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2023年  第13卷  第1期

“长江流域城市水生态环境综合整治对策”特色研究专栏
长江流域典型城市水生态环境特征解析及综合整治对策
邱斌, 朱洪涛, 齐飞, 李虹, 申璐, 孙德智
2023, 13(1): 1-9. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210710
摘要(478) HTML (242) PDF(5055KB)(112)
摘要:

以长江流域典型城市为研究对象,估算长江干流、主要支流和通江湖城市COD、氨氮、TN和TP污染排放负荷,梳理典型城市水环境质量、水生态、水资源和水安全特征。结果表明,长江流域内56个城市COD、氨氮、TN、TP的排放量分别为193.78万、15.57万、31.01万和2.18万t/a,流域内大部分城市主要污染源为城市生活源,但工业源和城市面源不容忽视。近年来,流域内城市面源排放负荷占比升高,部分城市水生态系统遭到破坏,存在水质型和资源型缺水、水资源开发利用不合理、非常规水利用率低等问题,导致部分城市仍存在水生态环境安全风险。在此基础上提出了流域内城市“十四五”时期水生态环境综合整治对策建议。

长江流域四川区域城市水生态环境问题解析及治理对策
董妍兰, 孙德智, 邱斌
2023, 13(1): 10-18. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210701
摘要(379) HTML (170) PDF(5137KB)(73)
摘要:

以长江流域四川区域18个城市为研究对象,分析了近5年区域内长江干流(四川段)、支流岷沱江和嘉陵江流域典型城市建成区的水环境质量变化趋势及主要污染指标,估算流域内城镇生活源、工业源和城市面源化学需氧量(COD)、氨氮、总氮(TN)和总磷(TP)污染排放负荷,解析城市水生态环境问题及成因。结果表明:近5年长江流域四川区域城市水体水质逐年向好,TP、氨氮、TN和COD是区域内水体的主要污染指标;城镇生活源为区域城市的主要污染源,城市基础设施建设不足、部分城市工业污染问题突出、丰水期城市面源负荷较大、资源型和水质型缺水并存等导致了城市水生态环境问题。在此基础上,提出通过推进城镇污水收集和处理系统提质增效、实施典型工业废水专项治理、建设溢流污水处理设施、开展城市水体生态修复等措施进一步提升长江流域四川区域城市水生态环境质量。

长江流域洞庭湖片区典型城市水环境问题解析与治理对策
李永真, 孙德智, 李虹, 李莹杰, 齐飞
2023, 13(1): 19-26. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210708
摘要(393) HTML (145) PDF(2273KB)(83)
摘要:

为解析洞庭湖片区城市对洞庭湖及长江流域造成的水环境污染问题并提出相应的治理对策,以洞庭湖片区6个城市为研究对象,对该区域城市国控断面水质变化情况、水资源特征和重金属污染问题进行梳理,对工业源、城市生活源和城市面源的污染负荷进行核算。结果表明,片区内6个城市排放的COD、氨氮、TN和TP负荷量分别为14.07万、1.21万、2.45万和0.14万t/a,主要污染源来自城市生活源,其次分别为工业源和城市面源,影响片区城市水质的主要因子分别为氨氮和TP。对该片区城市水环境问题进行剖析,发现管网建设不完善是引起城市水体水质恶化的重要原因之一,工业规模扩大和工业历史遗留问题导致工业废水排放和重金属污染,并基于上述分析提出相应的城市水环境问题整治建议。

长江流域湖北片区典型城市水生态环境问题解析及整治对策
张妍妍, 王峥, 邱斌, 孙德智
2023, 13(1): 27-35. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210699
摘要(594) HTML (414) PDF(3399KB)(112)
摘要:

为了改善长江流域湖北片区城市水生态环境,从水环境、水资源、水生态和水安全4个方面解析了片区内城市水生态环境特征及问题,并对主要污染源的污染负荷进行分析和估算。结果表明,生活源是片区内城市的主要污染源,对片区化学需氧量、氨氮、总氮和总磷的贡献率分别为68.75%、76.58%、75.82%和80.46%,片区内城市存在管网建设滞后,污水处理厂超负荷运行,工业磷化工、磷矿、磷石膏(“三磷”)污染问题突出,水资源供需矛盾显著,水体富营养化严重和水安全保障能力不足等问题。针对以上问题,结合片区内城市的实际情况,分别从以下几方面提出水生态环境综合整治对策:生活源治理需加大管网建设力度,对污水处理厂进行提质增效;工业源治理重点解决“三磷”问题;水资源方面,坚持以水定城、量水发展,构建节水型城市;水生态方面,加强河湖缓冲带建设,恢复生物多样性;水安全方面,加强风险管控,建立健全应急预警机制等。

长江流域赣皖区域城市水生态环境特征解析及整治对策
曾令武, 王峥, 朱洪涛, 孙德智
2023, 13(1): 36-46. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210703
摘要(223) HTML (146) PDF(7826KB)(52)
摘要:

近年来长江流域赣皖区域城镇化水平不断提高,但城市污水收集处理设施建设滞后导致大量污染物排入城市水体,使城市水生态环境遭到破坏。以区域内19个城市为研究对象,从水环境、水资源、水生态和水安全4个方面总结了区域城市水生态环境特征;基于文献资料调研及相关污染源的污染负荷计算,剖析了造成水生态环境问题的内在原因。结果表明:城镇生活源为区域内多数城市第一大污染源;用水效率偏低加剧了城市水资源短缺现象;城市化的建设使区域内湖泊富营养化风险突出,水生态系统受损严重;有色金属采矿及发达的航运造成河湖重金属和航运污染风险突出。针对上述问题,提出了包含城市点源与面源污染防治、节水型城市构建、富营养化风险控制和有色金属及航运码头污染控制的水生态环境综合整治对策建议。

基于敏感目标被访问概率法的长江口水域溢油风险区划研究
陈昊, 卢士强, 邵一平, 王彪, 刘扬
2023, 13(1): 47-53. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210648
摘要(306) HTML (180) PDF(3498KB)(38)
摘要:

以上海市长江口主要环境敏感目标为研究对象,利用Oilmap被访问概率模型计算青草沙集中式饮用水水源地、东滩湿地国家级自然保护区、城市岸线旅游区域、渔业捕捞区等长江口主要生态环境敏感目标的溢油风险概率,构建了基于溢油发生概率、影响因子、气象水文条件、敏感目标敏感系数的溢油风险指数体系,形成了长江口溢油风险二级分区区划。根据溢油风险指数,划定上海长江口水域溢油高风险区、较高风险区、中风险区、低风险区4个级别,各风险级别面积分别为335、2 375、5 695和3 068 km2。针对长江口水源地溢油风险防控区等4类重点防控区,提出分区分级分类防控要求建议,明确不同分区首要防护目标,并按分级管控要求提出不同区域预警防控等级。

减污降碳协同增效
基于地理加权回归的省域碳排放影响因素研究
杨青, 彭若慧, 刘星星, 曹兰娟
2023, 13(1): 54-62. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210523
摘要(422) HTML (218) PDF(4022KB)(83)
摘要:

碳减排已经成为新时代生态文明建设亟待解决的问题,碳排放量与地域空间位置密切相关,为更好地促进碳减排、碳达峰,碳排放影响因素的区域性差异以及趋势分析已成为碳减排分析的焦点。通过地理加权回归方法研究我国30个省(区、市)2007—2017年的人口因素、能源消费、城镇化建设发展对碳排放量的影响,进而揭示碳排放量与区域社会经济发展的关系。结果表明,碳排放量的空间聚集性较强,各影响因素的空间分布格局差异较大,其中电力消费总量和化石能源消费总量的增加对碳排放量的正向影响作用最大,人口规模对碳排放量也有一定的正向促进作用,城市公共汽电车辆和主要建材消耗总量对碳排放量的影响作用并不显著,均呈不稳定的正负相关关系。我国碳减排应调整能源消费结构,进一步提高清洁能源技术创新,将城镇化建设与碳减排分阶段融合,加大绿色消费、绿色建筑和绿色出行的支持力度。

基于LMDI方法和STIRPAT模型的天津市碳排放量对比分析
刘茂辉, 翟华欣, 刘胜楠, 岳亚云, 杨多堃, 李婧
2023, 13(1): 63-70. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210826
摘要(270) HTML (1774) PDF(1674KB)(193)
摘要:

通过梳理天津市2000—2019年碳排放量变化,基于LMDI方法和STIRPAT模型分别构建碳排放量模型,对比分析碳排放量影响因素,并预测基准情景、低碳情景和超低碳情景下的天津市碳达峰和碳中和情况。结果显示:天津市能源结构的不断优化和能源强度的持续降低是导致碳排放量减缓的主要因素,但天津市富裕程度的增加和城镇化率的提高促进碳排放量的增加;在基准情景下,天津市很难在2025年实现碳达峰、在2060年之前实现碳中和;在低碳情景下,天津市可在2025年之前实现碳达峰,但在2060年之前实现碳中和难度较大;在超低碳情景下,天津市更易在2025年之前实现碳达峰,且在碳汇工程的实施下可在2060年之前实现碳中和。

