环境科学学报

专论与综述

  • 论疏水作用力的特性及影响因素

    常青;

    疏水絮凝是天然水中经常发生的现象,也是水处理中常被利用的原理.而疏水作用力则是引起疏水絮凝的最主要原因,具有重要的科学意义和应用价值.在过去30多年里,科学家们从实验测定、数值模拟及理论研究3个方面做了大量的研究,使人们对疏水作用力有了一定的认识,但由于问题的复杂性及研究所具有的高难度,目前疏水作用力的理论仍不够完善.为有助于进一步研究,本文综述了疏水作用力的一些特性及影响因素,如疏水作用力的实验规律、疏水作用的距离范围、疏水作用力的粒度界限、表面接触角对疏水作用力的影响、电解质对疏水作用力的影响及温度对疏水作用力的影响等.对大量文献的分析归纳表明,实验规律有单指数函数模型、双指数函数模型及幂函数模型,作用距离范围分为短程作用力及长程作用力,微粒半径大于临界半径时才可产生疏水作用力,疏水作用力随接触角的增大而增大,电解质对疏水作用力基本无影响,关于温度的影响,迄今尚有不同的看法和争论,还需更进一步的研究.

    2020年11期 v.40 3811-3820页 [查看摘要][在线阅读][下载 479K]

研究报告

  • 河岸过滤中氨氮的削减及其浓度对细菌与氨氧化微生物的影响

    赵健;王巧娟;柏耀辉;齐维晓;刘会娟;曲久辉;

    通过小试滤柱模拟河岸过滤,结合荧光定量PCR和高通量测序等手段研究了河岸过滤对氨氮的削减效能和进水氨氮浓度对细菌与氨氧化微生物的影响.结果表明,低浓度(0.2 mg·L~(-1))氨氮未被削减,较高浓度(1.0 mg·L~(-1)和2.0 mg·L~(-1))氨氮的削减率可达70%.进水处细菌丰度随氨氮浓度升高而增加,细菌群落组成随氨氮浓度升高发生规律性变化.出水处氨氧化古菌(Ammonia oxidizing archaea,AOA)丰度与氨氮浓度呈负相关,氨氧化细菌(Ammonia oxidizing bacteria,AOB)丰度与氨氮浓度无显著相关关系;进水处AOA-α多样性与氨氮浓度呈正相关,但AOB-α多样性与氨氮浓度呈负相关;进水处AOA群落组成受氨氮浓度影响,而进、出水处AOB群落组成均受氨氮浓度影响.可见,进水氨氮浓度会影响河岸过滤对氨氮的削减效能,还会影响细菌、氨氧化微生物的丰度及群落结构,AOB对氨氮浓度的变化比AOA更敏感.

    2020年11期 v.40 3821-3829页 [查看摘要][在线阅读][下载 618K]
  • O_3-BAC深度处理工艺中细菌群落时空分布及动态变化规律

    蔡广强;张金松;刘彤宙;尤作亮;周常;

    为弄清饮用水O_3-BAC深度处理工艺过程中细菌群落的时空分布和动态变化规律,本研究以我国南方某O_3-BAC深度处理工艺水厂为研究对象,采用NovaSeq6000高通量测序技术对夏季和冬季各工艺单元出水及滤砂和活性炭生物膜等细菌群落进行解析.结果表明,出厂水pH、浊度、COD_(Mn)、菌落总数等指标均满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)的要求.夏季细菌群落多样性明显高于冬季,活性炭生物膜的细菌群落多样性高于滤砂生物膜;混凝沉淀、臭氧化和消毒是影响细菌群落多样性的主要工艺单元.水样和生物膜样品绝对优势菌门均为变形菌门(Proteobacteria),且主要菌门组成大体相同,但细菌群落门水平相对丰度存在一定的时空差异,属水平上差异则更为明显.此外,检测到的条件致病菌属主要包括芽孢杆菌属(Bacillus)、不动杆菌属(Acinetobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)和分支杆菌属(Mycobacterium),且其所占核心微生物OTUs数目不受季节性影响.水温和生物可降解溶解性有机碳(BDOC)是显著影响细菌群落分布的主要水质参数.以上研究结果表明,O_3-BAC深度处理工艺过程中细菌群落具有时空变化特性,并可为饮用水微生物安全保障提供支撑.

    2020年11期 v.40 3830-3839页 [查看摘要][在线阅读][下载 480K]
  • 生物膜填料比表面积对移动床生物膜反应器中非甾体抗炎药去除的影响

    吴刚;耿金菊;沈国宸;任洪强;

    非甾体抗炎药(Nonsteroidal anti-inflammatory pharmaceuticals, NSAIDs)是污水中高频检出的新兴污染物.污水处理厂对其去除效果不佳,出水中的NSAIDs会对水生生态系统造成潜在不利影响.移动床生物膜反应器(Moving bed biofilm reactors, MBBRs)是一种去除污水中新兴污染物极有潜力的生物处理技术.MBBRs中填料的比表面积对NSAIDs去除影响较大.本研究选用3组不同比表面积的填料(S填料:460 m~2·m~(-3), M填料:800 m~2·m~(-3),L填料:1200 m~2·m~(-3)),采用实验室规模的MBBRs运行150 d去除环境浓度(50μg·L~(-1))的NSAIDs—双氯芬酸(Diclofenac, DCF)、萘普生(Naproxen, NPX)和布洛芬(Ibuprofen, IBP),考察了填料比表面积对MBBRs中NSAIDs去除的影响及其潜在的影响机制.结果表明,填料的比表面积对NPX、IBP的去除具有显著影响(p<0.05),对DCF去除效果影响不明显.S、L填料有利于提高生物膜的活性(ATP浓度和脱氢酶活性),而ATP浓度和脱氢酶活性与NPX和IBP的去除呈正相关.门水平上的变形菌门及属水平上的Steroidobacter、Acinetobacter的相对丰度随比表面积增加而提高,且变形菌门及Steroidobacter、Acinetobacter的相对分度与NPX、IBP去除规律一致.本研究揭示了MBBRs中填料比表面积通过影响微生物活性及群落结构从而影响NSAIDs去除的潜在机制,为MBBRs对新兴污染物的去除提供了参考.

    2020年11期 v.40 3840-3847页 [查看摘要][在线阅读][下载 440K]
  • 曝气充氧污水中碳源种类对游离菌凝聚特性的影响

    魏萍;袁林江;陈希;王骞;袁林杰;

    为揭示碳源种类在细菌形成菌胶团中的作用,在好氧批式培养条件下研究了以4种有机物作为人工废水中的碳源,培养污水中细菌从完全游离到凝聚为絮体的过程.结果显示,当以小分子有机物(乙酸钠或葡萄糖)和大分子有机物(蛋白胨或可溶性淀粉)作为碳源时,分别培养大约48 h和24 h即出现直径大于30μm的絮体.碳源为大分子有机物时,絮体形成过程中絮体的胞外聚合物(EPS)中蛋白与多糖比值达到极值所用时间较以小分子有机物为碳源要短.以蛋白胨为例,这些指标在培养开始24 h时即分别达到了最大接触角(64.91°)、最小Zeta电位(9.21 mV)和最大PN/PS值(6.25),但用乙酸钠培养时,达到最大接触角(53.52°)、最小Zeta电位(12.2 mV)和最大PN/PS值(8.03)所需时间为36 h.研究发现,絮体的PN/PS比值与接触角之间呈显著正相关(r>0.7,p<0.05),但与Zeta电位绝对值之间呈显著负相关(r<-0.89,p<0.05).大分子有机物作碳源时,细菌EPS中蛋白质的合成相比多糖更快更多,增加了细菌表面EPS的疏水性,从而使细菌个体间静电斥力降低,导致游离细菌易于因搅动和相互碰撞凝聚成团.

    2020年11期 v.40 3848-3857页 [查看摘要][在线阅读][下载 579K]
  • Citrobacter sp. EBS8对施氏矿物和黄钾铁矾的还原溶解及相转化行为的影响

    姜梦戈;赖伟斌;曾宇飞;卢桂宁;党志;郭楚玲;

    铁硫酸盐次生矿物广泛存在于酸性矿山废水(AMD)污染流域沉积物中,是多种有毒有害重金属的沉淀库.硫酸盐还原菌对矿物的还原作用可破坏矿物的稳定性从而引起共沉淀重金属的释放.在前期研究中发现柠檬酸杆菌Citrobacter sp.存在于AMD流域沉积物中,且在还原条件下具有较强的硫酸盐还原能力.因此,探究其对铁硫次生矿物的还原溶解及矿物晶相转化行为的影响尤为重要.本研究选取矿区沉积物中典型的铁硫次生矿物施氏矿物和黄钾铁矾为研究对象,在实验室条件下考察了从AMD污染沉积物中筛选到的菌株Citrobacter sp. EBS8对矿物的还原溶解及相转化的影响.结果表明,在缺氧、中性pH及电子供体足量时,在EBS8的作用下施氏矿物和黄钾铁矾均出现了明显的还原溶解现象.菌株EBS8可利用乳酸盐作为电子供体还原SO_4~(2-)和Fe(Ⅲ).SEM结果显示,施氏矿物在反应初期出现表面毛刺不平现象,黄钾铁矾发生由外向内的逐层溶解,矿物转化过程中都出现空壳形貌.XRD检测到施氏矿物组的主要转化产物为菱铁矿和蓝铁矿,黄钾铁矾体系中主要是蓝铁矿和马基诺矿.这些结果有助于了解AMD污染沉积物中铁硫酸盐矿物的转化行为及为AMD污染治理提供理论支撑.

