中国环境科学
 
 
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回首43载，扬帆再起航——记《中国环境科学》发展历程
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“固体废物和新污染物治理”专栏征稿启事
“农业农村污染防治”专栏征稿启事
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最美科技工作者--郝吉明
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“生物多样性”专栏征稿启事
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“温室气体减排与气候变化”专栏征稿启事
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“生物多样性”专栏征稿启事
“固体废物、城市矿产与循环经济”专栏征稿启事
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垃圾分类”专栏征稿启事
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“生物多样性”专题征稿启事
“无废城市”专栏征稿启事
“长江经济带生态环境保护”专栏征稿启事
关于稿费审稿费发放方式变更的公告
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喜报：《中国环境科学》刊发论文获评“第二届中国科协优秀科技论文”
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《中国环境科学》2011-2014年发表的论文中有20篇入选 “领跑者5000”提名论文
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《中国环境科学》影响因子学科排名再获第一
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《中国环境科学》影响因子学科排名蝉联第一
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2024年 44卷 10期
刊出日期 2024-10-20
碳排放控制
新污染物与环境毒理
大气污染与控制
水污染与控制
固体废物
土壤污染与控制
环境生态
0
目录
2024 Vol. 44 (10): 0-0 [摘要] ( 83 ) [HTML 1KB] [ PDF 264KB] ( 584 )
大气污染与控制
5329 肖茜, 韩力慧, 齐超楠, 田健, 兰童, 王海燕, 郑爱华, 郭敬华
中国典型城市大气降水离子特性、来源及其对环境的影响
基于采样数据和东亚酸沉降监测网数据,对2019年华北、西北、西南、华东和华南地区典型代表城市的大气降水化学组分、酸度及其成因、湿沉降量和污染来源进行了研究,评估了降水对环境的生态效应.结果表明,离子总浓度在季节上表现为旱季明显大于雨季,空间分布特征为:北京(706.87μeq/L)>西安(369.26μeq/L)>重庆(265.17μeq/L)>厦门(244.54μeq/L)>珠海(134.31μeq/L)>五指山(81.88μeq/L).NH4+、Ca2+、SO42-和NO3-是内陆城市降水中最主要的离子成分,而Cl-和Na+在沿海城市中占比较大.华北城市降水主要呈中性,酸雨事件仅占全年降水事件的2.3%;西北城市降水呈弱碱性,没有出现酸雨事件;而西南城市酸雨问题严重,城区站点和乡郊站点酸雨频率分别为30.3%和80.3%,且季节变化明显;华东城市城区站点降水主要呈中性,偏远地区站点酸雨问题严重,全年酸雨率高达99%;华南城市夏季降水主要呈中性,其余季节均为酸性,全年酸雨事件占总降水的62.2%.中和能力分析表明酸雨问题严重的地区,主要是由降水中碱性成分不足导致的.受降雨量影响,各城市氮和硫湿沉降量在季节上表现为雨季大于旱季,并且在雨季对生态环境有重要的促进作用.中国氮和硫湿沉降量均呈现出从东部向西部、沿海向内陆递减的空间分布特征.不同城市降水离子来源及贡献差异较显著,尤其是酸雨问题严重的城市,其以Ca2+和Mg2+为主的扬尘源贡献小于以SO42-和NO3-为主的二次源贡献.
2024 Vol. 44 (10): 5329-5343 [摘要] ( 189 ) [HTML 1KB] [ PDF 3073KB] ( 821 )
5344 黄子烨, 胡伟, 靳蕊, 侯升杰, 李萍, 毕凯, 何昌华, 王亚杰, 段沛敏, 刘頔, 吴礼彬, 邓君俊, 孙业乐, 傅平青
冬奥会前后北京市细颗粒物的化学组成及来源
为评估环境空气质量管控措施对北京市PM2.5化学组成的影响,于2022年冬奥会前后在北京城区及西北方向山区背景站点同时开展观测,分析PM2.5样品中水溶性无机离子及碳质组分浓度变化.结果显示,城区与山区PM2.5中碳质组分差异明显.山区PM2.5中有机碳(OC)及元素碳(EC)的平均质量浓度比值为28.99,水溶性有机碳(WSOC)占OC的平均比例为77%,均显著高于城区(OC:EC = 12.93, WSOC:OC = 48%).观测期间,京津冀地区及辽东半岛是城区PM2.5各组分(Ca2+除外)的主要潜在源区;而山区既受京津冀地区排放影响,还受来自河套平原方向的传输影响.随时间推移,城区有机物(OM)在PM2.5中的占比由22.7%上升至31.7%,山区由27.7%上升至34.9%,可能指示观测后期气温上升、太阳辐射增强促进了二次有机物生成,或指示排放源发生变化.冬奥期间,城区硝酸盐质量浓度及其在PM2.5中的占比下降、硫酸盐的占比上升,体现了交通限行措施的效果.城区PM2.5中,阴阳离子当量比由0.96逐步上升至1.20,酸性逐渐增强,可能反映了管控措施放松后NOx排放的快速反弹.观测期间,燃烧源及二次源对两站点PM2.5质量浓度的总贡献率均超过70%,反映了人为源颗粒物对北京市PM2.5的显著贡献.另一方面,与冬奥前相比,冬奥期间城区站点的该贡献率降低 8.7%,表明严格的管控措施总体上抑制了人为源排放.相较于往年同期,冬奥期间北京城区PM2.5主要组分的质量浓度均明显下降.虽然气象条件不利于污染物扩散,但空气质量管控措施仍使冬奥期间北京市空气质量达到近年来的同期最优水平.
2024 Vol. 44 (10): 5344-5356 [摘要] ( 149 ) [HTML 1KB] [ PDF 2912KB] ( 724 )
5357 高海燕, 马文娟
基于图正则化多视角函数型矩阵填充的空气质量数据修复
由于传感器故障、数据传输等原因,收集到的空气质量数据往往面临着稀疏性和不完整性的挑战.提出了一种基于图正则化的多视角函数型矩阵填充方法(GRMFMC),以有效修复和重建空气质量数据的缺失部分.该方法通过引入图正则化策略,充分考虑了各污染物内样本信息的高阶邻域关系,减少了信息损失;并且利用Hilbert-Schmidt独立性准则(HSIC)提取不同污染物之间的互补信息,进而提高插补精度;同时,结合函数型数据分析,将不同时间点的空气质量数据视为连续函数,利用其内在的平滑性和相关性实现高精度的数据插值.真实空气质量数据集上的模拟插补和实证应用结果表明,相较于其他典型插补方法,GRMFMC方法的插补误差RMSE、NRMSE分别降低了56%~99%、46%~98%以及51%~99%、40%~98%,显示出更好的插补效果,且在不同缺失率和污染物种类下皆表现稳健,具有良好的泛化能力和实际应用价值.
2024 Vol. 44 (10): 5357-5370 [摘要] ( 107 ) [HTML 1KB] [ PDF 4826KB] ( 654 )
5371 张斌, 李丹, 沈振兴, 徐红梅, 何昆, 孙健
民用燃烧源排放PM2.5中多环芳烃的光化学氧化过程
利用潜在气溶胶质量氧化流动反应器(PAM-OFR)测定了不同民用燃烧源新鲜和老化母体多环芳烃(pPAHs)及含氧多环芳烃(oPAHs)的排放量.结果表明,大气光化学氧化后,pPAHs的排放因子下降了29.5%~82.9%,而oPAHs呈现上升趋势.这表明pPAHs主要通过民用燃烧源直接排放到大气中,可被视作一次有机气溶胶(POA),oPAHs由大气中的有机物光氧化生成,被视为二次有机气溶胶(SOA).生物质燃烧过程中pPAHs老化排放因子的平均下降率(73.2%)明显高于煤(56.2%),表明与煤相比生物质燃烧排放的pPAHs在光化学氧化中更具发生化学反应的潜力,从而生成氧化程度更高的物质.研究还表明大气光化学氧化过程会导致oPAHs/pPAHs比值有明显的增加,这说明了pPAHs与·OH反应生成oPAHs的二次反应机理.
2024 Vol. 44 (10): 5371-5377 [摘要] ( 130 ) [HTML 1KB] [ PDF 558KB] ( 755 )
5378 鲜婧, 王沭颖, 慕明利, 代成娜
离子液体脱除低浓度氯乙烯的实验与流程模拟
为探究离子液体深度脱除尾气中氯乙烯的可行性,提出了离子液体高效吸收氯乙烯的技术.通过等体积饱和法测定了3种离子液体([BMPYR][Tf2N],[BMIM][Tf2N]和[EMIM][Tf2N])对低浓度氯乙烯模拟气(5%)的饱和吸收量,并在填料塔中进行了超低浓度氯乙烯模拟气(0.01%)吸收实验,随后采用Aspen Plus流程模拟软件对离子液体吸收氯乙烯的工艺进行了概念设计和流程优化.结果表明,氯乙烯的亨利常数远低于氮气,且温度的影响较小.吸收塔的实验结果表明在25℃、常压、进气流速100mL/min的条件下,3种离子液体均可实现对超低浓度氯乙烯模拟气(0.01%)的高效捕集(吸收率>94%),其中[BMPYR][Tf2N]表现出最大的吸收率97%.对[BMPYR][Tf2N]吸收氯乙烯尾气(1%,进气流量100kg/h)的流程优化结果表明,在给定的最佳操作条件,即吸收塔板数为6,吸收塔相对压力为0.25MPa、吸收质流量2600kg/h、二级闪蒸罐温度为160℃、压力为0.001bar时,出口排放氯乙烯浓度能达到设定标准(0.0015%).研究表明离子液体可用于尾气中氯乙烯深度脱除,推广应用可降低尾气中有毒有害组分的污染.
2024 Vol. 44 (10): 5378-5387 [摘要] ( 107 ) [HTML 1KB] [ PDF 1133KB] ( 851 )
5388 柯权力, 熊烨栋, 卢梅, 吴天浩, 黄康康, 闵炯, 金传敏, 崔国凯, 赵博, 卢晗锋
有序介孔硅材料的微量碳层修饰及VOCs吸附性能
以孔道规整的介孔分子筛SBA-15和MCM-41作为硅基材料前驱体,以蔗糖作为生物质碳源,通过化学刻蚀方法将生物质碳引入两种介孔分子筛孔道中,从而制备获得碳-介孔分子筛复合材料.通过对蔗糖浓度条件的优化,可以获得比表面积、碳含量和甲苯吸附性能最佳的碳-介孔分子筛复合材料.经由TEM-EDS图谱可以证明,碳元素均匀存在于上述两种介孔硅材料的孔道.进一步通过孔径分析,发现碳层修饰后的介孔分子筛(C@MCM和C@SBA)中微孔比例显著提升,因而其甲苯吸附容量明显高于其对应的介孔分子筛(MCM-41和SBA-15).其中,C@SBA在5次吸脱附循环中容量基本保持不变,循环吸附性能相比C@MCM更为优越.此外,碳层修饰后的介孔分子筛具有良好的耐水性,其吸附容量不会随相对湿度的提高而大幅降低.最后,上述复合材料对其他含氧VOCs物种也具有较好的吸附性能,但对甲苯等弱极性分子的吸附效果更显著.
