中国环境科学

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中国环境科学. 2025, 45(8): 0-0.

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中国亚热带森林区(贵州黔西南-浙江绍兴)异戊二烯空间格局的走航观测研究

余海峰, 邬湘成, 成琳, 常运华

中国环境科学. 2025, 45(8): 4145-4151.

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通过搭载高分辨率质子转移反应飞行时间质谱仪(PTR-TOF-MS)的移动实验室,对中国亚热带森林区由东西向横断面(2000km)开展了区域尺度大气异戊二烯的移动观测,旨在揭示该区域大气异戊二烯的空间分布格局.结果表明,异戊二烯浓度存在显著的空间异质性,平均浓度为(0.635 ± 0.204)µg/m³.其中,江南森林以广泛分布的竹子和主要的亚热带常绿阔叶树种为特征,异戊二烯浓度为(0.629 ± 0.116) µg/m³,约比贵州森林中(主要为针叶林)的 (0.474 ± 0.155)µg/m³高出32.8%,这表明植被组成显著影响森林异戊二烯空间分布和排放强度.而在工业生产活动密集的浙江区域,异戊二烯浓度达到了(0.881 ± 0.155)µg/m³,分别比贵州和江南森林分别高出86.2%和40.1%.除了该区域丰富的植被种类植物物种多样性外,工业活动、交通等人为因素也可能对该地区异戊二烯浓度偏高产生一定影响.

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西北典型炼化园区VOCs浓度特征及来源分析

蔡晓倩, 杨宏, 刘雪婷, 王书苏, 万雨勤, 潘峰

中国环境科学. 2025, 45(8): 4152-4162.

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为明确西北典型炼化园区夏季挥发性有机物(VOCs)浓度特征及来源,于2024年6~7月对116种VOCs开展连续监测,得到观测VOCs(M_VOCs)浓度,并计算得到初始VOCs(In_VOCs)及消耗VOCs(C_VOCs)浓度,进而利用正定矩阵因子分解方法(PMF)分析M_VOCs、In_VOCs来源,利用主成分分析法(PCA)分析C_VOCs来源,计算各VOCs来源主因子对臭氧(O₃)浓度生成的贡献.结果表明,观测期间观测总挥发性有机物(M-TVOC)和初始总挥发性有机物(In-TVOC)中,含氧VOC(OVOCs)与烷烃的浓度占比均为最高,日变化呈早、晚双峰的特征;消耗总挥发性有机物(C-TVOC)浓度与O₃浓度日变化相关性达0.89,其中烯烃、OVOCs浓度占比最高;3种VOCs臭氧生成潜势(OFP)前10位物种均以烯烃和醛类为主;M_VOCs和In_VOCs来源及排序为:石油化工源>燃烧源>机动车排放源>植物排放源>溶剂使用源,C_VOCs来源及排序为:石油化工源(51.1%)>汽油挥发源(26.0%)>植物排放源(18.2%)>溶剂使用源(4.8%);石油化工源是对O₃浓度生成的最大贡献源项.研究显示,减少石油化工源、燃烧源、机动车排放源排放是控制该园区周边夏季VOCs的有效措施,而减少石油化工源、溶剂使用源排放则是抑制VOCs排放对O₃生成贡献的有效手段.

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典型农作物VOCs排放特征及其大气反应活性

乔丽丽, 贾艳琪, Kajii Yoshizumi, 李玲玉

中国环境科学. 2025, 45(8): 4163-4172.

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为了解农作物挥发性有机化合物(VOCs)排放特征及其大气反应活性,选取典型农作物小麦(Triticum aestivum)、玉米(Zea mays)、大豆(Glycine max)、花生(Arachis hypogaea),应用动态封闭式采样法、热脱附-气相色谱质谱联用(TD-GC-MS)技术对其VOCs排放进行野外观测和定量分析,研究4种农作物的VOCs排放速率和化学组成特征,计算它们的羟基自由基消耗速率(L_OH)和臭氧生成潜势(OFP).结果表明,4种农作物总VOCs排放速率排序为花生((43.27± 18.8) μg/(g·h))>小麦((21.63 ± 8.24) μg/(g·h))>大豆((2.97 ± 0.67) μg/(g·h))>玉米((0.36 ± 0.15) μg/(g·h)),各农作物的主要排放贡献组分包括异戊二烯、正庚烷、环戊烷、对-二甲苯、间-二甲苯等;各农作物排放的VOCs中检出的化合物种类及其排放组成不同,其中小麦主要排放烷烃和芳香烃,玉米主要排放单萜烯,大豆主要排放烷烃,花生主要排放异戊二烯,仅在大豆排放的VOCs中检测到烯烃.不同农作物排放VOCs的L_OH和OFP的排序均为花生>小麦>大豆>玉米,异戊二烯、柠檬烯、反式-β-罗勒烯、β-石竹烯和环戊烷是4种农作物排放的关键VOCs活性组分.

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淄博市大气中过氧乙酰硝酸酯(PAN)污染特征与生成机制

蔡浩晨, 覃泽, 刘妍慧, 徐勃, 白雯宇, 王晓丽, 耿春梅, 杨文

中国环境科学. 2025, 45(8): 4173-4183.

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为深入探究工业城市过氧乙酰硝酸酯(PAN)的浓度水平及其生成机制,本研究于2023年3月至2024年2月在华北平原淄博市对PAN及其他污染物进行了为期一年的在线观测.研究期间PAN的平均浓度为1.09 x10^-9(0.03~10.07 x10^-9),四季浓度排序呈现出冬季(2.07 x10^-9)>秋季(0.98 x10^-9)>春季(0.64 x10^-9)>夏季(0.61 x10^-9)的规律.日变化浓度峰值出现时间存在明显的差异,夏季峰值出现在中午时段(12:00),而冬季则推迟到下午时段(17:00).广义相加模型(GAM)结果表明,PAN浓度受温度和大气氧化性影响显著.基于零维盒子模型(F0AM)计算结果表明,乙醛对过氧乙酰基(PA)的贡献最大(69%),其次是甲基乙二醛的光解(18%)和氧化(11%),PA的损失主要以一氧化氮(NO)(18%)和二氧化氮(NO₂)(81%)与PA的相互作用为主^;相对增量反应性(RIR)表明PAN的生成对NO_x更敏感.该研究丰富了华北平原地区大气PAN污染特征及生成机制的认识,为大气污染管控提供了科技支撑.

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2023年年末淄博市一次PM_2.5重污染过程特征和成因分析

孙维, 白雯宇, 徐勃, 王健, 刘妍慧, 王晓丽, 耿春梅, 杨文

中国环境科学. 2025, 45(8): 4184-4194.

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基于淄博超站在线监测的PM_2.5中化学组分及气象数据对2023年12月25日至2024年1月6日期间的PM_2.5污染过程进行了相关分析.结果表明:观测期间PM_2.5的平均浓度为(133±67) μg/m³,二次无机离子(NO₃^-、SO₄^2-和NH₄⁺)占比均值为58.3%,其中NO₃^-的浓度最高,占比为26.9%;硫氧化率和氮氧化率均值分别为0.46和0.29,均大于0.1,表明本次污染过程中存在明显的SO₄^2-和NO₃^-的二次生成过程;NO₃^-的形成主要受HNO₃的限制,而高湿环境下的非均相反应是其形成的主要途径;正定矩阵因子模型确定了PM_2.5的6个主要来源,分别是二次硝酸盐(30.2%)、二次硫酸盐(26.8%)、燃煤源(18.4%)、机动车源(15.3%)、工业源(5.3%)和扬尘源(4.0%),浓度权重分析进一步揭示了对PM_2.5贡献占比较大的来源,比如二次硝酸盐等的主要贡献路径区域是本地和周边城市.

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热和水热老化处理提升Pd-SSZ-13吸附储存NO_x性能

刘若雯, 樊星, 苗静文

中国环境科学. 2025, 45(8): 4195-4206.

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采用离子交换法制备了Pd负载量为1.64wt.%的Pd–SSZ–13被动式NO_x吸附剂,并在温度为700℃,气氛为10%O₂、2%H₂O(水热处理时)、N₂平衡的温和条件下对Pd–SSZ–13分别进行了10h的热和水热老化处理,考察了热和水热老化处理对Pd–SSZ–13吸脱附NO_x性能的影响.采用N₂吸脱附、XRF、ICP–OES、XRD、SSNMR、XPS、TEM、NH₃–TPD和in situ Drifts等手段对吸附剂理化特性和NO吸附过程进行了表征.结果表明,进气中含2%H₂O时SSZ–13载体不具备吸附储存NO_x的能力,而Pd–SSZ–13能够在吸附阶段以及程序升温至100~230℃时吸附储存NO_x,NO_x吸附容量为81.3μmol/g;NO_x脱附温度(230~493℃)处于SCR催化剂高效工作的温度区间内,脱附较为完全.热和水热老化处理Pd–SSZ–13后,其含水条件下的NO_x吸附容量进一步提高至113.4和126.2μmol/g,热老化处理后的样品具有更好的循环使用稳定性.热和水热老化处理虽然造成了一定程度的分子筛骨架脱Al,但没有改变SSZ–13的微孔特性,也未造成分子筛骨架结构坍塌或破坏,且促使分子筛表面Pd物种向孔道内部迁移,提高了Pd的分散度,增加了Pd²⁺离子(Z-[Pd²⁺(OH)]⁺和Z₂-Pd²⁺)位点的数量,进而提高了Pd–SSZ–13吸附储存NO_x的能力.与水热老化处理的样品相比,热老化处理的样品分子筛骨架脱Al较轻微,比表面积和微孔孔容更高,Pd分散更好,可能是其具有更好的循环使用稳定性的原因.含水条件下NO主要吸附储存在Pd²⁺离子位点上,形成Pd⁺–NO、Pd²⁺–NO和水合Pd²⁺–NO物种,温度升高后H₂O对Pd²⁺离子位点的竞争吸附减弱.Pd–SSZ–13含有的大量Brønsted酸位点可能在热和水热老化处理促使Pd迁移和Pd²⁺离子的形成中发挥了重要作用.

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考虑新能源汽车基准排放的隧道通风计算方法

王鑫, 邱兆文, 李城, 陈建勋, 刘伟伟, 罗彦斌

中国环境科学. 2025, 45(8): 4207-4215.

