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2023年  第13卷  第5期

“焦化污染场地智能修复”特色研究专栏
国内外土壤污染防治法律法规与技术规范概述及思考
魏潇淑, 柏杨巍, 王晓伟, 王文思, 杨霓云, 张秋英
2023, 13(5): 1643-1651. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230157
摘要(289) HTML (120) PDF(1592KB)(94)
摘要:

完善的法律法规体系与相得益彰的技术规范是土壤质量保护与污染防治工作的基础与保障。借鉴国外先进的土壤污染防治技术与管理经验,对我国土壤污染风险防控和修复治理工作具有重要的指导意义。全面系统地阐述了发达国家与我国土壤污染防治法律法规及技术规范的特点,并总结国外先进经验,分析我国土壤污染防治存在的问题与挑战,对我国土壤污染防治工作提出对策与建议。我国虽然形成了以风险管控为核心,以“预防为主,防治结合”为原则,涵盖污染预防、调查监测、风险评估与管控、修复治理、开发再利用等多方面的法律法规体系,但各阶段的法律细节有待完善,且缺乏针对不同类型污染场地的专门立法,应加快健全我国土壤污染防治法律法规体系。此外,我国现行的土壤污染防治技术规范部分滞后或空白,已不能满足当前土壤环境管治的现实需要,需不断扩充和趋严。

高级氧化技术修复多环芳烃污染土壤研究进展
任天琳, 赵立坤, 陈超琪, 毛旭辉
2023, 13(5): 1652-1662. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230165
摘要(325) HTML (109) PDF(2380KB)(76)
摘要:

多环芳烃(PAHs)是由2个或2个以上苯环组成的碳氢化合物,其致癌、致突变、致畸等特性对人类健康和生态环境产生不利的影响。由于PAHs具有低水溶性、高疏水性和难降解性等特点,导致PAHs污染土壤修复具有巨大挑战。高级氧化技术是处理PAHs污染土壤的有效手段。对高级氧化技术在PAHs污染土壤修复领域的研究进展进行了总结,对臭氧氧化、芬顿氧化和过硫酸盐氧化等高级氧化技术的优劣进行了分析;此外,探讨了表面活性剂在提升高级氧化效果方面的作用以及土壤理化环境条件对氧化过程的影响,分析了氧化过程对土壤微环境的潜在影响;最后,指出了高级氧化修复PAHs污染土壤的研究难点和未来方向。

多环芳烃降解菌及其应用研究进展
李花, 赵立坤, 包仕钰, 余晓龙, 毛旭辉, 陈超琪
2023, 13(5): 1663-1676. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230152
摘要(550) HTML (176) PDF(2141KB)(92)
摘要:

多环芳烃(PAHs)在环境中分布广泛,且具有生态和环境毒理效应,因此对PAHs污染场地的治理和修复备受关注。生物降解是去除PAHs的重要技术之一,但存在降解效率低、周期长等局限性。归纳了PAHs常见降解菌及其主要降解机制,探讨了PAHs降解菌在实际污染场地应用的研究进展与不足。结果表明:PAHs降解菌株主要包括不动杆菌属(Acinetobacter)、分枝杆菌属(Mycobacterium)和假单胞菌属(Pseudomonas),白腐真菌是常见的降解菌;相比单一菌株,复合菌群对PAHs的降解能力更强。在降解菌株降解基因(如nah基因簇)编码酶的作用下,萘、菲和芘等PAHs发生开环并逐步氧化,最终通过水杨酸或邻苯二甲酸途径进入三羧酸循环实现完全降解;而苯并[a]芘降解过程中会产生包括醇、醛、酸类中间产物,其完全降解机理仍有待研究。目前大部分针对PAHs降解菌的研究局限于实验室条件,缺少实际PAHs污染场地降解性能的验证;实际应用中,降解菌活性和PAHs的去除受温度、pH、氧气浓度和土壤有机质含量等环境因子的影响。PAHs降解菌的应用实例包括采用生物刺激和(或)生物强化的方式以促进PAHs污染场地的修复。然而,生物降解在实际应用中仍需克服降解菌失活、技术耦合困难、环境风险和成本高等限制因素。未来研究主要包括复合污染和土著菌共存条件下PAHs生物降解机制研究、降解菌生理特性调控和新型强化材料的开发;此外,应加强降解菌在实际污染场地应用的推广,以实现对PAHs污染的高效、经济、可持续治理。

