研究区土壤整体上不存在严重的重金属污染问题,但有个别土样Pb和Cr(Ⅵ)含量超过了最新国家标准的筛选值;土壤中Cd、Cu、Pb、Cr、Ni、Zn等重金属主要来源于交通及机动车辆,需要注意防控;国家推荐方法得出土样Pb存在的非致癌风险达到可接受限值的1.53倍,土样Cd、Ni以及两个土样Cr(Ⅵ)存在的致癌风险则达可接受限值的1.01~43.50倍,而in vitro试验方法揭示仅有土样Pb的健康风险较高,胃阶段Pb对其每周允许摄入量(PTWI)的贡献率达到41%(成人)和149%(儿童),小肠阶段则显著降低至5%(成人)和18%(儿童);由于in vitro试验方法是以重金属的生物可给性/生物有效性为其风险评估的依据,被认为相对科学准确,不易产生对风险的过高估计,因此建议将其引入今后的土壤污染调查工作.本研究为相关城市的规划管理提供有价值的参考,并对我国土壤污染调查技术手段的持续改进给予启示.

过渡金属硫酸盐协同Pd/C高效定向降解木质素的研究

以改善当前木质素催化降解存在的降解产物可控性较差、小分子化合物总收率较低、均一化程度不足、难以进一步开发利用等问题为目标,采用过渡金属硫酸盐NiSO_(4)·6H_(2)O协同Pd/C催化降解玉米芯酶解木质素,考察了过渡金属离子、反应温度、反应时间、NiSO_(4)·6H_(2)O与Pd/C协同作用等对木质素降解率的影响,并分析了降解产物的分布和催化作用机理。结果表明,NiSO_(4)·6H_(2)O可有效提高Pd/C对木质素的催化降解效率,如木质素降解率相较于单独使用Pd/C催化降解时提高14.5%,小分子化合物总收率提高39.9%,其中,酚类化合物的得率提高88.6%,且产物的均一化程度提高了35.8%;分析表明,由于NiSO_(4)·6H_(2)O的路易斯酸特性和镍离子的高电负性,木质素的醚键可有效地在Pd/C和NiSO_(4)·6H_(2)O酸性催化中心上发生裂解,并通过加氢反应,定向生成以酚类为主体的中间产物。

木质素基磁性介孔活性炭吸附水溶液中苯胺的研究

以碱木质素、硝酸锌、硝酸铁为原料,制得碱木质素磁性介孔活性炭(LMAC),通过场发射扫描电子显微镜(SEM)和振动样品磁强计(VSM)等对LMAC的性能结构进行表征,并且研究了其对废水中苯胺的吸附行为。结果表明,所制得的LMAC BET比表面积为254.6 m^(2)/g,孔径分布范围在2~50 nm之间;LMAC饱和磁化强度为24.64 emu/g,表现出良好磁性能,易于回收利用;在pH值为3、吸附时间为100 min的条件下,LMAC对废水中苯胺的吸附容量为53.68 mg/g;LMAC对苯胺的吸附主要为物理吸附,并满足准二级吸附动力学特征;吸附再生实验表明,LMAC在循环利用4次之后,解析率仍可达到83.2%,具有较理想的回收性能。

水化氯铝酸钙与传统钝化剂降低土壤镉生态及健康风险的对比研究

针对红壤、棕壤、褐土、黑土4种中国典型的Cd污染土壤,应用Ca(OH)_(2)、Ca(H_(2)PO_(4))_(2)以及层状双金属氢氧化物(Layered Double Hydroxides,LDHs)、水化氯铝酸钙(CaAl-Cl LDH)开展钝化修复,并从土壤Cd的生态风险和健康风险角度进行修复效果对比研究。分析钝化剂对土壤pH值、土壤Cd的赋存形态以及土壤Cd直接经口摄入的生物可给性的影响,并对修复机理进行深入探究。结果表明,在Ca(OH)_(2)、Ca(H_(2)PO_(4))_(2)和CaAl-Cl LDH各自相对最优施用量下,3种钝化剂均可显著降低土壤Cd的活性系数(P<0.05),平均降幅分别为16.1%、56.9%和29.2%,可降低土壤Cd的作物吸收量及Cd对周边生态环境的风险。此外,施用CaAl-Cl LDH能显著且更为有效地降低土壤Cd的生物可给性(P<0.05)及Cd对人体的健康风险,在胃和小肠阶段的平均降幅为19.2%和33.0%,其中胃阶段分别达到施用Ca(OH)_(2)和Ca(H_(2)PO_(4))_(2)的3.11和1.99倍,小肠阶段为5.99和2.72倍。该研究为Cd污染土壤钝化修复剂的开发、改进和选择提供了科学依据和参考。