    2020年11期 v.40 3858-3867页 [查看摘要][在线阅读][下载 918K]
  • 城市污水二级处理出水中不同种类PPCPs的臭氧氧化效果与机制研究

    牙柳丁;王文龙;胡洪营;吴乾元;巫寅虎;陈卓;

    研究了臭氧氧化对城市污水二级处理出水中15种典型药品和个人护理品(PPCPs)的去除效果及O_3分子氧化和·OH自由基氧化的贡献.结果表明,PPCPs的臭氧氧化去除效果与其亲核官能结构特性相关,芳香胺结构为主的PPCPs易降解,烷基胺结构为主的PPCPs可部分降解,亲核特性较弱的双键为主的PPCPs难降解;在臭氧投加量为5.5 mg·L~(-1)条件下,这3类PPCPs的去除率为分别为大于95%、57%~68%和39%~57%.臭氧氧化过程中,O_3分子氧化和·OH自由基氧化均起重要作用.易降解PPCPs的氧化机制以O_3分子氧化为主,贡献率为82%~91%;可降解和难降解PPCPs的氧化机制以·OH自由基氧化为主,贡献率分别为48%~71%和66%~94%.二级出水中臭氧氧化过程中,UVA_(254)去除率可呈单线性或分段线性指示PPCPs的去除效率.

    2020年11期 v.40 3868-3876页 [查看摘要][在线阅读][下载 435K]
  • 电凝聚臭氧化耦合工艺的二级出水处理特性与机理研究

    刘雨果;金鑫;许建军;金鹏康;谢新月;

    构建电凝聚臭氧化耦合工艺对城市污水处理厂二级出水进行深度处理,研究了不同初始pH值、臭氧投加量和电流密度对二级出水处理效果的影响.结果表明,当初始pH值为5、臭氧投加量为1.5 mg·mg~(-1)、电流密度为15 mA·cm~(-2)时,该工艺处理效果达到最佳,二级出水中溶解性有机物的去除率可达到58.6%.与单独电絮凝和臭氧氧化工艺相比,耦合工艺对有机物有更好的去除效果.由于金属盐水解产物可以作为臭氧化的催化剂,为了甄别其活性点位,将磷酸盐引入体系中,结果表明磷酸盐占据了混凝剂水解产物表面的羟基,从而阻碍了臭氧与水解铝盐混凝剂之间的反应,使得有机物的去除率降低,傅立叶红外(FT-IR)分析的结果进一步证明表面羟基是产生的铝盐混凝剂催化臭氧化的活性点位.为了进一步明确该耦合工艺去除溶解性有机物的机理,选择对氯苯甲酸(pCBA)探针法间接证明和电子顺磁共振(EPR)实验直接证明体系中羟基自由基(·OH)的存在,结果表明,电凝聚臭氧化耦合工艺较单独臭氧氧化工艺产生了更多的·OH,说明电絮凝产生的铝盐混凝剂水解产物可以作为催化剂催化臭氧产生·OH,提升体系对有机物的去除效率.

    2020年11期 v.40 3877-3884页 [查看摘要][在线阅读][下载 321K]
  • 曝气-电解生态浮床的净化效果与机理分析

    闫诚;马汤鸣;杨顺清;杨柳燕;高燕;

    为强化生态浮床对重污染河道水体的净化能力,采用曝气-电解生态浮床联合技术增强生态浮床的净化功能.试验考察了电流密度、曝气量和处理时间对模拟的高氮磷重污染水体的净化潜力,分析了电解反应对填料细菌群落结构组成和浮床水生植物黄菖蒲(Iris pseudacorus)生长的影响.结果表明:在进水NH_3-N浓度为10 mg·L~(-1),PO_4~(3-)浓度为0.8 mg·L~(-1),电流密度为0.74 mA·cm~(-2),水力停留时间为3 d的条件下,相比于电解生态浮床和传统的生态浮床,曝气-电解生态浮床有利于水体中NH_3-N的去除(p<0.001),其NH_3-N浓度下降至(0.92±0.24) mg·L~(-1),而电解生态浮床处理的水体NH_3-N浓度为(6.85±0.17) mg·L~(-1),传统生态浮床处理水体中NH_3-N浓度高达(8.09±0.40) mg·L~(-1),曝气促进了水体中NH_3-N向NO~-_2-N和NO~-_3-N的转化.电解有利于水体中PO_4~(3-)的去除,电解生态浮床处理水体中的PO_4~(3-)浓度下降至(0.43±0.02) mg·L~(-1),曝气-电解生态浮床处理的水体中PO_4~(3-)-P下降至(0.46±0.02) mg·L~(-1),可见,电解促进了PO_4~(3-)的去除.从对I.pseudacorus生理生化指标变化分析可知,曝气有利于减弱电解反应对I.pseudacorus的损伤;对基质生物膜的16S rDNA分析可知,电解反应增加了浮床基质中自养反硝化微生物数量.因此,曝气-电解生态浮床是一种有效的净化重污染水体的方法.

    2020年11期 v.40 3885-3894页 [查看摘要][在线阅读][下载 568K]
  • 生物质炭强化FeOOH类芬顿催化性能及其机制

    张晓;胡春;张丽丽;石宝友;

    采用醇助水热法制备了新型生物质炭修饰的α-FeOOH类芬顿催化剂(BC-FeOOH),并通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)对催化剂进行了表征,证明生物质炭(BC)成功引入到α-FeOOH中.以罗丹明B(RhB)为目标污染物,考察了BC修饰量、催化剂及H_2O_2投加量对其催化效率的影响.结果表明,BC的引入可以极大地提高FeOOH的类芬顿催化性能.在pH中性、催化剂投加量0.6 g·L~(-1)、H_2O_2初始浓度10 mmol·L~(-1)的条件下,BC-FeOOH(22.2%BC)对RhB的降解率可达到90%,重复利用5次活性仍可保持在80%左右,且铁离子溶出浓度仅为0.08 mg·L~(-1).进一步通过ESR在不同体系中的测试结果表明,BC的引入不仅可促进H_2O_2有效还原分解产生更多的羟基自由基(·OH),而且增强了催化剂与污染物RhB的相互作用,促使污染物失电子氧化降解,从而提高了FeOOH的催化活性及催化稳定性.

    2020年11期 v.40 3895-3904页 [查看摘要][在线阅读][下载 638K]
  • 聚苯胺/蒽醌修饰碳毡作为阴极在电芬顿中的应用

    李亚琪;王弘恺;朱维晃;高樱;王晨;

    通过电化学的方法制备了经2-蒽醌磺酸钠(AQS)和聚苯胺(PANI)修饰的碳毡(CF)电极,探究其作为阴极应用于电芬顿系统中降解有机污染物的特征和影响因素及电化学稳定性.实验结果表明:经AQS/PANI修饰后碳毡阴极的电子转移内阻显著降低,仅为未修饰碳毡电极的0.21%,电化学活性显著提高.相同实验条件下修饰后的电极产过氧化氢的量约是未修饰电极的10倍.在阴极电位为-0.5 V,pH值为2以及Fe~(2+)浓度为0.1 mmol·L~(-1)的条件下,60 min内罗丹明B的降解率可达96.46%.而在同样的实验条件下,CF、AQS/CF和PANI/CF分别作为阴极时,电芬顿体系对于罗丹明B的降解率分别为24.57%、64.29%和72.97%,均低于AQS/PANI/CF阴极.在此基础上,进一步开展自由基的淬灭实验和EPR实验,结果表明经AQS/PANI修饰后的碳毡阴极可有效催化还原分子氧产生超氧自由基,超氧自由基进一步转化为芬顿反应过程中所需的过氧化氢.