2024 Vol. 44 (10): 5388-5396 [摘要] ( 121 ) [HTML 1KB] [ PDF 1554KB] ( 584 )
5397 王淑勤, 董剑鑫, 李金梦
Ag2O/TiO2催化剂可见光催化脱硝性能
通过水热法制备锐钛矿TiO2并与Ag2O复合构建催化剂.利用BET,XRD,XPS等表征分析催化剂,并以NO为处理对象,探究反应条件对催化剂脱硝效率影响.结果表明,可见光下,当反应体系中NO浓度为23.6mg/m3且氨气与氮气摩尔比为1:1时,Ag2O/TiO2(10%)的脱硝效率最佳达92.00%.进一步探究发现,改变反应体系中烟气湿度,脱硝效率基本不变.且同时存在CO2,SO2,NO等气体时,其脱硝效率可保持71.43%.表征结果显示与Ag2O复合后比表面积增大,禁带宽度降低,PL谱峰强度降低,光电流密度提升.反应后的催化剂出现硝基非对称伸缩振动峰,因此推测,在反应进程中·O2-,·OH,·O自由基作为氧化剂先将NO氧化为NO2,再进一步氧化为NO3-,实现NOx的脱除.当NH3与NO2的同时存在时,进一步将未完全反应的NO还原为N2,促进污染气体的转化,进一步提升脱硝效率.
2024 Vol. 44 (10): 5397-5405 [摘要] ( 104 ) [HTML 1KB] [ PDF 2174KB] ( 600 )
5406 李兴发, 潘寒风, 安小伟, 马旭莉, 李永国
核桃壳生物炭制备及其碘捕获性能
将农业废弃物制备成生物炭用于碘捕获具有以废治废的生态功能.废弃核桃壳制备的生物炭具有丰富的孔隙结构和良好的热稳定性,孔径分布以微孔为主,介孔和大孔为辅.静态吸附实验表明,生物炭对气态碘捕获量可达2027mg/g.水溶液中碘捕获实验表明0.1g/L的生物炭在pH=5时对20mg/L和100mg/L的单质碘在90min内均达到97%以上的碘去除.0.4g/L的生物炭对环己烷中20mg/L的单质碘在90min内达到99%以上的碘去除,上述性能均优于同条件下商业核级活性炭的性能.机理研究表明核桃壳生物炭对碘的捕获机制主要为物理吸附作用,吸附后的碘通过电荷转移形成多碘离子.良好的孔结构是核桃壳生物炭具有高碘捕获性能的重要原因,微孔对于碘捕获具有主导作用,分级多孔有助于碘在生物炭结构内外的迁移传递.密度泛函理论(DFT)计算结果支持实验结论,对于单分子层吸附,碘分子更易吸附在与自身动力学大小相匹配的孔径内.
2024 Vol. 44 (10): 5406-5414 [摘要] ( 149 ) [HTML 1KB] [ PDF 1076KB] ( 768 )
5415 薛晶, 李巧艳, 李书宁, 梁美生
调控Cu/CeO2催化剂形貌增强低温CO氧化的耐水性
合成了管状、棒状和颗粒状的Cu/CeO2的催化剂,探讨了其在潮湿条件下氧化CO的结构-性能相关性.结果表明,管状催化剂(CuCe-NT)具有优异的低温活性和抗H2O稳定性.根据表征,CuCe-NT与纳米棒状(CuCe-NR)和纳米颗粒状(CuCe-NP)催化剂相比,结晶度更低、表面积更大且结构缺陷更多,从而增强了CuOx与CeO2间的相互作用,加强了Ce4+/Ce3+和Cu2+/Cu+的氧化还原循环,使表面富集大量Ce3+和Cu+,进一步促进了CO的吸附和氧化.此外,中空结构的CuCe-NT具有较大的孔径,可有效抑制H2O的缔合吸附,从而抑制氧空位上惰性OH的生成,在潮湿条件下保持较高的氧化性.In-situ DRIFTS表明,相比于CuCe-NP,中空结构的CuCe-NT可以缓解H2O与CO的竞争性吸附,抑制桥式碳酸盐的形成,确保在潮湿环境下氧化CO.本研究从吸附H2O的类型和反应机理方面证明了催化剂结构对耐H2O性的影响,为设计耐H2O性CO氧化催化剂提供了一种策略.
2024 Vol. 44 (10): 5415-5425 [摘要] ( 99 ) [HTML 1KB] [ PDF 2064KB] ( 709 )
水污染与控制
5426 李冬, 李雨朦, 蒋鹏飞, 王天朔, 张杰
定向调控电子受体强化好氧颗粒污泥内源反硝化脱氮除磷
为强化内源反硝化作用,加强对有限碳源的高效利用,设置了1组厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)和3组不同好氧时间分配的厌氧-两级短时好氧/缺氧(A/(O/A)2)序批式反应器,探究定向调控电子受体下污泥的颗粒化及反硝化聚糖菌(DGAOs)的富集情况.结果表明,采用两级短时好氧/缺氧的反应器好氧颗粒污泥结构更加致密、沉淀性能更好,缺氧段及好氧段电子受体更充足,DGAOs储存内碳源的能力得以强化,系统中反硝化聚糖菌和DGAOs对碳源的竞争达到平衡状态,系统有更高的内源反硝化脱氮率,实现了深度脱氮除磷.其中,两级短时好氧时间分配时间为前段60min/后段30min的R2的脱氮除磷效果最好,DGAOs含量最高,且颗粒沉降性能最佳.第45d,R2的COD、TN、TP去除率分别达到90.52%、85.71%、92.73%,内源反硝化效率达到58.59%,具有良好的污染物去除效果.
2024 Vol. 44 (10): 5426-5434 [摘要] ( 119 ) [HTML 1KB] [ PDF 2101KB] ( 638 )
5435 赵薇, 封宇, 徐浩哲, 张钘昱, 周含, 张良伟, 蒋宽胜, 刘文如
剪切力和进水氨氮负荷对恶化硝化颗粒污泥恢复的影响
采用3个接种了恶化硝化颗粒污泥的反应器,探究剪切力和氨氮负荷对颗粒恢复的影响特性.结果表明,对照组R0 (负荷为1.6g/(L·d)、剪切力为1.31cm/s)中颗粒污泥恶化加剧,并过量分泌胞外聚合物(尤其是蛋白质),导致生物量流失严重,但因较高浓度(>25mg/L)剩余氨氮的存在,R0中亚硝化率始终在85%以上且NOB丰度低于0.66%;高剪切力的R2(负荷为1.6g/(L·d)、剪切力为2.62cm/s)中污泥沉降性能好转,但颗粒外观呈条杆状,并且R2中NOB被富集(Nitrobacter相对丰度为10.47%),亚硝化功能消失;低负荷运行的R1(负荷为0.8g/(L·d)、剪切力为1.31cm/s)中颗粒污泥实现成功再造粒,污泥体积指数(SVI5)从55.6mL/g降至14.6mL/g,但颗粒平均粒径由579μm降低为294μm,同时,批次试验结果表明颗粒污泥中AOB与NOB仍呈分层分布.此外,高通量测序表明,剪切力和氨氮负荷的不同造成了各系统中微生物种群结构显著不同.综上,与剪切力相比,通过降低氨氮负荷控制微生物生长速率对硝化颗粒污泥恢复的积极作用更为显著.
2024 Vol. 44 (10): 5435-5444 [摘要] ( 111 ) [HTML 1KB] [ PDF 1883KB] ( 615 )
5445 周鑫, 赵瑞强, 韩晋
C/N对EGSB系统生物产气及脱氮除碳性能的影响
采用膨胀颗粒污泥床(EGSB)处理高浓度同时含有氨氮和硝酸盐的有机废水,重点探究碳氮比(COD/TN)对系统生物产气及脱氮除碳性能的影响.136d运行结果表明:C/N对系统COD去除影响不显著,而对产甲烷和TN去除率影响显著.分时水质测定证实了亚硝酸盐氮积累及硝酸盐短程还原与厌氧氨氧化(Anammox)耦合.C/N为5.71时产甲烷、硝酸盐短程还原耦合Anammox效果最好.随着C/N升高,厌氧氨氧化活性下降,而产甲烷和硝酸盐异化还原(DNRA)活性增强.C/N能够显著改变污泥胞外聚合物组分、含量及有机基团,进而影响污泥结构稳定性及微生物代谢活性.Anammox菌Candidatus Kuenenia和Candidatus Brocadia相对丰度低C/N时远高于高C/N,高C/N下检测到了大量产甲烷菌Methanothrix、Methanolinea和Methanobacterium,同时共存反硝化菌和DNRA菌.微生物功能基因注释证明了短程反硝化/DNRA促使亚硝酸盐积累和Anammox发生以及乙酸途径产甲烷.最后,提出了最佳C/N下碳氮同步去除机制.
2024 Vol. 44 (10): 5445-5452 [摘要] ( 112 ) [HTML 1KB] [ PDF 844KB] ( 648 )
5453 党澎泽, 谈新伟, 李祥, 袁砚, 黄勇, 李鹏飞, 冯震
氨氮胁迫对厌氧处理高浓度有机氮废水的影响
以实际制膜废水为例,探究了氨胁迫下高浓度有机氮废水甲烷化及微生物群落的动态响应,明确了氨抑制阈值,抑制形态,抑制机制和应对策略.结果表明,氨对AD处理高浓度有机氮废水的主要氨抑制形态为游离氨(FA),抑制阈值为(145±10)mg/L,半抑制浓度为(244±10)mg/L.在AD处理高浓度有机氮废水时,乙酸营养型产甲烷菌Methanosaeta,甲基营养型产甲烷菌Methanomassiliicoccus和Methanomethylovorans是主要产甲烷微生物.Methanosaeta和Methanomethylovorans分别在氨氮高于300mg/L和900mg/L时活性下降,同时产氢产二氧化碳相关功能微生物在FA高于140mg/L时受到抑制,使含碳数大于1的小分子有机物在系统内累积,最终导致高FA条件下化学需氧量去除率降低和氨氮释放不完全.在受到高氨抑制后,可通过调控pH值的方式实现系统的恢复,但无法通过微生物驯化的方式缓解.