中国典型土壤中镉的生物可给性影响因素研究及其健康风险评估

采集我国红壤、棕壤、褐土和黑土等4种典型土壤,制备成镉含量为180 mg·kg^(-1)的人工污染土,基于in vitro试验方法分析土壤镉在人体消化道不同阶段的生物可给性并评估健康风险,之后结合对土壤基本理化特性和镉赋存形态的全面测定,阐释镉的生物可给性的影响因素以及土壤间差异的原因.结果表明,镉在胃阶段的生物可给性(94.36%—96.54%)显著高于小肠阶段(50.46%—80.07%);各土壤镉经口部摄入的致癌风险均超过可接受限值2个数量级,而非致癌风险未超限.此外,土壤镉的生物可给性与氯化钙提取态镉含量、迁移系数以及土壤有机质含量存在相关性,而影响土壤镉在胃阶段生物可给性的主导因子为迁移系数,小肠阶段则为土壤有机质含量.本研究体现了in vitro试验方法的优越性,其成果将为大规模污染土壤风险评估工作的精准化做出积极贡献.

可见光下钙钛矿协同过硫酸盐固固氧化解聚玉米芯酶解木质素的研究

通过溶胶凝胶法制得镧系钙钛矿催化剂(LaFe_(0.9)Ni_(0.1)O_(3)),探讨在常温常压及可见光照射条件下,LaFe_(0.9)Ni_(0.1)O_(3)协同过硫酸钠固固氧化解聚玉米芯酶解木质素的效果。结果表明,LaFe_(0.9)Ni_(0.1)O_(3)通过活化过硫酸钠可产生SO_(4)^(-)·,实现木质素中β-醚键与甲氧基的断裂,转化率比仅光照组提高近2倍,解聚得到香兰素、丁香醛等小分子化合物,有利于进一步研究木质素的定向氧化解聚。

氧化铜纳米颗粒在土壤中的吸附特性及影响因素

通过静态吸附实验探究了氧化铜纳米颗粒(CuO NPs)在土壤中的吸附特性,包括其初始浓度、土壤性质以及pH值值对土壤吸附CuO NPs的影响,并探索了共存的有机污染物(菲)和CuO NPs之间的相互作用以及菲对土壤吸附CuO NPs的影响.结果表明,CuO NPs在土壤中的吸附过程符合伪二级反应动力学模型;腐殖酸和有机质对CuO NPs的溶解和稳定作用使得土壤对CuO NPs的吸附量较低;pH值为中性的条件下,土壤对CuO NPs的吸附量最低;菲的存在占据了部分吸附位点而降低了土壤对CuO NPs的吸附量,初始浓度为30和50mg/L的CuO NPs的平衡吸附量分别降低了37.3%和24.7%,但菲的存在并不影响土壤对CuO NPs的吸附过程.

离子液体在纳米纤维素制备中的应用进展

纳米纤维素因其优异的性能和独特的结构在很多领域都受到了关注,其制备和应用已成为相关领域的研究热点。目前纳米纤维素的制备方法众多,但依然面临着较大的挑战。离子液体因其对木质纤维素优良的溶解性能及可回收性,在纳米纤维素制备中展现了较大的潜力。基于此,综述了离子液体在纳米纤维素制备方面的应用进展,重点介绍了离子液体作为预处理手段在纳米纤维素制备方面的应用现状,以及作为溶剂和催化剂直接水解制备纳米纤维素方面的研究进展,并对制备过程中离子液体的回收情况进行了简单概述。