    2020年11期 v.40 3905-3912页 [查看摘要][在线阅读][下载 520K]
  • MnFe_2O_4磁性纳米棒非均相Fenton催化降解水中四环素的研究

    秦航道;肖榕;吴思展;石维;佘远斌;

    采用水热合成法成功制备出MnFe_2O_4磁性纳米棒(s-MnFe_2O_4),并考察了商品化的Fe_3O_4、MnFe_2O_4和合成的s-MnFe_2O_4纳米棒这3种磁性纳米颗粒作为非均相Fenton催化剂降解水中四环素抗生素的性能.同时,采用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、N_2吸附-脱附、振动样品磁强计(VSM)及X射线光电子能谱(XPS)等技术对催化剂的理化性质进行了表征.非均相Fenton催化降解四环素的结果表明,s-MnFe_2O_4具有最高的催化活性,反应180 min,四环素的去除率可以达到87.6%,TOC的去除率达到47.5%.自由基捕获试验证实了羟基自由基(·OH)是非均相Fenton氧化过程中的主要活性物种.s-MnFe_2O_4磁性纳米棒的高催化活性归因于其表面拥有较高含量的Mn~(3+)和Fe~(2+)物种,它们的存在能加速界面电子的转移效率,从而促进·OH的生成.合成的s-MnFe_2O_4催化剂具有良好的稳定性,循环使用6次,四环素的去除率仅从87.6%降低到80.2%,且氧化过程中活性组分的流失很少.

    2020年11期 v.40 3913-3921页 [查看摘要][在线阅读][下载 545K]
  • MnO_2/EGM电极制备及电化学降解罗丹明B的研究

    贺君;陈思琦;唐首锋;高作宇;黄筱晗;宋来洲;

    为开发高效的电化学阴极材料,提高溶解氧还原为H_2O_2的产率,利用电沉积法制备出了二氧化锰/膨胀石墨复合基(MnO_2/EGM)电极,并用于罗丹明B(RHB)电化学阴极降解过程的研究.实验以纯石墨电极片为阳极,MnO_2/EGM复合材料为阴极,分别考察了溶液初始pH值、电流密度、电解质浓度、RHB初始浓度和反应温度对RHB脱色效果的影响.结果表明:利用电沉积法在EGM电极表面均匀负载了MnO_2涂层;在二维电极体系中,当初始pH值为2,电流密度为40 mA·cm~(-2),电解质浓度为0.15 mol·L~(-1),罗丹明B初始浓度为8 mg·L~(-1),反应体系温度为25℃时,RHB在电解30 min后达到最大脱色率为94.43%,且其降解过程符合一级反应动力学.运用循环伏安法(CV)研究了复合电极表面的电化学行为,以及在最佳降解条件下对H_2O_2浓度进行跟踪分析,并对降解机理进行了初步推测,发现电解液中的溶解氧在MnO_2/EGM电极表面发生还原反应生成具有强氧化性的H_2O_2,破坏了RHB的发色基团,从而使罗丹明B达到脱色目的.

    2020年11期 v.40 3922-3930页 [查看摘要][在线阅读][下载 431K]
  • 氨基改性生物炭负载纳米零价铁去除水中Cr(Ⅵ)

    侯素珍;田浩然;黄超;王平;曾峤婧;彭惠琳;刘素琳;李安;

    以聚乙烯亚胺(PEI)为功能单体,玉米秸秆生物炭为载体,制备了氨基改性生物炭负载型纳米零价铁(nZVI@PEI-HBC),并利用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对材料进行了表征,分析了溶液pH、温度、材料投加量等因素对其去除Cr(Ⅵ)的影响及其去除机理.结果表明:在投加量为0.5 g·L~(-1),温度为20℃,pH值为5,Cr(Ⅵ)初始浓度为20 mg·L~(-1)条件下,各材料对Cr(Ⅵ)的去除率大小为nZVI@PEI-HBC>nZVI>PEI-HBC>HBC.SEM显示nZVI颗粒较均匀地分散在生物炭表面,FTIR分析表明PEI改性后材料表面增加了氨基等重金属配位基团,这可能是nZVI@PEI-HBC去除Cr(Ⅵ)效果更好的原因.影响因素研究表明,材料具有较好稳定性,老化28 d后其Cr(Ⅵ)去除性能变化不大;酸性环境、升温、增大材料投加量均有利于nZVI@PEI-HBC对Cr(Ⅵ)的去除.机理研究发现,水中溶解氧加速了nZVI的腐蚀和Fe(Ⅱ)的释放,促进Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),然后通过共沉淀作用和氨基等基团的吸附作用被去除.

    2020年11期 v.40 3931-3938页 [查看摘要][在线阅读][下载 621K]
  • PVA-膨润土包埋固定化荒漠丝状蓝藻复合体的制备及其对Cu(Ⅱ)的吸附特性

    饶本强;张少丽;李勇;郭秀梅;李慧娟;王婷婷;陈玉平;

    利用聚乙烯醇、膨润土包埋固定一种广泛分布的荒漠丝状蓝藻——具鞘微鞘藻,通过正交试验考察了聚乙烯醇(PVA)、膨润土、蓝藻藻粉和交联时间等用于复合材料制备的最佳参数配比,并研究了这种复合材料对Cu~(2+)的吸附特性.结果表明,PVA-膨润土-蓝藻复合固定化小球(MIBB)最佳制备条件为PVA 8%、膨润土2%、蓝藻3 g·L~(-1)、交联时间12 h,此条件下吸附率高达99.12%.单因素吸附实验表明,MIBB吸附Cu~(2+)的最佳条件为投加量4%、pH 5.5、温度30℃,MIBB对Cu~(2+)的吸附率随着Cu~(2+)初始浓度的增加而降低,吸附量则随Cu~(2+)初始浓度的增加而升高;整个吸附过程可分为快速吸附(前8 h)和慢速积累与吸附平衡(8~24 h)两个阶段.相比于蓝藻小球(CB)、膨润土小球(BB)和空白对照小球(CKB),MIBB对Cu~(2+)具有更好的吸附性能.吸附等温模型拟合发现,MIBB对Cu~(2+)的吸附符合Langmuir、Freundlich和Temkin等温方程, Langmuir方程拟合最好,说明吸附过程是典型的单分子层吸附,最大拟合吸附量为125.313 mg·g~(-1).吸附动力学模型拟合表明,MIBB对Cu~(2+)的吸附过程可用Lagergren准二级动力学方程描述,而颗粒内扩散动力学曲线表明吸附过程经过弯曲、线性和平衡3个阶段.表征分析表明,MIBB吸附反应改变了固定化小球的超微结构,并发生了基团的化学位移和结合能变化.吸附-解吸附表明,MIBB重复利用率高、可有效回收利用.

    2020年11期 v.40 3939-3949页 [查看摘要][在线阅读][下载 446K]
  • 新型复合材料处理氮磷废水的性能研究

    曹蕾;张龙;张效华;白永刚;蒋永伟;王瑶瑶;王皓;

    采用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(Hexadecyl Trimethyl Ammonium Bromide, HDTMA)和稀土溶液氯化镧(LaCl_3)对人造沸石进行改性,以增强其对水中氨氮和总磷的同步去除效果.结果表明,HDTMA和LaCl_3可有效负载于人造沸石表面,且在pH为7的条件下,改性沸石对氨氮和总磷的去除率分别由改性前的75%和1%提高到95.67%和91.96%.影响因素的实验表明,改性沸石对不同浓度废水的氨氮和总磷去除率均达到90%以上;氮、磷的去除率随改性沸石投加量的增加而上升;准二级动力学模型适合描述改性沸石对氨氮吸附的动力学过程,准一级动力学模型适合描述改性沸石对总磷吸附的动力学过程;吸附等温线说明改性沸石对水中氨氮的吸附属于离子交换,对水中磷酸盐的吸附包含离子交换和化学吸附两种过程.此外,通过再生性能、负载强度和离子竞争的试验证明改性沸石能应用于实际生化尾水的氮、磷去除.

    2020年11期 v.40 3950-3957页 [查看摘要][在线阅读][下载 440K]
  • 地浸井场外围含水层砂岩对铀的吸附行为

    杨冰;惠淑君;郭华明;连国玺;武旭阳;孙娟;

    天然含水层介质对铀的吸附是地下水铀天然衰减的决定因素.然而,人们对天然含水层砂岩吸附铀行为的认识相当有限.因此,本文采用静态实验及数值模拟相结合的方法研究了地浸井场外围砂岩对铀的吸附行为,探究了天然砂岩对溶液中铀的吸附动力学和等温吸附特征,研究了铀初始浓度、pH、其他离子种类与浓度对铀吸附的影响.结果表明,准二级动力学方程与Freundlich等温吸附模型可以更好地表征砂岩对铀的吸附行为;随着溶液中铀初始浓度的增大,砂岩对水溶液中铀的吸附量增大,吸附率减小;在初始pH=3时,铀的吸附率达到最大,为77%;砂岩对溶液中铀的吸附率会随反应体系中Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)、HCO~-_3等离子浓度的升高而下降,4种共存离子对该吸附过程抑制能力的顺序为:SO_4~(2-)<Mg~(2+)<Ca~(2+)<HCO~-_3.这些研究结果可为地浸铀矿山地下水的修复提供理论支持.