2024 Vol. 44 (10): 5453-5460 [摘要] ( 114 ) [HTML 1KB] [ PDF 1343KB] ( 757 )
5461 黄健, 徐军帅, 张华, 罗涛, 何春华, 刘俊, 帅子晨
聚丙烯纳塑料影响生物脱氮和功能基因的机制
选取聚丙烯纳米塑料(PP NPs)为研究对象探究其对生物脱氮的影响.通过检测各反应器中水质指标、氮转化功能基因丰度和污泥系统脱氮过程中物质代谢含量,并采用Pearson相关性分析及线性回归模型分析等方法,探索不同浓度PP NPs (1~100mg/L)对生物脱氮和功能基因的影响及机制.结果表明,随着PP NPs浓度升高,抑制作用增强.低浓度PP NPs对脱氮性能的影响较微弱,100mg/L PP NPs影响下出水COD、出水氨氮、好氧末端硝酸盐氮去除率分别降低到85%,91.4%,66%.qPCR表明,除nirK基因和norB基因外,其余氮转化功能基因的丰度随PP NPs浓度的升高而逐渐降低,其中16S rRNA,amoA,nxrA,narG,napA,nirS,nosZ基因分别最高降低6.82%,23.78%,26.25%,14.56%,24.90%,26.37%,21.04%.随着PP NPs浓度升高,细胞内ROS和LDH含量分别最高增加了33.36%,13.55%,污泥细胞氧化应激状态严重,导致细胞膜结构受损、细胞活性下降.Pearson相关性表明,理化参数与部分功能基因之间存在较强的相关性.1mg/L PP NPs胁迫下,好氧末端硝酸盐氮与功能基因的负相关性变为正相关性.1~100mg/L PP NPs胁迫下,出水氨氮与nxrA、nirK、norB基因间呈不同程度的正相关性.线性回归模型表明,amoA和nxrA是氨氧化和硝化的关键驱动因素,nirS是亚硝酸盐还原的关键驱动因素,nosZ和narG是反硝化的关键驱动因素.该研究从分子生物学角度揭示PP NPs对生物脱氮的影响及机制.
2024 Vol. 44 (10): 5461-5471 [摘要] ( 109 ) [HTML 1KB] [ PDF 1270KB] ( 766 )
5472 郑蕾, 吴浩鸣, 王雪, 程莉蓉, 谭秋阳, 邢钰梓, 田淇, 张耀鑫
铁-碳共基质环境对污水铁型反硝化效率和微生物群落的影响
构建共基质亚铁型反硝化系统,通过梯度实验探究共基质条件下低浓度有机碳(0,3,6,9,12mg/L)对不同Fe/N(2,3,4)条件下铁型反硝化的作用规律和机制,为提升铁型反硝化的效能提供理论参考.结果表明,本实验中有机碳源的最佳浓度为9mg/L.在Fe/N = 3和4时,脱氮效率相比未添加碳源时分别提升22.7%和9.1%,促进效果随着外加碳源浓度和Fe/N的升高而减弱.添加有机碳对微生物群落的多样性和均匀度影响较小,随着浓度的升高系统中的自养型细菌如Rhodanobacter和混合营养型细菌如Comamonas,Thauera在生态网络中的总节点度始终高于异养型反硝化菌.C/Fe = 0.140和0.187(即碳源浓度为6mg/L和9mg/L)时生态网络中协同和共生关系超过65%,碳源分别实现了单位浓度增益效果最高和反硝化效能最高,自养过程对系统反硝化的贡献度分别为39.2%和56.5%,均为主导地位.系统中主导NO3-,NO2-和NO还原的功能基因丰度的上升,也是提升铁型共基质反硝化系统脱氮效能的重要原因.
2024 Vol. 44 (10): 5472-5480 [摘要] ( 124 ) [HTML 1KB] [ PDF 1738KB] ( 514 )
5481 蒋宽胜, 汤皓婷, 隆静, 李明骏, 张良伟, 周含, 赵薇, 刘文如
蛋壳微载体对硝化颗粒污泥快速培养的影响
采用连续流气提内循环反应器,考察了投加蛋壳微载体对硝化颗粒污泥快速培养的影响特性.结果表明,投加0.5g/L蛋壳微载体(75μm)的反应器(R2)1个月内实现污泥颗粒化,比对照组(R1)提前1~2周,且R2所得颗粒污泥表现出更高的混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)(R1=1.7g/L、R2=2.2g/L)、紧密结合型胞外聚合物(TB-EPS)含量(R1=97.65mg/gVSS、R2=136.29mg/gVSS)及TB-PN/PS比值(R1=2.95、R2=4.73),以及更好的沉降性能(R1、R2的SVI3和SVI30分别为41.67,37.5mL/g,30.36,28.57mL/g).与R1相比,R2中颗粒污泥具有更高活性,比耗氧速率(SOUR)和比氨氧化速率(SAOR)分别为754mgO2/(gVSS·h)和90.74mg/(gVSS·h).高通量测序结果表明,投加蛋壳微载体的颗粒污泥中富集了更高丰度的硝化菌(Nitrosomonas)以及EPS产生菌(如Comamonadaceae__unclassified)等.
2024 Vol. 44 (10): 5481-5489 [摘要] ( 110 ) [HTML 1KB] [ PDF 1987KB] ( 504 )
5490 刘烨星, 于莉芳, 陈倩伊, 戴步峰, 曹皖, 彭党聪
曝气动力双侧横向内循环反应器数值模拟和脱氮机理
提出一种新型曝气动力双侧横向内循环 (ADTL) 反应器以免除常规生物脱氮工艺的内循环能耗,借助计算流体力学(CFD)优化ADTL反应器关键结构参数,如顶间隙高度/液位高度(Htc/Hl)、底间隙高度/液位高度(Hbc/Hl)及A/O比,并考察ADTL反应器处理模拟城市污水的脱氮性能、功能菌活性、酶活性以及微生物群落结构的影响规律.CFD数值模拟结果显示,当Htc/Hl、Hbc/Hl与A/O比分别为0.08、0.08及1:1时,ADTL反应器循环液速与液体流动均匀性较优.ADTL反应器运行结果表明,与常规内循环模式相比,ADTL运行模式TN去除率提高了 11.96%,亚硝酸盐氧化比活性/氨氧化比活性(SNUR/SAUR)由1.71降低至1.13,亚硝酸盐还原比活性/硝酸盐还原比活性(NIRR/NARR)由0.39增加至0.66,酶活性比值变化同活性比值变化趋势一致;同时Illumina MiSeq测序结果表明,ADTL阶段中具有亚硝酸盐还原功能的Levilinea (21.58%)、Melioribacter (4.54%)和Burkholderia (1.71%)菌属丰度显著增加,而具有硝酸盐还原功能的Azospira (0%)、Denitratisoma (1.49%)、Dechloromonas (0.84%)丰度则相对较低.因此,ADTL反应器可以在免除内循环能耗的前提下,有效避免“亚硝酸盐循环”,节约硝化过程中的曝气能耗和反硝化过程中的碳源需求,为城市污水处理厂提质增效提供技术支持.
2024 Vol. 44 (10): 5490-5498 [摘要] ( 106 ) [HTML 1KB] [ PDF 2602KB] ( 676 )
5499 周雅琪, 陈钱砚语, 张杰, 司友斌
铁矿物协同Shewanella oneidensis MR-1介导的钒(V (Ⅴ))还原及其作用机制
矿物协同微生物可以将高毒性的V(Ⅴ)还原为毒性及流动性较低的V(IV),从而达到治理钒污染的目的.以希瓦氏菌Shewanella oneidensis MR-1为试验菌株,采用黄铁矿、菱铁矿、马基诺矿3种铁矿物作为受试矿物,考察铁矿物协同微生物对V(Ⅴ)的还原特性,探讨影响V(Ⅴ)还原的因素,并研究马基诺矿协同S. oneidensis MR-1还原V(Ⅴ)对胞内酶活性、胞外聚合物(EPS)及电子传递的影响,解析铁矿物协同微生物介导的V(Ⅴ)还原机制.结果表明,3种铁矿物均能促进S. oneidensis MR-1对V(Ⅴ)的还原,其中马基诺矿的效果最佳,V(Ⅴ)还原率由对照组的80.84%提高到95.54%.马基诺矿协同S. oneidensis MR-1还原V(Ⅴ)的还原率与初始V(Ⅴ)浓度及pH值成反比,与矿物添加量及接菌量成正比.添加马基诺矿后,胞内的硝酸盐还原酶(NAR)、亚硝酸盐还原酶(NIR)、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)及ATP水平均有不同程度的提高,EPS中蛋白质、多糖和核酸的含量增加,电子传递能力增强,从而促进V(Ⅴ)生物还原.扫描电镜-能量散射X射线谱(SEM-EDS)和X射线光电子能谱(XPS)显示,马基诺矿促进S. oneidensis MR-1将V(Ⅴ)还原为不溶性V(IV),形成沉淀聚集在菌体周围.
2024 Vol. 44 (10): 5499-5512 [摘要] ( 101 ) [HTML 1KB] [ PDF 2714KB] ( 748 )
5513 冯凡, 郭波, 曹群, 金史怡, 王瑞麟, 陈彩玉
CNT负载纳米铁阴极电芬顿降解左氧氟沙星
利用浓硫酸对碳纳米管(CNT) 进行改性,并以改性CNT(MCNT)上负载铁(MCNT-Fe)作为阴极,构建非均相电芬顿体系,用于去除左氧氟沙星(LFV)的研究.阴极材料的SEM、XPS、XRD和FTIR的表征结果显示:负载铁以纳米Fe2O3形式存在,大多数粒子(>80%)大小在8nm以内; MCNT表面存在多种含氧基团.阴极材料的循环伏安曲线(CV)和阻抗分析(EIS)表明:与CNT和MCNT比较,MCNT-Fe阴极的氧还原活性更大,电子传递能力更强.因而MCNT-Fe阴极的电芬顿法有更高的LFV去除效率.该电芬顿法在优化条件下,pH值3~9,反应240min时LFV去除率可达92.7%~95.7%;线态氧(1O2)起主要作用 (贡献率达64.6%).此外,MCNT-Fe阴极在多次重复使用中性质稳定,经6次循环使用后的LFV去除率仍可达到89.3%.拓宽的pH值适用范围、稳定的阴极表现以及良好的LFV去除效果非常利于MCNT-Fe阴极的电芬顿法的实际应用,本文提出的1O2可能的形成机制为该法的应用提供了理论依据.
2024 Vol. 44 (10): 5513-5521 [摘要] ( 116 ) [HTML 1KB] [ PDF 1853KB] ( 854 )
5522 卢颖, 姚滨斌, 杨培增, 季跃飞, 陈静, 陆隽鹤
NO2-对高铁酸盐降解水中4-氯-3,5-二甲基苯酚的影响
探讨NO2-对高铁酸盐(Fe(VI))降解4-氯-3,5-二甲基苯酚(PCMX)的动力学、产物和毒性的影响.结果表明,在pH7~9范围内,Fe(VI)能有效降解水中的PCMX,在[Fe(VI)]:[PCMX]=10:1的条件下,PCMX在5min内的降解率可达100%.0.1~10mg/L的腐殖酸(HA)明显促进了PCMX的降解;而NO2-的引入则显著抑制了反应过程,并导致多种硝基副产物的生成.淬灭实验结果表明,高价铁是反应过程中的主要反应物种.毒性预测显示,生成的硝基副产物和偶联产物具有持久性和生物毒性,如OP-6和OP-7的半衰期超过180d,生物富集因子大于5000,慢性毒性值小于1mg/L,可能带来一定的环境风险.