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为探究液化天然气(LNG)重型车、混合动力汽车等新能源车辆的增加对公路隧道通风的影响,并解决现行设计规范因未充分考虑其排放特性而导致需风量计算偏差的问题,基于新能源汽车排放特性,考虑坡度、车队构成等因素更新了隧道车辆基准排放因子库,并据此构建了精细化隧道通风计算方法;以华岩隧道为案例,对不同新能源汽车渗透率下的隧道需风量进行了测算.结果表明,精细化方法显著提高了需风量计算的准确性.当设计年份为2030年时,稀释NO₂的需风量较国际通风报告(PIARC 2019)方法增加305.5%,而稀释CO和VI的需风量分别减少10%和6.5%.LNG重型车渗透率每增加10%,NO₂稀释需风量增加约55%.相较之下,混合动力汽车和纯电动汽车对需风量的影响可以忽略.传统设计规范以CO和VI作为主要控制指标,已不适用于新能源车辆比例快速增长的车队结构,NO₂稀释需风量将成为未来隧道通风设计的关键控制指标.

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保定市农村冬季细颗粒物中重金属来源及健康风险的研究

马肖华, 李志勇, 朱语哲, 邵梓涵, 方昱顺, 苗玉玲, 刘晨, 任壮壮, 陈岚, 韩斌, 田宝娟, 马会春, 王佳琦

中国环境科学. 2025, 45(8): 4216-4224.

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基于2020~2022年望都县采暖季的观测数据,评估了PM_2.5中重金属的来源、源特异性金属及其健康风险等方面的年际变化,旨在评估“煤改气”对农村地区大气质量的影响.“煤改气”持续发挥正面作用,PM_2.5及其16种重金属 (Cr、Pb、Tl、Ba、Sb、Sn、Cd、Sr、As、Zn、Cu、Ni、Co、Fe、Mn和V)的浓度均呈下降趋势,年均分别下降30.4%和43.4%.利用正定矩阵因子(PMF)模型解析重金属来源,燃煤(CC)贡献年均下降11.8%,而生物质燃烧(BB)逐年上升,并一跃成为2022年冬季的最大贡献源(33.7%),农村天然气短缺和供暖成本增加成为主要诱因.CC标识元素As和Pb浓度年均减少20.7%和48.5%,CC对其贡献率年均下降15.6%和13.5%.相应地,BB标识元素K的浓度和贡献率分别年均增长20.6%和7.4%.工业排放(IE)、交通排放(VE)和扬尘(FD)均呈现逐年上升的趋势.健康风险评估结果显示,单一元素仅有As和Cr致癌风险超过阈值,且As和Cr来源于CC和IE,因此,CC和IE被识别为致癌风险的主要来源.单一元素均未超过非致癌风险的阈值,但总风险在2020~2022年致癌风险持续存在.具体来讲,儿童存在的总致癌风险为64%,远远高于成人的36%,成人仅在2020年存在非致癌风险,而儿童始终面临非致癌风险.As作为致癌风险和非致癌风险的主要贡献者,由于煤炭燃烧对As排放的年均贡献大幅下降了15.6%,使得致癌风险和非致癌风险呈现出逐年下降的趋势.

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脱氮系统中全程硝化菌的基因组库构建及特性

许少怡, 逯慧杰

中国环境科学. 2025, 45(8): 4225-4234.

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通过构建全程硝化菌基因组库,定量分析城镇污水脱氮系统,饮用水处理系统等56个不同水处理系统中全程硝化菌基因组的丰度和多样性特性差异,结合统计分析分布影响因子,解析作用机制.结果表明,被调研的城镇污水脱氮系统中全程硝化菌在氨氧化群落占8.2%~99.6%,在Nitrospira群落中占1.4%~48.6%.系统发育分析表明城镇污水脱氮系统的全程硝化菌拼接基因组与Ca.Nitrospira nitrosa基因组系统发育距离较近,核苷酸相似度高于94%,且群落均匀度高于饮用水处理系统,推测Ca.Nitrospira nitrosa种群对城镇污水脱氮系统具有特定的适应能力.相关性分析表明,pH值和COD分别与全程硝化菌的分布显著正相关和负相关,且全程硝化菌在中低浓度NH₄⁺,高污泥停留时间,低溶解氧等环境下更易成为优势硝化菌.研究揭示了城镇污水脱氮系统中的优势全程硝化菌Ca.Nitrospira nitrosa及其分布影响因子.

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基于GPS-X的外加碳源种类对污水处理厂的影响机制研究

莫昊, 赵婷婷, 姚思博, 郁振天, 艾海男

中国环境科学. 2025, 45(8): 4235-4244.

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为探究碳源种类对污水处理厂运行的整体影响,对比了某复合碳源,乙酸钠以及葡萄糖3种外加碳源对污水处理厂整体运行过程的影响,结果表明,碳源种类的不同造成了异养微生物代谢性能发生变化,三种碳源影响下的异养菌产率Y_H为0.703(复合碳源),0.676(乙酸钠)与0.889(葡萄糖);异养菌衰减系数b_H为0.405,0.433与0.775d^-1;异养菌最大生长比µ_mH为2.146,3.071与6.078d^-1.应用GPS-X软件对目标污水厂进行了模型构建与校正,并将各碳源影响下的动力学参数代入模型进行模拟,结果显示:动力学参数的变化直接影响了污水处理厂的处理效率,电能消耗,污泥产量及温室气体排放.在TN去除率方面,复合碳源,乙酸钠有着更为显著的优势,但伴随着耗能与温室气体排放的增加;而葡萄糖虽更加节能降碳,但除氮效率较低,且可能导致污泥量增加.在综合了市场价格考量后,认为复合碳源作为反硝化碳源更具竞争力.

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两级厌氧时间比对PNPR-SAEPD工艺同步脱氮除磷的影响

李冬, 吕璐, 赖会彬, 张杰, 王凯

中国环境科学. 2025, 45(8): 4245-4255.

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本研究将生物除磷结合至PN-SAEPD工艺中,建立了PNPR-SAEPD系统,为了对有限的碳源进行合理分配,实验将两级厌氧时间比由S1阶段3:1(90min:30min)依次调整为S2阶段1:1(60min:60min)、S3阶段1:3(30min:90min),考察了两级厌氧时间比对PNPR-SAEPD系统的进水有机物转化、脱氮除磷性能以及微生物群落结构的影响.结果表明:S2阶段两级厌氧时间比为1:1,对进水有机碳源的分配最为合理,SAEPD、PNPR反应器储存内碳源所消耗的COD分别为(89.3±8.4)mg/L和(82.6±7.7)mg/L,PNPR反应器的除磷贡献度为(79.1%±8.5%),为后续SAEPD反应器缺氧阶段营造了磷饥饿条件.SAEPD反应器DPAOs对内碳源储存的贡献比例仅为15%,储存内碳源所消耗的COD量为(10.1±4.0)mg/L,DPAOs相对丰度降至3.01%.将生物除磷结合到PN反应器中提高了短程硝化的稳定性,NOB相对丰度由3.86%逐渐降至0.64%,NAR保持在(82.1%±4.0%).S2阶段PNPR反应器优越的PN性能和SAEPD反应器内DGAOs主导的EPD途径为AnAOB提供了充足的电子受体,厌氧氨氧化脱氮贡献度保持在(81.8%±3.6%),总氮去除率保持在(88.3%±1.6%),出水总氮浓度低于10mg/L且未出现硝酸盐积累;TP去除率最高可达93.7%,出水TP浓度基本降低到0.5mg/L以下.

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基于长短周期循环优化CANON工艺脱氮性能

李冬, 付靓, 赖会彬, 李尧, 张杰

中国环境科学. 2025, 45(8): 4256-4265.

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提出在全程自养脱氮(CANON)工艺中采用长短周期交替的方式抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB),在长周期采用原位游离氨(FA)抑制NOB,当FA浓度低于NOB抑制阈值时,在短周期采用底物抑制的方式持续抑制NOB的活性.试验设置两组序批式反应器R1、R2,分别采用不同的长短周期交替模式.结果表明:R1、R2均取得良好的脱氮效果,R2的脱氮效果稍优于R1,R1、R2的总氮去除率(NRE)分别为78.73%、85.41%,出水NO₃^--N浓度分别为14.02mg/L和7.21mg/L. R1、R2的比硝态氮生成速率(SNPR)在64d时分别降低至2.88,1.95mgN/(gMLVSS·h),NOB活性均得到了有效抑制.胞外聚合物(EPS)结果分析表明,长短周期交替的策略有利于促进微生物分泌EPS,R1、R2的EPS含量分别从接种时的40.22mg/gVSS上升至86.41和97.79mg/gVSS.高通量测序结果表明,系统内优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidota)和浮霉菌门(Planctomycetota).R1、R2以Nitrospira和Nitrobacter为代表的NOB生长均受到抑制,Nitrospira相对丰度由接种污泥的2.05%降至0.18%(R1)和0.11%(R2),Nitrobacter的丰度由接种污泥的1.97%降低到0.06%(R1)和0.05%(R2),AnAOB(Candidatus_Brocadia)丰度分别为8.92%(R1)和9.14%(R2),AOB(Nitrosomonas)丰度分别为4.28%(R1)和6.56%(R2),形成良好的协同作用.

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IFAS系统同步短程硝化/反硝化耦合厌氧氨氧化启动特性

汪天浩, 周鑫, 邸达

中国环境科学. 2025, 45(8): 4266-4274.

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采用生物膜-活性污泥复合系统(IFAS)处理高氨氮有机模拟废水,通过逐步提高进水氨氮浓度(50~300mg/L)及低氧控制(DO:0.15mg/L),经83d运行成功实现了短程硝化反硝化与厌氧氨氧化耦合.随着氨氮浓度提高,出水亚硝酸盐显著积累.当进水氨氮浓度提高至300mg/L,反应器对COD、NH₄⁺-N和TN的去除率分别达95.3%、100%和93.1%,总氮去除负荷(NRR)达0.14kg/(m³·d).微生物活性测试表明生物膜相中厌氧氨氧化活性更高,而氨好氧氧化活性在污泥相更高.随着氨氮和COD浓度提高,胞外聚合物(EPS)分泌量增加且蛋白质/多糖(PN/PS)升高,促使系统具备了更强的抗冲击负荷能力和生物稳定性.微生物群落结果发现异养硝化-好氧反硝化菌(Acinetobacter)、厌氧氨氧化菌(Candidatus Brocadia、Candidatus Jettenia)主要在生物膜中富集,而亚硝化菌(Nitrosomonas)分布在污泥中,泥膜分离方式有助于不同脱氮菌群定向增殖.功能基因注释(KEGG)推测IFAS通过异养硝化/好氧反硝化和短程硝化反硝化/厌氧氨氧化协同脱氮.