中国能源消费CO2排放的影响因素及情景分析
张剑, 刘景洋, 董莉, 乔琦
2023, 13(1): 71-78. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210563
摘要(570) HTML (208) PDF(988KB)(78)
摘要:

针对我国2030年碳达峰要求,立足当前经济和能源需求快速发展的现状,选取2000—2020年时间序列数据,采用Tapio脱钩模型,定量分析中国能源消费CO2排放量与经济增长的脱钩状况;建立扩展的STIRPAT模型,探讨中国能源消费CO2排放的影响因素;运用情景分析法对基准情景(S0)、产业结构优化情景(S1)、能源结构优化情景(S2)、多要素优化情景(S3)4种情景下的CO2排放量进行了预测。结果表明:中国能源消费CO2排放量与经济增长之间的脱钩状态总体以弱脱钩为主。人口规模、能源消费结构、第二产业占比、城镇化率、人均GDP、第三产业占比、碳排放强度每变动1%时,分别引起能源消费CO2排放量的2.857%、0.879%、0.836%、0.623%、(0.221+0.011ln A1)%、0.241%、0.132%的变动。基准情景下中国在2030年之前不能实现碳达峰,产业结构优化情景和能源结构优化情景下在2030年实现碳达峰,峰值分别为110.90亿和109.18亿t,多要素优化情景下可以在2030年之前实现碳达峰,峰值为105.03亿t。

CO2催化转化催化剂研究现状
潘冠福, 麻媛媛, 徐定华, 杭晨哲, 刘扬
2023, 13(1): 79-84. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210763
摘要(496) HTML (224) PDF(584KB)(109)
摘要:

将CO2通过催化反应转化为甲烷、甲醇、一氧化碳、甲酸、低碳烯烃和芳香烃等有价值化工原料是实现碳达峰和碳中和的重要手段。催化剂是转化过程的决定因素之一,开发高转化率和高选择性的催化剂仍是当前CO2催化转化研究的重点内容。目前,采用的催化剂主要为贵金属催化剂和部分过渡态金属催化剂,同时部分非金属催化剂、新型催化剂和本体催化剂也具有良好的催化活性。转化产物分子结构的复杂化和非均相化程度越高,则CO2催化转化的转化率和选择性越低。催化反应以热催化和光催化为主,反应条件的差异导致不同催化剂的性能可比性较差。因此,除开发高效催化剂外,建立规范化的CO2催化转化评价方法也是未来研究的重点。

基于文献计量的减污降碳协同减排研究进展与展望
顾斌杰, 赵海霞, 骆新燎, 朱天源, 范金鼎
2023, 13(1): 85-95. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210780
摘要(1143) HTML (301) PDF(3998KB)(204)
摘要:

开展污染物和二氧化碳的协同减排是当前我国推进生态文明建设的关键途径和重要抓手,分析国内外研究热点与趋势,有助于为我国协同减排治理理论研究与实践路径提供参考。运用CiteSpace对Web of Science核心数据库和中国知网的中英文相关文献进行梳理分析,探讨该领域研究的发展态势。结果表明:该领域发文量呈上升趋势且有一定阶段性,美国和中国发文量较高,其他发文主要集中于欧美与东亚地区国家;除了环境科学类期刊发文较多外,国外的能源类期刊影响力较大,国内则是经济与管理类期刊有较大影响力;国内外研究关注该领域的应对策略和政策及其效应评估,此外国外研究关注排放模拟,国内研究关注特定行业和区域及减污降碳领域的体制机制构建。未来研究的重点是综合考虑区域协同发展背景及多重环境政策的影响机制,研究减污降碳、协同减排的路径及其政策体系。

大气/废气污染控制与管理
嘉兴市大气PM2.5中金属元素污染特征、生态风险评价及来源分析
熊传芳, 张征宇, 万梅, 唐倩, 张颖龙, 杨晓霞
2023, 13(1): 96-104. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210487
摘要(267) HTML (138) PDF(2153KB)(34)
摘要:

为研究嘉兴市大气PM2.5中金属元素的污染特征、生态风险和污染来源,使用嘉兴市善西超级站的24 h在线监测数据,对2019年3月1日—2020年2月29日嘉兴市大气PM2.5和其中12种金属元素(K、Ca、Fe、Zn、Mn、Cd、Pb、Cr、Ni、Ba、Cu、V)进行分析。结果表明:观测期间嘉兴市PM2.5平均浓度为30.94 μg/m3,优于GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准(35 μg/m3),PM2.5浓度季节分布为冬季>春季>秋季>夏季。金属元素总浓度为1.36 μg/m3,从高到低分别为K>Fe>Zn>Ca>Mn>Pb>Ba>Cu>Cr>Ni>Cd>V,其中Fe、Zn浓度的变化受到新型冠状病毒感染疫情暴发和春节的影响。随着大气污染程度的加重,PM2.5中金属元素总浓度和各金属元素浓度都呈上升趋势,但大多数金属元素在PM2.5中的占比呈下降趋势。富集因子法表明,K、Ca、Fe、Ba、V不存在富集,Zn、Cd存在极重富集。地累积指数结果显示,Cu、Pb、Zn、Cd受到人为源的影响较大。由金属元素的生态风险指数可知,Mn、Cr、Ni存在轻微潜在生态风险,Zn、Cu、Pb、Cd的生态风险较大。通过主成分分析得出,嘉兴市PM2.5中金属元素主要来自工业源、燃煤源、交通源和自然源。

青岛市冬季正构烷烃污染特征及来源解析
温会英, 王少博, 张敬巧, 刘锐泽, 郭天锋, 王涵, 张文杰, 王淑兰
2023, 13(1): 105-113. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210862
摘要(234) HTML (114) PDF(2952KB)(39)
摘要:

为研究青岛市冬季大气PM2.5中正构烷烃的浓度水平、分子组成以及来源,于2020年1月10—23日在青岛市崂山区采集城市地区大气PM2.5样品,通过气相色谱-质谱(GC-MS)进行定量分析得到26种正构烷烃,并对正构烷烃的污染特征及来源进行详细分析。结果表明:正构烷烃浓度为59.2~429.2 ng/m3,平均浓度为(230.9±111.7) ng/m3,其中正二十四烷烃是浓度最高的单体物种,浓度为49.63 ng/m3。依据GB 3095—2012《环境空气质量标准》PM2.5二级浓度限值,采样期间分别有8天污染天和6天清洁天,污染天和清洁天正构烷烃的浓度分别为(283.7±93.6)和(160.5±82.1) ng/m3。污染天和清洁天正构烷烃碳数分布相似,主峰碳为C22,次峰碳为C24。污染天和清洁天正构烷烃的碳优势指数(CPI、CPI1和CPI2)分别为0.91、0.81、1.19和0.98、0.84、1.38,植物蜡贡献率分别为6.67%和19.31%,表明人为排放源是青岛市冬季正构烷烃的主要来源。主成分分析结果表明,青岛市冬季正构烷烃主要来自人为排放源(煤炭燃烧、车辆尾气排放),植物排放源的贡献较小。潜在源分析结果表明,正构烷烃主要来自西北方向的长距离传输,低碳数正构烷烃和高碳数正构烷烃的潜在源分布基本一致。

常州某纺织工业园区周边PM2.5和PM10中重金属源解析及健康风险评估
吴庆瑶, 张丽娟, 丁平, 郭震, 李歆, 黄楚珊, 蔡丹, 李廷真, 胡国成
2023, 13(1): 114-121. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210475
摘要(293) HTML (152) PDF(2186KB)(47)
摘要:

以江苏省常州市典型纺织工业园区为例,在其周边区域采集PM2.5和PM10样品,通过微波消解的前处理方法,采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定样品中的Sb、Co、V、Pb、Cd、As、Cu、Ni和Cr浓度,分析夏、冬两季样品中重金属浓度特征及季节变化规律,利用正定矩阵因子模型(PMF)和美国国家环境保护局(US EPA)健康风险评估模型评估其来源及健康风险。结果表明:该纺织工业园区周边夏、冬两季PM2.5的平均浓度分别为64.41和109.29 μg/m3,PM10的平均浓度分别为89.08和146.65 μg/m3,冬季PM2.5和PM10浓度水平分别是夏季的1.70和1.65倍,均呈冬季大于夏季的特征;纺织工业园区周边大气颗粒物中As出现超标现象,最大超标倍数为GB 3095—2012《环境空气质量标准》参考浓度限值的33.3倍,冬季各金属浓度水平均大于夏季;PMF模型分析表明,纺织工业园区周边区域PM2.5和PM10中各重金属的主要来源为道路扬尘和工业排放复合源,其在夏、冬季的贡献率分别为59.7%、64.2%;健康风险模型表明,暴露在冬季PM2.5和PM10中,儿童的总非致癌风险系数分别为1.13和1.20(>1.00),存在非致癌风险,男性和女性的Cr、As致癌风险指数均超过阈值(10−6~10−4),存在致癌风险,处于不可接受水平。