2024 Vol. 44 (10): 5522-5529 [摘要] ( 148 ) [HTML 1KB] [ PDF 894KB] ( 625 )
5530 苏双友, 张玉玲, 胡莉莉, 靳文章, 王淑勤
氨基三亚甲基膦酸的电化学高级氧化降解
为探索电化学高级氧化法对ATMP的降解效能,利用板框式电化学高级氧化装置,考察了溶液流速、温度、pH值、电流密度及Na2SO4浓度等关键参数对ATMP降解效果的影响;利用电子顺磁共振测试、自由基猝灭实验和ATMP降解动力学探讨了ATMP的降解机制.结果表明,溶液流速为 450mL/min,温度为30℃,pH值为9,电流密度为300A/m2,电解质Na2SO4浓度为0.10mol/L时, ATMP的降解率最高,80min内可达99.7%,电化学高级氧化技术(EAOPs)能够有效降解ATMP;操作条件中电流密度、溶液流速和温度均影响ATMP降解率,但温度改变需要的能耗较高,而溶液流速对降解率影响较小,仅电流密度改变具有能耗小且对ATMP降解率影响显著的优点,因此本体系适合以电流密度作为反应的核心控制参数;研究采用的EAOPs体系产生的×OH(羟基自由基)和SO4-×(硫酸根自由基)均参与降解ATMP,反应速率常数分别为k•OH,ATMP=(7.50±0.05)×108L/(mol·s)和kSO4-•,ATMPP=(5.63±1.20)×107L/(mol·s),×OH在降解ATMP的过程中起主要作用.
2024 Vol. 44 (10): 5530-5538 [摘要] ( 94 ) [HTML 1KB] [ PDF 1077KB] ( 783 )
5539 舒小华, 覃紫其, 聂昌达, 周进文, 张腾飞, 张倩
表面次生氧化矿物对FeS2降解抗生素的影响及作用机制
以广泛应用于畜牧业的大环内酯类抗生素泰乐菌素(TYL)为研究对象,探究了不同氧化腐蚀程度的黄铁矿对TYL的光降解性能和作用机制.结果表明,氧化后的黄铁矿能够显著提高其对TYL的光降解效率.具体来说,氧化后的黄铁矿样品表面粗糙度增加,比表面积扩大,增加了表面反应活性位点,从而提高了其对TYL的吸附能力.此外,氧化增强了黄铁矿表面的电子传递过程,加快了·OH产生速率,进而提高了对TYL的光降解效率.同时,黄铁矿(FeS2)与表面新生成的Fe2O3组成了异质结,有效抑制了材料内部光生电子与空穴的复合,从而进一步提高了光降解性能.
2024 Vol. 44 (10): 5539-5546 [摘要] ( 108 ) [HTML 1KB] [ PDF 1469KB] ( 628 )
5547 欧杰丽, 刘义青, 唐钰琦, 付永胜
羟胺强化Cu (II)活化过氧乙酸降解有机染料
采用盐酸羟胺(HA)强化Cu(II)活化过氧乙酸(PAA)降解亚甲基蓝(MB),考察了溶液初始pH值、反应物投加量及水环境中常见阴离子、天然有机物对HA/Cu(II)/PAA体系去除MB效果的影响;通过鉴别体系中的主要活性物质,探究PAA在HA/Cu(II)/PAA体系中的活化机理.结果表明:pH值为7.0条件下,当Cu(II)和PAA投加量均为200μmol/L时,向Cu(II)/PAA体系中加入400μmol/L的HA,经过30min的反应,MB的去除率可由14.7%增加到74.1%,降解速率由0.0047min-1提高至0.2271min-1;HA的引入推动了Cu(II)向Cu(I)的转化,促进了PAA的催化分解,导致体系中生成更多的活性物种.基于自由基淬灭实验结果,羟基自由基(HO•)主导了MB的氧化降解.溶液pH值对MB降解影响较大,中性和弱碱性环境更有利于HA/Cu(II)/PAA体系对MB的降解.共存Cl-和HCO3-会抑制MB降解,而天然有机质对MB降解起一定促进作用.
2024 Vol. 44 (10): 5547-5555 [摘要] ( 109 ) [HTML 1KB] [ PDF 1161KB] ( 682 )
5556 邢玉鲁, 薛怡然, 陈柠, 史焕鑫, 徐浩, 高博, 张留科, 马丙瑞, 赵宝秀, 李金成
尿素改性Bi2MoO6摩擦催化氧化降解罗丹明B
通过水热法制备了尿素改性Bi2MoO6 (Urea-Bi2MoO6)催化剂,借助SEM,XRD,XPS,BET等技术表征了其微观结构.经过尿素改性的Bi2MoO6结晶度提高,具有优异的摩擦催化性能.在转速为700r/min,RhB浓度为5mg/L,催化剂投加量为1g/L, 35mm PTFE磁子的条件下,反应300min, RhB的降解率达99.02%. Urea-Bi2MoO6摩擦催化氧化降解RhB符合一级反应动力学方程. Urea-Bi2MoO6循环利用5次以后, RhB降解率仍在91.6%以上.EPR证实Urea-Bi2MoO6摩擦催化过程中产生了h+·,O2-和·OH自由基,自由基猝灭实验证实h+是导致RhB降解的主要物质, Urea-Bi2MoO6受到摩擦刺激,产生电子(e-)-空穴 (h+)对. h+与游离的OH-反应生成·OH, e-与水中的O2生成·O2-,三者协同降解RhB.
2024 Vol. 44 (10): 5556-5565 [摘要] ( 109 ) [HTML 1KB] [ PDF 2246KB] ( 677 )
5566 王阳阳, 杨嘉伟, 孙磊, 王嘉宁, 叶静怡, 包家华, 杨柳
Ag/AgCl/ZnO/ATP光催化降解水体中吡虫啉
利用水热法和沉淀-光还原法成功制备具有高效光催化活性的Ag/AgCl/ZnO/ATP异质结复合光催化剂,探究其对水体中吡虫啉(IMI)的光降解性能及机理.结果表明:在可见光照射下,Ag/AgCl/ZnO/ATP光催化剂表现出优异光催化性能,30min内可以完全去除IMI.降解过程符合准一级动力学模型,其反应速率常数是AgCl的7.2倍;在pH 5~11范围内对IMI具有优异的光降解效果;水体中SO42-和NO3-对光催化剂降解IMI均有一定促进作用;经过5次循环重复使用后仍能保持高效的光催化性能和稳定性;结合表征和实验验证可知,AgCl/ZnO异质结的构成,有效地抑制了电子-空穴对的复合,使得IMI在活性物质(h+、×O2 -、×OH)作用下发生硝基去除、脱氯以及吡啶和咪唑的开环,最终实现对IMI的高效降解.
2024 Vol. 44 (10): 5566-5575 [摘要] ( 91 ) [HTML 1KB] [ PDF 1546KB] ( 613 )
5576 曾煜源, 陈铃心, 杨志敏, 刘淑坡, 周真明, 邹景, 李飞
过渡金属辅酶催化降解全氟己磺酸的仿生体系优化
优化了过渡金属辅酶仿生降解体系以实现直链(L-PFHxS)和支链全氟己磺酸(Br-PFHxS)的仿生降解和脱氟.结果表明,维生素B12(VB12)可同时仿生催化降解L-PFHxS和Br-PFHxS,辅助因子430(F430)仅可仿生降解Br-PFHxS,且降解效能远低于VB12,而羟高铁血红素无法仿生降解PFHxS.VB12和F430仿生降解PFHxS过程可采用指数衰减模型进行拟合,表明投加的PFHxS可分为两类,即可降解部分和不可降解部分.VB12轴向配体可影响其仿生催化降解PFHxS效能,其中腺苷钴胺仿生催化PFHxS脱氟的效能最高.nZn0最适宜作为仿生降解体系的电子供体,在60℃和pH = 9.0的条件下PFHxS去除率和脱氟率分别高达57.1%±2.9%和8.19%±0.65%,且可降解PFHxS去除速率系数高达1.01d-1.
2024 Vol. 44 (10): 5576-5583 [摘要] ( 84 ) [HTML 1KB] [ PDF 734KB] ( 610 )
5584 高敬毅, 崔佳丽, 杨栋
生物炭/Ca/La-LDH对水中磷酸盐的高选择性吸附机制
采用简单共沉淀法制得椰壳生物炭/Ca/La层状双金属氢氧化物(Ca/La-LDH)复合新型吸附剂(CLYK).通过SEM-EDS、BET、XRD、FTIR和XPS等对材料进行表征,研究了金属负载量、吸附剂投加量、初始pH值、共存离子及有机物对吸附磷酸盐的影响,以及吸附动力学、等温线、热力学和位点能量分布的特征.结果表明:CLYK对磷酸盐有良好的吸附性能,在金属负载量为70%,投加量为1g/L,pH值为5时,最大吸附容量为214.742mg/g.CLYK的pH值适用范围广,在3~10时具有较大的吸附容量,共存离子及有机物存在下表现出对磷酸盐的高选择性吸附,吸附解吸循环试验证明了CLYK具有较好的可重复利用性.CLYK吸附磷酸盐过程符合Freundlich和准二级动力学模型,主要为多层化学吸附,热力学分析结果表明吸附为自发吸热反应.吸附机制包括化学沉淀、通过配体交换形成内球络合和静电吸引.
2024 Vol. 44 (10): 5584-5595 [摘要] ( 112 ) [HTML 1KB] [ PDF 1991KB] ( 931 )
5596 庄严, 黄赳, 朱晓芳, 李鹏
铁碳纤维纳米二氧化铈复合材料吸附As的性能与机理
采用铁掺杂微纳米纤维为基底,复合纳米二氧化铈制备了铁碳微纳米纤维@CeO2材料复合材料,使用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)表征其微观形貌、物相组成,并对其废水中As的吸附性能与机理进行了研究.结果表明,铁的掺杂提高微纳米纤维的机械强度,并促进二氧化铈的分散负载.纳米CeO2可均匀负载于微米铁碳纤维表面,形成二氧化铈高效裸露的连续界面,二氧化铈颗粒尺寸在6~9nm.在pH值为3~10的条件下,经过2h的吸附反应,初始浓度2mg/L的As,处理后浓度均在50μg/L以下,去除效率达98%以上.磷酸根共存会影响复合材料对As的吸附;多金属共存时,铁碳微纳米纤维@CeO2材料对As表现出显著的吸附选择性.材料对As的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,表明吸附过程以单分子层的化学吸附为主,饱和吸附容量49.02mg/g.以0.1mol/L的NaOH作为解吸液,经5次吸附-解吸循环后,废水中As的吸附效率仍在95%以上,表明该复合材料具有显著的循环稳定性.吸附机理研究表明,吸附主要通过材料表面形成的羟基基团与砷酸盐之间的配体交换.