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微纳米曝气促进好氧颗粒污泥形成的微观机制解析

张欣, 黄凯文, 赵倩, 肖丽雯, 王硕, 李激

中国环境科学. 2025, 45(8): 4275-4285.

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通过研究常规曝气与微纳米曝气模式下好氧颗粒污泥(AGS)的颗粒化进程与污染物的去除效果,同时结合胞外聚合物(EPS)与微生物群落演替,分析不同曝气模式下AGS的微观响应特征.结果表明,相较于常规曝气模式,微纳米曝气体系具有更高的氧气传质效率与羟基自由基(•OH)产生量,可以显著提升AGS对污染物的去除效果,氨氮､化学需氧量(COD)的去除率始终稳定在95%以上,总氮去除率则能维持在78.81%的较高处理水平.微纳米曝气还可促进AGS的快速颗粒化,平均粒径在20d后超过300µm.且XDLVO理论计算结果表明两种曝气模式下AGS均具有良好的聚集性能.由于微纳米气泡具有促进生物膜生长的作用,微纳米曝气体系中的AGS具有含量更丰富的EPS,主要依靠Hydrophobic TB-PN形成蛋白质结构的疏水网络促进AGS形成,而常规曝气体系更多是依靠Ionic TB-PS的离子架桥作用增强AGS的稳定性.两种曝气体系中的微生物群落存在较大差异,常规曝气体系中多是常见的反硝化优势菌属,而微纳米曝气体系由于存在较高的曝气强度,导致丝状菌属出现了激增现象,优势菌群以Neomegalonema､Thiothrix和norank_f_Saprospiraceae为主,在为AGS分泌EPS形成骨架的同时,也能保证系统脱氮性能的稳定.

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MABR处理低C/N市政污水的除碳脱氮及传氧效能

江兴, 魏春海, 袁喆, 翟心瑜, 潘志辉, 刘涛, 张立秋

中国环境科学. 2025, 45(8): 4286-4293.

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采用膜曝气生物膜反应器(MABR)工艺处理华南典型低浓度低碳氮比市政污水(COD、氨氮、总氮分别为258.1, 30.5, 36.8mg/L).结果表明,通过同步缩短水力停留时间(HRT)和增大曝气压力,探明在HRT和优选曝气压力分别为 24h和5kPa, 12h和7kPa, 8h和8kPa, 6h和10kPa, 4h和12kPa条件下,出水COD满足一级B标准,出水氨氮和总氮均满足一级A排放标准,COD、氨氮、总氮最高去除表面和容积负荷分别达到19.2, 2.26, 2.53g/(m²·d)和1.6, 0.19, 0.21g/(L·d),显著高于传统生物膜和活性污泥工艺.氧传质特性试验揭示,生物膜显著提高了中空纤维曝气膜的氧转移速率(19.5~40.6gO₂/(m²·d))、氧转移效率(30.9%~59.8%)和曝气效率(34.2~48.3kgO₂/kWh),体现出生物膜的自主呼吸特性(即根据进水氨氮和有机物的耗氧负荷自动通过曝气膜提取所需氧气).MABR结合间歇曝气、同步混凝、定期剥离外层增殖过厚生物膜和根据污染物负荷优化调整膜组件曝气量及进出口气压,处理市政污水具有显著的减污降碳节能降耗潜力.

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基于可解释性机器学习的芬顿工艺降解有机污染物速率的研究

于林堂, 陈咚咚, 陶翠翠, 朱腾义

中国环境科学. 2025, 45(8): 4294-4302.

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采用机器学习模型,包括多元线性回归(MLR)和轻量级梯度提升机(LGB)算法,预测芬顿工艺中57种有机污染物的降解效率.通过SHAP方法对模型进行机理解释,识别了影响降解效率的关键因素.研究结果表明,LGB模型在预测精度上(R²_adj = 0.969, Q²_LOO= 0.925, R²_ext= 0.844)优于MLR模型(R²_adj=0.831, Q²_LOO=0.802, R²_ext=0.861).SHAP分析揭示了温度、分子三维结构和原子电离能力是影响降解效率的主要因素.本研究为优化芬顿工艺的操作条件和提升降解效率提供了科学依据,对水处理领域的研究和实践具有重要的指导意义.

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基于磷酸盐富集回收的生物膜培养研究进展

丁燕燕, 江磊, 黄勇, 李璐, 潘杨

中国环境科学. 2025, 45(8): 4303-4310.

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与基于生物强化除磷的侧流回收工艺相比,生物膜法磷富集回收工艺以磷富集效果好､磷回收率高等优点在污水资源回收领域极具应用潜力.富集培养出以聚磷菌为优势菌群的生物膜是该工艺运行的关键.然而,聚磷生物膜的富集培养受多种因素影响,导致其挂膜缓慢.因此,为实现聚磷生物膜的快速培养,从聚磷生物膜富集培养的运行控制条件､环境影响因素及聚磷生物膜的形成机制等方面进行了梳理与总结.发现好氧曝气量､排泥时间以及碳源种类和浓度是培养聚磷生物膜的关键控制条件.展望了进一步实现聚磷生物膜快速培养的研究方向,以期为聚磷生物膜反应器的快速启动提供理论依据.

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再生水残余有机物富集浓缩方法的优化与构建——以微量有机污染物和生物毒性检测为导向

王永坤, 姚宇, 雷振, 马晓妍, 陈荣, 王晓昌, 张广胜

中国环境科学. 2025, 45(8): 4311-4321.

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以微量有机污染物(OMPs)和生物毒性检测为导向,系统考察4种水样预处理和7种不同活化洗脱溶剂组合对有机组分富集浓缩的影响,筛选并确立优化方法.结果表明,调节水样pH值为酸性(2.5)同时加入体积分数为5%的甲醇,活化洗脱溶剂组合为10mL甲醇、10mL乙酸乙酯和正己烷混合液(1:1),HLB(500mg/6mL)和LC-18(500mg/6mL)串联使用时,综合性指标DOC回收率可达88%;与传统甲醇方法相比,优化方法对10种不同logK_ow的OMPs回收效果均有提高,提高的倍数范围为1.3~15.9;获取的再生水有机物浓缩液用于发光细菌急性毒性检测分析时,生物毒性效应达到EC50所需要的水样体积可减少4.4倍,显著提高检测有效度和精度.

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利用小球藻(Chlorella vulgaris)评价Fe⁰/H₂O₂处理染料废水的生物毒性变化

贾艳萍, 马艳菊, 郑如, 郭嘉炜, 张兰河

中国环境科学. 2025, 45(8): 4322-4332.

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通过分析小球藻的生长指标(生长率和抑制率)、光合作用指标(叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素)、蛋白质含量、多糖含量和抗氧化酶活系统(超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、丙二醛(MDA))等指标的变化,以典型的三苯甲烷类染料(结晶紫)和吩嗪类染料(藏红T)作为研究对象,考察染料废水经Fe⁰/H₂O₂工艺处理前后的生物毒性变化.结果表明:随着反应时间延长,小球藻生长率下降,抑制率上升,染料废水原水显著抑制小球藻细胞的生长.与原水相比,处理后的出水中小球藻的叶绿素a升高22.01%,叶绿素b和类胡萝卜素含量分别降低12.97%和16.02%;SOD和CAT含量升高15.13%和12.5%,MDA含量降低23.97%.原水中小球藻的蛋白质含量较低,处理后出水中小球藻的蛋白质含量较高;与原水相比,出水中小球藻的多糖含量呈降低趋势.通过EPI Suite软件进行藻类毒性预测可知,结晶紫与藏红T降解的中间产物对鱼类、水蚤和绿藻的毒性明显降低.因此,Fe⁰/H₂O₂体系可有效降低染料废水的生物毒性.

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二级出水DOM自活化过硫酸盐的效能

田宝嘉, 白雪, 韩雨佳, 金鹏康

中国环境科学. 2025, 45(8): 4333-4340.

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基于二级出水中溶解性有机物(DOM)的光敏化特性,利用太阳辐照构建了实际二级出水DOM自活化过硫酸盐反应体系.分别研究了不同过硫酸盐类型､初始pH值以及共存无机阴离子对过硫酸盐分解率的影响,解析了反应前后DOM的理化特性与结构变化.结果表明,二级出水各分级组分可有效活化过一硫酸盐(PMS),其中亲水性物质(HI)的活化效果最佳,在pH值为7时,PMS分解率可达26.7%.分解过程中产生的活性氧化物质作用于DOM,使其芳香结构逐步被破坏､分子量减小,所含类腐殖酸等荧光物质强度显著降低,木质素､脂质､单宁酸等化合物占比发生明显变化,表明二级出水DOM通过有效活化过硫酸盐实现了自降解.二级出水DOM中的类腐殖酸和木质素作为主要电子供体,受太阳光激发后将光生电子传递至PMS使其活化,从而引发DOM自降解过程.本研究构建的实际二级出水DOM自催化体系无需外加催化剂,避免了高能量消耗与二次污染.

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SiO₂包覆nZVI@Fe₃O₄类Fenton体系对偶氮染料的降解

钟金魁, 何嘉文, 王新昊, 张尹, 高原虎, 朱彩亚, 周鑫悦, 王思倩

中国环境科学. 2025, 45(8): 4341-4353.

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通过液相还原法和stőber水解法合成了SiO₂@nZVI@Fe₃O₄复合材料,并采用SEM-EDS、TEM、XRD、FTIR、VSM和XPS对其微观结构和物相组成进行了分析和表征.以SiO₂@nZVI@Fe₃O₄为非均相催化剂与H₂O₂耦合构建类Fenton体系,考察该体系对偶氮类染料的降解性能.结果表明,SiO₂包覆后nZVI@Fe₃O₄复合材料的分散性和抗氧化性得到提高,由其构建的类Fenton反应体系能促进Fe²⁺和HO·的生成.在25℃,pH3,H₂O₂浓度为15mmol/L,材料投加量为0.6g/L的条件下,刚果红、橙黄Ⅱ和酸性黑210的去除率分别为99.68%、98.14%和99.35%.复合材料在循环利用3次后对3种污染物的去除率仍保持在79%以上,表明SiO₂@nZVI@Fe₃O₄材料具有良好的稳定催化性能.活性氧物种淬灭实验和紫外-可见光谱分析表明,SiO₂@nZVI@Fe₃O₄类Fenton体系对偶氮染料的去除机理主要是通过nZVI的还原作用和HO·的氧化作用.