城市绿地及其溢出效应对PM2.5浓度影响研究—以合肥市主城区为例
王丽宸, 董冬, 顾康康, 罗毅
2023, 13(1): 122-128. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210866
摘要(288) HTML (193) PDF(9221KB)(40)
摘要:

为探究城市绿地及其溢出效应对 PM2.5 浓度的影响,利用2018年合肥市主城区的遥感影像和PM2.5栅格数据,通过PM2.5浓度空间分布自相关分析将城市划分为HH(high-high)效应区、LL(low-low)效应区和无明显效应区3个区域。根据绿地解译和筛选得到研究绿地,通过ArcGIS软件对PM2.5栅格数据进行空间统计,并利用SPSS软件进行相关分析和回归分析。结果表明:不同区域绿地的溢出效应对PM2.5浓度的影响不同,在HH效应区内随距离增加PM2.5平均浓度减小,在LL效应区内随距离增加PM2.5平均浓度增加;不同区域绿地指标对PM2.5浓度变化的影响效应不同,在LL效应区归一化植被指数(NDVIg)对PM2.5浓度变化影响最大,在HH效应区和无明显效应区绿地面积指数(Sg)对PM2.5浓度变化影响最大。

SEMS系统引入机动车排放检测可行性研究
屈小梭, 陈鹏, 吴倩, 包鸿, 白艳英, 谢琼, 吉喆
2023, 13(1): 129-134. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210581
摘要(321) HTML (137) PDF(1317KB)(31)
摘要:

机动车排放实验室测试与实际道路测试结果间存在较大差距,目前实际道路测试普遍采用车载排放系统(portable emission measurement system,PEMS),但PEMS系统具有操作复杂、测试装置整体较重等缺点,急需简单易行的实际道路排放测试系统。基于传感器技术的机动车智能排放测试系统(smart emission measurement system,SEMS),结构简单,操作方便,将其引入机动车实际行驶排放检测非常必要,但国内缺乏SEMS系统测试应用相关研究。通过研究国内外SEMS系统现状,并开展相关对比测试试验,研究SEMS系统引入机动车排放检测可行性与存在的问题。结果表明:SEMS系统测试的颗粒物数量(PN)与PEMS测试结果的差异为10%~30%;氮氧化物(NOx)排放量与实际道路对比测试结果差异较大,特别是激烈驾驶情况下,最大差异高达369%;PN和NOx排放测试结果瞬时分布和累计分布趋势较为一致。基于测试试验及结果分析,探讨了SEMS系统引入机动车排放检测的可行性,提出SEMS系统引入机动车排放检测具备一定可行性,可用于NOx和PN高排放车辆筛查。

基于模糊层次分析法的VOCs泄漏检测与修复效果评估体系研究
卜梦雅, 费波, 张钢锋
2023, 13(1): 135-142. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210525
摘要(224) HTML (116) PDF(1766KB)(27)
摘要:

基于模糊层次分析法(FAHP),从国内现有泄漏检测与修复(LDAR)相关标准和技术指南中筛选出项目建立、现场检测、泄漏修复与复测、台账管理4个层面14项评估指标,构建LDAR实施效果评估的层次结构模型,通过对专家、企业、第三方服务商3类群体代表发放30余份问卷调查,进而计算指标权重,以解决国家日益重视挥发性有机物(VOCs)管控形势下,如何科学评估LDAR实施质量的难题。结果显示,LDAR实施效果评估中一级指标排序依次为泄漏修复与复测(0.305)、项目建立(0.281)、现场检测(0.245)和台账管理(0.169),14项二级指标权重排序中泄漏修复及时性权重最高、免予检测合规性权重最低。研究在权重值的基础上建立一套系统的LDAR实施效果评估体系,并将其应用于制药、塑料制品、合成树脂、涂料油墨制造的10家企业,得出制药行业整体实施效果偏好,合成树脂与涂料油墨行业实施水平相当,塑料制品企业在落实LDAR工作的合规性略低。

流域/区域保护与修复
1980—2020年永定河流域景观格局动态变化及驱动力分析
曹丽慧, 郎琪, 雷坤, 王殿武, 杨坤, 杨文浩
2023, 13(1): 143-153. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210881
摘要(537) HTML (201) PDF(3819KB)(74)
摘要:

为研究高原—山区—平原—滨海生态要素梯级流动特性的流域景观格局动态变化规律,以永定河流域1980—2020年7期Landsat遥感影像为主要数据源,综合运用景观面积动态分析、景观格局指数和数理统计等方法分析了近40年来永定河流域景观格局演变特征,并揭示其驱动因子。结果表明:1)1980—2020年流域土地利用类型以耕地、林地、草地为主,面积占比约90%;近40年,耕地、草地面积分别减少1 376.38、463.42 m2,建设用地、林地面积增加,综合土地利用动态度在2015—2020年变化最大。2)在类型水平上,建设用地斑块破碎程度明显降低,其余用地类型变化不明显;景观水平上,香农多样性指数(SHDI)由1.29增至1.35,香农均匀度指数(SHEI)由0.67增至0.75,景观整体结构趋向复杂,异质性增加,团聚程度下降,景观破碎化加剧。3)流域景观格局变化受社会经济因素、自然因素和政策因素共同影响,其中社会经济发展为主要驱动力,经济发展和城乡人口结构变化是景观格局变化的主要驱动因子。

冬季衡水湖沉积物微生物群落结构特征及影响因素
曹洋, 孙鹤铭, 刘利, 敖蒙蒙, 王俭, 魏健
2023, 13(1): 154-163. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210652
摘要(427) HTML (177) PDF(3377KB)(46)
摘要:

湖泊沉积物中的微生物对有机物和营养盐的转化起着重要作用,其群落结构也会受环境因子的影响。为探究冬季衡水湖沉积物中微生物群落结构差异及影响因素,基于16S rRNA基因高通量测序,分析衡水湖不同湖区表层沉积物中微生物群落结构组成、多样性及与环境因子之间的响应关系。结果表明:不同湖区沉积物中微生物群落多样性表现为湖北区>湖心区>湖南区,湖北区与湖心区沉积物的微生物群落结构存在极显著差异(P<0.01)。在门水平上,湖心区沉积物中绿弯菌门(Chloroflexi)的相对丰度显著高于其他湖区,这与湖心区有机污染严重有关;在属水平上,湖北区沉积物中P9X2b3D02相对丰度显著高于其他湖区,说明该菌属更适宜在水生植物丰富的环境下生长繁衍。有机碳(TOC)浓度是衡水湖水体沉积物微生物群落结构的关键影响因素,TOC浓度与微生物菌属相对丰度的高相关性与沉积物有机污染严重有关。

太湖湖滨带水向辐射带水生植物多样性及生境因子分析
蔡天祎, 叶春, 李春华, 魏伟伟, 朱琦
2023, 13(1): 164-170. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210733
摘要(378) HTML (174) PDF(4646KB)(46)
摘要:

水生植物是湖滨带水向辐射带的重要组成部分。基于2021年春季和夏季太湖湖滨带水向辐射带内水生植物调查结果,采用相关性分析和典范对应分析等方法,对水生植物分布及相应生境因子进行分析,探究其演变特征。结果表明:1)2次调查共记录太湖湖滨带水向辐射带内水生植物12种,分别属于7科9属,其中浮叶植物3种,沉水植物9种;2)相关性分析结果表明,春季水生植物群落的Alpha多样性指数与生境因子相关性不显著,夏季水生植物群落的Alpha多样性指数与水体溶解氧浓度呈极显著正相关,与透明度、透明度/水深(透明度和水深的比值)呈显著正相关,Shannon-Wiener指数、Margelef指数与总氮浓度呈显著负相关;3)典范对应分析结果表明,水体溶解氧浓度对调查结果的解释值最大,随后依次为透明度/水深以及水深。10个生境因子对水生植物分布的总解释值较低;4)与历史数据相比,本次调查结果的水生植物多样性降低且优势物种单一化,表明太湖湖滨带水向辐射带内水生植物群落结构和多样性水平受人类活动和环境因子影响较大。水生植物自然恢复周期较长,人为调控其群落结构和多样性是当前推动太湖水生植物恢复的关键。

基于控制单元划分的大辽河流域污染物空间分布及来源解析
翁巧然, 吕旭波, 孙明东, 徐香勤, 程全国
2023, 13(1): 171-179. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210573
摘要(257) HTML (147) PDF(4160KB)(44)
摘要:

为明确大辽河流域污染物特征及污染物来源,建立“流域—控制单元—行政区”空间拓扑关系,对2019年大辽河流域国控断面水质情况、各控制单元内污染物入河量及空间分布特征进行分析。结果表明:1)大辽河流域28个水质监测断面中,逐月水质均能达到《水污染防治行动计划》中考核目标的占29%,超标污染物以COD、NH3-N为主,超标断面中,COD、NH3-N主要来源为城镇生活源、农村生活源和分散式畜禽养殖,TP主要来源于不同土地利用类型污染源和城镇生活源;2)2019年COD、NH3-N、TN、TP污染物入河量分别为59 195.5、3 115.5、18 229.7、538.3 t/a,从污染源贡献上看,总体呈现为城镇生活源>农村生活源>分散式畜禽养殖污染源>不同土地利用类型(含林地、草地、耕地、城镇用地)污染源>工业源>规模化畜禽养殖污染源;3)污染物入河量空间分布均呈现中部>西南部>东北部,其中控制单元C3、C6、C8、C11、C13、C15、C17是重点管控单元,以上重点管控单元中,COD、NH3-N、TN、TP污染物入河量贡献率分别为68%、73%、77%、72%;4)污染物入河量估算结果与通量模拟值之间误差均小于20%,可用于研究区范围内污染负荷估算。

基于经验小波变换的鄱阳湖CODMn预测
陈伟, 金柱成, 俞真元, 王晓丽, 彭士涛, 魏燕杰
2023, 13(1): 180-187. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210592
摘要(229) HTML (119) PDF(3174KB)(24)
摘要:

高锰酸盐指数(CODMn)是衡量水质状况的最重要参数之一,能反映水体受还原性物质污染的程度。结合经验小波变换(EWT)和双向长短期记忆(BLSTM)神经网络,提出了一种先利用EWT将原始的CODMn时间序列分解成若干成分,然后利用BLSTM神经网络对分解出来的每个成分进行预测,最后将所有成分的预测结果重建获得最终CODMn预测值的新的混合模型EWT-BLSTM;并以2017年8月—2020年4月鄱阳湖CODMn监测数据为研究对象,进行模型性能验证。结果表明:EWT-BLSTM模型具有良好的预测性能,预测未来1 d以后的CODMn时,EWT-BLSTM模型的平均绝对百分比误差为2.25%,与单一BLSTM神经网络模型相比降低了10.53%;预测未来7 d以后的CODMn时,EWT-BLSTM模型的平均绝对百分比误差为8.36%,与单一BLSTM神经网络模型相比降低了16.16%。在CODMn峰值处,该模型依然保持较高稳定的预测性能,说明在数据相对复杂、极端的情况下,该模型依然适用。

半干旱区湖泊湿地土壤养分与盐碱化特征研究—以岱海为例
赵茜宇, 于会彬, 杨芳, 王希欢, 冯冬霞, 张艺, 王毛兰, 廖海清
2023, 13(1): 188-196. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210530
摘要(377) HTML (249) PDF(2967KB)(57)
摘要:

为探究半干旱区湖泊湖滨带土壤养分与盐碱化特征,以典型盐化湖泊岱海为例,分析其湖滨带的草地、浅滩和盐碱地3种土地类型的土壤剖面4种养分〔有机质(OM)、碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)〕浓度、土壤钙(Ca2+)、镁(Mg2+)、交换性钾(K+)、交换性钠(Na+)、碳酸根(CO3 2−)、重碳酸根(HCO3 )、氯(Cl)和硫酸根(SO4 2−)离子浓度分布,结合主成分分析和冗余分析等统计学方法,研究湖滨带土壤盐碱化特征及其影响因素。结果表明:1)岱海湖滨带不同类型土壤剖面盐分空间分布差异明显,其中草地和浅滩呈明显盐分表聚现象,表层全盐量均值分别达1.99、15.27 g/kg,而盐碱地土壤10~20 cm全盐量最高(17.30 g/kg)。2)湖滨带土壤pH为8.24~8.86,在浅滩和盐碱地深层较高,而在草地的浅层较高。盐碱地与浅滩土壤均属于碱土,而草地表层土壤多属于中度碱化土,其碱化度沿深度方向降低。3种土地类型的主要盐碱化因子为Cl、Mg2+、SO4 2−、Na+、全盐量、HCO3 、pH、CO3 2−。3)3种土地类型的4种养分浓度基本呈随土壤深度增加而减少的趋势,其中浅滩营养元素最丰富。根据冗余分析结果,3种土地类型中大部分离子间都具有很强的相关性,AP、Mg2+与pH均具有负相关性,其他盐分与养分在不同土地类型中相关性差异较大。

淡澳河口—大亚湾三维潮流及海水入侵模拟
谢培, 张亚辉, 乔飞
2023, 13(1): 197-204. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210616
摘要(191) HTML (190) PDF(3006KB)(27)
摘要:

淡澳河是大亚湾入海河流中流量最大且水质最差的河流,探究淡澳河口流域水动力水质变化对沿海环境风险管控和海岸带整治修复具有重要意义。基于环境流体动力学(EFDC)模型建立淡澳河感潮河段及整个河口区水动力水质模型,重点研究径潮流作用下淡澳河下游及河口区水动力过程,定量估算不同水期下盐水入侵及河流水质的响应关系。结果表明:1)大亚湾潮流以不规则半日混合潮型为主,每月约8~10 d为日潮,20~22 d为半日潮,日潮和半日潮下,表层水体不能到达虎爪断面(国控点位),底层水体可入侵到虎爪断面上游约700~1 100 m处;2)不同水期下的盐水入侵表明,淡澳河水体枯水期含盐量最高,达16‰,研究基于2019年水文资料初步划分了河海水团交界线,可为河口海岸带淡水和海水分类整治提供依据;3)由咸淡水交互与水质响应关系可知,丰水期污染物浓度相较于平水期增加明显,约为10%,上游流量变化直接影响水质,小潮期间尤为明显,建议进行工程优化调度减小小潮期间的下泄流量。

水污染控制
不同阳极设置对人工湿地-微生物燃料电池脱氮及产能的影响
李朝明, 许丹, 黄铭意, 唐顺静, 韩胡威
2023, 13(1): 205-213. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220048
摘要(313) HTML (130) PDF(3164KB)(39)
摘要:

人工湿地-微生物燃料电池(constructed wetland-microbial fuel cell, CW-MFC)耦合系统是人工湿地和生物电化学技术的有机结合,其中阳极是限制耦合系统输出功率和污染物净化性能的关键因素。构建了未加入颗粒活性炭(CW-MFC1)和加入颗粒活性炭(CW-MFC2)2套耦合系统以探讨阳极加入颗粒活性炭对耦合系统产电和脱氮性能的影响,并利用高通量测序技术对比分析2套系统阳极和阴极微生物群落组成。结果表明:CW-MFC2耦合系统的输出电压和最大功率密度(430 mV,8.39 mW/m2)高于CW-MFC1(379 mV,7.77 mW/m2)。试验运行前期(0 ~29 d),CW-MFC2耦合系统的氨氮去除率为65.72%±3.06%,显著高于CW-MFC1(56.06%±3.71%),而二者的总氮去除率相差不大;随着时间的推移(30 ~105 d),CW-MFC1耦合系统的氨氮和总氮去除率逐渐高于CW-MFC2,尤其是总氮去除更为显著(CW-MFC1为42.69%±4.19%,CW-MFC2为32.50%±11.51%)。高通量测序结果表明,CW-MFC1阳极富集的不动杆菌属以及阴极大量的反硝化菌(巨大芽殖杆菌属、地杆菌属、黄杆菌属、不动杆菌属和脱氯单胞菌属等)的富集可能是其脱氮性能优于CW-MFC2的主要原因。综上,阳极加入颗粒活性炭可提升CW-MFC耦合系统的产电性能,但不利于生物脱氮过程。

竹刨花-铁耦合体系对低碳氮比污水的脱氮性能
郑力, 李志勇, 黄剑, 程晓夏
2023, 13(1): 214-221. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210689
摘要(235) HTML (102) PDF(2235KB)(25)
摘要:

针对低碳氮比污水中总氮(TN)去除率低的问题,以纤维状竹刨花为固体碳源,单质铁粉为铁源,利用二者的耦合作用进行脱氮。通过静态反硝化试验考察不同铁碳质量比(Fe/C)对NO3 -N去除效果的影响,确定耦合体系适宜的Fe/C;在此基础上,设置单纯竹刨花对照组(1#试验组)与耦合填料试验组(2#试验组)动态反硝化试验,研究其脱氮性能。结果表明:静态试验中,加入铁粉的耦合体系NO3 -N去除率均高于单纯竹刨花体系,但当Fe/C大于 0.125∶1时,NO3 -N去除率提升不显著,综合考虑反硝化效果与成本,确定动态试验耦合填料Fe/C为 0.125∶1。动态试验中,进水总有机碳浓度低于2 mg/L,TN浓度为(40.93±2.04) mg/L,水力停留时间为18 h时,1#和2#试验组运行约10 d后脱氮效能趋于稳定。12~81 d,2组出水总有机碳浓度均较低,1#、2#试验组TN平均去除率分别为33%和76%,2#试验组的TN去除率相比1#试验组提高了129%;两组均有一定的NO2 -N积累,但2#试验组的NO2 -N浓度相比1#试验组低约47%;2#试验组出水总铁平均浓度低于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》限值,未出现铁过量释放与NH3-N明显积累。总之,竹刨花-铁耦合体系脱氮效能优异,脱氮过程二次影响低。我国竹资源丰富,铁来源广泛,竹刨花-铁耦合体系可用于低碳氮比生活污水中TN的去除。

PHBV生物滤池深度脱氮过程中抗生素环丙沙星的同步去除规律及影响因素
迮思文, 王宇晖, 宋新山, 黄威, 许中硕, 张志兰
2023, 13(1): 222-231. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210619
摘要(215) HTML (95) PDF(3209KB)(23)
摘要:

固相碳源是反硝化生物滤池深度脱氮过程中抗生素被同步去除的关键影响因素之一。选取典型抗生素环丙沙星(CIP)为研究对象,搭建固相碳源-聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)反硝化生物滤池,重点考察不同浓度CIP条件下系统的出水水质和微生物群落结构特征变化。结果表明:秋季适宜温度(3~27 ℃)条件下,当进水CIP浓度低于300 μg/L 时,NO3 -N和CIP去除率均超过了95%;冬季低温(−8~12 ℃)条件下,当进水CIP浓度为1 000 μg/L时,NO3 -N和CIP去除率分别为60%和49%。微生物群落结构特征分析显示,变形菌门(Proteobacteria)和丙型变形菌纲(Gammaproteobacteria)分别为最优势门和纲,其中Gammaproteobacteria良好分泌胞外聚合物的特征使其对抗生素具有耐药性。尽管系统长期暴露于CIP中,系统中反硝化菌属物种依然保持较高的相对丰度,其中最优势反硝化菌属脱氯单胞菌(Dechloromonas)在系统纵向沿程中的相对丰度均超过5%,最高达10%。研究证实PHBV反硝化生物滤池是实现深度脱氮并同步去除抗生素的有效技术,同时也为反硝化生物滤池在实际工程中低温运行提供一定的数据支撑。

α-Fe2O3催化臭氧氧化耦合陶瓷膜处理含酚废水
王勇, 张耀宗, 毕莹莹, 杜明辉, 孙晓明
2023, 13(1): 232-239. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210816
摘要(225) HTML (90) PDF(3018KB)(23)
摘要:

催化臭氧氧化是处理含酚废水的有效手段,为研究α-Fe2O3催化氧化含酚废水的降解效能同时有效回收催化剂,采用微米级α-Fe2O3催化臭氧氧化苯酚模拟废水,并耦合陶瓷膜对分散在反应体系的催化剂进行截留、回收,实现工艺的连续运行。结果表明:在间歇运行条件下,催化氧化反应30 min时废水COD去除率达到97%以上,高COD去除率的主要原因是α-Fe2O3对臭氧具有较强的催化活性,在催化氧化过程中产生了强氧化性产物·OH;在恒压条件下,通过膜污染模型拟合和串联阻力模型进行验证,Rr占总阻力的50%以上,但当操作压力超过30 kPa,一部分可逆污染向不可逆污染逐渐转化,Rir显著增加;通过动力学拟合探究膜污染形成机制,运行过程中陶瓷膜污染模型为中间堵塞或滤饼堵塞,膜污染主要发生在膜表面,膜可以对α-Fe2O3进行有效拦截并通过反冲洗恢复通量;连续进水6个周期运行过程中,模拟废水COD去除率保持在85%以上,陶瓷膜不可逆阻力控制在总阻力的13%以下,反应体系保持了稳定运行。

O3-PAC-陶瓷膜耦合技术处理苯酚废水性能研究
杜明辉, 张旺, 李丽萍, 张耀宗, 孙晓明
2023, 13(1): 240-247. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210610
摘要(227) HTML (116) PDF(3560KB)(28)
摘要:

臭氧-粉末活性炭(O3-PAC)废水处理技术具备发展潜力,但废水与PAC无法有效分离成为该技术的瓶颈。利用陶瓷膜技术构建了O3-PAC-陶瓷膜去除苯酚耦合体系,采用反应动力学、串联阻力模型以及Hermans-Bredee模型分别对COD去除和PAC膜分离性能进行研究。结果表明:O3-PAC在40 min内对COD去除率达到100%,反应速率是臭氧-颗粒活性炭(O3-GAC)的2.5倍;采用陶瓷膜对PAC和废水进行分离,操作压力超过0.06 MPa时,可逆污染向不可逆污染转化;膜污染是由完全堵塞向滤饼堵塞转化的过程,提高废水在膜表面的流速可以破坏滤饼层的形成;试验连续进行6个周期后,40 min时模拟废水的COD去除率保持在95%以上,但不可逆污染有增加的趋势。

堆存市政污泥深度脱水及其重金属稳定化效果研究
吴曰丰, 池艳峰, 张露, 江帅, 杨锡刚, 赵旭远
2023, 13(1): 248-254. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210608
摘要(221) HTML (93) PDF(2716KB)(19)
摘要:

堆存污泥具有高含水率和潜在重金属污染特征,对堆存填埋场及周边环境可能产生潜在生态风险。以秸秆(SP)、粉煤灰(FA)、磷石膏(PG)3种固体废物材料搭配2种常用脱水剂氧化钙(CaO)、聚合氯化铝(PAC)组成联合调理剂,对堆存污泥进行脱水以及对其中重金属进行稳定化效果研究,并通过电镜-能谱探究加入调理剂后污泥的微观结构及物质构成。结果表明:添加固体废物材料的联合调理剂对污泥脱水及重金属稳定化效果显著,其中添加PG的组合最优。当CaO、PAC、PG添加量(干基比)分别为20%、25%、23%时,毛细吸水时间为42.1 s,泥饼含水率为49.00%;PG中丰富的孔隙结构及磷酸盐物质对重金属有很好的吸附和沉淀作用;微观结构分析显示,经过调理后CaSO4或Al2(SO4)3构建了污泥的骨架结构。

五格式净粪池(FcPTR)启动特性研究
杨延梅, 罗勇, 谭伟, 蒋进元, 赫昶钧, 李加加, 陈可
2023, 13(1): 255-261. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210847
摘要(240) HTML (113) PDF(4154KB)(17)
摘要:

针对三格式化粪池(TcST)出水不达标的问题,构建了一种与TcST容积相等的五格式净粪池(FcPTR),开展FcPTR与TcST处理实际生活污水的启动特性对比研究。结果表明,第13天〔水力停留时间(HRT)为80 h〕,FcPTR和TcST对CODCr的去除率分别降至44%和31%。第46天,通过降低HRT至36 h,FcPTR和TcST对CODCr的去除率分别升至86%和61%;FcPTR厌氧折流1区pH普遍大于厌氧折流2区,FcPTR厌氧区酸碱比为0.12~0.20,表明FcPTR具有较好的产酸产甲烷相分离特性。通过扫描电镜图分析FcPTR中填料挂膜和污泥生长情况,结果表明在第46天填料挂膜成功,污泥中微生物主要以短杆菌和球状菌为主。FcPTR相对于TcST具有较好的处理效果,CODCr出水达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

田埂在农业面源污染治理中的应用现状与展望
任加国, 范坤, 陈清, 赵健, 华小婧
2023, 13(1): 262-269. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210609
摘要(377) HTML (221) PDF(2337KB)(67)
摘要:

农业面源污染是当前影响我国水环境质量持续改善的主要因素之一。农业面源污染中约1/4的氮、磷污染物来自种植业污染,其主要通过径流、侧渗和下渗等方式向受纳水体迁移。田埂作为农田环境的重要组成部分之一,是种植田块内污染物进入受纳水体的第一道处理设施,能有效减少径流、降低侧渗和减轻水土流失,从而降低种植田块向水体排放的污染物量,被认为是一项经济、简单又具有广泛推广使用基础的农业面源污染治理技术。基于文献分析,从降低农业面源污染的角度系统梳理了国内外有关田埂对农田退水中污染物去除效果的研究成果,综述了田埂的研究现状,阐述了田埂去除污染物的主要方式,分析了田埂去除污染物的可能机理,最后探讨了田埂广泛推广应用还需要关注的问题。