    2020年11期 v.40 3958-3963页 [查看摘要][在线阅读][下载 230K]
  • 哈尔滨城市污水处理厂不同处理工艺对微塑料的去除

    宣立强;刘硕;罗爻;李昀东;夏青;

    城市污水处理厂出水作为微塑料(microplastics,MPs)进入自然水体的主要途径之一,对其微塑料污染物特征展开研究,有助于认识和了解人类活动对自然水体的影响.本文以哈尔滨市主城区的污水处理厂A和污水处理厂B中的3种工艺(曝气生物滤池工艺、多段AO-MBBR工艺、CASS-MBBR工艺)为研究对象,经体视显微镜观察并结合傅里叶变换红外光谱仪分析哈尔滨城市污水处理厂中MPs的浓度、颜色、粒径、类型分布特征及3种不同处理工艺对MPs的去除效果.结果表明,哈尔滨城市污水处理厂进水中MPs的最高浓度为290.87个·L~(-1),颜色主要以白色和无色为主,组成成分主要为PP、PE和PS,粒径大的MPs更容易被去除;微塑料在曝气生物滤池工艺一级处理中的去除率为80.28%;多段AO-MBBR工艺与CASS-MBBR工艺的一级处理MP_S去除效率为78.39%,曝气生物滤池工艺、多段AO-MBBR工艺和CASS-MBBR工艺的二级处理去除效率分别为20.92%、13.11%和14.68%,实验结果表明MPs的去除主要依靠一级处理,二级处理中的MPs去除效果较小.研究结论可为城市污水处理厂中微塑料污染与防控研究提供科学依据.

    2020年11期 v.40 3964-3970页 [查看摘要][在线阅读][下载 412K]
  • 博斯腾湖有色可溶性有机物来源及季节变化特征

    郭燕妮;李元鹏;邵克强;胡洋;周蕾;周永强;韩龙飞;张运林;

    博斯腾湖是中国西北地区最大的外流湖,近年来随着湖区周边废水排入量的增加,严重威胁到湖泊周边地区居民的饮用水安全.对博斯腾湖开展有色可溶性有机物(CDOM)的来源及季节变化研究对该湖水质保护具有非常重要的意义.通过平行因子分析法解析博斯腾湖CDOM三维荧光光谱,得到类腐殖酸组分C1(255 nm/420 nm),类酪氨酸组分C2(270 nm/324 nm)和类色氨酸组分C3(230 nm/340 nm).2018年夏季盐度与C1呈显著负相关(r=-0.64,p<0.01),与C2呈显著正相关(r=0.65,p<0.01),这表明河流等外界输入是夏季湖水中类蛋白质和类腐殖质荧光组分的主要来源,夏季强烈的蒸发作用使得微生物活性增强.而2019年秋季盐度与C3呈显著正相关(r=0.70,p<0.01),与C2呈显著负相关(r=-0.51,p<0.05),意味着淡水输入直接稀释河口区CDOM中的类蛋白组分.整体上,博斯腾湖CDOM浓度在黄水区附近最大,且夏季CDOM浓度较秋季更大(t-test,p<0.001),意味着夏季水质更差.河口区各指标的变异程度较大,受淡水输入影响较其他湖区大,这在2018年夏季表现得尤为显著.博斯腾湖CDOM具有高度空间异质性,2018年夏季该湖西部入湖河口区C1组分的贡献较大且该组分贡献率向东部水体交换弱的湖区方向逐渐减小,相应C2组分的贡献率逐步增大.2019年秋季各荧光组分占比表现为由黄水沟河口区以C1为主向东部湖区快速转变为以C2为主.

    2020年11期 v.40 3971-3981页 [查看摘要][在线阅读][下载 620K]
  • 水质监测频率与极端气候对高原湖泊入湖河流氮磷通量估算的影响

    程国微;杜展鹏;严长安;高伟;

    河流是流域氮磷营养盐的主要输出途径之一,准确掌握其通量变化和驱动因素对流域营养盐管理具有重要意义.本研究以滇池主要入湖河流宝象河为例,基于周水质观测数据和逐日水量数据,构建了河流氮磷通量LOADSET模型.估算了宝象河不同时间尺度(日、季、年)TN和TP的通量,评估了4种低频水质采样和极端气候指数对河流氮磷通量计算的影响.结果表明:(1)2018年宝象河的TN和TP年通量分别为270.49 t和11.19 t,存在显著的年内差异,夏季是通量最高的季节,分别占TN和TP年通量的40.78%和41.96%.(2)基于LOADEST模型的低频水质采样的氮磷估算结果与高频采样差异较小,宝象河TN、TP通量估算受采样频率影响较小.(3)宝象河的TN和TP通量变化受连续5日最大降水量、平均最低气温、平均最高气温、最低气温、最低气温极大值、最高气温极小值和平均温差7种极端气候指数的显著影响.

    2020年11期 v.40 3982-3989页 [查看摘要][在线阅读][下载 403K]
  • 农闲期城郊农田灌溉水中典型污染物含量与评价——以西北江三角洲为例

    任杰;刘晓文;吴颖欣;张杰;曹天轶;李杰;张永利;

    摸查了农田灌溉系统水环境经农(夏)闲期降水等外部强干预调理后的环境污染物含量——该值理论上是环境自净作用之后的最不利值,对农田灌溉系统水环境进行水质评价,探究其对农田土壤质量的潜在污染风险.于2019年6月中旬—7月下旬(降雨集中期),分别在西北江三角洲城市(清远市、佛山市和江门市)实验基地周边筛选研究区,并在雨后对有覆水的水源区域、灌渠、蓄水池和田间水等采集上覆水,共采得水样27×2份,对其pH值、悬浮物(SS)、矿化度、总磷(TP)、氨氮(NH~+_4-N)、Cd、As、Pb、Cu和Zn的含量进行检测;对各研究区pH值、SS的成因和影响,矿化度的等级,重金属均值分布等进行分析;对全样品TP、NH~+_4-N、重金属含量进行Pearson相关性分析和描述性特征分析;通过单因子水质标识指数P_i和综合水质标识指数P分别对各采样点、各构成项目和各研究区进行水质评价.研究发现雨后农田灌溉系统水环境构成复杂,物质呈无显著性差异的迁移,灌溉沿程上覆水中大部分物质可能处于动态平衡,受局部环境影响变小,TP、NH~+_4-N和重金属等迁移物质主要还是灌溉水体中原有的,受外力驱动扰动后在水动力作用下可能以氮磷结合形态沿灌溉系统发生远距离迁移;使用河流水质标识指数法评价农田灌溉系统水环境,发现该法可以刻画局部灌溉的水质态势,对农田灌溉系统水环境的含量特征评价做出科学、合理的解释,也可以做出综合性定量评价.虽然灌溉水系统结构差异较大,但是从整体上可以初步得出农闲期西北江三角洲农田灌溉水的灌溉风险不高的结论,总体综合水质评价级别为Ⅰ类~Ⅱ类,达到水环境功能区的使用要求.

    2020年11期 v.40 3990-4000页 [查看摘要][在线阅读][下载 592K]
  • 沱江沉积物中有机氯农药分布特征及其与藻类有机质的关系和生态风险评估

    周浩;段丹丹;黄友达;杨余;曾祥英;冉勇;

    使用气相色谱-质谱联用仪分析了长江支流沱江流域48个表层沉积物中有机氯农药(organochlorine pesticides, OCPs)的残留水平,探讨了其分布和组成特征及其与总有机碳(total organic carbon, TOC)、藻类有机质之间的关系,以及评估其生态风险.结果表明沱江流域表层沉积物中OCPs的总含量为3.17~127 ng·g~(-1),其中六六六(hexachlorocyclohexane, HCHs)类农药的含量为2.83~86.0 ng·g~(-1),滴滴涕(dichlorodiphenyltrichloroethane, DDTs)类农药的含量为0.340~40.9 ng·g~(-1).OCPs空间分布特点为:上游<中游<下游<支流.HCHs和DDTs的组成成分分析表明,沱江流域存在林丹输入的现象,主要来自于历史残留,这与绝大多数流域的DDTs的输入状况相似.OCPs含量与TOC、藻类有机质含量之间存在着极显著的正相关性关系,表明藻类有机质在TOC对沉积物中的OCPs分配中起更为重要的作用.生态风险评估表明,沱江流域表层沉积物的有机氯农药存在较大的生态风险,可能对河流的底栖生物及生态环境造成明显的影响.