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铁改性乌拉草生物炭活化过氧乙酸降解水中的罗丹明B

郭琦, 赵保卫, 杨珂, 潘江龙

中国环境科学. 2025, 45(8): 4354-4364.

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本研究在300,500和700℃下制备了铁改性/未改性乌拉草生物炭,比较考察了其活化过氧乙酸(PAA)降解水中罗丹明B(RhB)的效能.以700℃铁改性生物炭(Fe-KBC700)为代表材料,研究了反应条件(PAA浓度、Fe-KBC700投加量、RhB浓度、pH值、H₂O₂浓度以及水中常见阴离子和富里酸)的影响,分析了反应过程中的优势活性物种、活化机理和RhB的降解路径.高热解温度和Fe的引入有利于生物炭活化性能的提高,Fe-KBC700/PAA体系可在30min内降解99.8%的RhB,较高的PAA浓度、Fe-KBC700投加量和较低的RhB浓度有利于RhB的降解,而碱性条件和较高的共存H₂O₂浓度会抑制降解,Cl^-、SO₄^2-和NO₃^-几乎不影响RhB的降解,而HCO₃^-和FA会对反应造成一定的抑制效果.RhB的降解主要历经非自由基途径,单线态氧、电子转移过程和高价铁均在反应中检测到,Fe-KBC700的含氧官能团和缺陷是关键的反应位点,并提出两条RhB的降解路径.此外,Fe-KBC700在循环5次后仍可降解75.4%的RhB.本研究可为生物炭催化性能的优化以及铁改性生物炭活化PAA的机理研究提供参考.

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低温等离子体场中多元金属催化剂降解异丙醇的特性与机理

谢贝嘉, 李济吾, 唐秀娟

中国环境科学. 2025, 45(8): 4365-4376.

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采用浸渍法制备Mn-Cu-Co-Ce/TiO₂、Mn-Ce-Co/TiO₂和Mn-Ce-Cu/TiO₂为多元金属催化剂,通过BET、XPS、O₂-TPD、FT-IR、SEM-EDS和XRD对反应前后的Mn-Cu-Co-Ce/TiO₂进行表征,研究其在低温放电等离子体(NTP)场中催化剂体对异丙醇的催化降解性能,并分析初始浓度、气量、氧气含量及催化剂含水量等条件对降解效率的影响.应用气相色谱-质谱(GC-MS)对降解过程中产生的有机副产物进行检测,探讨NTP场中协同催化降解机理.结果表明, NTP协同多元催化剂的降解效率相较于单独NTP降解,提高54%以上,达90.22,CO₂选择性也提高约34%,达63.97%.在协同催化反应中,降解效率与初始浓度、气量和催化剂含水量呈负相关,与电压呈正相关,同时可以有效地抑制O₃等副产物的产生.NTP协同催化氧化异丙醇的降解路径可能涵盖多个机制:如单独NTP条件下的少量矿化、中间氧化阶段以及深度氧化还原过程.

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甲酸酸化-亲疏水平衡对渗滤液及污染水中溶解性有机物萃取研究

梁增银, 桑义敏, 沙浩群, 刘庆玉, 何小松

中国环境科学. 2025, 45(8): 4377-4386.

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固相萃取(SPE)是常用的溶解性有机物(DOM)提取方法,但以甲酸酸化､亲水-疏水平衡(HLB)吸附柱吸附及甲醇洗脱的特定SPE的萃取效果尚不明确.本研究采集13个垃圾填埋场的渗滤液(13份)､处理后排水(10份)及周边地下水(14份),利用三维荧光光谱测定原液､洗脱液与渗透液,评估SPE过程中DOM回收与损失情况.结果表明:该SPE技术对垃圾渗滤液中发射波长较短的类富里酸及处理后排水和地下水中的芳香族蛋白质类物质萃取效果较好,但对大分子腐殖酸萃取效率偏低,可能是因为甲酸难以有效质子化此类组分.平行因子分析显示,该SPE技术更易萃取结构简单的色氨酸类蛋白质,对腐殖酸的萃取效果有限.荧光指数表明被萃取DOM腐殖化程度低,新鲜度与自生源强度不显著.甲酸酸化､HLB柱吸附及甲醇洗脱SPE方法可以有效分离与提取结构简单的亲水性DOM,该研究结果可为后续深入解析小分子亲水性氯代DOM提供了参考.

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水中磺胺甲恶唑电氧化降解技术研究——基于多孔Ti₄O₇电极的连续折流电催化氧化装置

葛旭, 钱煦斌, 徐磊, 骆竹君, 唐少宇, 牛军峰

中国环境科学. 2025, 45(8): 4387-4397.

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通过真空等离子体喷涂技术成功制备多孔Ti₄O₇电极,并构建连续折流式电催化氧化装置,以实现水中磺胺甲恶唑(SMX)的有效降解.考察了操作条件对SMX降解效率的影响,计算了体系能耗,并评估了系统的稳定性和实际废水处理效果,同时推测了SMX的电催化降解机理.结果表明,在10mg/L SMX初始浓度、5mmol/L电解质浓度、5mA/cm²电流密度、27mL/min溶液流速的反应条件下,连续折流式电催化氧化装置对SMX的去除效率可达82.0%、降解能耗13.1kWh/m³、矿化效率34.2%、矿化电流效率0.7%. SMX的主要降解机理为间接氧化, •OH和SO₄^•−在SMX降解反应中的贡献效率分别为76.1%和5.8%,其主要降解路径主要为羟基化、断键、氧化和耦合,最终生成小分子物质.对实验配水和实际废水的长期处理过程中表现出良好的SMX降解性能和运行稳定性,实际废水中SMX去除效率、TOC去除效率和COD去除效率等分别为100%、19.8%、72.2%,且经过电氧化处理后废水毒性降低.因此,基于多孔Ti₄O₇电极的连续折流式电催化氧化装置可实现对水中SMX的有效去除.

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徒骇河典型断面DOM特征及重金属结合能力

王珊珊, 桑冬玲, 刘强, 姚昕, 孙赵利, 张家政, 张晨, 李婷婷

中国环境科学. 2025, 45(8): 4398-4409.

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选取徒骇河聊城河段的2个典型市控断面——李凤桃与老南镇断面进行表层水样采集,利用紫外可见吸收光谱和三维荧光光谱等多种光谱分析手段,并结合超滤技术及荧光淬灭实验,探究不同季节和不同分子量(<0.7μm、0.7μm~1kDa、<1kDa)DOM的特征差异及其与重金属(Cu²⁺)相互作用的机制.结果表明,李凤桃SUVA₂₅₄值(0.33±0.01)显著高于老南镇(0.30±0.01)(P<0.05),表明老南镇分布着更多的小分子和非芳香性物质.研究基于EEM-PARAFAC共识别出了5个组分,包括3个类腐殖质组分(C1、C2、C4)和2个类蛋白质组分(C3、C5),其中类腐殖质组分在两断面的DOM中占主导地位.老南镇DOM总荧光强度(F_max)高于李凤桃,且两断面溶解性有机碳(DOC)主要储存在低分子量DOM(<1kDa)中.在DOM与Cu²⁺的结合过程中,二维相关光谱(2D-COS)表明老南镇和李凤桃断面DOM类腐殖质优先与Cu²⁺络合;分馏后,两断面DOM的结合序列发生了变化(类蛋白质优先与Cu²⁺发生络合).此外,在两断面DOM中,高分子量组分(除C1和C4外)具有较高的金属结合能力(logK_Cu:(3.08±0.08)~(3.62±0.02)).

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指纹图谱技术研究现状及其在固废领域的应用

郑志敏, 杨金忠, 迭庆杞, 王菲, 黄瑞潇, 杨玉飞, 黄启飞

中国环境科学. 2025, 45(8): 4410-4422.

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为了解指纹图谱技术研究现状并明确其在固废领域的应用现状与前景,依托Web of Science(WOS)核心数据库对2010~2024年相关文献进行检索和分析.发文量分析得知指纹图谱技术依然保持着较高的研究热度,学科聚类分析得知其应用广泛并且近几年在环境领域研究热度也较高;关键词聚类发现研究热点集中在4个方面:Recognition(识别)、ChemoInformatics(化学信息学)、Deep Learning(深度学习)以及Model(模型).对固废领域文献进行关键词共现,得知其关于使用指纹图谱技术进行固废管理的研究较少,主要集中在后处理阶段.进行文献调研,对指纹图谱的数据获取技术、特征提取技术、特征呈现形式进行总结,提出固废领域应用新兴技术的可能性以及未来发展展望.

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外源复合酶对纤维素类生物质共消化系统的效能强化研究

常享琳, 李治波, 谢娟, 曹思凡, 李令虎, 李玉友, 王晓昌, 陈荣, 邢保山

中国环境科学. 2025, 45(8): 4423-4433.

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为探究外源复合酶对厌氧共消化系统产甲烷效能的强化策略,采用玉米秸秆和餐厨垃圾为混合基质,通过批次试验和响应面法优化了外源复合酶的组合及浓度;木质素单因子试验筛选了复合酶组分和浓度范围;通过响应曲面法设计了20组以漆酶、内切-β-1,4-葡聚糖酶和木聚糖酶浓度为变量的试验,并以产甲烷促进率作为优化目标,根据试验数据成功建立了模型并进行了方差分析,结果表明响应面分析确定漆酶(1.5~4.0U/mL)、木聚糖酶(12~20U/mL)和内切-β-1,4-葡聚糖酶(50~85U/mL)的范围内可到达高产甲烷促进率的酶组合作为合适的复合酶组分.连续流试验验证复合酶的效能表明:投加复合酶促进了水解酶和乙酸型产甲烷菌的增殖,释放更高活性的木质素、纤维素酶和厌氧消化酶,进而促使厌氧共消化系统的甲烷产率提高19.5%.

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生物质对赤泥碱性的调控及其催化过一硫酸盐降解碘帕醇的性能及机理

王桂珍, 魏红, 黄雪桐, 高美娟, 张泽慧, 滕锐杰, 宋俊其, 潘峰

中国环境科学. 2025, 45(8): 4434-4447.