2024 Vol. 44 (10): 5596-5606 [摘要] ( 105 ) [HTML 1KB] [ PDF 3505KB] ( 717 )
5607 李子邦, 张亮, 刘豪, 龚星
竹炭-沸石混合料可渗透反应墙修复镉污染地下水的试验
本文结合物理力学测试、静态批和动态柱试验、微观表征分析、地下水数值模拟等手段分析了竹炭-沸石混合料填充可渗透性反应墙(PRB)对镉的吸附机理和时效性.竹炭(粒径大于0.18mm)和沸石(粒径大于0.5mm)按照质量分数1:10~3:10混合时,不仅能有效去除地下水中镉,而且具备良好的渗透性和抗剪强度.竹炭-沸石混合料对镉的吸附能力随竹炭配比增加而增大,随粒径减小而增加;PRB柱穿透和耗竭时间随地下水流量和镉浓度增加而缩短.竹炭-沸石混合料去除镉的过程主要是发生络合反应、螯合作用、离子交换反应.地下水镉污染场地的PRB墙体厚度越大,地下水流速越慢,PRB的有效运行时间越长.
2024 Vol. 44 (10): 5607-5619 [摘要] ( 103 ) [HTML 1KB] [ PDF 4258KB] ( 651 )
5620 游雨晴, 郝娜, 詹良通, 宋学
高级氧化-PRB修复填埋场复合污染地下水的可行性
以杭州市某生活垃圾填埋场一期地下水中复合污染的COD, NH4+, Mn2+为对象,联用了非均相Fenton氧化和渗透性反应墙(PRB),设计了活性炭(AC),生物炭(BC), BC+Fe3O4 3种不同的氧化反应催化剂组合并将其兼做PRB氧化层活性填料,下游串联沸石吸附层.批试验和柱试验结果显示, H2O2可直接预氧化47%的COD.氧化层中COD在催化氧化和吸附共同作用下被削减; Mn2+受多孔碳材料灰分释放影响先沉淀后溶解,然后被吸附; AC和BC表面的官能团-OH和-COOH参与了反应.吸附层中NH4+和Mn2+与沸石离子交换引起了沸石骨架结构变化,且沸石表面的官能团-NH和-OH也参与了兜底吸附.BC+Fe3O4氧化层与沸石吸附层长度比为1:3的串联组合对三种污染物的去除率均较高,且PRB失效时间(即污染物出流浓度达到入流的10%且超过限值的时间)最迟,填料失效时的有效利用率最高,是最优工艺.
2024 Vol. 44 (10): 5620-5629 [摘要] ( 126 ) [HTML 1KB] [ PDF 3047KB] ( 760 )
5630 辛思怡, 张成武, 王瑛琪, 王德玉, 赵薇, 秦传玉, 任黎明
氨基羧酸类配体强化Fe2+活化分子氧降解对硝基酚
本研究构建了Fe2+/O2/乙二胺四乙酸钠(EDTA)、Fe2+/O2/次氮基三乙酸钠(NTA)、Fe2+/O2/乙二胺二琥珀酸(EDDS)高级氧化体系,选取对硝基酚(PNP)为目标污染物,探究3种体系降解PNP的性能,着重分析Fe2+/O2/EDTA、Fe2+/O2/NTA体系的ROS产生过程及对污染物的降解贡献,阐明氨基羧酸类配体的强化效果及机制.结果表明,Fe2+/O2/EDTA、Fe2+/O2/NTA体系的最佳降解条件均为pH=3、Fe2+与配体物质的量比为1:1,PNP降解率分别为50.8%、81.2%.Fe2+/O2/EDTA体系生成的ROS为HO•与O2•-,ROS产生途径存在单电子转移(O2→O2•-→H2O2→HO•)、双电子转移(O2→H2O2→HO•)途径,部分PNP被O2•-还原为对氨基酚,大多数PNP及其还原产物被HO•氧化生成对苯二酚和对苯醌,之后氧化开环;Fe2+/O2/NTA体系生成的ROS主要是HO•,体系ROS产生途径主要为双电子转移途径,PNP被HO•直接氧化,生成对苯二酚和对苯醌,之后氧化开环.此外探究了两种配体活化能力的差异及机制.
2024 Vol. 44 (10): 5630-5638 [摘要] ( 96 ) [HTML 1KB] [ PDF 1649KB] ( 645 )
5639 王宇萌, 陈虹, 洪宛婷, 徐雪梅
船舶污水及压载水中PFASs及其新型替代品的含量及赋存特征
为了解船舶压载水以及生活污水中的全氟/多氟化合物(PFASs)及其新型替代品对海洋环境中PFASs污染的影响,针对16个港口,46艘船舶的黑水、灰水、黑灰混合水和压载水系统采集了56个样品,并对其中17种传统PFASs及2种新型替代品进行了分析.结果表明,船舶压载水中ΣPFASs浓度范围为45.6~97.4ng/L;船舶生活污水中ΣPFASs浓度范围为24~14681ng/L,ΣPFASs浓度最高值出现在灰水样品中.不同类型船舶之间PFASs含量及赋存情况没有明显差异.传统PFASs中,全氟辛酸(PFOA)和全氟丁烷磺酸(PFBS)是大部分样品中占比较高的化合物;新型替代品中,全氟壬烯氧基苯磺酸钠(OBS)浓度相对较高,6:2 氯代多氟醚磺酸(6:2Cl-PFESA)检出频率较低.经过处理的船舶生活污水ΣPFASs浓度高于未处理的,归因于船舶生活污水的处理过程中有前体物质发生了向PFASs的转化.
2024 Vol. 44 (10): 5639-5648 [摘要] ( 113 ) [HTML 1KB] [ PDF 2039KB] ( 749 )
5649 张志强, 刘雨欣, 孙逸帆, 赵磊, 任晓卫, 杨静, 宋姗姗, 任亚婷, 卢金锁
CaO2/Fe2+协同控制污水管道硫化物的效能
针对污水管道硫化物的生成和积累导致管道腐蚀、臭味逸散问题,提出CaO2/Fe2+协同控制方法.研究了不同CaO2和Fe2+投加量条件下硫化物氧化动力学和作用机制,分析了pH值、温度、无机离子对硫化物氧化去除效能的影响,通过连续流反应评估了CaO2/Fe2+协同控制方法对污水管道硫化物控制效能.结果表明CaO2/Fe2+协同氧化去除硫化物符合伪一级反应动力学,反应过程中生成的HO·是氧化硫化物的主要活性物种,当CaO2和Fe2+物质的量比为4:1时,氧化速率最优;硫化物氧化速率与pH值呈现负相关,与温度呈现正相关,水中常见阴离子和铵离子对氧化速率无显著影响;CaO2/Fe2+协同投加可有效控制硫化物生成,当药剂投加量与污水比例(W/V)为0.30 %时,硫化物50%生成率恢复周期达8.34d.
2024 Vol. 44 (10): 5649-5657 [摘要] ( 118 ) [HTML 1KB] [ PDF 3050KB] ( 688 )
固体废物
5658 李志坚, 李宁, 陈磊, 朱兵
市政污泥生物干化系统酶强化影响
通过复合酶(蛋白酶和淀粉酶)的添加,探究酶强化对市政污泥生物干化系统有机质降解和高温持续时间的影响机制.研究结果表明,复合酶的添加提高了腐殖质前体及醌基官能团的含量,增强系统的电子转移能力,最终促进了堆体中蛋白质和总糖的高效降解.生物干化系统达到高温期的速率提升3.75倍,最高温由59.2℃提升至72.8℃,高温持续时间(>50℃)提升5.56倍.微生物分析结果发现酶的添加使得厚壁菌门(地芽孢杆菌、脲芽孢杆菌、芽孢杆菌)、Caldibacillus(热杆菌属)等好氧嗜热微生物的丰度增加.结合代谢途径分析结果,复合酶的添加提升了生物干化系统高温期革兰氏阳性菌的丰度,强化了三磷酸腺苷结合盒(ATP-binding cassette)转运蛋白途径,加快了小分子有机质(氨基酸、多肽、碳水化合物等)的膜转运过程和微生物可代谢物质的供给,为市政污泥生物干化系统微生物效率提升提供了更为充分的基质保障.
2024 Vol. 44 (10): 5658-5669 [摘要] ( 105 ) [HTML 1KB] [ PDF 3183KB] ( 722 )
5670 胡寒, 张清, 谢迩嫚, 张鑫广, 宋浩然, 田森林, 胡学伟
热驱动煤矸石碳氧化过程及产物土壤性能研究
针对煤矸石本身所含的碳基矿物,本研究对煤矸石进行中低温微氧化,研究温度、时间对碳基矿物转化效率的影响,阐明煤矸石所含碳基组分向腐殖质转化的过程机理.研究表明,中低温(150~180℃)氧化1~3h后,煤矸石热氧化产物中溶解性有机碳含量提升20倍以上,由8.76mg/L提升至176.72mg/L,有机碳比例可提升5倍,由1.2%提升至6%以上,有机质养分水平类似土壤普查养分分级中的1级土.有机碳提升的原因是热氧化过程使碳基矿物的C-C、C=C键向C=O键转变形成羧基、羟基等官能团,碳基矿物发生氧解向富里酸等腐殖类物质转化.腐殖酸含量的提升可有效改良煤矸石风化产物的保墒及团聚性能,使产物持水率超过砂质土壤标准,从而显著提升冬牧70的生物量.
2024 Vol. 44 (10): 5670-5677 [摘要] ( 109 ) [HTML 1KB] [ PDF 2246KB] ( 596 )
5678 刘亮, 曾宏亮, 卿梦霞, 贺梓航, 吴佳俊, 康向京, 向军, 刘一帆
脱碱赤泥对餐厨垃圾催化热解产物分布的影响
本文采用固定床反应器、气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)、荧光分光光度计(UV-F)和原位红外(In-situ DRIFTS)等方法探究了不同热解温度下脱碱赤泥对餐厨垃圾热解产物分布的影响.结果表明,相同热解温度下,脱碱赤泥能够抑制热解气的生成,促进热解油的生成且在450℃时产率最高为39.46%.热解油主要以脂肪酸、N化合物和酯类为主.由于脱碱赤泥不仅能促进甘油三酯的分解产生长链羧酸,还能促进了蛋白质裂解产生芳香蛋白类物质,使得热解油中的酸类含量增加和芳构化程度加深.同时热解焦中的羧酸官能团和C≡N吸收峰显著升高进一步验证了脱碱赤泥能够促进热解油中酸类和N化合物的生成.