功能菌接种对石油污染土壤修复效果及微生物群落的影响
左一琳, 陈文杰, 孙慧杰, 丁晓艳, 詹亚斌, 张昊, 丁国春, 李季, 魏雨泉, 刘蕊
2023, 13(5): 1677-1685. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230177
摘要(185) HTML (114) PDF(3690KB)(39)
摘要:

利用定向筛选驯化的二苯并噻吩(DBT)降解菌对石油污染土壤进行为期40 d的土壤模拟培养试验,研究了功能菌(红球菌,Rhodococcus sp. ZYL-1)接种对石油污染土壤中DBT的降解效果,结合16S rDNA高通量测序及生物信息学分析,解析了功能菌接种对土壤细菌群落演替的影响。结果表明:在25 ℃的暗箱培养过程中,红球菌添加显著提高了DBT污染土壤的降解率(P<0.001),生物接种处理组(BIOEIF)的DBT降解主要发生在培养前10 d,培养结束后DBT降解率接近60%,比依赖土壤土著微生物的自然衰减组(NAT)降解率提升10%以上;对比BIOEIF组和NAT组土壤培养过程中细菌群落组成,BIOEIF组香农多样性指数和系统发育指数显著低于NAT组,但接种红球菌未对DBT污染土壤的细菌群落组成造成显著影响,Micromonospora、Bacillusunclassified_f_Planococcaceae为污染土壤培养过程中的优势菌属,而接种的红球菌并未成为优势菌属;网络分析表明,功能菌接种显著提升污染土壤微生物的DBT关键降解菌属类群,通过强化土壤土著微生物Shimazuella协同降解DBT,进而提升了石油烃污染土壤的修复效果,Shimazuella可能是参与DBT的代谢的关键微生物。所接种的功能菌(红球菌)可协同提高土著微生物对于石油污染土壤DBT的生物降解,具有较高的土壤修复应用潜力。

群体感应调控有机污染物生物降解研究进展
余晓龙, 毛旭辉, 郑焰
2023, 13(5): 1686-1693. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230151
摘要(293) HTML (79) PDF(662KB)(50)
摘要:

有机污染物的生物降解效果受微生物活性影响,群体感应是微生物控制其生理活性的重要机制。在有机污染物生物降解过程中,群体感应对关键降解酶的合成、生物膜的形成以及菌群结构的调控等产生影响。直接投加群体感应信号分子或能产生信号分子的菌剂可促进群体感应调控,提高污染物降解率,但pH、温度、群体感应淬灭菌、纳米颗粒物等环境因素可影响群体感应的活性。当前,群体感应调控有机污染物生物降解的研究尚处于起步阶段。综述了相关研究进展,介绍了群体感应对有机污染物生物降解的影响机理,归纳了强化群体感应调控的方式和影响群体感应活性的主要环境因素,并对其应用前景进行了展望。

生物泥浆反应器生物修复难降解有机物污染土壤的研究进展
李国文, 赵琛, 崔江龙, 刘操, 白妙馨, 张列宇
2023, 13(5): 1694-1700. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230161
摘要(218) HTML (107) PDF(1093KB)(42)
摘要:

生物泥浆反应器因其传质快、条件可控、修复效率高而在生物修复难降解有机物污染物土壤中得到广泛应用。综述了生物泥浆反应器生物修复土壤中难降解有机物所涉及的固液传质、气液传质和生物降解等主要去除机制,总结了3种去除机制的重要性;概括了国内外对生物反应器建模的研究进展,凝练了固液传质、气液传质和生物降解过程的基础模型;确定了生物泥浆反应器的重要参数,包括物理参数、生物参数和操作参数,并概括了各种参数的影响机理及其适宜范围。最后展望了生物泥浆反应器去除难降解有机物未来的研究方向,包括机制研究、微生物菌剂以及应用装备的智能化等。

焦化污染场地土壤多环芳烃的生物强化协同降解工艺研究
赵立坤, 包仕钰, 郭涛, 程熠晴, 郑焰, 余晓龙, 刘渊文, 杨乐巍, 刘鹏, 毛旭辉
2023, 13(5): 1701-1710. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230164
摘要(125) HTML (76) PDF(2041KB)(39)
摘要:

以某废弃焦化厂的多环芳烃(PAHs)污染土壤为研究对象,通过耦合表活淋洗、生物降解、化学氧化等技术设计了4种修复工艺,并进行了试验验证。结果表明:针对该实际焦化污染土壤,单一的生物泥浆降解工艺21 d后PAHs可实现58.64%的降解率;采用表活增溶+化学氧化+生物泥浆的降解工艺,26 d降解率可达到65.68%,但前置的化学氧化会抑制生物降解效果;采用干筛分+表活分批淋洗+化学氧化的降解工艺降解率可达到85.36%,有效缩短降解时间到13 d内,但土壤中残留的PAHs与土壤颗粒结合紧密,化学氧化降解率仍难以满足大于90%的要求;采用湿筛分+表活分批淋洗+生物泥浆+化学氧化的生物强化协同降解工艺,29 d降解率可达到95.32%,实现了土壤的修复目标。生物强化协同降解工艺路线,综合了多种修复技术的优点,实现了修复技术组合优化,为焦化污染土壤中多环芳烃降解修复提供了可行的工艺路径。

基于“大智物云”的土壤与地下水修复智慧平台设计研究
孙同, 何梦溪, 何理, 金涛
2023, 13(5): 1711-1716. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230255
摘要(136) HTML (94) PDF(6105KB)(40)
摘要:

为顺应国家“加快产业转型升级,推进绿色低碳发展”的要求,针对当前土壤与地下水修复存在的智能化水平不高、信息通信建设程度低、决策和施工不协调、工作效率低等问题,按照现存问题分析—总体架构设计—关键技术应用的思路,将新信息技术(IT)和操作技术(OT)相结合,充分利用大数据、物联网、云计算、智能控制等技术解决现存工程问题,设计了基于“大智物云”的土壤与地下水修复智慧平台,可实现污染场地多源异构数据采集、大数据实时交换、云计算和虚拟工厂在线管理等功能,通过多层次数字化转型,助力土壤与地下水全流程修复的目标,推动行业智能化和低碳化发展。

土壤污染场地多无人车的路径规划与运输任务分配算法
金冰慧, 孙阳, 吴文君, 翟梦荻, 高强, 司鹏搏
2023, 13(5): 1717-1724. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230160
摘要(119) HTML (62) PDF(1753KB)(30)
摘要:

为提升我国土壤生物修复技术智能化装备水平,以某一污染严重的焦化厂为研究环境,针对焦化厂的地形地貌特点,采用深度双Q网络(DDQN)和蚁群优化算法(ACO)建立多无人车路径规划和任务分配系统,实现土壤修复过程中污染土壤的安全、精准运输,提高污染土壤运输的效率。结果表明:基于DDQN和ACO的多无人车运输系统具备良好的路径规划能力,与其他基于简单的线性距离或基于贪婪算法得到的任务分配策略相比,基于实际系统时间开销的ACO任务分配算法在不同装载量情况下均可实现无人车系统时间开销的稳定降低。

安徽某焦化污染场地生物泥浆反应器中试研究案例
李霏, 丁浩然, 杨乐巍, 刘渊文, 王恒, 张岳, 李书鹏, 陈成, 田德金
2023, 13(5): 1725-1731. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230145
摘要(131) HTML (78) PDF(5665KB)(37)
摘要:

多环芳烃(PAHs)尤其是高环PAHs作为焦化污染场地的特征污染物,是一种高毒性、难降解的污染物。生物泥浆生物反应器技术由于具有较高的可调控性,且对难溶解有机物的去除效果好,是一种具有工程化前景的土壤修复工艺。采用自主研发的1 m3泥浆反应罐和商业化的PAHs降解菌剂,在代表性污染土壤进行中试试验,探索了接种菌剂后微生物群落结构变化、优化含固率和微生物反应关键参数的波动范围。结果表明:微生物在营养物质的刺激下,第3~6周快速增殖,其中HydrogenophagaSphingomonadaceaePseudomonas等菌属增殖明显,可能参与了PAHs的降解;具有代表性的高环PAHs污染物苯并[a]蒽、苯并[b]荧蒽、苯并[a]芘浓度从几倍于GB 36600—2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》一类建设用地的管控目标值降至修复目标值以下。针对国内缺少实际场地中试规模数据的问题,获得可靠的泥浆反应器运行数据,有助于推动泥浆生物反应器技术在国内向工程化规模扩展。