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选择赤泥(RM)作为Fe源,橙皮(OP,pH:3.0~4.9)作为RM脱碱的碳源,经浸渍、共热解制备RM@OPB催化材料,考察橙皮对赤泥碱性调节及影响因素.并探讨其催化过一硫酸盐(PMS)降解碘帕醇(IPM)的性能.通过活性物种淬灭实验和RM@OPB反应前后的X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等表征,探究其降解IPM的中间产物、降解途径及降解机理,并预测其生态毒性变化.结果表明,浸渍过程中,浸渍时间及橙皮/赤泥的质量比对赤泥碱性的降低均有影响,浸渍时间24h,m_RM:m_OP=1:2.5时,原始赤泥pH值由11.0降至7.27.热解过程中,生物质产生的还原性气体促进赤泥中Fe₂O₃向Fe₃O₄和Fe⁰的转化.其中,RM@OPB-800因Fe⁰的存在而表现出优异的催化性能. RM@OPB-800投加量0.5g/L, PMS浓度1.0mmol/L,初始pH=6.7,8mg/L的IPM在60min降解96.5%(k_obs=0.065min^-1).活性物种淬灭实验结果表明RM@OPB-800/PMS体系降解IPM的主要活性物种是¹O₂.IPM的降解主要包括侧链酰胺水解及氧化、脱氢、脱碘和羟基加成,共生成12种中间产物.研究结果表明橙皮改性RM可有效提高RM的资源化利用.

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肉类和果蔬对家庭厨余垃圾短时贮存的臭气排放影响研究

陈思涵, 夏怡, 耿悦, 许雨茗, 赵四源, 祁光霞

中国环境科学. 2025, 45(8): 4448-4457.

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借助环境气候模拟箱,自配不同肉类和果蔬比例的厨余垃圾在10~25℃、相对湿度50%短时贮存48h,监测恶臭/异味物质排放规律,识别主要的恶臭/异味物质,探讨家庭厨余垃圾在社区堆存可采取的恶臭/异味防控策略.结果表明:家庭厨余垃圾短时贮存的主要恶臭/异味物质包括含氧化合物乙醛和乙醇(异味贡献率合计0.8%~99.6%),含硫化合物(甲硫醚、甲硫醇和二甲基二硫醚),烷烃2-甲基丁烷和戊烷,以及α-蒎烯;果蔬和肉类比例显著影响恶臭/异味的排放强度和相对组成(组间显著性差异<0.05),这两类物质会抑制厨余垃圾有效糖类化合物等含C有机质的分解,但一定程度促进含硫有机质的转化,从而促进异味影响更大的乙醛和前述3种含硫化合物的形成及释放,富含肉类或果蔬的48% FV(Fruit and Vegetable,下同)-20.2% M(Meat,下同)组和67% FV-3.6% M组贮存12~48h的理论臭气浓度分别达到38.7~68.1和83.7~205.3kg^-1HFW(Household Food Waste,下同),是相同贮存条件下56% FV-4.9% M组厨余的5.5~9.4倍和12.4~29.5倍; (3)针对社区多站点无组织排放臭气场景,其恶臭/异味防控可按照源头减少、传播阻控和末端削减净化的联合思路展开工作.

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富铁有机肥对重度苏打盐碱地土壤有机质及细菌群落的影响

邵玟玥, 于锐, 赵光影, 吴霞, 杨文聪, 袁宁, 梁梦月, 罗那那

中国环境科学. 2025, 45(8): 4458-4469.

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选取重度苏打盐碱地土壤,通过盆栽法培养水稻,以不施加有机肥为空白对照(CK),研究普通有机肥(M0)、1%生物炭负载纳米Fe₃O₄(BC-Fe₃O₄NPs)添加堆制有机肥(M1)和1%生物炭负载纳米铁粒子(BC-FeNPs)添加堆制有机肥(M2)的施加对土壤理化性质、养分有效性、酶活性及细菌群落变化的影响.结果表明:与M0相比,M2处理可溶性盐含量显著降低23.31% (P<0.05).与M0相比,施加富铁有机肥增加了苏打盐碱地土壤总有机碳含量,增幅达4.95%.与M0相比,施加M2使铁结合态有机碳(Fe-OC)含量显著提升66.92%.与CK相比,有机肥使土壤速效钾、速效磷含量分别增加262.51%~521.28%、222.99%~311.85%.与M0相比,M2处理能显著提升土壤蔗糖酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性,并能显著提高土壤细菌群落的丰富度和多样性,显著提高土壤中变形菌门、拟杆菌门和放线菌门的相对丰度.上述细菌菌门的相对丰度与盐碱土速效养分含量呈正相关.因此,1%BC-FeNPs堆制的有机肥能够显著降低土壤可溶性盐含量,通过促进Fe-OC形成从而显著提高总有机碳含量,提高细菌群落丰富度和多样性,有利于重度苏打盐碱地土壤培肥.

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小分子有机酸协同菱铁矿氧化固定As(III)的机制研究

尹正, 高宇阳, 于雪辉, 秦文秀, 司友斌

中国环境科学. 2025, 45(8): 4470-4481.

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聚焦于小分子有机酸(草酸(OA)、柠檬酸(CA)、没食子酸(GA))协同Fe(II)矿物产生活性氧(ROS)氧化固定As(III).采用菱铁矿(FeCO₃)为受试矿物,探讨了吸附态和共沉淀态FeCO₃-小分子有机酸复合物对As(III)氧化特性,并分析了氧化过程中产生羟基自由基(•OH)和Fe的形态变化,以及自由基淬灭剂和C/Fe摩尔比对As(III)氧化和As(T)固定的影响.结果表明,外源添加0.05~0.5mmol/L小分子有机酸会促进菱铁矿对As(III)的氧化,其中GA>CA>OA,GA存在下As(III)去除率最高为80%;对于吸附态和共沉淀态复合物,C/Fe摩尔比增大,氧化能力增强,其中共沉淀态FeCO₃-CA对As(III)的氧化率最高可达到92.1%.自由基淬灭剂甲醇和NBT显著抑制As(III)氧化,证明氧化As(III)的主要活性物质为O₂^•−和•OH.不同小分子有机酸与As(III)竞争•OH能力不同,其中共沉淀态FeCO₃-GA复合物中OC矿化率最高为72.2%,•OH氧化是氧化过程中OC损失的主要原因.SEM、XRD表明菱铁矿反应后向赤铁矿转变.本研究不仅揭示了小分子有机酸与含铁矿物在砷氧化过程中的协同作用机制,而且为砷污染的环境治理提供了新的视角和策略.

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水质-藻类耦合视角下的水质评估与驱动因子——以新安江上游安徽段流域为例

张劲松, 巨昕玥, 郑洁, 黄朋, 胡翔, 董鸣, 贾仁庆, 王翔, 马明俊, 赵南京, 殷高方

中国环境科学. 2025, 45(8): 4482-4490.

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以新安江上游安徽段流域为例,从水质-藻类耦合视角研究了2022年8月~2023年4月期间其水质演变过程与藻类响应特征;利用多元统计分析探究了水质演变的关键驱动因子,在此基础上辨识水质演变特征与藻类指标之间的潜在关联性,开发了具备水生态健康指示效应的关键藻复合指标:单位质量藻表观浊度(AT)和总藻浓度梯度下典型藻优势度(ADI),揭示了其在水质评估中的作用机制.最后,提出了集水质和藻类响应特征于一体的综合水质识别概念模型.结果表明,(1)研究区水质评价以III类为主(占比为67.9%),水质综合指数(WQI)平均值为81.61(范围为55.44~90.83),达到良好等级,在2023年2月~2023年4月水质出现明显恶化,WQI平均值降至76.09,特别需要更好的识别和保护;(2)水温(WT)、溶解氧(DO)及营养盐浓度是导致水质演变的重要驱动因子,Spearman相关系数最高可达0.72(P £0.01);(3)藻复合指标AT和ADI作为表征水质和生态系统状态的综合指标可快速识别水体恶化;(4)基于感官特征、有机物特征和藻类响应特征构建的水质识别概念模型有望解决现有水质评价标准忽略水质恶化和生物指标的问题.研究结果可为新安江水源地水生态环境的识别和保护以及传统监测系统的提升与革新提供科学理论依据.

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依赖地下水生态系统判定方法与识别评价研究进展

叶志豪, 黄龙浩, 周欣, 郑明霞, 何连生, 孟睿, 张晓宇, 周强

中国环境科学. 2025, 45(8): 4491-4500.

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依赖地下水生态系统(GDEs)在维持生态平衡与提供生态服务方面发挥着重要作用,但在环境变化下GDEs正面临日益严重的威胁.GDEs的识别评价是对其进行监测、管理和保护的基础.综述了GDEs的发展历程、分类划定和识别评价的研究方法,总结了GDEs识别评价模型框架,探讨了以GIS为典型工具的地理空间技术与Landsat、Sentinel、MODIS等提供的遥感数据在GDEs识别中的应用,提出了目前研究的局限性与未来发展方向.当前,GDEs的识别评价研究从使用水位监测、同位素解析等单一判定方法发展到水文地质数据、生态指标、气象数据等多源数据整合的综合性方法,结果表征也由传统分类算法转变为运用耦合机器学习、随机森林模型等.然而,如何准确识别GDEs空间分布、高精度监测其动态变化及完善适应性管理策略仍是亟待解决的问题.未来应推动GDEs识别评价方法体系的理论创新,在整合多源数据上实现方法创新,在探究深度学习算法的运用和人工智能融合上实现技术创新,以期提高GDEs的管理水平和保护修复效率.

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苦草-镧改性凹土控制富营养化湖泊沉积物磷释放的根际效应研究

韩天伦, 王万忠, 鲍美君, 梁思嘉, 刘晨飞, 李建, 王燕, 孔明

中国环境科学. 2025, 45(8): 4501-4512.