基于in vitro试验的中国典型土壤中砷的健康风险及影响因素

采集中国红壤、黑土、褐土、棕壤和黄壤五种典型土壤,经一个月老化制备成浓度为600 mg·kg^(-1)的砷污染土壤样品,利用体外(in vitro)试验方法(PBET-UF模型)研究经口部摄入的土壤砷在人体胃肠道的生物可给性/生物有效性,并评估其健康风险,进而从土壤性质角度(包括土壤基本理化特性及砷的赋存形态)综合地探讨砷的生物可给性/生物有效性的影响因素,以分析不同土壤间差异的原因。结果表明,土壤砷在胃阶段的生物可给性为37.2%~71.8%,小肠阶段的生物可给性为49.0%~73.3%,小肠阶段的生物有效性为48.6%~72.1%,各类型土壤间差异极显著;土壤砷从胃到小肠是一个逐步被消化溶出的过程,且小肠中溶解态砷均可透过模拟小肠上皮细胞的专用超滤膜;各类型土壤经口部摄入的砷健康风险存在极显著差异,致癌风险和非致癌风险分别超过相应可接受限值两个数量级和一个数量级;此外,土壤砷的生物可给性/生物有效性与土壤pH、游离氧化铁铝含量、迁移系数S及迁移系数W存在显著或极显著相关性,迁移系数S是影响土壤砷在胃阶段的生物可给性的主导因子,土壤pH为影响其在小肠阶段的生物可给性/生物有效性的主导因子,而游离氧化铁铝则主要通过与砷形成新矿物的方式降低其在土壤中的活性及生物可给性/生物有效性。本研究的成果将为后续开展更符合现实土壤污染情形的调查及重(类)金属污染土壤健康风险评估手段的完善做出积极贡献。

中国典型土壤中铅的生物可给性的影响因素分析与健康风险评估

土壤铅污染及其危害备受关注。作为评估其对人体健康风险的科学指标之一,土壤铅的生物可给性的影响因素仍不甚明确。采集中国5种典型土壤(红壤、褐土、黑土、棕壤和黄壤),根据国标中一类建设用地的管制值制备成800 mg·kg^(-1)的铅污染土壤样品,利用先进的基于生理学的体外试验方法(改进的PBET模型)研究经口部摄入的土壤铅的生物可给性及其对人体的健康风险,进而从土壤理化性质和铅的赋存形态角度,全面综合地探讨土壤铅的生物可给性的影响因素,并分析不同土壤间差异的原因。结果表明,土壤铅在胃阶段的生物可给性为72.7%—82.6%,各类型土壤间差异极显著,其中红壤较高而黑土较低;进入小肠阶段后,土壤铅的生物可给性极显著降低至22.8%—27.7%,各类型土壤间无显著差异。土壤铅对人体的健康风险评估结果与之相同。对儿童而言,土壤铅在胃阶段的非致癌风险达到可接受限值的2.1倍;且整体而言,土壤铅对儿童的非致癌风险平均达到成人的7.6倍,必须加以重视。此外,土壤铅的生物可给性与土壤pH、有机质质量分数和迁移系数均存在高度显著相关性,其中,土壤pH是影响土壤铅在胃肠道的生物可给性的主导因子。通过体外试验可直接、简便而准确地获取土壤铅的生物可给性信息,建议在今后实地的污染土壤健康风险评估工作中引入该方法。该研究成果将为铅污染土壤健康风险评估工作提供准确的科学依据与有价值的参考。

水化氯铝酸钙对土壤铬的钝化修复及风险评估

本研究采集我国棕壤、红壤、黄壤、黑土和褐土5种典型土壤,制备成Cr(VI)浓度为80mg/kg的污染样品,首次应用极具潜力的层状双金属氢氧化物——水化氯铝酸钙对其进行钝化修复,并从土壤特定基本理化性质以及Cr的赋存形态、生态风险以及健康风险等方面对修复效果进行综合评价,对相关机理进行深入探讨,对使用成本进行简析.结果表明,水化氯铝酸钙可显著增加土壤pH值,并有效降低土壤Cr的活跃性、生态风险和健康风险;土壤Cr的活跃性降幅为59.09%~79.22%,生态风险降幅为14.17%~57.66%,在胃阶段和小肠阶段的健康风险(致癌风险)降幅分别为13.04%~63.04%和22.73%~56.60%.土壤Cr的赋存形态中,除了活跃态以外,修复前后均有部分不活跃态具有生态风险或健康风险.水化氯铝酸钙除了可将活跃态Cr转化到不活跃的沉淀态中,部分或完全地降低其生态风险或健康风险外,还能在一定程度上控制某些土壤中其余不活跃态Cr在毒性浸出实验或in vitro试验中的溶出.在相对最优使用量(m_(Cr):m_(水化氯铝酸钙)=1:20)条件下,水化氯铝酸钙钝化修复1m^(3)的Cr(VI)含量为80mg/kg的实际污染建设用地土壤,其试剂成本约为6.4元.作为新型Cr污染土壤钝化修复剂,水化氯铝酸钙有望为我国土壤环境质量和人群健康质量的改善做出贡献.