典型焦化污染场地多技术联用治理工程应用案例分析
丁浩然, 王镝翔, 陈成, 杨乐巍, 吴腾, 王恒, 徐宏伟, 杨学志, 刘鹏
2023, 13(5): 1732-1739. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230144
摘要(217) HTML (83) PDF(1125KB)(57)
摘要:

典型焦化污染场地具有明显的多环芳烃和重金属复合污染特征,单一修复技术往往难以完成治理。多技术联用修复焦化污染场地土壤已开展了应用实践,但联用技术适用的场地污染特征和工程技术问题还鲜有报道。焦化场地多环芳烃和重金属主要分布在浅层土壤中,复合污染普遍,但2类污染物互相作用影响小,适合采用以土壤淋洗为核心的联用修复技术,其具有节省修复周期和成本的工程应用优势,二次污染防治是其技术难点,未来可发展土壤淋洗+化学氧化+生物修复联用技术,进行绿色修复。

降碳减污
基于优化模拟的长株潭3+5城市群碳储量时空演变与预测
糜毅, 李涛, 吴博, 赵燕萍
2023, 13(5): 1740-1751. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20221291
摘要(152) HTML (89) PDF(5976KB)(35)
摘要:

土地利用/覆被变化是导致地区生态系统碳储量变化的重要原因,探析土地利用与碳储量的时空演变规律,对区域国土空间规划与生态管理、实现“双碳”战略目标具有重要意义。通过构建GeoDetector-PLUS-InVEST模型,基于多源数据分析长株潭3+5城市群2000—2020年土地利用及碳储量时空演变特征,预测2030年不同情景下的土地利用和碳储量变化,并通过空间自相关模型分析碳储量空间分布规律。结果表明:1)经过优化模拟的模型Kappa系数、FoM系数、总体精度结果比未优化模拟的结果分别高出0.81%、1.00%、0.67%;2)2000—2020年,研究区土地利用变化表现为耕地、林地、草地和水域面积减少,建设用地和未利用地面积增加;3)2000年、2010年、2020年3期碳储量分别为31.262 4×108、31.218 1×108和31.089 1×108 t,期间碳储量共减少17.328 7×106 t;4)相比2020年,2030年自然发展情景下碳储量减少12.1483×106 t,城镇发展情景下碳储量减少11.746 7×106 t,生态保护情景下碳储量增加14.754 0×106 t,3种情景下的碳储量空间分布较为相似,具有较显著的空间集聚特征,且与土地利用情况高度相关。研究结果可为长株潭3+5城市群土地空间规划和“双碳”政策的制定提供决策参考。

基于碳储量最大化的流域多目标土地利用分区优化模拟—以广西西江清水河为例
吴欣芋, 覃盟琳, 蒋红波, 赵胤程, 罗丁丁, 王政强
2023, 13(5): 1752-1762. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20221203
摘要(154) HTML (65) PDF(3488KB)(48)
摘要:

土地利用变化是影响碳固存变化的重要因素,土地利用优化对实现区域碳平衡具有重要作用。以广西西江清水河流域为研究对象,基于2000年、2010年和2020年土地利用数据,通过FLUS-InVEST耦合模型预测2060年清水河流域4种模拟情景(基线情景、耕地保护情景、水域保护情景、高碳储用地保护情景)下土地利用变化与碳储量的时空发展特征;针对高、中、低碳储能力等级区域适宜发展的方向,构建基于碳储量最大化的灰色线性规划模型,优化土地利用数量结构并运用FLUS模型模拟土地利用空间布局;利用Fragstats软件分析流域上、中、下游区域不同土地利用类型的形态格局,探讨其与碳储量的相关性并提出相应的优化策略。结果表明:1)4种模拟情景下,2060年流域碳储量仅在高碳储用地保护情景下稳定提升,其他3种情景都大幅下降;2)基于优化方案,2060年流域内林地、湿地和水域面积增加,建设用地面积稳定增长,草地、耕地面积相对减少且连片耕地保持不变,流域整体碳储量增长达1.32×106 t;3)流域土地利用形态格局影响碳储量,且不同流段存在空间异质性,整体上斑块呈现复杂不规则的形态和较高的聚集度、连接度,有利于提高区域整体碳储量。优化策略能更好地满足流域不同区域的发展需求并统筹流域整体发展,增加流域碳储量的同时推动总体效益最优化。