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为探究沉水植物与镧改性粘土组合技术中植物根系对沉积物磷释放控制的作用,本研究构建了苦草-镧改性凹土(LMA)原位控磷微宇宙实验,利用薄膜扩散梯度(DGT)、高分辨率间隙水采样(HR-Peeper)和16S rRNA测序等技术,系统分析了根际磷和微环境的动态变化.结果表明,与单独覆盖LMA相比,LMA与苦草的联合应用使沉积物-间隙水中溶解反应性磷(SRP)、DGT-labile P和活性磷(Mobile-P)的含量分别下降了12.16%~62.72%、33.33%~38.46%和3.66%~10.53%.从第7d至第45d,苦草根系的总长度、表面积、体积、根尖数及有机酸分泌量显著增加.根系分泌的氧气分别使沉积物-水界面的溶解氧浓度和氧渗透深度增加了1.16倍和3.42倍,驱动根际微生物中优势菌群由Thiobacillus等溶磷菌向Sideroxydans等好氧菌转变.Mantel test和偏最小二乘路径模型(PL-PM)分析进一步揭示,苦草根系分泌的有机酸加速了沉积物中OP的矿化,增强了苦草对OP的吸收利用.此外,苦草根系释放的氧气促进了铁氧化菌的增殖,将间隙水中的Fe²⁺持续氧化为Fe³⁺,使SRP以铁结合态磷(Fe-P)的形式被固定,从而有效抑制了间隙水中磷的释放.本研究为深入理解镧改性粘土与沉水植物联合控制富营养化湖泊内源磷释放的机制提供了新视角.

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长江三角洲地区植被生态质量动态变化特征

方贺, 王阔, 李正泉, 樊高峰, 何月, 王治海, 石守海

中国环境科学. 2025, 45(8): 4513-4523.

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为了解长江三角洲地区(长三角地区)植被生态变化及其时空格局,采用Theil-Sen趋势分析、Mann-Kendall显著性检验、变异系数等方法,分析了2000~2023年长三角地区植被生态质量指数(VEQI)的时空演变特征,并采用地理探测器模型探究了自然因素和人类活动对VEQI空间分异的驱动机制.结果表明:长三角地区VEQI在2000~2023年间整体呈波动性上升趋势,平均每年增长0.29,表明研究区内植被生态状况呈持续改善状态;研究区以植被VEQI的改善为主,整体改善的区域面积占比为82.61%,退化区域占比仅为15.04%;研究区VEQI的稳定性较好,低和较低波动变化区域面积占比分别54.66%和15.99%;研究区VEQI的动态变化主要受自然因素和人类活动的共同影响,空间异质性主要受土地利用、海拔、坡度等因素驱动,自然因素和人类活动的共同作用对空间异质性的解释力提高显著.本研究成果旨在为长三角地区植被恢复工程实施和生态环境保护政策制定提供技术支撑.

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基于生态足迹的耕地生态安全时空测度及影响要素

王雨枫, 江清阳, 王玮, 陈立民, 何佩云

中国环境科学. 2025, 45(8): 4524-4530.

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以1990~2023年东北地区Landsat和社会经济数据为基础,综合运用生态足迹、生态承载力等指数及地理加权模型,分析耕地生态安全时空特征并探讨其影响机制.结果表明:人均耕地生态足迹从0.135hm²/人提升至0.145hm²/人,人均耕地生态承载力从0.115hm²/人降至0.095hm²/人,人均耕地生态赤字从0.16hm²/人增加到0.058hm²/人;农田产量指标呈现出减少态势,耕地生态系统压力指标则呈现增长趋势,整体生态安全性则趋于提升;自然资源条件的影响呈现出递减态势,而地理区位条件、社会经济指标以及区域政策等要素则显示出增强的趋势.本研究对于耕地资源的合理利用及生态安全可持续发展具有参考价值.

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区域土地多功能利用测度及协同发展影响研究

王雨枫, 陈立民, 江清阳, 何佩云, 王玮

中国环境科学. 2025, 45(8): 4531-4537.

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基于2000~2023年土地遥感监测数据,使用地理空间模型对长江经济带上游土地利用功能时空演变进行了定量解析,并对主要影响因素进行了针对性分析.结果表明流域经济带的生活功能面积持续增长,而生产功能面积减少,生态功能面积也减少.生产功能呈北高南低的空间分布,高低值的区域集聚性分布特征显著.生活功能水平由北到南呈高低相间分布,由平原地带向周围山地递减.生态功能水平与地形地貌呈显著相关,功能空间差异明显.主要影响要素包括自然与社会经济因素,其中人口增长与经济发展,农业技术与农业效益推动着土地“三生”功能的时空演变.研究结果对于区域土地利用及协同发展具有参考价值.

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准格尔煤田北部矿区含水层水文地球化学特征及水力联系辨识

李艳娜, 黄磊, 甘俊礼, 韩萱, 许江, 杨梦凡, 朱廣岩

中国环境科学. 2025, 45(8): 4538-4550.

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为探究准格尔煤田北部矿区不同含水层的水化学特征及水力联系,揭示采煤活动下区域水循环规律,采集了矿区不同含水层的水样品共39组,利用Piper三线图、Gibbs图、离子比例分析、氯碱指数、因子分析以及连通性指数等方法分析了水化学特征、控制因素以及水力联系程度.结果表明,矿区的水体整体呈现弱碱性;第四系、石千峰组含水层主要水化学类型是HCO₃-Ca型水,主要受硅酸盐风化和矿业活动影响,存在正向的阳离子交换作用;志丹群含水层主要水化学类型是HCO₃-Ca型水,其次是HCO₃-Na、Cl-Ca型,其来源主要受硅酸盐岩矿物的风化溶解以及矿业和农业生活作用的影响,存在正向的阳离子交换作用;矿井水主要水化学类型是Cl-Ca型水,受硅酸盐和蒸发岩矿物的风化溶解以及矿业活动影响,存在反向阳离子交换作用.第四系含水层与志丹群、志丹群含水层与石千峰组的水力连通性指数为27%和20%,存在水力联系;石千峰组含水层与矿井水的水力连通性指数为39%,存在微弱的水力联系.

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宁夏盐碱区排水沟岸边带和底泥脱氮贡献及驱动因素

祁若曈, 孙西燕, 李宏旭, 郑兰香

中国环境科学. 2025, 45(8): 4551-4562.

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以宁夏第三排水沟为研究对象,采用¹⁵N同位素技术,测定了不同采样断面岸边带和底泥的反硝化、厌氧氨氧化速率及其脱氮贡献;结合宏基因组测序和功能基因PCR定量分析,探讨理化特征、功能基因及微生物群落结构对岸边带和底泥脱氮过程的影响.结果显示,宁夏第三排水沟岸边带和底泥的反硝化速率(1.22~3.75μmol N₂/(kg·h)均显著高于厌氧氨氧化速率(0.16~0.48μmol N₂/(kg·h)(P<0.05),反硝化的脱氮贡献占83.91%~92.95%,厌氧氨氧化的脱氮贡献占7.05%~16.09%,反硝化为宁夏第三排水沟岸边带和底泥中主要的脱氮途径.排水沟底泥的反硝化速率显著高于岸边带(P < 0.05),而厌氧氨氧化速率在岸边带和底泥中的差异不显著(P > 0.05).反硝化功能基因nirK在岸边带的丰度显著高于底泥(P < 0.05);nirS则反之;岸边带和底泥的反硝化功能基因(nirK和nirS)丰度之和均显著高于厌氧氨氧化功能基因丰度(P < 0.05).亚硝化球菌属是岸边带中最优势的nirK型反硝化微生物,脱氯菌属是底泥中最优势的nirS型反硝化微生物.理化因子通过调控微生物活性影响功能基因的丰度及表达进而驱动脱氮过程;底泥中更高的TOC含量、更为厌氧的环境及更高的功能基因丰度是其反硝化能力显著优于岸边带的核心驱动因素.

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宁夏清水河不同生境真菌群落结构、多样性及其影响因素

赵增锋, 邱小琮, 尹娟, 杨强强, 徐程, 侯洪飞, 王凯, 倪成

中国环境科学. 2025, 45(8): 4563-4572.

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为揭示宁夏清水河地表水、沉积物及河岸带土壤3种生境中的真菌群落结构、多样性及其影响因素,2022年在清水河设置了22个采样点.采样时间涵盖平水期(5月)、丰水期(7月)和枯水期(12月),采用高通量测序技术,并结合环境因子检测与多元统计分析方法进行研究.结果显示:总体上地表水中的真菌α多样性低于沉积物,但群落结构对水期的响应更为敏感,而沉积物与河岸带土壤中的真菌群落相似性较高.优势门类包括壶菌门(Chytridiomycota)、子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota),未明确鉴定属(Fungi_gen_Incertae_sedis)、镰刀菌属(Fusarium)为关键优势属.地表水的水温(WT)、pH值、碳酸氢根(HCO₃⁻)和钙离子(Ca²⁺),沉积物的pH值、电导率(EC)、速效钾(AK)、总磷(TP)和间隙水的pH值、总溶解性固体(TDS)、氨氮(NH₃-N),河岸带土壤的水溶态氟(Ws-F)、可交换性钙(Ex-Ca)、总氮(TN)、TP等对真菌群落影响显著.真菌指示类群的变化反映不同水期的环境特征:平水期表现为农业面源污染富集,丰水期指示有机污染物迁移,枯水期则与难降解有机物的积累以及高盐碱环境相关.

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可见光协同BiVO₄/SiC复合材料活化PMS降解CIP的研究

吴凯锋, 徐云礼, 王勋睿, 王博, 李学艳

中国环境科学. 2025, 45(8): 4573-4585.

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采用溶胶凝胶-碳热还原法制备3C-SiC,通过水热法合成BiVO₄/SiC复合材料.构建Vis+BiVO₄/SiC+PMS体系降解CIP,在最佳实验条件下:1.0-BiVO₄/SiC投加量为300mg/L、PMS浓度为2mmol/L、反应初始pH值为7时,40min时CIP的降解率为93.63%,反应速率常数k为0.05456min^-1,分别是单独加入BiVO₄和SiC的3.34和3.27倍.通过SEM、XRD、XPS、UV-Vis DRS及电化学工作站等方式对催化剂进行表征,BiVO₄/SiC优异的光催化性能归因于形成的Z型异质结能够促进电子-空穴对分离的同时,保留催化剂高氧化还原性.因此,BiVO₄/SiC形成的Z型异质结能有效的促进PMS的活化,生成更多的活性物种,从而加速了CIP的降解过程.通过自由基的猝灭实验,确定体系中的活性物种为h⁺、¹O₂、•O₂^-、•OH、SO₄•⁻,通过自由基和非自由基的共同作用实现CIP的高效降解.最后,催化剂经过5次循环使用,CIP的降解率仍保持在89.49%.本文的研究成果不仅为光催化剂活化PMS提出新的解决方案,还能成功应用于抗生素的高效降解,为水体中有机污染物的治理提供一种新思路.