2024 Vol. 44 (10): 5678-5686 [摘要] ( 131 ) [HTML 1KB] [ PDF 1435KB] ( 788 )
5687 倪仁杰, 洪文清, 郑子豪, 孙安逸, 宋立岩
微塑料对城市生活垃圾有机组分降解产甲烷的影响
通过实验室反应器模拟实验分析了不同化学组分(聚乙烯和聚丙烯)和浓度(20,40,80个/g聚乙烯)的微塑料暴露水平对填埋场生活垃圾有机组分降解产甲烷(CH4)的影响.结果表明:微塑料暴露会显著(P<0.01)影响降解过程中总有机碳含量,其变化范围为-18.03%~22.65%;微塑料暴露会显著(P<0.01)促进降解过程水解酸化阶段乙酸的积累,平均增加了19.09%;微塑料暴露显著(P<0.01)抑制CH4的产生和积累,累积产量减少21.38%~46.56%;不同化学组分的微塑料暴露均显著(P<0.01)影响CH4的产量,聚乙烯微塑料浓度对CH4的产量无显著影响.
2024 Vol. 44 (10): 5687-5695 [摘要] ( 125 ) [HTML 1KB] [ PDF 845KB] ( 575 )
5696 刘骏逸, 仝杉, 李育超, 李静静, 董浩然
聚合物改性钙基膨润土制备工艺对水力性能的影响
以钙基膨润土为原土,聚丙烯酸钠为聚合物添加剂,采用干混、湿混、物理捏合和原位聚合法制备改性膨润土.通过自由膨胀和改进滤失试验,评估了酸性矿山废水作用下制备工艺对改性膨润土水力性能的影响.结果表明,在酸性矿山废水作用下,干混、湿混和物理捏合法制备的改性膨润土膨胀指数较原土增大1.1~4倍,滤失量、渗透系数增大2.7~5.3倍和1.4~2.4倍,原位聚合法制备的改性膨润土膨胀指数较原土增大4倍,滤失量、渗透系数下降30%和97%.改性膨润土在酸性矿山废水中的水力性能如下:原位聚合>物理捏合>湿混>干混.场地污染较轻、材料应用成本有限时,可采用干混制备工艺;场地污染严重、污染物管控严格时,可采用原位聚合制备工艺.
2024 Vol. 44 (10): 5696-5704 [摘要] ( 136 ) [HTML 1KB] [ PDF 912KB] ( 758 )
土壤污染与控制
5705 胡莺, 孙姣霞, 秦燕
双酚A在消落带土壤中的吸附/解吸及降解行为
为探究双酚A (BPA)在消落带的环境行为,于涪陵清溪消落带采集不同高程土壤样品(SL:155m,SM:160m,SH:165m),开展批量吸附/解吸和模拟降解实验,研究了BPA在消落带土壤中的吸附、解吸及降解行为.15℃、25℃、35℃条件下,各高程土壤对BPA的吸附等温线符合Freundlich模型,吸附能力均随温度升高而降低,并表现出一定吸附非线性.各实验温度下,消落带土壤对BPA的吸附能力均与土壤有机质含量趋势一致,随采样高程降低而增加(SL>SM>SH).吸附热力学参数ΔG、ΔH和ΔS均小于0, BPA在消落带土壤中的吸附为自发、放热的熵减过程,受物理吸附主导.解吸迟滞系数HI(0.853-0.981)接近1,BPA在消落带土壤中的解吸迟滞性不明显,易于解吸释放.25℃实验条件下,BPA在消落带土壤中的降解半衰期为SL(4.88d)<SM(6.68d)<SH(10.07d),落干期较长区域的土壤中BPA降解速率更低.10℃条件下,BPA在土壤SH中的降解半衰期延长至12.01d,分别为25℃的1.19倍和35℃的1.20倍,低温条件抑制BPA的降解.
2024 Vol. 44 (10): 5705-5713 [摘要] ( 140 ) [HTML 1KB] [ PDF 773KB] ( 778 )
5714 咸瑛卓, 沙福建, 钱玉龙, 李小彩, 李荣强, 孙英杰, 张大磊, 赵建伟
间歇搅拌对沼渣协同硫酸亚铁修复含铬土壤的影响
采用间歇搅拌强化沼渣协同硫酸亚铁修复法,首先对间歇搅拌与静置堆放处理下沼渣协同硫酸亚铁修复含铬土壤的效果进行了对比分析,随后采用XPS对过程中Cr、S、Fe、的形态进行分析,最后结合微生物群落测试,综合对相关机制进行阐述.结果表明,相比较静置堆放,间歇搅拌可大大加快反应速率,最快可在2d内将含铬土壤Cr(VI)浓度从3000mg/kg降低至未检出.间歇搅拌体系内SO42-还原速率显著高于静置堆放体系,且体系内S2-比例上升.微生物群落分析表明,间歇搅拌提高了土壤样品内具有Cr(VI)耐受性的菌种的活性,间歇搅拌土壤内铬还原菌、硫酸盐还原菌的相对丰度较高.本研究证明了间歇搅拌作用强化了Cr(VI)还原效率、促进了硫酸盐还原、改善了微生物群落结构.
2024 Vol. 44 (10): 5714-5722 [摘要] ( 113 ) [HTML 1KB] [ PDF 1881KB] ( 734 )
5723 陈红初, 张婷娣, 付玉丰, 茹金涛, 秦传玉
高效柴油降解菌的筛选及其对烷烃组分的降解
从东北某油田开采区油污土壤中分离筛选出一株柴油降解菌13-3,经形态观察、16S rRNA鉴定其属于不动杆菌属(Acinetobactersp.).该菌株在20℃、180r/min的条件下培养7d,可将1g/L的柴油降解88.50%,与其他菌株相比,表现出优秀的柴油降解能力;接种至10g/kg柴油污染土壤中,在20℃、土壤含水量为30%的条件下修复21d,柴油降解率可达71.7%,在柴油污染土壤修复应用中具有较大潜力.根据烷烃底物降解实验,菌株13-3的烷烃利用谱较广,对C14~C22的中长链烷烃均有降解,C17~C20的降解率可达90%以上.环境因素影响实验表明,菌株13-3可在pH值6~9、温度10~30℃、盐度(NaCl)0.5%~3%的范围内生长,在10g/L柴油浓度下仍可获得较好生长,具有良好的环境适应性,有望在复杂的环境条件下发挥其降解性能.通过全基因组测序分析,在菌株13-3的基因组中找到3个烷烃降解关键基因(alkB、almA、ladA),推测其降解烷烃途径为末端氧化.
2024 Vol. 44 (10): 5723-5732 [摘要] ( 101 ) [HTML 1KB] [ PDF 1160KB] ( 620 )
5733 曹文超, 王娅静, 李艳青, 潘好芹, 赵飞, 肖万里, 王翠翠, 王敬国, 宋贺
乙炔抑制法对农田土壤反硝化潜势不确定性的量化
通过利用Robot培养系统进行厌氧泥浆培养试验,旨在明确乙炔抑制法在定量设施菜田与粮田土壤实际的反硝化潜势时是否均存在低估现象.以寿光地区设施菜田土壤与相邻粮田土壤为研究对象,分别设置了添加10%乙炔和未添加10%乙炔处理.结果表明,厌氧泥浆培养3h后,设施菜田与粮田土壤在10%乙炔处理中的N2O累积浓度均显著高于未添加乙炔处理,而N2累积浓度呈现相反趋势;在10%乙炔下,设施菜田和粮田土壤在厌氧培养63h内分别有7.92%和34.2%的N2O被还原为N2;添加10%乙炔设施菜田与粮田土壤实际的反硝化潜势均显著增加,但并未显著影响土壤的呼吸作用;由乙炔抑制法对土壤实际的反硝化潜势计算的偏差(AIT-bias)来看,乙炔抑制法高估设施菜田土壤实际的反硝化潜势比例为22.0%,而对粮田土壤低估了11.4%.综合来看,在设施菜田与粮田土壤中,乙炔抑制法均未完全抑制N2O还原为N2;乙炔抑制法对土壤实际反硝化潜势的不确定性受种植系统的深刻影响,这可能与不同种植系统下土壤养分、土壤类型等因素存在差异有关,需要进一步评估该方法在不同土壤条件下的准确性.
2024 Vol. 44 (10): 5733-5742 [摘要] ( 116 ) [HTML 1KB] [ PDF 874KB] ( 594 )
5743 邢志林, 李良杰, 王永琼, 陈尚洁
垃圾填埋场覆盖层氯代烷烃吸附/降解与土壤微生态及代谢特性
连续3a全面调研了重庆某填埋场自然生长植被群落组成,结果表明,不同植被根际土壤对氯代烷烃的吸附量差异显著,二氯甲烷(DCM),三氯甲烷(CF)和四氯甲烷(CT)在根际土壤中的吸附量分别为1.0~5.14mg/gsoil,0.7~3.1mg/gsoil和0.32~3.3mg/gsoil,最大吸附量是裸土的3倍以上;其中酸模、狗牙草等植被对DCM吸附最多,而补血草、五节芒等则对CF吸附最强;大多数植被根际土壤对氯代烷烃吸附符合Freundlich模型.生物降解实验结果表明,植被根际能显著强化覆盖土微生物对CH4、DCE和CF的生物转化,与裸土相比,强化倍数最高达20、6和7倍,所有植被根际土壤的氧化速率与裸土相比均存在显著性差异,酸模、艾草和锦绣苋等强化降解效果最好.多样性分析发现,大多数植被根际土壤微生物丰富度显著高于裸土,不同植被根际土壤微生物群落结构具有显著差异,根际作用可诱导优势甲烷氧化菌由Methylophilaceae向Methylocicrobium、Methylomonadaceaehe、Methylobacter、Methylobacillus、Methylocystis和Methylococcus转变;代谢组分析发现Neopetasitenine可能在强化微生物活性中起重要作用.通过机制分析表明强化氯代烷烃的生物转化能力仍是其削减的关键.
2024 Vol. 44 (10): 5743-5756 [摘要] ( 133 ) [HTML 1KB] [ PDF 3078KB] ( 739 )
5757 赵宇, 叶贺, 武振丹, 岳梅, 黄利东, 图纳热, 尚星玲, 李硕, 黄开春, 红梅
氮沉降和降水变化对荒漠草原土壤氨氧化细菌群落的影响
为研究氮沉降和降水变化对土壤氨氧化细菌(AOB)群落的影响.以短花针茅荒漠草原为研究对象,采用裂区设计,主区为自然降雨(CK)、增雨30%(W)和减雨30%(R)3个水分梯度,副区为0(N0/CK), 30(N30), 50(N50)和100(N100) kg/(hm2∙a)4个氮素梯度共12个处理,通过高通量测序分析土壤氨氧化细菌群落的多样性和组成.结果表明:荒漠草原土壤AOB主要来源于norank_d__Bacteria、unclassified_k__norank_d__Bacteria及亚硝基螺旋菌属.自然降雨下,随施氮量增加,土壤AOB-氨单加氧酶(amoA)基因拷贝数升高,减雨处理下AOB-amoA基因拷贝数在N50处理显著增高,而AOB-amoA基因拷贝数在N100处理显著下降,表明在短花针茅荒漠草原地区N50处理为土壤AOB数量的阈值.增雨促进了Alpha多样性增加,并且通过主坐标分析表明氮素添加后,土壤AOB群落结构在不同处理之间存在显著差异.RDA分析表明土壤含水量、硝态氮、铵态氮及全氮是驱动土壤AOB群落变化的主要环境因子.