沉水植被对河流温室气体释放减缓作用研究
魏岩洁, 胡成, 李亚峰, 耿姣, 李青倩, 孙菲, 袁鹏
2023, 13(5): 1763-1770. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20221050
摘要(144) HTML (77) PDF(2106KB)(36)
摘要:

为揭示沉水植物生态修复在减缓河流温室气体释放方面的作用,在浙江省嘉善县选择盛家湾(有沉水植物)和东龙港(无沉水植物)2条河流,利用扩散模型法对其水体CO2、CH4、N2O释放通量进行24 h连续监测,并进行对比分析。结果表明:2条河流除盛家湾水体在16:00表现为CO2吸收外,其余监测时间内3种气体均呈过饱和状态,表现为向大气释放温室气体,24 h内比较,有沉水植物的盛家湾可减少89%的温室气体释放。将气体释放通量与环境因子进行相关性分析发现,盛家湾水体CO2释放通量与水温、pH、溶解氧浓度呈显著负相关,与氧化还原电位呈显著正相关,N2O释放通量与水温、pH、溶解氧浓度呈显著正相关,与氧化还原电位呈显著负相关;东龙港水体CO2释放通量与水温呈显著正相关,CH4释放通量与水温、溶解氧浓度呈显著正相关,N2O释放通量与水温呈显著正相关。

“双碳”目标下林业资源型城市经济-环境-碳排放耦合协调发展研究—以伊春市为例
彭浩帆, 龙凤, 葛察忠, 段显明, 毕粉粉
2023, 13(5): 1771-1778. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230102
摘要(108) HTML (90) PDF(979KB)(32)
摘要:

实现碳达峰、碳中和目标是我国近年来提出的重大战略决策,是引领我国绿色低碳发展的重要目标,可以带来环境质量改善和产业进步等多重效应。以我国典型的林业资源型城市——伊春市为研究对象,建立经济-环境-碳排放评价指标体系并运用熵值法和耦合协调度模型测算伊春市2010—2020年经济发展、环境质量和碳排放水平的耦合协调关系。结果表明:伊春市经济发展与环境质量总体呈上升趋势,但碳排放量和强度不断增加,整体由经济滞后型发展转变至环境和碳排放滞后型发展;伊春市耦合协调水平持续上升,由严重失调衰退发展至中级协调发展,环境和碳排放子系统需要加强改善。最后,从着力解决突出环境问题、强化节能增效和循环经济、大力发展林业经济、积极探索创新碳汇产品价值实现机制等方面出发,提出实现经济高质量发展目标的建议。

基于超效率SBM模型的航空企业碳排放效率研究
杨扬, 郭挂梅
2023, 13(5): 1779-1786. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230095
摘要(269) HTML (863) PDF(1245KB)(62)
摘要:

为识别航空企业碳排放管控水平,采用超效率SBM模型和GML指数模型,研究我国6家航空企业2011—2019年的碳排放效率及其动态变化,并构建面板回归模型探究航空企业碳排放效率的影响因素。结果表明:我国航空企业的碳排放效率在样本年间呈现先下降后上升的“U”形变化趋势;相较于2016年,2019年行业碳排放效率增长6.38%,企业碳排放控制水平有明显提高。碳排放效率变化方面,技术进步与碳排放生产率指数呈现出同方向变化,是碳排放效率提升的主要驱动力;不同企业碳排放效率变化存在较大差异。影响因素方面,客座利用率和燃油成本规制对航空企业碳排放效率有显著的正向影响,当客座利用率和燃油成本规制分别提升1%,碳排放效率分别提升1.524%和0.166%;环境规制对碳排放效率的提升具有积极的影响,现阶段资本结构对碳排放效率具有显著的负向影响,优化企业运营和调整企业资本结构能够在很大程度上促进企业可持续发展。

流域/区域流域/区域保护与修复
近70年来黄河流域生态修复历程及系统性修复思考
田美荣, 冯朝阳, 王世曦, 田雨欣, 牛茜彤
2023, 13(5): 1787-1797. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20221079
摘要(179) HTML (266) PDF(1888KB)(94)
摘要:

黄河流域是我国重要的生态安全屏障,在气候变化与人为干扰不断加强下,水资源供需矛盾突出,生态问题凸显,高效生态修复是推进黄河流域生态保护的重要举措。结合新中国成立以来不同历史时期黄河流域自身特点及存在的主要问题,总结出我国不断探索科学治理黄河流域的“水沙调控治水害、水源涵养治断流、系统修复维健康”3个阶段历程。黄河流域通过3个阶段重点工程的生态治理,取得良好的成效,但在流域系统性修复方面仍面临挑战。基于生态修复系统性思维,提出构建包含流域生态空间系统性、生态要素系统性、生态产品价值系统性、生态监管系统性4个方面的系统性修复框架,并在该框架指引下提出黄河流域高水平保护的建议:根据黄河流域上中下游立地条件,开展系统修复治理、分区施策,整体提升流域生态服务供给能力;坚持山水林田湖草沙生命共同体,开展生态要素系统性治理,优化山水林田湖草沙配置;推动形成“自然资源-修复主体-修复模式-修复空间-价值链条”5个维度协同的生态修复下生态产品价值转换的复合系统;以恢复主导生态功能为目标,构建黄河流域生态修复全过程、系统性监管体系。

乌伦古湖冰封期溶解性有机质分布特征及来源解析
芦晓峰, 朱山林, 张岚, 綦振华, 陈晶晶, 王坤, 白金凤
2023, 13(5): 1798-1807. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20221092
摘要(132) HTML (121) PDF(6924KB)(38)
摘要:

乌伦古湖作为新疆第二大湖泊,对维护西北地区生态平衡具有重要意义。为探究乌伦古湖在冰封期有机指标超标原因,以冰封期水体溶解性有机质(DOM)为研究对象,运用紫外-可见光吸收光谱与三维荧光光谱结合平行因子模型(PARAFAC)、相关性分析等手段,对乌伦古湖DOM进行空间分布特征以及来源解析的探讨。结果显示:1)冰封期乌伦古湖水体DOM紫外-可见吸收光谱参数(E3/E4)大于3.5,表明水体腐殖质以富里酸为主,PARAFAC分析得出乌伦古湖水体DOM包含3种主要荧光组分,即陆源腐殖质(C1,39.03%)、类色氨酸物质(C2,38.20%)和富里酸物质(C3,22.77%)。2)乌伦古湖水体荧光指数(FI)平均值为1.64、腐殖化指数(HIX)为1.66、自生源指数(BIX)为1.03,荧光特征参数表明水体DOM由陆源及自生源共同组成,且具有腐殖化程度较低、新近自生源高的特征,表明乌伦古湖水体DOM以内源产生为主。3)乌伦古湖水体腐殖质(C1、C3)与类蛋白组分(C2)显著相关(P<0.01),表明腐殖质与类蛋白组分的产生及来源具有一致性。

某河口复合生态净化系统浮游植物群落特征与水质健康状况分析
许晓毅, 孙亦栋, 姜永波, 吴玮, 吴兵党, 黄天寅, 陈小宾, 马奕, 朱奕, 宋晓恒
2023, 13(5): 1808-1819. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230090
摘要:

针对阳澄湖某入湖河口复合生态净化系统实际工程,在探究各净化单元水体浮游植物群落季节性构成特征的基础上,采用综合营养状态指数和浮游植物多样性指数对水质健康状况进行综合评价及分析。结果表明:复合生态净化系统中共鉴定浮游植物8门97属143种,种类组成以硅藻门、绿藻门和蓝藻门为主;系统进、出水浮游植物密度分别为5.81×105 ~1.76×107、4.96×105 ~1.65×107 个/L,进、出水生物量分别为0.292~5.21、0.194~4.66 mg/L,净化系统对水体浮游植物生长具有较好的控制效应;按照浮游植物功能群(functional group,FG)分类方法,净化系统浮游植物可划分为26个功能群,其中B、D、MP、P、S1、W1、X2、Y、G、J、LO和M为优势功能群;各单元优势功能群的演替与水温、CODMn、DO和TN等水质指标具有良好相关性。研究期间复合生态净化系统水体处于中营养到轻度富营养状态,净化系统有效地提升了入湖水体的生态健康水平。

典型城市河流硝态氮污染来源的氮氧同位素解析
国秋艳, 张秋英, 舒旺, 柏杨巍, 李兆, 卫毅梅, 刘丹妮
2023, 13(5): 1820-1828. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20221288
摘要(164) HTML (205) PDF(3662KB)(54)
摘要:

城市河流硝态氮(NO3-N)污染已经成为快速城市化发展中备受关注的水环境问题。以西安市皂河为例,于2021年的5月(旱季)和9月(雨季)采集其河流水体、排口出水和污水处理厂进出水,测定水质参数,并利用氮氧稳定同位素和Iso Source模型解析NO3-N来源。结果表明:5月和9月皂河NO3-N的δ15N分别为−26.43‰~32.29‰和−2.81‰~20.85‰,δ18O分别为−23.42‰~53.02‰和−5.26‰~21.53‰;粪污是皂河NO3-N的主要来源,皂河不同污染源NO3-N来源的平均贡献率,河流水体为粪污>土壤中氮>化肥>大气沉降,排口出水为粪污>土壤中氮>化肥>大气沉降,污水处理厂进水为大气沉降>粪污>土壤中氮>化肥,污水处理厂出水为粪污>土壤中氮>化肥>大气沉降;土壤中氮和粪污合计对皂河流域NO3-N的贡献率大于70%。控制居民生活污水排放、加强管网建设、强化畜禽粪污管理以及加强土地施肥监督等,有利于减轻城市河流NO3-N污染。

稻秸秆添加强化沉水植物湿地对农田径流中不同形态氮的去除效果
蔡敏, 崔娜欣, 张旭, 陈桂发, 周丽, 邹国燕
2023, 13(5): 1829-1838. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230043
摘要(120) HTML (86) PDF(5702KB)(29)
摘要:

为提升稻田周边湿地对农田径流中不同形态氮的净化效率,有效拦截农田面源污染导致的氮磷流失,采用农业废物稻秸秆为有机碳源与沉水植物组合构建强化湿地系统,共设置不种植苦草且不添加稻秸秆(NS)、只种植苦草(VN)、只添加稻秸秆(SS)和种植苦草并添加稻秸秆(VS)4个处理,研究强化湿地对不同形态氮农田径流的净化效果与机制。结果表明:1)在处理以氨氮(NH4 +-N)为主要氮形态的农田径流时,VN和VS对废水中TN和NH4 +-N的去除率显著高于其他处理(P<0.05),表明种植苦草是提升湿地对NH4 +-N农田径流净化效果的主要因素;2)处理以硝态氮(NO3 -N)为主要氮形态的农田径流时,SS和VS对废水中TN和NO3 -N的去除率显著高于其他处理(P<0.05),表明添加稻秸秆显著提升了湿地对NO3 -N农田径流的净化效果。3)湿地中只种植苦草时对NO3 -N去除效果不佳,只添加稻秸秆时对NH4 +-N去除效果较差,种植苦草并添加稻秸秆对2种形态氮均有较好的去除效果,同时二者对磷的去除效果与只种植苦草的湿地无显著差异。因此,稻秸秆添加强化沉水植物湿地在拦截净化农田面源污染中具有推广应用的潜力。

平原感潮河网地区河道水体表观污染评价及来源解析
李海云, 潘杨, 张龙飞, 陈旭宇, 秦天羽, 吕凌霄, 李尚珂
2023, 13(5): 1839-1848. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20221119
摘要(143) HTML (121) PDF(3901KB)(53)
摘要:

以佛山市大沥镇河道为研究对象,采用表观污染指数法及表观污染类型的分类方法,从污染程度和污染类型2个角度对平原感潮河网地区河道水体表观污染状况及污染源进行评价,并利用正定矩阵因子分解模型定量解析污染源。结果表明:佛山市大沥镇河道水体表观质量整体不佳,表观污染类型以混合主导型为主,夏季和晚春的表观污染程度重于早春。不同片区水体表观状况从优至劣依次为镇水围片区>白沙片区>盐联围片区>黄岐盐联围片区>谢边涌及香基河片区>泌冲片区>后海片区。退潮时段河道水体表观质量较差,且涨退潮对镇南部河道水体表观质量影响较大。不同表观污染类型河道的污染源类型及贡献率不同,有机主导型(黑臭)的主要污染源为点源污染(52.61%);有机主导型(水华)的主要污染源为农业面源(35.98%);营养主导型的主要污染源为种植业污染(51.43%);无机主导型的主要污染源为地表径流(41.50%)。研究显示,大沥镇河道水体表观污染时空变化较为显著,不同表观污染类型的污染源具有差异性,需分类治理,从而改善水体表观状况。