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零价铁/黄铁矿-微生物协同去除水体中氧氟沙星和硝酸盐的性能

刘鑫, 信欣, 邱玉倩, 祝金焱, 刘松雨, 王钦宇

中国环境科学. 2025, 45(8): 4586-4595.

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以地下水中硝酸盐及检出率较高的氧氟沙星(OFL)作为目标污染物,基于零价铁(ZVI)和黄铁矿(FeS₂)双介质反应体系,研究了铁反硝化功能微生物种群(M)的接种量对ZVI/FeS₂去除硝酸盐和OFL的去除效果;探究了主要水化学参数,硝酸盐和OFL浓度对耦合体系(ZVI/FeS₂＋M)的影响规律,并探讨了微生物强化ZVI/FeS₂去除水体中硝酸盐和氧氟沙星的机制.结果表明,铁反硝化功能微生物能明显强化ZVI/FeS₂对硝酸盐和OFL的去除,当ZVI/FeS₂的质量比例和总投加量分别为2:1和16g/L,微生物(M)接种量为5.81g/L, ZVI/FeS₂＋M耦合体系中的硝酸盐在168h内几乎被完全去除,而OFL的去除率也高达90.44%.同时, ZVI/FeS₂+M体系在不同温度(10~30℃),硝酸盐浓度(25~150mg/L), OFL浓度(500ng/L~200ug/L)和共存离子的存在下均表现出很好的适应性.微生物的介入大大延缓了ZVI表面的钝化氧化现象,同时加速了ZVI/FeS₂的溶矿作用,其溶矿过程中生成的FeS, Fe²⁺和S^2-均有利于污染物的去除.循环6次后的ZVI/FeS₂+M耦合体系对硝酸盐和OFL的去除率分别为73.80%和79.25%,仍高于ZVI/FeS₂单批次的去除效果(62.73%和60.60%).

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不同来源水热炭DOM特征及其与四环素的络合作用

史云龙, 向海荣, 谢慧芳, 冯彦房, 陈欢, 王冰玉

中国环境科学. 2025, 45(8): 4596-4607.

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采用紫外光谱、红外光谱、荧光光谱及平行因子分析方法,探讨了四环素TC与3种不同来源(污泥、鸡粪、秸秆)水热炭溶解性有机质(DOM)之间的络合异质性及其作用机制.结果表明, 3种水热炭DOM均表现出较高的亲水性和较低的芳香性特征,其中秸秆水热炭DOM尽管具有较高的芳香性和较大的分子量,但其溶解性有机碳(DOC)含量较低且表面含氧官能团较为丰富;相反,污泥水热炭DOM拥有最高的DOC含量,但其芳香性和分子量均最低.3种水热炭DOM与TC之间的荧光猝灭均属于静态猝灭类型,其中污泥水热炭DOM和鸡粪水热炭DOM表现出显著的荧光猝灭效应,其络合常数lgK范围分别为4.48~5.81与5.94~6.33,络合容量f值范围分别为0.21~0.40与0.14~0.46.进一步分析显示,TC更倾向于与水热炭DOM中富含的类蛋白组分发生猝灭反应,其中鸡粪水热炭DOM与类蛋白组分C4络合常数lgK与络合容量值f分别为6.33与0.46为最高.不同来源的水热炭DOM与污染物TC之间存在差异化的络合效应,这将影响环境中TC的存在形态、迁移行为及其生物有效性.

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基于SWAT模型对抗生素点源污染分布特征的研究——以淮河中上游为例

秋妍飞, 王雷, 张冰, 王蕾

中国环境科学. 2025, 45(8): 4608-4619.

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针对抗生素的来源复杂且排放分散的特点建立了一种抗生素排放量估算的方法,基于流域内人口和畜禽数量,结合不同生物的消耗系数、污水处理率等获得不同区域的抗生素排放量.将排放量作为输入数据,采用半分布式水文模型—SWAT模型,以淮河中上游流域中环丙沙星(CFX)和磺胺二甲嘧啶(SMZ)作为研究对象进行模拟.结果表明,畜牧业的养殖数量、区域人口数量、污水处理能力和畜禽规模化养殖是各市区抗生素排放量的主要影响因素;模型验证结果显示,CFX、SMZ浓度模拟结果与监测值模拟值基本在同一量级,模拟值较好.夏季淮河主河道CFX浓度大部分处于7.26ng/L以下,在冬季河道CFX浓度大部分处于190.3ng/L以下;夏季淮河主河道SMZ浓度大部分处于8.7ng/L以下,而在冬季河道SMZ浓度大部分处于38.11ng/L以下.

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直链全氟己磺酸(L-PFHxS)仿生降解特性

陈铃心, 杨志敏, 刘淑坡, 周真明, 李飞

中国环境科学. 2025, 45(8): 4620-4627.

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在确定直链全氟己磺酸(L-PFHxS)可仿生降解脱氟的基础上,定性分析了同位素(¹³C)标记L-PFHxS(MPFHxS)的降解产物,以明确L-PFHxS仿生降解机理.研究结果表明,仿生降解MPFHxS可生成两种¹³C标记全氟羧酸类(PFCAs,即¹³C₃-全氟己酸和¹³C₃-全氟壬酸)、8种非¹³C标记PFCAs类 (全氟碳链长度C1~C8)和7种非¹³C标记全氟磺酸类(全氟碳链长度C3~C8,含两种PFHxS异构体,即直链和支链PFHxS)降解产物.L-PFHxS降解途径如下:L-PFHxS分子中的C-S键首先断裂生成C₆F₁₃•,C₆F₁₃•自由基经一系列水解生成PFHxA;然后,C₆F₁₃•自由基或L-PFHxS分子在不同位置断裂C-C键生成C_nF_2n+1•自由基(n = 1,2或3),C_nF_2n+1•自由基(n = 1,2或3)逐步增加0~2个C₃F₆基团,后经一些列水解生成不同全氟链长PFCAs或与•SO₃H自由基结合生成不同全氟链长PFSAs.

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饮用水系统中微塑料上氨氧化微生物的定植与多样性

牛佳, 蒋志达, 徐佳燕, 许华诚, 余健英, 刘宪华, 徐开钦, 陈晓晨

中国环境科学. 2025, 45(8): 4628-4637.

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采用模拟管网环境的生物膜培养反应器结合物化表征和微生物学分析方法,探讨了供水系统中5种常见微塑料上氨氧化微生物定植过程及其作为潜在硝化生态位的可能性.结果表明,氯化和微生物的定植作用导致微塑料结晶度增加并产生羰基、羟基等亲水基团. 微塑料上的氨氧化微生物amoA功能基因丰度范围在(1.54±0.02) × 10⁴~ (3.07±0.64) × 10¹⁰copies/g.在大多数情况下,完全氨氧化菌(Comammox)在微塑料上占据优势地位,仅在氯化处理42d的5种微塑料上发现耐氯性较强的氨氧化古菌(AOA)处于优势地位.原始微塑料(未氯化)上氨氧化微生物总丰度与微塑料的结晶度呈正相关,并在结晶度较高的PE和PP微塑料上表现得尤为明显.氯化处理后该相关性不复存在.微塑料上定植氨氧化微生物的多样性分析表明原始微塑料上的AOA种类更接近土壤来源的AOA,而氯化处理后更接近水系AOA.

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肠道菌群介导微塑料致小鼠损伤的研究进展

刘明亮, 李晨, 潘彦丹, 汪浩然, 范诚越, 闫品儒, 黄蕾

中国环境科学. 2025, 45(8): 4638-4645.

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为探讨肠道菌群紊乱在微塑料(Microplastics, MPs)健康的影响机制,检索了5个英文数据库(PubMed、Embase、Scopus、Cochrane和Web of Science)和3个中文数据库(中国知网、万方数据和中国生物医学文献数据库),收集了肠道菌群介导的微塑料对小鼠、大鼠损伤的相关文献资料.结果表明,最终符合标准的文献27篇,研究的动物品系主要为C57BL/6,鼠龄在4~12周之间,雄性为主.MPs的类型主要为聚苯乙烯,粒径在0.05~53μm,染毒途径主要为灌胃和自由饮水,造模周期在3~13周,微生物的组学检测方法主要为16S rRNA测序.研究涉及肠道菌群通过肠-器官轴(肝脏、脑、睾丸、骨髓、肺)以及肠-功能轴(免疫、代谢)对小鼠的损伤.肠道菌群通过如氨基酸、脂质等各种代谢途径或TLR2-Myd88-NF-κB、肠道菌群-HIF1a/PTBP1等信号通路介导微塑料对小鼠机体的损伤.未来需要更多的临床研究进一步验证微塑料暴露后肠道菌群对人体健康影响的潜在机制.

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聚乳酸微塑料与砷复合污染对蚯蚓的毒性效应

闫艺萌, 刘俊慧, 马琳燕, 冯晓雪, 李柏村, 李欣妍, 曹秀凤, 朱丽, 王志峰

中国环境科学. 2025, 45(8): 4646-4655.

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将赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)暴露于聚乳酸微塑料(PLA MPs,0.5% w/w)与不同浓度亚砷酸盐(As(Ⅲ),40或100mg/kg)的单一及复合污染土壤中28d,分析蚯蚓体内6种生物标志物的响应特征和两种污染物的生物富集水平,以评估PLA MPs和As(Ⅲ)的联合毒性效应及相关机制.生物富集分析结果显示,复合暴露组的As(Ⅲ)生物富集量较单一As(Ⅲ)暴露组平均下降34.2%.生物标志物分析结果显示,随着暴露水平和时间的增加,蚯蚓体内出现显著的氧化应激响应.采用综合生物标志物响应指数(IBR)量化多种生化指标的综合毒性效应,在PLA MPs和As(Ⅲ)的单一及复合污染组中均显示出显著的剂量-效应关系,且发现复合暴露组的IBR指数值较单一As(Ⅲ)暴露组平均降低28.8%.联合毒性评价结果表明,两者在不同As浓度暴露下的联合毒性效应均为拮抗作用.本研究揭示了PLA MPs与As复合污染对蚯蚓的毒性效应及其潜在机制,为评估此类联合毒性的风险提供了科学依据.

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秋季东海一氧化碳的分布、通量、微生物消耗和暗反应生成研究

庞娇娇, 褚礼轩, 侯雯彧, 张婧, 何真, 杨桂朋

中国环境科学. 2025, 45(8): 4656-4666.