给水管网生物稳定性研究:现状、挑战与未来

给水管网生物稳定性是指管网中微生物的生长导致饮用水水质在输配过程中发生恶化的潜力。准确、合理地评价给水管网的生物稳定性是保障饮用水水质安全的前提,常用方法包括基于生物稳定性评价指标的预测性评价方法和基于微生物丰度、活性及群落组成的直接评价方法。深入理解给水管网中水力条件、管道特征、营养基质、消毒剂和抗生素耐药性等因素对生物稳定性的影响有助于制定更有效的控制策略。然而,如何通过实际管网取样和生物膜培养反应器获得具有代表性的环境样品以及如何利用现代分子生物学技术获取有用信息是该研究领域面临的主要挑战。基于此,从给水管网生物稳定性研究的现状(评价方法、影响因素、控制策略)出发,对当前研究的主要瓶颈进行讨论,并展望该领域未来的发展趋势与可能的研究方向。

老化作用对微塑料吸附镉的影响及其机制

新兴污染物微塑料被证实可吸附传统重金属污染物镉(Cd),而其在自然环境中不可避免地经历老化过程而发生改变,目前囊括多种材质的微塑料并涉及关键的老化作用对其吸附Cd影响的综合性和机制性的研究仍缺乏.选取PS、ABS、PP、PVC和PET等5种代表性的微塑料,通过紫外辐射法进行老化,全面对比了老化前后微塑料比表面积、结晶度、表面官能团和表面元素等理化性质的变化,以及其对Cd的等温吸附过程的差异,探讨了相关影响机制.结果表明:①微塑料老化后比表面积未发生显著改变,但结晶度显著降低.表面官能团也发生了一定的变化,尤其是C-O和O-C=O官能团比例增加,且总O含量以及O/C显著增加.②Langmuir模型能很好地拟合老化前后微塑料对Cd的等温吸附过程.老化作用增加了微塑料对Cd的吸附能力,其饱合吸附量极显著增大.老化前微塑料对Cd的饱合吸附量排序为:ABS(0.2284 mg·g^(-1))>PVC(0.1360 mg·g^(-1))>PS(0.1286 mg·g^(-1))>PP(0.1005 mg·g^(-1))>PET(0.0462 mg·g^(-1)).老化后则变为:PS(0.2768 mg·g^(-1))>ABS(0.2586 mg·g^(-1))>PVC(0.1776 mg·g^(-1))>PP(0.1721 mg·g^(-1))>PET(0.0951 mg·g^(-1)).③结晶度和表面官能团综合地影响着微塑料对Cd的吸附.原始微塑料的结晶度与其对Cd的饱合吸附量呈极显著负相关.老化作用引起的微塑料表面含氧官能团增加也是导致其对Cd的吸附能力增强的重要原因.研究成果将为更深入地认知自然界中微塑料与传统重金属污染物间相互作用的环境行为提供有科学价值的信息.

2019年水环境安全热点回眸

水是生命之源,水环境安全是人类生存与发展的必要条件。2019年,水污染控制、地表水生态环境、地下水环境保护等领域科技进展显著。本文围绕水资源、水生态、水环境,介绍了2019年生活污水与工业废水污染控制、地表水生态流量与氮排放限值、地下水资源保护与污染防控等方面的全球科技研究热点及亮点工作,回顾了中国水环境安全的2019年。

水滞留影响下不同供水末端的微生物群落对比

针对龙头水滞留带来的水质生物稳定性问题,选取三种末端供水方式(集中式供水、二次供水、过滤器出水)的龙头水为研究对象,运用高通量测序技术全面探索和比较了水滞留导致的水中微生物群落结构的变化。结果表明:在细菌方面,滞留后三种末端供水方式的龙头水中均以假单胞菌属为主,一些条件致病菌属,如副衣原体属、军团菌属、分枝杆菌属等也被检出。三种供水方式中,二次供水表现出较低的物种丰富度和较高的生物多样性,且其群落结构与另外两种方式显著不同。在古菌方面,滞留前集中式供水以西藏嗜盐碱球菌属为主,二次供水主要为未鉴定菌属,过滤器出水主要为甲烷食甲基菌属;滞留后,仅集中式供水和过滤器出水的古菌群落结构发生改变,均以产甲烷古菌为主,而二次供水则以氨氧化古菌为主。该研究成果有助于掌握饮用水中微生物信息,并可为解决水滞留带来的饮用水生物安全问题和健康风险评估提供基础数据及参考。