    2020年11期 v.40 4001-4009页 [查看摘要][在线阅读][下载 372K]
  • 干湿交替对自然沟渠沉积物反硝化速率的影响

    邵志江;汪涛;张云霞;郑斌;

    以川中丘陵区自然沟渠沉积物为研究对象,设置低强度、中强度、高强度的干湿交替频率和长期淹水对照处理,运用室内原状土柱-乙炔抑制培养法和实时荧光定量PCR技术,研究了干湿交替对自然沟渠沉积物反硝化速率及相关功能基因的影响.结果表明:在试验模拟过程中,干湿交替显著降低了沉积物中NH~+_4-N和DOC含量,沉积物中NO~-_3-N含量则表现为先增加后减少的趋势.沉积物反硝化速率均值表现为中强度(266.42μg·m~(-2)·h~(-1))>高强度(199.10μg·m~(-2)·h~(-1))>低强度(152.93μg·m~(-2)·h~(-1))>长期淹水(9.57μg·m~(-2)·h~(-1)).干湿交替增加了反硝化功能基因的拷贝数(p<0.05),nosZ基因拷贝数在实验前后无显著差异;低强度和中强度处理的nirK基因拷贝数在实验前后差异显著,中强度处理的nirS基因拷贝数在实验前后差异显著.Pearson相关分析结果表明,沉积物的反硝化速率与NO~-_3-N含量、ORP和nirK基因拷贝数呈显著正相关(p<0.05).干湿交替可能主要通过改变沉积物的NO~-_3-N含量、ORP和nirK基因拷贝数影响沉积物反硝化速率.

    2020年11期 v.40 4010-4017页 [查看摘要][在线阅读][下载 654K]
  • 分流制雨水管网沉积物中典型抗生素抗性基因污染特性

    孙文龙;肖旸;李阳;左晓俊;郭照冰;张帅;

    针对城市雨水管网沉积物中抗生素抗性基因(ARGs)污染特性尚不清楚的问题,本研究选择南京江北新区3种不同功能区(文教区、交通区及商业区)分流制雨水管网沉积物作为研究对象,考察了各功能区雨水管网沉积物中细菌耐药性,分析了β-内酰胺类和四环素类两类典型ARGs的组成种类及其相对丰度差异,重点探讨了上述典型ARGs在不同粒径颗粒中的分布特征.结果表明,各功能区可培养细菌总数大小顺序为商业区>文教区>交通区,而携带典型ARGs的耐药菌(ARB)相对含量大小顺序却为文教区>商业区>交通区;交通区的典型ARGs相对丰度高于文教区和商业区1个数量级;随着干期长度的增加,各功能区雨水管网沉积物中典型ARGs种类及相对丰度均有不同程度的减少;随着颗粒粒径的减小,文教区雨水管道沉积物中典型ARGs的丰度变化不大,交通区的雨水管道沉积物中典型ARGs的丰度则呈增加趋势,而商业区的无明显规律;粒径较小的颗粒中可移动遗传因子(MGEs)对ARGs的分布影响更大,且以<75μm粒径段颗粒中的最明显(相关系数为0.874).

    2020年11期 v.40 4018-4026页 [查看摘要][在线阅读][下载 462K]
  • 园林生物质中离子液体-复合菌剂共降解体系的筛选与构建

    路强强;赵宁;张昭;陈智坤;井光花;孙晓宇;李仁娜;黄标;

    园林生物质的绿色高效降解是实现生态系统物质循环的重要环节,离子液体-生物酶作为环境友好型降解体系备受关注.通过合成1-丁基-3-甲基咪唑([Bmim])和1-乙基-3-甲基咪唑([Emim])型离子液体衍生物,比较了温和条件下各离子液体对园林生物质的溶解再生性.结合复合微生物菌剂开展酶解试验,通过考察酶解率、纤维素酶活力、降解失重率和木质素含量变化等,筛选并构建最优降解体系组合.结果表明,两种离子液体的盐取代物对园林生物质有着较好的溶解再生性,当质量分数为70%~80%时,[Emim]型离子液体-复合菌剂体系的酶解率和酶活力最高.在降解末期,[Emim]Ac_(75%)和[Emim]FeCl_(4·75%)体系的降解失重率分别为46.9%和52.6%,均为阳性对照组的1.6倍,同时木质素含量分别减少41.7%和47.2%.[Emim]FeCl_(4·75%)-复合菌剂体系对园林生物质有着更为显著的降解效应.

    2020年11期 v.40 4027-4037页 [查看摘要][在线阅读][下载 366K]
  • 2018年冬季南京重霾污染特征及气象因素分析

    战杨志豪;谢旻;罗干;王体健;陈飞;

    2018年11月底—12月初南京及周边地区发生一次大范围持续性霾污染,利用南京市空气质量监测资料、颗粒物成分逐时观测资料、南京站探空资料等,结合天气学诊断分析、后向轨迹模拟和聚类分析等方法,分析此次重霾事件的污染特征和气象因素.结果表明,此次重霾事件具有峰值浓度高、持续时间长、波动较明显等特点.污染时段PM_(2.5)浓度变化分为3个阶段,平均浓度为114.7μg·m~(-3),整体达到中度污染.重霾期间南京市大气环境处于富氨条件,颗粒物整体偏酸性,移动源排放比重高于固定源,PM_(2.5)主要成分的存在形式为硫酸铵、硝酸铵和其他硝酸盐.本次重霾事件中气象条件对污染物的输送和累积影响显著,在PM_(2.5)浓度极端事件发生期间,均有各气象要素与PM_(2.5)浓度同步变化.高PM_(2.5)浓度与对流层低层增暖增湿、弱的西南风相对应.重霾事件的主要天气成因是冬季东部地区出现大面积稳定且持久的均压场,南京及周边地区近地面中高层污染物主要由西北和华北地区输送而来,低层污染物主要来自于本地源排放累积.动力条件和热力条件的相互配合,近地面受高压影响形成暖平流逆温层,且易形成下沉气流,使重霾天气持续发展.

    2020年11期 v.40 4038-4047页 [查看摘要][在线阅读][下载 1120K]
  • 2019年西安首场雾霾PM_(2.5)关键特征的综合诊断

    李博;裴成章;王楠;闫庆;狄慧鸽;刘晶晶;屈姣;华灯鑫;

    通过对WRF-Chem(Weather Research and Forecasting Model Coupled to Chemistry)环境模式模拟资料、HYSPLIT(HYbrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory Model)前/后向气团轨迹资料、环境站监测资料,以及西安理工大学(Xi′an University of Technology,简称XUT)多波长激光雷达、米散射激光雷达、能见度仪、粒谱仪等观测资料的综合诊断,探讨了2019年1月初发生在西安的雾霾过程(记为首场雾霾)PM_(2.5)组分、分布及传输特征,旨在为雾霾气溶胶研究提供有益的个例积累.定性、定量双重检验表明,Chem模式较成功复制了此次雾霾气溶胶过程.利用这些可靠的模式数据分析表明,PM_(2.5)中碳气溶胶的主要组分为有机碳,约占85%,强盛期气溶胶各组分随高度增加均呈递减趋势,各组分近地面浓度最高.通过对两类不同方法获取的消光系数对比分析表明,相比于模式数据,激光雷达数据具有更高的垂直分辨率,因此,更善于描述消光廓线的细节特征.通过对多源资料的综合诊断最终揭示出,"北风涌"是雾霾消散的关键影响因子,沿铜川-西安-山阳一带存在着污染物传输的重要路径,雾霾由此体现出自北向南依次消散的特征.

    2020年11期 v.40 4048-4059页 [查看摘要][在线阅读][下载 988K]
  • 基于LUR模型的2019年北京地区PM_(2.5)与PM_(10)浓度空间分异模拟

    赵雪;侯丽丽;王鑫龙;武高峰;梁爽;赵文吉;

    在城市区域内,空气污染物的浓度在小范围内存在显著差异,而离散的地面监测点分布不均匀,且监测范围有限,无法满足污染物暴露评估等研究的需求.本研究基于GIS空间分析和多元逐步回归的模型构建的方法,建立了土地利用回归(LUR)模型,并模拟了北京市2019年PM_(2.5)和PM_(10)浓度的空间分布特征.选择土地覆盖数据、气象数据(风速、降水、温度)和植被覆盖度数据等预测变量,以研究区34个监测站点为中心建立0.1~5 km共7个系列缓冲区,表征不同尺度下各变量对PM_(2.5)和PM_(10)浓度的影响.研究结果表明:(1)进入PM_(2.5)回归模型中的变量有:年均风速、温度、降水量和周围中等植被覆盖、耕地和不透水面的面积;进入PM_(10)回归模型中的变量有:年均风速和周围中等植被覆盖的面积.两个模型的调整R~2分别为0.829和0.677,模型精度较高.(2)抑制污染物浓度的变量,影响力随着空间范围扩大而增强;使污染物浓度增加的变量,影响力随着空间范围缩小而增强.(3)浓度模拟结果显示,PM_(2.5)和PM_(10)在西北部山区浓度较低,南偏东的城区浓度较高,并且向南有逐渐增加趋势.(4)植被覆盖度这一变量不仅进入了上述两个方程,且影响力都强于其他土地利用类型,故以后的模型改进应该考虑植被覆盖度这一因素.