土壤与固废污染控制与管理
燕山矿区苜蓿恢复过程中土壤养分与微生物的演变特征
马建军, 姚虹, 刘辉, 田美荣
2023, 13(1): 270-279. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210791
摘要(260) HTML (104) PDF(2546KB)(17)
摘要:

为了揭示在极端恶劣矿区环境中,苜蓿对土壤改良的高效性、时效性和持续性,利用高通量测序技术,研究燕山矿区不同恢复时间(3、6、10和15年)苜蓿地土壤微生物群落结构及土壤养分累积特征。结果显示,苜蓿可以高效地提高土壤速效氮、速效钾、有机质等养分的浓度以及变形菌门、酸杆菌门、子囊菌门、担子菌门、鞘氨醇单胞菌科、伯克氏菌科、根瘤菌科、芽孢杆菌科、毛壳菌科和粉褶菌科等优势微生物类群的相对丰度。苜蓿对土壤养分的恢复以第6年为最佳;土壤优势微生物类群的相对丰度在第6年或第10年显著升高;苜蓿对细菌的恢复进度较快,而对真菌的恢复较慢。

退役油制气场地原位燃气热脱附应用效果
马迅, 杨超, 翁群强, 刘志阳
2023, 13(1): 280-286. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210656
摘要(239) HTML (122) PDF(2930KB)(23)
摘要:

燃气热脱附技术是一种适用于有机污染土壤高效热修复的技术。以某退役油制气场地污染土壤原位燃气热脱附项目为例,探讨了土壤修复目标温度,土壤、废水和废气中污染物浓度随原位燃气热脱附修复加热时间的变化。结果表明:加热修复结束时,不同土层的温度都最终达到或接近目标温度;在不同时间段、不同温度下相同或相近修复区域土壤中污染物浓度均处于较低水平,污染物去除率在95.45%以上;废水、废气处理工艺处理效果显著,污染物的去除率为98.5%~99.8%。研究显示,原位燃气热脱附修复技术具备进行大规模实际运用的理论条件。

大义山东南部土壤重金属分布特征及其风险评价
李剑锋, 冯李霄, 陈希清, 付建明, 卢友月, 马可蒙, 谢昊霖
2023, 13(1): 287-294. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210658
摘要(232) HTML (132) PDF(2294KB)(25)
摘要:

为探明矿产开采对土壤生态环境的影响,采集大义山岩体东南部土壤样品分析其重金属元素Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Cd、As和Hg浓度;综合利用单因子指数、污染负荷指数和潜在生态危害指数法评估研究区土壤的污染状况与生态风险。结果表明:As、Cd、Pb、Zn和Cu平均浓度分别超出GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(pH>7.5)标准限值119.70、47.33、6.18、4.67和4.43倍;单因子指数从大到小依次为As>Cd>Pb>Zn>Cu>Cr>Ni>Hg,其中,As、Cd、Pb、Zn和Cu属于重度污染;单项潜在风险指数从大到小依次为Cd>As>Pb>Cu>Zn>Hg>Ni>Cr,土壤综合潜在生态风险指数平均值为2 680.40,属于极强生态风险水平。统计显示,Cu、Zn、Cd、As富集中心位于矿区,Cr、Pb、Ni富集于乡村、矿业生产区等人口活动区域,Hg元素无明显分布规律。相关性与主成分分析表明,土壤中Cu、Zn、Cd、As和Pb、Cr、Ni异常富集分别与矿业开采和人类活动有关,而Hg异常富集则主要源自母质风化与成土作用。

污染场地土壤重金属污染空间特征分析—以某搬迁电镀厂为例
耿治鹏, 宋颉, 王春林, 蒋卫国, 陈征
2023, 13(1): 295-302. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210617
摘要(404) HTML (188) PDF(4820KB)(62)
摘要:

以某搬迁电镀厂为例,根据污染场地调查报告内的采样数据,按照相关的污染场地污染标准筛选出污染的重金属类别,利用反距离权重法分析重金属在研究区的分布特征,运用莫兰指数进行空间关联分析,运用半变异函数分析重金属污染整体的空间结构和趋势,以探究污染场地的重金属污染空间特征。结果表明:研究区土壤中Ni、Cr、Zn、Cu浓度超过土壤背景值,其最高浓度采样点的风险标准限值倍数分别为9.55、1.35、5.94、10.67;Cu、Zn的浓度在场地范围内东西、南北方向上均呈倒U型趋势,中间高四周低;Ni、Cr浓度在空间分布特征较为相似,高值区域位于场地的东北边界处;4种超标重金属的空间特征差异较大,但均存在聚集特征。

基于文献计量的重金属污染土壤修复材料研究热点和前沿分析
牛硕, 陈卫平, 杨阳, 王天齐, 许群, 王美娥
2023, 13(1): 303-311. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210681
摘要(814) HTML (197) PDF(11867KB)(114)
摘要:

基于Web of Science(WoS)核心合集数据库和中国知网(CNKI),采用文献计量学方法和可视化分析软件揭示国内外重金属污染土壤修复材料研究领域近20年来的发展脉络、研究热点及发展方向。结果显示,相较于2001—2004年,2013—2016年和2017—2020年重金属污染土壤修复材料研究领域发文量显著增加,增长率分别为1 302%和2 201%。我国在该领域研究起步较晚,但发展迅速。关键词热点分析显示,当前污染修复研究侧重于农田土壤修复治理,重金属镉、铅及钝化材料应用。关键词聚类分析显示,钝化材料筛选和应用是当前热点主题,其中钝化材料修复机理和效果评估是该主题的重点和难点。当前农田土壤重金属污染修复材料研究正处于快速发展时期,钝化材料的功能化改性及其在农田应用中的研究有望取得较好的修复成效,绿色无污染和安全可持续的修复材料研发和应用是当下及未来的研究热点。

利用含重金属土壤制备烧结砖可行性及环境安全性研究
崔长颢, 杨柳阳, 王雪娇, 闫大海
2023, 13(1): 312-317. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210613
摘要(356) HTML (138) PDF(737KB)(44)
摘要:

为探明利用含重金属土壤作为页岩替代原料制备烧结砖的可行性和环境安全性,选取某砖窑以70%的比例掺加该土壤替代页岩开展工业化试验,研究重金属在烟气中的排放情况及在成品砖中的浸出率和分配规律。结果显示:土壤中SiO2、Al2O3和Fe2O3浓度与页岩原料相似,可以用作页岩原料的替代;烧制的成品砖力学性能符合产品质量标准。在以含重金属土壤为原料的砖块烧结过程中,烟气中常规污染物和重金属污染物排放均满足相关标准,环境风险可控;烧结砖中可浸出重金属浓度显著低于GB 30760—2014《水泥窑协同处置固体废物技术规范》浸出限值,砖块在使用过程中的重金属浸出风险较低;As、Cd、Cr、Mn、Ni、Pb和Cu在烧结过程中基本赋存在成品砖里,经烟气挥发和湿法脱硫压滤后留存于脱硫滤饼中的重金属含量极低。研究表明,利用含重金属土壤制备烧结砖从产品力学性能及环境安全性上均能满足现有标准,具有一定的资源化利用效益。

城市污泥处理过程中重金属迁移转化特性研究进展
路瑞娟, 付杰, 王晨晨, 邱春生
2023, 13(1): 318-324. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210762
摘要(439) HTML (175) PDF(474KB)(67)
摘要:

城市污水处理厂污泥产量大、成分复杂,处置不当会对环境产生二次污染。污泥中的重金属在污泥处理处置过程中不可降解,仅发生固液相迁移和化学形态的转化,导致其在环境中积累和迁移,最终进入食物链危害人体健康。重金属的危害不仅与其种类、含量等相关,化学赋存形态也是其生物有效性、迁移性和生态毒性等的关键影响因素。针对城市污泥无害化、稳定化、减量化、资源化过程常用的处理方法,包括物理法(热水解、超声波、微波)和化学法(热解、酸处理、氧化、电化学)等,重点论述了各种处理方法对污泥中重金属相间迁移及化学形态转化的影响,分析重金属迁移转化的原因,并对该过程相关机理进行总结,在此基础上提出城市污泥重金属风险控制的建议,包括污泥中重金属总量削减和稳定化,以及控制污水中重金属含量。

受HDPE膜影响下的垃圾填埋场渗滤液水位探测方法研究
能昌信, 张弦, 刘景财, 徐亚
2023, 13(1): 325-331. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210864
摘要(230) HTML (115) PDF(3319KB)(25)
摘要:

渗滤液水位会影响填埋场堆体稳定并有渗漏污染风险,当渗滤液赋存于HDPE防渗膜上方,堆体和渗滤液堆积电阻率特征的极端分异特性以及边界效应等因素使得最小二乘(LS)等传统物探反演方法无法精确反演实际电阻率分布,从而无法根据电阻率差异特征定位HDPE膜上方渗滤液水位的高度。为准确刻画堆体内部特别是渗滤液-HDPE膜局部电阻率精细分布,对传统高密度电法(ERT)装置进行改进,提出了一种川形探测装置(C-ERT),并采用BP神经网络的电阻率反演模型算法。通过COMSOL理论模型和江西某生活垃圾填埋场采集的现场数据对该方法进行验证,并与LS法比较。结果表明:基于川形装置的BP神经网络能有效识别出HDPE膜上方的渗滤液区域,识别准确率约为83.2%,而LS法并不能识别出渗滤液区域。

高炉渣质能耦合处理系统的综合评价
李佩诗, 段文军, 吴沁停, 宋慧聪
2023, 13(1): 332-339. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210834
摘要(232) HTML (115) PDF(3202KB)(13)
摘要:

提出了一种新型的高炉渣质能耦合处理系统,实现了高炉渣余热的高效回收和渣中组分的高附加值利用。采用生命周期评价和生命周期成本方法,分别计算出系统的环境影响和经济成本,并对其资源能源消耗进行核算。通过主要贡献者的识别,追溯系统在环境影响、经济成本以及资源能源消耗方面的主要来源;通过综合表现评估以及敏感性分析,确定系统优化的关键单元。此外,基于系统特性分析了其在环境、能源以及经济方面的效益。结果表明:1)系统的环境影响主要是全球变暖(贡献率为47.68%),经济成本主要是内部成本(贡献率为91.89%),资源能源消耗主要是非能源资源(贡献率为98.57%);2)系统优化的关键单元是预处理,关键输入是HCl;3)充分考虑系统特性后,处理1 t高炉渣的CO2净排放量为−6 098.68 kg,净能耗为−682.68 MJ,经济成本为2 078.24元。

餐厨垃圾生化处理机工艺恶臭污染特征研究
呼佳宁, 林子吟, 费波
2023, 13(1): 340-347. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210561
摘要(358) HTML (153) PDF(3493KB)(41)
摘要:

以上海某基于餐厨垃圾生化处理机工艺的企业为研究对象,通过筛选餐厨垃圾关键测试物质,测试案例企业各处理工艺有组织排放口、厂区及厂界无组织排放中的挥发性有机物(VOCs)及恶臭物质情况,结合异味活度(OAV)指标评价识别典型恶臭物质,深入分析餐厨垃圾好氧生化处理机企业的恶臭污染特征及关键影响因素。结果表明:VOCs及恶臭物质浓度表现为预处理车间>生化车间>深加工车间,排放成分主要为醇类、羰基类、硫化物和芳香烃等有机物;主要的恶臭物质为乙硫醇、丁硫醇、甲硫醇和乙硫醚等硫化物;废水处理设施是案例企业恶臭产生的潜在主要来源之一,包括废水厌氧罐的沼气泄漏、废水处理设施的无组织臭气逸散等;餐厨垃圾好氧生化处理类型企业对周边的恶臭污染与其生产工序具有显著关系。建议同类型企业可通过减少无组织臭气排放环节、建立沼气泄漏定期检测与应急管理制度、提高末端装置运行效果等方面缓解恶臭污染问题。

生态修复
生态安全格局约束下长株潭都市圈建设用地演变模拟与管控
李欣, 王志远, 刘丹丹, 吕靖童
2023, 13(1): 348-358. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210835
摘要(290) HTML (175) PDF(5180KB)(23)
摘要:

为探索生态安全格局下区域可持续发展模式,选取长株潭都市圈为研究对象,通过遥感数据识别2000—2020年建设用地变化情况,采用综合生态重要性评估模型和MCR(minimal cumulative resistance)模型构建都市圈生态安全格局,基于FLUS模型(future land use change scenario simulation model)设置自然发展(ND)、核心生态块保护(CEP)、生态安全格局约束(ESPR) 3种建设用地模拟情景,在模拟结果的基础上划定长株潭都市圈城镇开发边界。结果表明:2000—2020年长株潭都市圈建设用地扩张迅速,且由急速无序扩张转为缓速集中扩张;利用综合生态重要性评价得到极重要性生态用地共计2 649.54 km2,筛选得到生态源地共计1 204.38 km2,占研究区总面积的13.97%,并构建出长株潭都市圈综合生态安全格局;在ND、CEP、ESPR 3种情景模式下,2030年长株潭都市圈建设用地规模分别达到1 345.88、1 345.79和1 284.94 km2。基于ESPR情景划定城镇开发边界范围,可有效实现土地经济和生态效益的最大化,并为该地区的生态保护和土地利用规划提供参考。

基于退耕还林工程的生态环境质量动态变化研究—以云南兰坪县为例
李益敏, 李盈盈, 刘师旖, 吴博闻, 赵娟珍
2023, 13(1): 359-367. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210726
摘要(241) HTML (139) PDF(3599KB)(16)
摘要:

2014年云南省怒江傈僳族自治州(简称怒江州)正式启动新一轮退耕还林还草工程,为探讨该轮退耕还林工程对怒江州兰坪白族普米族自治县(简称兰坪县)生态环境质量的影响,选择退耕还林工程实施前(2013年)、实施中(2017年)和实施末期(2020年)3个时间,基于遥感生态指数模型,选取绿度、干度、湿度和热度4个指标,运用主成分分析法对兰坪县2013—2020年的生态环境质量动态变化进行研究。结果表明:1)2013—2020年兰坪县生态环境质量处于上升趋势,中排乡、石登乡和河西乡的生态环境质量改善较为明显;2)2013—2020年,75%以上区域的生态环境质量等级保持不变,其他区域的生态环境质量等级呈小幅度变化,生态环境质量变好的区域面积要大于生态环境质量变差的区域面积;3)退耕还林斑块的生态环境质量提升程度要高于退耕还林2 km缓冲区以及整个研究区的生态环境质量提高程度,退耕还林工程对生态环境质量的改善具有显著影响,可通过进一步推进退耕还林工程来改善兰坪县的生态环境质量;4)研究区潜在的退耕区主要分布在中排乡、石登乡、营盘镇和兔峨乡4个乡镇,其可作为进一步退耕还林的重点区域。

喀斯特山区土地利用变化对生态系统服务价值的影响
李文芳, 任晓冬, 刘弋菱, 王霄念, 肖杰
2023, 13(1): 368-376. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210502
摘要(371) HTML (253) PDF(3548KB)(55)
摘要:

研究土地利用变化与生态系统服务价值(ESV)的演变对优化喀斯特脆弱山区的土地资源配置和推进生态恢复具有重要意义。以贵州省瓮安县为例,利用2001年、2011年、2019年3期遥感影像数据,通过CA-Markov模型预测2027年土地利用格局,定量分析研究区2001—2027年土地利用和ESV的时空演变趋势。结果表明:瓮安县土地利用类型以林地和耕地为主,耕地向林地的转移较为剧烈,林地和建设用地面积持续增加,建设用地和水域的动态度最大;ESV总体呈上升趋势,耕地向林地转移是ESV增加的主要贡献项,ESV增加区域主要发生在瓮安县西部和东北部地区,未来ESV低值区仍分布在中部城镇地区;服务类型产生的ESV主要以土壤形成与保护服务为主,其次为水源涵养服务和生物多样性保护;林地和耕地是引起研究区ESV变化的敏感因子,研究区ESV对改进的价值系数缺乏弹性。研究期内瓮安县土地利用结构变化显著,生态系统服务价值明显提升。

基于CLUE-S和InVEST模型的苏州市生境质量评估及预测
唐娇娇, 余成, 张委伟, 陈德超
2023, 13(1): 377-385. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210657
摘要(398) HTML (164) PDF(7595KB)(48)
摘要:

评估城市化进程中土地利用变化下的生境质量演变,对于构建综合生态规划体系、应对全球可持续发展的重大挑战具有重要意义。基于苏州市2010年和2018年遥感影像解译的土地利用数据和社会经济等数据,选取高程、坡度、到公路的距离、人口密度等驱动因子,采用CLUE-S模型模拟多情景下2030年土地利用变化,并通过生态系统服务评估与权衡(InVEST)模型评估过去并预测未来的生境质量时空演变,探讨土地利用变化对生境质量的影响。结果表明:最优拟合尺度为400 m×400 m,Kappa系数达到0.854 5,模型能够很好地模拟研究区未来的土地利用格局;苏州市2030年生态保护情景下的生境质量优于2018年,而2030年自然增长情景下的生境质量差于2010年和2018年;从空间分布看,苏州市中心城区、工业较集中和人口活动强度大的地区生境质量差,太湖周边等水系发达地区生境质量较好。因此,未来研究区在发展经济的同时,更要注重生态保护,实现高质量发展。

胶东半岛三生空间的时空演变与冲突测度研究
王志炜, 魏宇, 李申, 朱晓伟
2023, 13(1): 386-393. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210633
摘要(193) HTML (261) PDF(3433KB)(29)
摘要:

优化国土空间开发格局是推进生态文明建设的重要举措,在对胶东半岛的三生空间时空演变规律分析的基础上,构建基于“风险源—风险受体—风险效应”三生空间冲突测度模型,识别三生空间冲突的区域和强度。结果表明:2000—2015年胶东半岛三生空间的面积变化具有“一降一升一稳定”的特点,其生产空间占比最高,其次是生活空间,二者占比之和约为85%。胶东半岛三生空间平均冲突指数呈不断增加的趋势,稳定可控区域主要分布在生态空间内部的自然保护区,严重失控级别主要分布在生态空间与生产空间、生态空间与生活空间之间的交错地带。不同空间类型的空间冲突程度为生产空间>生活空间>生态空间,三生空间冲突水平在空间类型和县域也存在较大差异,并随着时间发生变化。

近自然湿地生态修复的概念、理论与实践
李春华, 叶春, 刘福兴, 魏伟伟, 郑烨
2023, 13(1): 394-402. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210832
摘要(826) HTML (341) PDF(7003KB)(195)
摘要:

随着对湿地重要性认知的提高,我国对湿地生态修复技术的需求也日益增加,其中近自然湿地生态修复备受关注。描述了近自然概念的由来,提出了近自然湿地的定义并辨析了其与人工湿地的主要区别。以太湖竺山湖湿地生态修复为例,介绍了近自然湿地生态修复的设计思路、主要技术措施和修复效果。在竺山湖近自然湿地生态修复中,依次实施了水文水动力改善、基底形态营造、植物恢复、水生动物恢复、生物量管理等措施,具体包括:改善水体连通性和流动性,提高生境多样性和适宜性;基于5种基底形态对污染物去除效果的分析,构建了多起伏型基底形态;根据土著适生、净化水质、兼顾景观等原则,筛选出21属35种土著湿地植物,设计并应用了2种植物配置模式;根据生态系统调控 (EwE)模型对湿地食物网结构的分析结果,对水生植物收割量、鱼类及虾蟹类的种群数量提出了调控建议。生态修复后竺山湖水质由劣Ⅴ类改善为Ⅱ类(GB 3838—2002《地表水环境质量标准》),大型水生植物多样性显著提高。竺山湖湿地生态修复效果验证了近自然生态修复方法的有效性,今后还需不断在实践应用过程中丰富近自然湿地生态修复的理论及技术,并开展大规模的实践应用。

环境风险评估与管理
昆明市主城区热环境效应及影响因素分析
何咪, 何萍, 赵琳, 王振吉
2023, 13(1): 403-412. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210557
摘要(294) HTML (142) PDF(3876KB)(21)
摘要:

以昆明市主城区为研究对象,根据2000年、2010年和2020年3期Landsat TM/OLI遥感影像,反演3个时期的地表温度,采用标准差椭圆分析热环境效应的时空演变,并使用地理探测器探讨热环境效应的影响因素。结果表明:近20 年来,昆明市主城区热岛区集中分布在城镇建设密集区域,热环境方向主轴由东北—西南走向转为西北—东南走向;前期热环境重心向西北方向偏转了57.5°,偏移2.47 km,后期向西北方向偏转24.25°,偏移0.86 km;有极低温区向低温区、较低温区转变,较高温区与高温区向极高温区转变的态势,其中,官渡区的热环境效应增强趋势最显著;建筑用地和植被覆盖度对地表温度产生的影响力最大,建筑用地与高程交互作用时会增加对地表温度的影响力,水体与建筑用地或不透水面的交互作用减弱了水体对热环境效应的缓解作用。

BDE-209对斑马鱼肠道的慢性毒性效应
王京, 闫振广, 张天旭, 王晶, 李娟英
2023, 13(1): 413-422. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210869
摘要(464) HTML (178) PDF(3841KB)(43)
摘要:

以模式生物斑马鱼为研究对象,探究十溴联苯醚(BDE-209)慢性暴露对肠道组织的毒性效应及分子机制。将斑马鱼暴露于不同浓度的BDE-209〔6、60和600 μg/L,二甲基亚砜溶剂对照〕溶液中28 d,利用苏木精-伊红染色对斑马鱼肠道组织进行病理学检查,并通过生物化学指标和ELISA试验对肠道内氧化应激和炎症反应相关生物标志物含量进行分析,通过实时荧光定量 PCR 分析肠道屏障、炎症反应和细胞凋亡相关基因的相对表达量。结果表明:BDE-209暴露造成了斑马鱼肠壁变薄、肠绒毛和肠壁外纵肌内空泡化增多以及肠壁和肠绒毛纤毛破损,同时通过下调肠道内ZO-1、Claudin-2和Tjp2a的mRNA相对表达量影响了肠道的物理屏障功能。BDE-209暴露导致肠道内活性氧、丙二醛、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的含量增加,表明BDE-209暴露造成了肠道内氧化应激。此外,BDE-209暴露导致促炎细胞因子肿瘤坏死因子α和白细胞介素1β的含量以及肠道内脂多糖含量升高,加重了肠道的炎症反应,并导致p53、BaxCaspase3基因表达上调和Bcl2基因表达下调,促进了斑马鱼肠道的细胞凋亡。

绿色屋顶景天植物根系分布特征及其对饱和导水率的影响
陈璇, 刘瑞芬
2023, 13(1): 423-430. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210765
摘要(275) HTML (118) PDF(2089KB)(20)
摘要:

为丰富我国绿色屋顶中景天属植物根系分布特征的研究及探讨根系特征参数与绿色屋顶基质层饱和导水率间的关系,选用景天属植物垂盆草、佛甲草种植于珍珠岩基质中,基质厚度为6、10、14 cm,结合武汉市降水特点对植物采用统一浇水制度进行培养,选取根长密度、根表面积密度、根体积密度来描述根系形态,并测定基质的饱和导水率;以无植物组为对照组,定量比较不同基质厚度下绿色屋顶景天属植物根系分布特征及其饱和导水率的变化差异。结果表明:1)景天属植物的根长密度、根表面积密度、根体积密度受珍珠岩基质厚度影响显著。6 cm基质中植物的总根长密度最大,这与基质中直径为0.2~0.4 mm根的根长密度占比大有关;14 cm基质中植物的总根表面积密度、根体积密度最大,这与基质中直径为1~2 mm根的根表面积密度、根体积密度占比大有关。2)景天属植物根系对珍珠岩基质饱和导水率的改变显著。相比无植物组,景天属植物根系的加入使得珍珠岩基质的饱和导水率改变了−98.95%~−95.15%,有植物组的饱和导水率远低于无植物组;而有植物组间,珍珠岩基质的饱和导水率与景天属植物直径为0.2~0.4 mm根的根长密度(P=0.050,R2=0.786)、根表面积密度(P=0.047,R2=0.818)、根体积密度(P=0.044,R2=0.824)呈显著正相关。

控制单元污染源排污许可总量限值优化研究—以永定河流域为例
张月, 蔡木林, 邢敏, 陈鹏, 王海燕, 乔飞, 李珊珊
2023, 13(1): 431-437. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210775
摘要(233) HTML (128) PDF(2043KB)(29)
摘要:

排污许可证制度是目前普遍采用的水环境管理的重要制度之一,在水污染控制和水环境质量改善中发挥着重要作用。通过将基于水环境容量约束和基于流域排放标准的允许排放量进行对比,构建了控制单元排污许可总量限值管理模式和污染源排污许可总量限值优化方法。基于永定河流域典型控制单元的实证研究表明,在执行流域排放标准时,北京段典型控制单元可满足水环境质量改善需求,但张家口段典型控制单元仍需要削减CODCr 210.388 t/a。张家口段典型控制单元内2家污水处理厂上游间接排放固定源需分别削减CODCr 0.002和32.039 t/a。

我国粉煤灰生态环境标准体系现状及建议
李琴, 徐舒, 顾闫悦, 郭敏, 杨岳斌, 和雄伟, 赵路佳, 王宗爽
2023, 13(1): 438-446. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210735
摘要(434) HTML (161) PDF(1519KB)(52)
摘要:

对我国粉煤灰管理相关的现行法律法规、部门规章和文件及有关标准进行了梳理,结果显示,现行生态环境标准中尚无专门针对粉煤灰的污染环境防治技术标准,粉煤灰的环境管理中适用的是一般工业固体废物相关标准,且标准数量较少,覆盖面不全。粉煤灰在产生、收集、运输环节还缺乏污染环境防治技术标准,也缺乏针对粉煤灰各综合利用方式的污染环境防治技术标准,不利于粉煤灰的综合利用和污染防控。目前,粉煤灰生态环境标准体系需要在全过程管理环节以及促进综合利用、污染防治、风险防控、信息化建设等方面进一步完善。