2024 Vol. 44 (10): 5757-5765 [摘要] ( 105 ) [HTML 1KB] [ PDF 1385KB] ( 697 )
环境生态
5766 田小青, 张虎才, 孙惠玲
抚仙湖水柱支链四醚膜脂化合物的分布特征及影响因素
本文以我国西南地区的寡营养深水湖泊抚仙湖为研究对象,采集研究区流域表土、湖泊表层沉积物以及水柱悬浮颗粒物(SPM)样品,分析所有样品一年周期内不同深度支链甘油二烷基甘油四醚化合物(brGDGTs)的组成与时空分布,同时分析环境因子如何影响brGDGTs的时空分布,如水温(WT),溶解氧(DO)和pH值.旨在从实时观测的视角来探寻湖泊中brGDGTs的分布对环境因子动态变化的响应,从而为利用brGDGTs指标进行古温度定量重建过程中的可靠性判别提供依据.研究结果表明,brGDGTs主要为抚仙湖内源产生,土壤与河流输入对湖泊brGDGTs贡献较少.抚仙湖温跃层与氧跃层均出现在约水深40m处,浮游植物生物量总浓度随季节的变化与湖水中brGDGTs总浓度随季节的变化具有类似的趋势.BrGDGTs各化合物的浓度与相对丰度均随时间与深度共同变化,并在湖下层浓度达到最高,其中6-甲基brGDGTs含量最丰富,且brⅢa’,MBT’,MBT’6ME与溶解氧浓度强相关,说明溶解氧通过显著影响6-甲基brGDGTs的分布从而影响水柱brGDGTs的时空分布,抚仙湖中细菌来源的brGDGTs生物母源的生长显著受控于湖泊中溶解氧的动态变化.
2024 Vol. 44 (10): 5766-5775 [摘要] ( 129 ) [HTML 1KB] [ PDF 1443KB] ( 535 )
5776 李莉, 张盼, 赵志伟, 张赛, 龚星, 许庭浩
珊瑚海岛包气带中氮磷的迁移、转化和累积规律
珊瑚海岛包气带中氮磷的迁移转化直接影响海岛地下水质量和土壤结构.通过XRD和SEM分析,明确了珊瑚砂特殊的CaCO3物相成分和多孔形貌特征.采用静态吸附实验明确了珊瑚砂对N、P的吸附机理;通过短期连续降雨和长期间歇降雨模拟柱实验分别研究了N、P在珊瑚砂中的运移机制和不同深度剖面N的转化和P的累积规律.结果表明,珊瑚砂对NH4+和DIP的平均吸附量为192mg/kg和2051.75mg/kg,吸附模型分别符合可逆线性吸附和Freundlich等温吸附模型;NH4+的运移机制可由线性平衡CDE模型解释,低浓度DIP的运移过程符合含衰减项的双点位化学非平衡模型;而高浓度DIP的运移过程无法由模型拟合,结合pH值推测了其与CaCO3发生的溶解沉淀平衡反应.长期降雨条件下,结合微生物分析得出土壤中存在N2→NH4+→NO2-→NO3-→N2/DON的氮转化路径,存在地下水氮污染的风险,而DIP则以非溶解态磷形式被固定,其长期累积可能对土壤结构不利.简言之, N、P在珊瑚海岛包气带中的迁移、转化、累积方面具有特殊性,明确其规律可为海岛生态建设中的环境风险控制提供科学依据.
2024 Vol. 44 (10): 5776-5787 [摘要] ( 111 ) [HTML 1KB] [ PDF 2682KB] ( 779 )
5788 江雨萌, 张稳乐, 罗朝晖, 李辉信, 陈丹
萜类物质抑藻效应及富萜植物共培养抑藻研究
为解决夏季淡水水体中蓝藻水华问题,以铜绿微囊藻为研究对象,从薄荷醇、龙脑、香叶醇、穿心莲内酯、芳樟醇以及柠檬醛6种萜类化合物中筛选高效抑藻剂,探讨其抑藻效应、机理、应用方式及生态安全性.研究结果表明,香叶醇与柠檬醛对铜绿微囊藻的抑制效果最佳,且抑制率随浓度增大而增加.在浓度为60mg/L时,香叶醇与柠檬醛最大抑制率分别为86.9%、76.0%.在香叶醇与柠檬醛的作用下,铜绿微囊藻的叶绿素a、类胡萝卜素含量下降,光合作用受到抑制;抗氧化酶活性降低,细胞内活性氧积累;自由基攻击细胞膜,细胞结构受到破坏,从而导致藻细胞死亡.香叶醇与柠檬醛未展示出“低促高抑”的性质,对衣藻与萼花臂尾轮虫毒性较小,对伊乐藻与斑马鱼无显著影响,具有一定的生态安全性.富含香叶醇的柠檬香蜂草与富含柠檬醛的香茅草,在与铜绿微囊藻共培养时表现出显著的抑藻能力,抑藻率高达95%,适合作为浮床植物应用于蓝藻水华的防控.
2024 Vol. 44 (10): 5788-5800 [摘要] ( 117 ) [HTML 1KB] [ PDF 1068KB] ( 904 )
5801 温成成, 董志龙, 李凯, 李楠, 王宝山, 文刚, 黄廷林, 肖彩维
人工强制混合藻华控制研究进展:理论、技术与机制
人工强制混合技术通过调控水动力条件对藻类生长和结构产生影响,已在全球湖库应用多年,国内外相关研究较多.然而,缺少综述性整理,尤其是对不同技术应用前提、适用条件及优缺点等认识不够,导致技术错用而没有发挥其优势,出现了控藻效果差, 甚至无效等现象.本文主要结论如下:①该类技术通过调控混合层深度(Zmix)控制藻类生物量与结构变化,其应用效果主要与湖库水深、混合器平面布设、系统运行方式和混合效率有关;②该类技术控藻周期(藻密度削减95%以上)约为2周,控藻推荐的Zmix阈值>15m;③该类技术主要适用于深水型水体,遴选控藻技术时应考虑适用条件、成本效益等.
2024 Vol. 44 (10): 5801-5817 [摘要] ( 104 ) [HTML 1KB] [ PDF 2960KB] ( 1002 )
5818 丁启振, 周殷竹, 周金龙, 孙英, 韩双宝, 姜凤, 刘金巍
吐鲁番盆地平原区地下水水化学成因机制及灌溉适宜性
在新疆吐鲁番盆地平原区共采集52组地下水水样和7组地表水水样,综合运用水化学法、氢氧稳定同位素、正演模型(FM)和因子分析等方法,定性-定量揭示了地下水溶质来源及水化学的影响因素,并进行灌溉水质评价.结果表明:北盆地浅层地下水属中性-弱碱性,而南盆地浅层地下水、深层地下水均呈弱碱性;优势阴、阳离子均分别为SO42-和K++Na+.大气降水是研究区地下水的主要补给来源,与北盆地浅层地下水和南盆地深层地下水相比,南盆地部分浅层地下水受到一定的蒸发作用影响.地下水溶质来源主要受控于岩石风化作用,以蒸发盐岩为主;河流输入、人类活动和岩石风化分别对北盆地浅层地下水、南盆地浅层地下水及南盆地深层地下水溶质的相对贡献为(10.23%, 1.25%, 88.52%)、(10.72%, 0.66%, 88.62%)和(5.30%, 0.44%, 94.26%).吐鲁番盆地浅层地下水水化学主要受到溶滤-蒸发作用(54.31%)和农业活动-有机质含量(35.36%)的影响,而溶滤作用(58.96%)和环境(28.97%)2个因子为南盆地深层地下水水化学特征的主控因素.南盆地深层地下水基本适合灌溉,北盆地浅层地下水受高EC值以及南盆地浅层地下水受高EC值和高%Na的共同影响,导致部分地区不适合灌溉.
2024 Vol. 44 (10): 5818-5829 [摘要] ( 126 ) [HTML 1KB] [ PDF 3569KB] ( 714 )
5830 李胜涛, 施金宇, 丁欣明, 岳冬冬, 路莹
白洋淀地表水回灌补给深部岩溶地热储层的水化学数值模拟
以雄安新区广泛开发的深部岩溶地热储层为研究对象,利用PHREEQC模拟了采用白洋淀地表水回灌补给主力开采地热储层-蓟县系雾迷山组岩溶地热储层后的水化学组分变化以及矿物溶解沉淀量.结果表明:回灌期内从回灌井向储层内部水化学类型依次为HCO3•Cl-Na•Mg,HCO3•Cl-Na,Cl•HCO3-Na和Cl-Na型水,呈现由补给水向储层本源水过渡的变化趋势,主要受对流弥散影响,但Mg2+、Ca2+、HCO3-还受水岩反应和pH值等因素控制,变化趋势更为复杂;回灌后矿物的溶解沉淀现象主要发生在以回灌井为中心半径为0.5m的范围内,以方解石的沉淀和白云石的溶解最为明显,整体上会引起裂隙率降低,但其变化程度有限.对岩石渗透性影响不明显.基于回灌所引起的地热储层内部变化类型,划分了4种影响带,各影响带的范围大小依次为水化学影响带、渗流影响带、温度影响带和岩石渗透性影响带.
2024 Vol. 44 (10): 5830-5838 [摘要] ( 124 ) [HTML 1KB] [ PDF 1478KB] ( 542 )
5839 嵇晶晶, 佘冬立, 阿力木·阿布来提, 潘永春
盐渍化农田排水沟水体溶存N2O浓度预测
本研究选取宁夏青铜峡灌区的典型盐渍化农田排水沟作为研究对象,基于采集的排水沟上覆水体关键水质参数溶解性有机碳(DOC)、水温(WT)、硝态氮(NO3--N)和电导率(EC),构建了参数优化后的N2O溶存浓度反向传播(BP)神经网络预测模型,并通过遗传算法(GA)和蚁群算法(ACO)对模型进行了优化,以提高预测精度和稳定性.结果表明,EC的增加显著促进了排水沟上覆水体中氧化亚氮(N2O)的溶存浓度的提升,NO3--N、EC与N2O溶存浓度之间存在极显著的正相关关系,而WT、DOC则与N2O溶存浓度表现出显著的负相关性.利用排水沟上覆水体N2O溶存浓度实测数据进行验证,证实了所构建模型的有效性和可靠性,其中ACO-BP模型预测值和实测值的相关系数均大于0.70,最佳情况下R2达到了0.79,平均相对误差(MRE)仅为7.26%.