    2020年11期 v.40 4060-4069页 [查看摘要][在线阅读][下载 501K]
  • 中国地区气溶胶类型变化及其辐射效应研究

    贺欣;陆春松;朱君;

    利用AERONET网站中国地区各区域多个站点长期的观测数据,通过各类气溶胶光学特性的差异(Extinction Angstrom Exponent,EAE;Single Scattering Albedo,SSA)将中国地区华北区域北京、香河站点,华东区域太湖站点,华南区域香港站点,西北区域SACOL站点气溶胶进行分类分析其气溶胶占比特征及年际变化,并进一步研究不同地区各类气溶胶光学及辐射特性差异.研究结果表明,不同地区各类气溶胶占比特征显著,华北区域北京、香河站点混合吸收型气溶胶Type5占比最多,分别占比35%、31%;其次为城市/工业型气溶胶Type3和Type4;华东区域以Type3、Type4和Type5三类气溶胶为主,分别占比32%、26%、25%;华南区域Type3、Type4气溶胶占比最为突出,占比分别达到46%、21%.西北区域Type5占比高达45%,出现高达34%的沙尘型气溶胶Type7.以不同地区各类气溶胶占比特征为基础,不同气溶胶的年际变化趋势差异较大.不同地区各类气溶胶光学特性参数(AOD(Aerosol Optical Depth)、EAE、SSA)年变化特征表明,华北、华东区域AOD减少、EAE变化小、SSA增大;华南区域整体AOD增大,但近年来AOD显著减少、EAE变化小、SSA增大;西北区域AOD增大、EAE增大、SSA减少,即除了西北区域外,其余区域环境空气质量逐渐好转,粒子尺度变化较小,吸收能力下降.地表气溶胶直接辐射强迫效率(ARFE-BOA)结果显示,除华东区域太湖站点外,Type1对地表的降温冷却作用最大,绝对值均大于210 W·m~(-2),其次为Type2,即吸收型粒子对地表的贡献大于散射型粒子;关于ARFE-TOA的平均特征,Type4或Type7对大气顶的降温冷却作用最强,而各类气溶胶对大气层的加热作用与ARFE-BOA的平均特征类似,吸收型细粒子对大气层的加热作用较强.

    2020年11期 v.40 4070-4080页 [查看摘要][在线阅读][下载 611K]
  • 青藏高原及周边区域沙尘气溶胶三维分布和传输特征

    吴浩;许潇锋;杨晓玥;谢丽凤;

    利用MERRA-2再分析资料和CALIPSO星载激光雷达产品,分析了1980—2017年青藏高原和塔克拉玛干沙漠上空沙尘气溶胶的分布和传输特征.对比了MERRA-2与AERONET及MISR的气溶胶光学厚度(AOD)产品,其相关系数分别为0.809和0.776.基于MERRA-2资料分析表明,研究区域沙尘光学厚度(DAOD)按春、夏、秋、冬季依次递减.塔克拉玛干沙漠和青藏高原地区DAOD均在5月达最高值.青藏高原北部DAOD比南部高0.06~0.10,两地区的DAOD值差异在5月最高.自2000年开始,塔克拉玛干沙漠和印度恒河平原DAOD高值区强度和影响范围显著增大,对青藏高原的沙尘输送增强,印度沙尘对青藏高原的影响显著增加.CALIPSO观测表明,青藏高原上空的沙尘主要来自塔克拉玛干沙漠,传输量春季最大,秋、冬季最小;部分来自印度恒河平原,传输主要发生在夏、秋季.塔克拉玛干沙尘通过柴达木盆地向青藏高原传输,最远可至30°N,传输高度在4~8 km.冬季青藏高原上空的沙尘主要来自柴达木盆地.塔克拉玛干沙漠和青藏高原的最大气溶胶消光系数廓线分别出现在春季和夏季.塔克拉玛干沙漠和青藏高原地区沙尘层厚度多年平均值分别为1.00和0.82 km.2007—2017年,塔克拉玛干沙尘层厚度呈下降趋势,年下降率为0.018 km.青藏高原沙尘层厚度春季最大,冬季次之,夏季最小;沙尘层厚度年变化趋势不显著.

    2020年11期 v.40 4081-4091页 [查看摘要][在线阅读][下载 1416K]
  • 基于观测模型的成都市臭氧污染敏感性研究

    韩丽;陈军辉;姜涛;徐晨曦;李英杰;王成辉;王波;钱骏;刘政;

    2019年4—8月,在成都市城区开展了O_3、NO_x、VOCs及气象参数的连续在线观测,基于观测数据OBM模拟的方式,对O_3超标日的敏感性及收支进行了分析.研究发现,成都市城区O_3超标日对应的绝大部分前体物的浓度均有所上升,基于VOCs的组分变化分析推断工业源排放在超标日可能存在较大幅度的增加.相对增量反应活性(RIR)值结果表明,成都市城区O_3超标日对人为源VOCs(AVOCs)敏感性最强,其次为天然源(BVOCs)和CO,而对NO_x为负敏感性,控制AVOCs对站点超标日的O_3浓度下降最为有利;逐月变化来看,O_3对AVOCs和NO_x的敏感性逐月差异较小,对BVOCs的敏感性在6—7月最强,对CO的敏感性在4—5月最强.观测点位处于典型的VOCs控制区,以O_3浓度为等值线的EKMA曲线显示4—5月脊线比例约为13,6—7月及8月的脊线比例约为8.建议在开展O_3防控时,VOCs的减排比例应远大于NO_x,且春季的减排比例应大于夏季.典型O_3污染日的日最大O_3小时生成速率为10×10~(-9)~18×10~(-9)·h~(-1),上午存在O_3输入,下午O_3本地生成占主导,其余时段O_3输出影响较强.

    2020年11期 v.40 4092-4104页 [查看摘要][在线阅读][下载 931K]
  • 秦皇岛市区大气臭氧生成过程及前体物敏感性研究

    崔亚茹;索娜;王磊;闫妍;黄海梅;马陈熀;郭佳;张晓山;

    O_3生成速率与前体物VOCs和NO_x之间的非线性关系,决定了明确当地的光化学属性是制定有效臭氧污染控制策略的重要前提.为掌握秦皇岛市O_3污染状况,探究秦皇岛市区O_3生成过程且明确秦皇岛市区臭氧生成与其前体物的敏感性关系,本研究对2015—2019年O_3污染状况进行了统计分析,并于2019年5月和9月分别选取天气晴朗的3 d对O_3生成过程及影响O_3生成的因子间的相互关系进行了研究,应用VOCs的OH消耗速率(L_(OH))和臭氧生成潜势(OFP)评估了VOCs对O_3生成的贡献,并利用基于观测的箱化学模型对观测日期的O_3生成与前体物关系进行了敏感性计算.研究发现,秦皇岛市O_3污染天数自2015年后显著增加,2015—2019年间O_3月均浓度最大值发生在夏季6月份左右.5月和9月加强观测期间O_3日变化明显,呈单峰型,高值出现在12:00—18:00,大部分观测期间O_3浓度峰值与温度峰值同时出现.加强观测期间日O_3浓度最大值出现在5月24日为277μg·m~(-3).两个月份各类别VOCs浓度排序均为烷烃>炔烃>烯烃>芳烃.VOCs各类别中烯烃的OH自由基反应活性总量最大,烷烃和烯烃的臭氧生成潜势相当,其对O_3生成的贡献均较大.基于观测限制的箱模型对O_3生成的前体物敏感性计算表明,观测期间秦皇岛市区处于VOCs控制区,且O_3生成对烯烃的变化最为敏感.