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基于2023年秋季在中国东海的现场调查,研究该海域一氧化碳(CO)的浓度分布特征,估算CO海-气通量,测定表层海水CO微生物消耗和暗反应生成速率.结果表明,东海大气CO的混合比为61.15~234.26ppbv,平均值为(98.47 ± 49.64) ppbv.用顶空分析法测定的表层海水中CO的浓度为0.20~1.63nmol/L,平均值为(0.63 ± 0.71) nmol/L.各水层CO浓度日变化显著,表现为午后浓度最高,凌晨前后浓度最低.垂直剖面显示,CO浓度随深度的增加而减小.CO的海-气通量为0.45~5.66 μmol/(m²·d),平均值为(2.11 ± 2.89) μmol/(m²·d),表明东海是大气CO的源.表层海水CO微生物消耗速率常数为0.16~0.33 /h,平均值为(0.22 ± 0.07) /h.CO浓度消耗过程表现出一级反应动力学特征.CO暗反应生成速率为0.023~0.20nmol/(L·h),平均值为(0.12 ± 0.14) nmol/(L·h),CO浓度随时间增长线性增加.本次调查对中国东海CO的源-汇过程进行了补充,有助于深入理解陆架海域CO生物地球化学过程及其气候效应.

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油水混合层CO₂地质封存与利用数值模拟及参数全局敏感性分析

张雨佳, 杨蕴, 龚绪龙, 朱慧星, 崔龙玉, 吴公益, 宋健, 朱淳, 吴吉春

中国环境科学. 2025, 45(8): 4667-4676.

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选择苏北某油田为研究对象,构建了CO₂驱油与封存多相流反应运移模型CO₂-DSMRT刻画超临界态/气相、溶水相、溶油相和矿物相CO₂在百年尺度上的转化和归趋,利用Sobol方法识别了影响模型预测结果的敏感参数.进一步采用PSO-LSSVM方法建立替代模型以表征敏感参数输入和CO₂多相态输出结果之间的映射关系,并开展蒙特卡洛随机模拟量化模型的不确定性.结果表明,CO₂注入油水混合层100a后,气相CO₂占比61.2%,溶油相CO₂占比17.8%,溶水相CO₂占比11.2%,矿物相CO₂占比9.8%,CO₂-DSMRT模型对开采油量最敏感的参数为渗透率,对储层CO₂封存量最敏感的参数为孔隙度.不同置信水平下CO₂封存量和产油量的产投比差异明显,P10情境适用于封存优先策略,P50情境下可实现封存与经济效益平衡,P90情境下更适合增产优化策略.

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“双碳”目标下黄河流域资源型城市碳足迹时空特征及组态路径

宋梅, 王子莎, 陈晨, 张加

中国环境科学. 2025, 45(8): 4677-4687.

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通过三维碳足迹模型、TOE框架及模糊集定性比较分析方法对黄河流域资源型城市三维碳足迹进行测算并明确其未来减排降迹组态路径.研究发现:研究期内黄河流域资源型城市平均碳足迹呈波动下降趋势,具体表现出“持续下降-略有回弹-波动下降”的特征;高碳足迹城市数量明显减少,上、中、下游资源型城市碳足迹存在显著差异且呈“上游<下游<中游”的顺序排列;黄河流域资源型城市减排降迹路径可归结为覆盖44%城市的“技术-结构主导型”路径、覆盖50%城市的“组织主导型”路径、覆盖37%城市的“环境主导型”路径.基于上述结论,未来应基于全局视角持续关注黄河流域碳生态系统,实时监测资源型城市碳足迹值,结合组态效应多策并举降低资源型城市碳足迹.

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产业转型升级示范区政策对城市空气质量的改善效应

高浩宇, 黄荣荣, 陈亮

中国环境科学. 2025, 45(8): 4688-4698.

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以产业转型升级示范区设立为准自然实验,基于2010~2020年我国261个地级及以上城市面板数据,采用双重差分法研究了产业转型升级示范区政策对城市空气质量的影响及其作用机制.研究发现:在样本期内,产业转型升级示范区政策使得示范区城市PM_2.5浓度平均下降了3.238µg/m³,约占政策前示范区城市PM_2.5浓度均值的7.711%,显著改善了示范区城市的空气质量.这一结论在经过平行趋势检验､安慰剂检验,PSM-DID方法等稳健性检验后仍然成立.机制分析表明,示范区政策主要是通过推动示范区城市产业结构优化､加强环境规制改善了城市空气质量.异质性分析发现,与资源型城市､东部地区和北方地区相比,示范区政策对城市空气质量的改善效应在老工业城市和复合型城市､中西部地区和南方地区中更为显著.调节效应分析发现,中国式分权在示范区建设和空气质量改善二者间存在调节效应:相比于集群式示范区和在年度考核中仅获得合格评价的示范区,单一式示范区和获得优秀和良好评价的示范区对空气质量的改善作用可能更加显著.

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长江经济带城镇污水处理厂生态效率评估及其影响因素

许劲, 郑志宏, 郑星宇, 彭喜林, 姚杰, 冉潇, 杨煜隆, 王虹钰

中国环境科学. 2025, 45(8): 4699-4705.

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采用基于归一化的碳排放当量和基于数据包络分析的生态效率指标,对长江经济带的633座城镇污水处理厂进行评估,结果表明,其生态效率指数均值为0.492.长江经济带污水处理厂的生态效率受规模效应影响显著,其处理规模 £1万m³/d、1万m³/d<处理规模 £10万m³/d和10万m³/d<处理规模的生态效率指数均值分别为0.440、0.507和0.729;各地区、各工艺污水处理厂生态效率存在较大差异,其中间歇流反应器或全混合反应器生态效率指数较高,其均值为0.569(推流式工艺为0.473);随着污水处理厂进水BOD₅浓度的升高,其生态效率呈现先升高后降低的变化趋势;深度处理将加剧污水处理系统对生态环境的影响,执行一级A标的污水厂的生态效率指数均值为0.483,其余执行一级B标的污水厂为0.535.

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基于生态系统服务供需的新疆天山北坡城市群生态安全格局构建

李大强, 张飞云, 周红涛, 马丽娜, 李倩

中国环境科学. 2025, 45(8): 4706-4714.

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以新疆天山北坡城市群为研究区域,使用InVEST模型,ArcGIS软件和最小阻力(MCR)模型等方法,对该区域生态系统服务供需现状进行分析.依据供需的匹配度和耦合协调度,对生态安全格局进行构建.结果表明:生态系统服务供需呈现显著的空间分布不均,山地和绿洲地带成为生态系统服务的核心输出区,人口高度集中的市中心则成为生态系统服务需求的集中区域.6000m网格尺度上生态系统服务供需平衡的信息熵和变异系数值分别达到了1.48和0.41;乡镇尺度上分别为1.44和0.43.由综合生态系统服务供需比共同确定946个生态源地,面积达10003.70km²,在城市群中西部地区分布密集;生态廊道共2291条,长约22191.89km,呈网状分布;生态节点共151个,障碍点共2082km²,主要分布于各城市中心以外的区域.对该区域内723个乡镇及街道依据乡镇尺度的生态系统服务供需关系进行分类,共划分出24个生态协调区,55个生态保育区,48个生态改良区,176个生态控制区和420个生态修复区.其中,生态修复区需优先缓解生态压力,实施退耕还林和湿地恢复等生态修复工程.

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数智融合对黄河流域城市生态韧性的影响研究

哈梅芳, 隋明强

中国环境科学. 2025, 45(8): 4715-4726.

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通过熵权Topsis、耦合协调模型测算了2011~2022年黄河流域城市的数智融合和生态韧性水平,并分析了数智融合的时空演进.在此基础上利用似不相关回归以及有调节的中介模型等,探究了数智融合影响黄河流域城市生态韧性的效应、机制及机制调节因素.结果表明:研究期内黄河流域数智融合的整体水平由0.144逐渐上升到0.353,截至2022年各城市已基本摆脱极度和严重失调.数智融合存在明显的空间聚集现象,聚集中心主要分布在山东半岛及各省省会,且聚集中心和非中心的差距逐渐增大.数智融合对黄河流域城市生态韧性的总体影响在1%的统计水平显著为正,回归系数为0.197,但对生态韧性抵抗力层面的影响在1%的统计水平显著为负,系数为-0.011,存在一定削弱作用.绿色创新和公众环境关注发挥了机制作用,数智融合对绿色创新和公众环境关注的回归系数分别为0.744、0.345,分别在1%、5%统计水平下显著.金融发展水平能正向调节绿色创新和公众环境关注的机制作用,金融发展水平和数智融合的交互项对绿色创新和公众环境关注的回归系数分别为0.122、0.146,均在1%统计水平下显著.异质性分析表明,仅下游地区的数智融合显著提升了城市生态韧性,系数为0.302,在1%统计水平下显著,上、中游并不明显,非资源型、大数据综合试点城市较其他城市效果更优,系数分别为0.235、0.285,均在1%统计水平下显著.研究结果为黄河流域城市生态韧性在数智时代下的优化提供了科学依据和政策参考.

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我国退役动力电池及关键金属资源时空分布特征与处理需求解析

侯思雨, 庄绪宁, 杨凡, 宋小龙, 吴雯杰, 赵静

中国环境科学. 2025, 45(8): 4727-4736.

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聚焦我国退役动力电池及其关键金属资源的时空分布特征,运用LSTM神经网络模型预测新能源乘用车销量,结合Weibull分布模型估算退役动力电池及关键金属资源存量,并进一步分析其空间分布特征.研究发现,2012~2035年我国动力电池退役量及关键金属资源累计存量存在明显的区域性差异和空间聚集性,当前广东、浙江、山东、北京、上海、河南动力电池累计退役量及关键资源累计存量最多,西藏、青海、宁夏、黑龙江、新疆、内蒙古最少;至2035年,江苏将取代北京成为累计退役量最多的6省份之一,累计退役量为225.46万t,甘肃将取代内蒙古成为累计退役量最少的省份之一,累计退役量为15.36万t.空间聚集性上,当前高-高集聚区为江苏,低-低集聚区有新疆、青海、四川、甘肃、内蒙古、吉林,未来高-高集聚范围将进一步扩大(新增安徽、上海),而低-低集聚区范围将缩小(四川退出).从退役动力电池综合利用白名单企业处理能力分布上看,当前我国虽总体处理能力过剩但存在空间错位性,未来上海、江苏、河北、广西、天津、广东、浙江、云南、河南再生利用能力将不能满足自身需求,需进一步优化回收处理产能布局.

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