2024 Vol. 44 (10): 5839-5846 [摘要] ( 119 ) [HTML 1KB] [ PDF 1840KB] ( 535 )
新污染物与环境毒理
5847 沈洪艳, 刘雪薇, 李燕, 刘爱真, 边永欢, 杨敬坡, 孙昊宇, 杨雷
溴代阻燃剂与杀虫剂对斜生栅藻的毒性效应
为了明确溴代阻燃剂和杀虫剂对微藻的毒性效应,以斜生栅藻为模型生物,研究了3种溴代阻燃剂(BFRs)、3种新烟碱杀虫剂(NNIs)、3种有机磷杀虫剂(OIs)对其单一及联合毒性.结果表明,BFRs、NNIs、QIs单一及二元混合体系均诱导斜生栅藻产生了低浓度促进、高浓度抑制的Hormesis效应. Hormesis效应的产生与藻细胞内活性氧(ROS)水平密切相关, ROS水平的适度升高促进了微藻生长,甚至可能导致藻华的产生,而ROS显著升高则抑制微藻生长.9种污染物的预测无效应浓度(PNEC)均落在Hormesis刺激作用区间内,说明采用剂量-效应曲线预测的PNEC值会高估上述污染物对水生生态的风险.基于独立作用模型(IA)发现18种二元混合体系对斜生栅藻的联合毒性作用具有浓度依赖特征.
2024 Vol. 44 (10): 5847-5854 [摘要] ( 98 ) [HTML 1KB] [ PDF 1279KB] ( 638 )
5855 牛晓宇, 薛维纳, 李帅, 杨丽丽, 王志峰
砷和全氟辛酸对赤子爱胜蚓的联合毒性效应
将赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)暴露于亚致死剂量的砷酸盐(As(V))与全氟辛酸(PFOA)的单一及复合污染土壤中28d,分析2种毒物的生物积累和蚯蚓体内多种生物标志物的响应特征,以评估As(V)和PFOA的联合毒性效应.生物富集分析结果表明,土壤中As(V)和PFOA的共存可以增加砷的生物积累量,同时减少PFOA的生物积累.随着暴露水平的增加,大多数生物标志物都表现出显著变化,表明蚯蚓生长受到抑制,并产生了氧化损伤.采用综合生物标志物响应指数(IBR)来整合多种生物标志物响应,发现在As(V)与PFOA的单一及复合污染组中均存在显著的剂量-效应关系.之后,结合IBR和两种复合毒性指数,包括效应加和指数(EAI)和浓度加和指数(CAI),以评估As(V)与PFOA之间的毒性相互作用.结果表明,As(V)和PFOA的联合毒性效应取决于As(V)的暴露浓度,As(V)浓度较高时,复合污染在整个效应水平范围内表现为协同作用,而As(V)浓度较低时的复合毒性则随着效应水平的增加表现出从拮抗作用到协同作用的变化特征.As(V)是对蚯蚓生物标志物造成毒性影响的主要污染物,并影响了As(V)与PFOA的联合毒性效应.本文结果为As(V)和PFOA联合毒性的风险评估提供了有价值的信息.
2024 Vol. 44 (10): 5855-5865 [摘要] ( 117 ) [HTML 1KB] [ PDF 1291KB] ( 774 )
5866 李响, 吴戈辉, 田识琪, 万琪琪, 黄廷林, 文刚
真菌氯(胺)消毒过程中消毒副产物的形成特征
以饮用水中常见的3种丝状真菌(黑曲霉、黄曲霉和波兰青霉)及大肠杆菌为研究对象,采用氯和氯胺作为消毒手段,探究消毒过程中消毒副产物(DBPs)的形成规律.结果表明,由于细胞成分及与消毒剂反应活性的差异,4种微生物形成DBPs的潜能不同,顺序为:黑曲霉>黄曲霉>青霉>大肠杆菌,氯消毒过程DBPs的产率分别为73.4,66.3,47.7,27.0μg/mgC,氯胺过程为17.4,14.5,10.4,7.7μg/mgC.曲霉氯消毒形成的DBPs更多来源于细胞壁,细胞壁成分中,黑色素对形成DBPs贡献远高于几丁质和葡聚糖,且对卤乙酸(HAAs)形成的贡献最大;青霉和细菌经消毒形成的DBPs更多来源于细胞内容物.曲霉氯(胺)消毒形成DBPs的种类和浓度受到消毒剂量、pH值、温度及溴离子浓度的影响.
2024 Vol. 44 (10): 5866-5874 [摘要] ( 104 ) [HTML 1KB] [ PDF 926KB] ( 798 )
5875 邓闵, 王昱人, 刘文晶, 李露, 宋康
武汉市湖泊水体三种致腹泻病原菌的分布特征
通过野外调查武汉市及周边区域冬夏季节城市和农业湖泊水质,并应用荧光定量PCR技术分析了3种致腹泻病原菌的分布特征.结果表明,城市湖泊水体的大肠杆菌(Escherichia coli)uidA基因[(1.86±1.15)×109copies/100mL]和痢疾志贺菌(Shigella dysenteriae)ipaH基因[(2.20±1.54)×105copies/100mL]的平均丰度分别是农业湖泊的2倍和2.7倍(P<0.05),而沙门氏菌(Salmonella spp.)没有显著的区域差异.夏季湖泊水体的大肠杆菌uidA基因丰度[(3.75±1.48)×109copies/100mL]显著高于冬季湖泊[(1.45±1.07)×109copies/100mL](P<0.01),而沙门氏菌和痢疾志贺菌没有显著的季节差异.大肠杆菌作为粪便指示菌,其uidA基因丰度与痢疾志贺菌的ipaH基因之间呈显著正相关(P<0.0001),而与沙门氏菌的dam基因无显著的线性关系(P>0.05).湖泊水体中大肠杆菌uidA基因和痢疾志贺菌ipaH基因丰度分别与叶绿素a、总磷和氨氮呈显著正相关.污水排放和地表径流导致收纳湖泊营养盐增加和直接排放病原微生物显著提高了城市湖泊病原菌丰度;夏季水体更高的悬浮颗粒(藻类为主)有利于大肠杆菌等病原菌附着生长;为准确反映水体中病原菌的污染情况,控制生物风险,需要增加环境水体病原菌的监测种类.
2024 Vol. 44 (10): 5875-5884 [摘要] ( 120 ) [HTML 1KB] [ PDF 1499KB] ( 448 )
碳排放控制
5885 石璟晶, 赵红星, 聂江龙, 何瑞春, 刘萍
交通信息化对中国“一带一路”沿线省域交通碳排放影响的时空分异格局
选取中国“一带一路”沿线17个省级行政单位作为基本空间单元,建立2012~2022年“一带一路”交通信息化评价指标体系,采用双变量空间相关性分析交通信息化与交通碳排放之间的相关关系,使用地理探测器来研究交通信息化对交通碳排放影响的时空异质性.结果表明,“一带一路”沿线省域的交通信息化发展水平不一,对外窗口区和开放先行区的交通信息化发展较为成熟,丝路核心区和战略支点区的交通信息化发展相对较落后;双变量空间自相关指数为0.1917~0.4001,整体呈下降趋势,显著性水平介于0.008~0.060,高-高集聚主要分布在开放先行区,低-低集聚主要分布在丝路核心区,高-低集聚主要分布在对外窗口区和战略支点区,且分布在高-低集聚的省域逐年增多;交通信息化系统应用是影响“一带一路”沿线整体交通碳排放空间分异格局的主导驱动因子,其决定力均值最大达0.53,不同省域间影响交通碳排放空间分异的驱动因子存在差异,且驱动因素之间存在较强的协同性.
2024 Vol. 44 (10): 5885-5900 [摘要] ( 104 ) [HTML 1KB] [ PDF 1973KB] ( 661 )
5901 田泽源, 董治, 董治宇, 董小林, 张嘉琦, 唐佳兴, 邢攀
基于面板数据模型关中平原城市群交通碳排放峰值预测与脱钩分析
基于2007~2021年交通运输业碳排放量(CT)相关数据,在扩展STIRPAT模型基础上运用带有Driscoll-Kraay标准误差的随机效应模型拟合,并以此预测未来年CT;采用Tapio模型对2007~2035年交通行业增加值(TGDP)与CT进行脱钩分析.结果表明,关中平原城市群交通能源强度、TGDP、私人车辆拥有辆等是推动CT增长的主要因素;相反,可再生电力占比和交通固定资产投资强度对CT增长有抑制作用,其中可再生电力占比是最主要的抑制因素;按低碳情景发展,关中平原城市群CT可在2030年达峰;2007~2013年,CT与TGDP间脱钩e值在-0.62~3.01间波动,之后趋于相对稳定,主要表现为弱脱钩,2030年后实现较强脱钩.研究表明,关中平原城市群要如期实现交通“碳达峰”目标,需优化能源结构来提升可再生能源占比、控制汽车拥有辆.
2024 Vol. 44 (10): 5901-5911 [摘要] ( 94 ) [HTML 1KB] [ PDF 1333KB] ( 833 )
5912 李硕晨, 李学刚, 贺志鹏, 宋金明, 刘珊珊, 王志博
基于钙添加的海水无机碳移除的增汇潜力研究
本研究在实验室内模拟不同初始条件,通过改变海水初始pH值、Mg/Ca比值、施加晶核等方式,定期监测海水pH值、DIC和TA的变化,探讨向海水中添加Ca2+移除溶解无机碳增加海洋碳汇的潜力.实验结果表明,向海水中引入Ca2+,可以有效降低当前自然海水的镁钙比值(5.2),并增加碳酸钙的过饱和度,从而促进海水体系中无机碳的移除.此外,含钙化合物的无机碳移除效果与海水初始pH值呈正相关,但单纯提升海水pH值并不足以诱导碳酸钙的生成,需通过额外引入Ca2+来提升碳酸钙过饱和度以实现显著无机碳移除效果.同时,实验还发现通过添加特定晶核诱导非均相沉淀,能够进一步促进海水中碳酸钙的生成,从而提高海水的无机碳移除效果,研究结果表明在施加45mmol/L的Ca2+和蒙脱土晶核、初始pH值达到8.5的条件下,碳酸钙生成量最高可达959μmol/L.海水无机碳移除后将在短期内吸收大气CO2增加海洋碳汇,本文研究结果为探索海洋碳增汇技术提供了新的视角和理论基础.
2024 Vol. 44 (10): 5912-5920 [摘要] ( 121 ) [HTML 1KB] [ PDF 1192KB] ( 669 )
中国环境科学
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