    2020年11期 v.40 4105-4112页 [查看摘要][在线阅读][下载 520K]
  • 汾渭平原空气质量的时空特征及其与气象因子的关系

    郑小华;李明星;刘慧;娄盼星;

    汾渭平原是继京津冀和长三角之后环境污染治理的第三大重点区域,为发挥协同作用改善区域大气质量提供更为科学客观的依据,基于2014—2019年汾渭平原11个重点城市的空气质量监测资料和气象数据,利用统计方法分别从空间和时间尺度上揭示了汾渭平原空气质量指数以及主要污染物特征,及其与气象因子的关系.结果表明:11个城市中有7个城市的年均AQI指数100以上,重度以上天数占6%,重污染聚集区主要集中在关中中东部.从时间尺度看,AQI的年际波动明显且在2017年之后略有改善,冬春季特别是1月污染最为严重且呈现出明显的周末效应.首要污染物的季节差异较大,冬季以PM_(2.5)和PM_(10)为主,而夏季则主要以O_3为主,春秋季则分别以PM_(10)和PM_(2.5)为主.从气象影响因子看,年尺度上气压、降水、平均气温以及混合层高度除与O_3为正相关外与其它污染物均为显著的负相关,且呈现出明显的季节差异.而降水无论年尺度还是季节尺度上均对空气质量有利,特别是中雨量级以上的降水过程对颗粒物和O_3污染的改善作用明显.

    2020年11期 v.40 4113-4121页 [查看摘要][在线阅读][下载 458K]
  • 宿迁3次突发性空气重污染过程对比分析

    庞礴;郑有飞;殷华;王锦杰;颜雅琼;

    利用空气质量资料、常规观测资料、NCEP1.0°×1.0°再分析资料,应用数理统计、天气学等方法对宿迁市3次突发性重污染天气进行对比分析.结果表明:(1)宿迁"突发"空气重污染时,AQI级别由前一日的一、二级至第2日转为五级以上,AQI值迅速上升.(2)3次空气重污染过程天气背景相似,高层为宽广平直的偏西气流,地面受高压控制,中低层风向和温度平流突然转变,且都有深厚的逆温层结;持续变化较小的气压梯度、较低风速、温度日较差及相对湿度的增大(150328过程(即2015年3月28日—4月1日污染过程)除外)为颗粒物浓度迅速增长提供了条件.(3)大气稳定度级别迅速变高和混合层高度迅速降低并维持,对污染物快速聚集有显著影响.(4)物理量诊断表明,污染发生前期上空为弱上升运动,随后迅速转为下沉运动,或气流下沉运动区域迅速扩大、升高,是空气质量迅速转差的重要动力因素.(5)内蒙古地区的沙尘远距离输送形成的污染,是造成150328过程与另外两次过程明显不同的主要原因.

    2020年11期 v.40 4122-4132页 [查看摘要][在线阅读][下载 1674K]
  • 基于质子转移反应质谱(PTR-MS)对北方冬季大气氨的观测研究

    史林林;房鑫;杨栋森;郭松;郑军;马嫣;马鑫;

    氨是大气中广泛存在的碱性气体,已有的研究表明,氨能够参与包括硫酸/水体系的三元成核过程,进而促进新粒子的形成;同时,氨也是大气二次有机气溶胶(SOA)的重要前体物,对二次有机气溶胶的形成具有不可忽视的影响.了解大气中氨的污染情况,实现对大气中氨的高时间分辨率的在线观测,对于研究大气中氨的时空分布及来源解析,进而加深对气溶胶生成机理及气溶胶在大气辐射平衡与气候变化中作用的认识有重要意义.本研究使用一台自主搭建的质子转移反应质谱仪(PTR-MS),以丙酮作为反应试剂,由电晕放电离子源产生质子化的丙酮反应试剂离子((C_3H_6O)_nH~+)(n=1,2),与大气中的气态氨及其他碱性气体发生质子转移反应后进行质谱检测.丙酮(C_3H_6O)相较于水(H_2O)和乙醇(C_2H_5OH),具有更高的质子亲和力(PA=194.1 kcal·mol~(-1)),对PA较高的碱基化合物的选择性更好,可减少其他物质对四极杆质谱检测结果的影响.本研究在2017年11月9日—2018年1月10日和2018年11月12日—2019年1月2日华北地区气溶胶生成机理综合研究联合外场观测期间,将PTR-MS部署于山东省德州市平原县气象局观测场内,对大气中的氨气进行实时在线观测.结果表明,两次观测的气态氨平均值分别为(5.89±5.27) ppbv和(2.65±2.41) ppbv,均呈现出一个明显的日变化规律,即上午6:00—7:00出现峰值,随后逐渐下降,在下午大约15:00浓度达到最低值,随后上升.结合正交矩阵因子分解法(Positive Matrix Factorization, PMF)模型对当地近地面大气中氨气进行初步的来源分析,发现当地大气中氨气的来源主要是周边农村在冬季大量使用生物质燃料燃烧取暖造成的生活排放和当地交通源排放.两次冬季观测中当地农村取暖等生活排放分别占到66.0%和55.0%;交通排放在两次观测中分别占到27.0%和36.8%;农田土壤释放、畜牧养殖排放和工业排放等其他来源占比较低,分别是6.2%和7.5%;外部传输来源只占到很少一部分,分别是0.8%和0.7%.2018年的冬季观测相较于2017年,氨气浓度总体出现下降,主要来源还是以当地农村冬季生活和取暖燃烧排放为主,但通过相关政策管控,这一污染来源得到改善.

    2020年11期 v.40 4133-4144页 [查看摘要][在线阅读][下载 897K]
  • 制药行业VOCs排放组分特征及其排放因子研究

    邵弈欣;陆燕;楼振纲;冯元群;吴卫红;张涌新;郑成航;尹玉雷;

    为研究制药行业产品工艺过程的挥发性有机物(VOCs)排放特征,以华东地区某工业园区的两家化学合成类制药企业为研究对象,采集并分析了来自不同生产线和生产环节的VOCs样品.结果表明,同行业不同企业、同企业不同车间的VOCs排放特征差异显著,基于获得的产品生产线不同环节的VOCs排放特征,结合产品工艺流程,推测排放的VOCs组分主要与原料和生产工序有关;处理设施对不同VOCs组分的脱除效率也存在明显差别,RTO对不同VOCs种类的处理效率由高至低依次为OVOCs(80.5%)、芳香烃(72.7%)、烷烯烃(68.3%)和卤代烃(66.1%);根据浓度测试结果,计算得到48种VOCs的排放量和排放因子,制药企业A和B的VOCs排放总量分别为14.2 t·a~(-1)和0.4 t·a~(-1),均以卤代烃占比最大,分别为56.1%和48.2%.

    2020年11期 v.40 4145-4155页 [查看摘要][在线阅读][下载 597K]
  • 基于遥感尾气监测的柴油车气态污染物排放因子计算方法研究

    王孟昊;黄成;任洪娟;王坤;王瑞宁;徐冲;徐为标;韩雷;

    采用遥感尾气测试系统实测了柴油车在实际道路工况下的CO、HC和NO排放特征,修正了排放因子的计算方法,并与车载排放测试系统(PEMS)实测结果进行了验证,获得了实测车辆的CO、HC和NO排放因子.测试结果显示,在各种遥感监测的工况下柴油车尾气中均含有较高浓度的氧气,未考虑氧气影响的燃烧方程反演获得的各污染物体积浓度计算值与PEMS实测值的偏差较大,且氧气浓度越大,偏差越大.经过氧气修正的燃烧方程反演计算的尾气浓度与PEMS实测值吻合度大幅提升,适用于实际工况下遥感检测车辆尾气的反演计算.修正算法得到CO、HC和NO的排放因子离散性较小,精确度较高,可以为量化柴油车尾气排放贡献提供科学依据.

    2020年11期 v.40 4156-4161页 [查看摘要][在线阅读][下载 314K]
  • 测量固定源可凝结颗粒物的稀释间接法及系统

    邓建国;张莹;王乐冰;李妍菁;段雷;郝吉明;蒋靖坤;

    固定源排放的可凝结颗粒物(CPM)已引起广泛关注,但我国尚没有标准测量方法.本研究报道了可用于固定源可凝结颗粒物测量的稀释间接法,并开发了基于单旋风切割头的测量系统,提高了可凝结颗粒物测量的准确性及测量仪器的便携性.在常温和烟气温度下旋风切割头的颗粒物分离效率均满足国际标准对切割头分离效率的要求.基于燃煤电厂等固定源现场评测结果和测量系统适用性的考量,建议稀释间接法及测量系统的关键运行参数如下:稀释比为10∶1,停留时间为10 s,稀释后的烟气温度≤30℃,相对湿度≤70%.用所研发的稀释间接法测量系统对燃煤电厂、钢铁厂烧结机机头和钢铁焦化厂总排口可凝结颗粒物进行了测试,结果表明,燃煤电厂总排口CPM平均浓度为(0.8±0.3) mg·m~(-3),钢铁厂烧结机机头总排口CPM平均浓度为(6.2±1.7) mg·m~(-3),钢铁焦化厂总排口CPM平均浓度为(1.2±0.8) mg·m~(-3).

    2020年11期 v.40 4162-4168页 [查看摘要][在线阅读][下载 420K]
  • 不同来源土样胶体对氯霉素吸附行为的影响

    周旋;晏彩霞;鞠民;丁明军;聂明华;唐晓佳;李琪;黄娴;

    选取不同来源沉积物或土壤样品(沉积物A1和A2,天然土壤B1和B2,市售营养土B3),采用切向超滤与多种纳米分析技术相结合的方法,分析了不同土样中胶体的理化特征及其对氯霉素(CAP)吸附行为的影响.荧光区域积分法结果显示,土样胶体的荧光组分以色氨酸类蛋白质、类富里酸和类腐殖酸为主,络氨酸类蛋白质和溶解性微生物代谢物质存在较少.吸附实验结果表明,B3胶体对CAP的吸附率最大(36.25%),在胶体浓缩液和超滤液中的分配比例最高(1.91),但其有机碳归一化结合系数最低(3.93).与天然土壤相比,河湖沉积物胶体的吸附率较高,但其与CAP的结合能力却较低.冗余分析结果表明,胶体对CAP的吸附主要与其芳香度、有色溶解性有机质丰度、溶解性有机碳浓度及分子量有关;此外,胶体的腐殖化程度、芳环上羧基、羰基等官能团的比重及荧光物质中溶解性微生物代谢产物和类腐殖酸对CAP的吸附行为也具有较大影响.

    2020年11期 v.40 4169-4179页 [查看摘要][在线阅读][下载 433K]
  • 基于氨挥发因子方法的中国农田氨排放量估算

    谢梓豪;樊品镐;武华;程琨;潘根兴;

    农田是氨的主要排放源,估算农田的氨挥发量可以明确其潜在的生态环境风险,为制定农田氨减排策略提供科学依据.通过文献收集,建立了包含867对观测值的中国农田氨挥发数据库,然后以氮肥施用量为自变量,氮肥施用引起的氨排放量为因变量,计算得到体现农业区、作物类型、肥料类型、土壤pH差异的氨挥发因子,采用独立样本进行验证,发现计算得到的氨挥发因子可以无偏地、较为准确地估算中国农田的氨挥发.不同区域、作物和管理措施下的氨挥发因子有显著差异,整体上,由于南方地区年均温和年降雨量均高于北方,导致南方的氨挥发因子高于北方,而碱性土壤的氨挥发因子高于中性和酸性土壤;与单施化肥相比,多数情况下施用有机肥可降低氨挥发因子,使用缓释控释肥或抑制剂可显著降低氨挥发因子;以单施化肥为例,水稻种植的氨挥发因子为9.9%~37.0%,高于蔬菜(2.2%~13.0%)和其他作物(3.3%~8.0%).2015年中国农田由无机氮肥使用引起的氨排放总量为3.21 Tg,95%置信区间为2.92~3.46 Tg,其中,粮食作物和蔬菜占比最高,分别为66%和20%,豆科作物占比最低(0.8%).由于气候、土壤、作物类型的差异,氨挥发呈现明显的空间异质性,长江中下游区排放量最高,而青藏区排放量最低.

    2020年11期 v.40 4180-4188页 [查看摘要][在线阅读][下载 300K]
  • 原料材质、产品类型及生产工序对印染废水产生特性的影响研究

    张徐洁;万梅;王晨光;史惠祥;刘锐;赵远;

    选取嘉兴市82家印染企业,针对棉、毛、化纤3种典型原材料,研究了织物、纱线、纤维产品在前处理、染色和印花等工段的废水产生量和水质,基于产污强度算法估算了各印染工序的废水产污强度.结果表明:棉、毛、化纤织物印染废水总产生强度分别为90.21、206.02、109.66 L·kg~(-1)织物,漂洗为废水主要产生工序.印染各工段化学需氧量(COD)产生强度普遍较高,特别是棉、化纤织物前处理工段COD产生强度高达136.98和131.67 g·kg~(-1)织物.印染部分工序氮、磷产污强度高,如棉、毛、化纤织物的洗网废水总氮(TN)产生强度为4.98、1.25、2.21 g·kg~(-1)织物,棉纤维、毛织物和毛纱线的染色工序总磷(TP)产生强度为0.28、0.18、0.18 g·kg~(-1)产品,还有棉、化纤的洗网废水TP产生强度为0.30、0.15 g·kg~(-1)产品.利用产污强度及治理设施削减系数估算得出的印染企业各废水污染物排放量,与污染物在线监测数据相比较,相对误差低于30%;将本研究所得各产污强度与第二次全国污染源普查产污系数比较,除印花工段外,两者相对偏差均低于20%.本研究获得的印染行业各产污节点特征和产污强度,可为印染行业的环境精细化管理和产污节点管控提供数据支撑.

    2020年11期 v.40 4189-4198页 [查看摘要][在线阅读][下载 550K]
  • 内质网应激和氧化应激通路对DINP诱发Allergic March的介导作用

    雷璠;李崇尧;彭旗;王曼;唐帆;姚蕾;吴永亮;敖紫淳;马萍;

    为了研究增塑剂邻苯二甲酸二异壬酯(diisononyl phthalate, DINP)致Allergic March的作用机制,以雄性BALB/c小鼠为受试动物,随机分为5组,包括空白对照组(生理盐水)、20 mg·kg~(-1) DINP组、OVA组、20 mg·kg~(-1) DINP+OVA组和4-苯基丁酸(4-PBA)拮抗组(20 mg·kg~(-1) DINP+OVA+4-PBA),染毒周期为47 d.以肺组织匀浆测定活性氧(reactive oxygen species, ROS)、还原型谷胱甘肽(glutathione, GSH)、丙二醛(malondialdehyde, MDA)和一氧化氮(nitric oxide, NO).采用ELISA试剂盒检测血清中总免疫球蛋白E(T-IgE)、OVA特异性免疫球蛋白E(OVA-IgE)和白细胞介素-33(IL-33)评价机体的炎症因子,并同时观察肺组织的病理变化结果.与生理盐水组比较,OVA组的肺功能、Th2免疫系统功能亢进的分子、氧化应激指标和肺组织病理学损伤都有所加重.与OVA组比较,20 mg·kg~(-1) DINP+OVA组的肺功能、Th2免疫系统功能亢进的分子、氧化应激指标和肺组织病理学损伤同样也有所加重.而4-PBA拮抗组(20 mg·kg~(-1) DINP+OVA+4-PBA)与20 mg·kg~(-1) DINP+OVA组相比较,其各项指标都有了明显的减轻.实验结果表明,20 mg·kg~(-1)的DINP能加重小鼠的Allergic March,内质网应激拮抗剂4-PBA可使Allergic March症状减轻,对小鼠肺组织起保护作用,说明内质网应激通路可能通过调节氧化应激介导了DINP所致的Allergic March.

    2020年11期 v.40 4199-4206页 [查看摘要][在线阅读][下载 547K]
  • 磺胺甲恶唑对赤子爱胜蚓肠道微生物群落的影响

    熊小波;孙博琳;秦静婷;傅声雷;王洪涛;

    肠道菌群已被证实有助于宿主的健康和代谢功能,但环境污染物对动物肠道微生物的影响却很少报道.因此,本研究将赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)暴露于抗生素(磺胺甲恶唑)污染土壤28 d后,基于16S rRNA高通量测序技术分析了蚯蚓肠道微生物群落组成,并探讨了抗生素污染对蚯蚓肠道菌群结构的影响.结果表明,土壤中磺胺甲恶唑对蚯蚓的存活率和生长无明显影响,但可以引起蚯蚓肠道微生物群落的紊乱.磺胺甲恶唑的添加能够使蚯蚓肠道微生物群落多样性水平降低,并引起肠道内支杆菌属(Mycobacterium)和Luteolibacter的丰度显著降低,也能显著增加肠道内拜纳蒙纳斯属(Balneimonas)和疣微菌科(Verrucomicrobiaceae)的丰度,而芽胞杆菌属(Bacillus)等优势菌的丰度在肠道内较为稳定.同时,赤子爱胜蚓肠道微生物群落主要以放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)为主,并与周围土壤菌群组成存在显著差异.此外,蚯蚓肠道细菌群落多样性低于周围土壤细菌群落多样性,这可能是由于蚯蚓肠道自身微环境和共选择造成的.这些结果有助于更好地理解抗生素污染在土壤动物肠道微生态系统中的风险传播.

    2020年11期 v.40 4207-4214页 [查看摘要][在线阅读][下载 303K]
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