平原河网地区闸控型河道生态修复效果评价
范业弘, 何岩, 朱晗彬, 赵凯豪, 顾敦罡, 黄民生, 何培民, 徐兵兵, 何文辉
2023, 13(5): 1849-1856. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230104
摘要(120) HTML (111) PDF(1980KB)(51)
摘要:

针对城市河道治理后反复出现水华现象的问题,以上海市青浦区小涞港河段为研究区域,基于层次分析法和熵权法的组合赋权法,参考相关研究并结合实地调查,优化选取水质、底泥、护岸等相关指标建立评价指标体系,进行河道生态修复效果评价。结果表明:较高的硝酸盐浓度〔NO3 -N浓度为(3.055±2.863)mg/L,其与叶绿素a浓度显著相关,r=0.36,P<0.05〕是闸控型平原河网水系河流重要的水华潜在风险因素,建议结合现有闸泵工程活水畅流技术,进一步优化曝气方式,创造合适的缺氧微环境以及通过硫、铁元素耦合强化总氮去除;河道底泥以营养盐污染〔内源氮浓度为(2 171.99±1 664.40)mg/kg〕为主,现有沉水植物种类较为单一,易产生丝状藻华孳生现象,建议增加沉水植物的种类并进行合理配置,降低底泥营养盐污染,增强以沉水植物为核心的水生生态系统稳定性;采用的浆砌混凝土硬质护岸对雨水径流污染的净化拦截能力严重不足,建议适当拓宽河道,对护岸进行生态化改造,选择合理的填料基质和植被配置,以强化护岸对面源污染的截留功能。

水污染控制
基于量子加权最小门限单元网络的出水COD预测
张玉泽, 姚立忠, 罗海军
2023, 13(5): 1857-1864. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20221049
摘要(138) HTML (78) PDF(1911KB)(27)
摘要:

出水化学需氧量(COD)的快速准确测量对于污水处理过程水质的动态调控至关重要。针对出水COD难以实时检测的问题,提出一种基于量子加权最小门限单元(QWMGU)神经网络的出水COD预测方法。先通过多维单步(滑动窗口)预测技术构建时间序列;然后在最小门限单元(MGU)遗忘门、候选状态与输出环节设计量子计算机制,通过更新量子相移门矩阵替代MGU权值矩阵的更新,赋予网络神经元量子特性,并给出QWMGU模型设计的具体规则与构建流程。应用该方法对德州市污水处理厂2020年出水COD进行预测,并与5种流行预测模型进行对比,以检验模型优越性。结果表明:QWMGU网络的相对预测误差优于其他方法,且稳定性较高,其均方根误差、确定系数、平均绝对误差分别为0.073、1、0.047。该模型有助于实现污水处理厂COD的高效在线检测。

磁性生物炭及其老化后对Cd2+的吸附性能影响
杨婷, 徐荣, 寇祥明, 张家宏, 马林杰, 张诚信, 朱凌宇, 杨军, 袁秦, 王守红
2023, 13(5): 1865-1873. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20221019
摘要(136) HTML (76) PDF(5766KB)(40)
摘要:

磁性生物炭(FBC)是一种具有良好吸附性能且可实现磁分离的吸附材料,但制备过程磁性前驱体用量及老化作用是否影响其结构和吸附重金属的能力却鲜有研究。以水稻秸秆和铁盐为原料制备不同铁炭质量比(1∶4、1∶2和1∶1,记作FBC-4、FBC-2、FBC-1)的FBC,比较其表面形态、官能团等理化性质,以及对Cd2+的吸附性能的差异;利用自然老化和高温老化2种物理方法研究老化作用对磁性生物炭理化性质和吸附性能的影响。结果表明:与普通生物炭(BC)相比,FBC具有更大的比表面积和孔容,含氧官能团数量增多,并且出现Fe—O的特征峰,FBC-4、FBC-2、FBC-1的饱和磁化强度随着单位生物炭载铁量增加而增大,分别为0.64、2.21和17.69 A·m2/kg;BC和FBC对Cd2+吸附等温线和动力学曲线均符合Langmuir方程和准二级动力学方程,拟合出的平衡吸附量和理论最大吸附量关系为FBC-1>FBC-4>FBC-2>BC,即磁改性可以提高对Cd2+的平衡吸附量,且FBC-1对Cd2+的吸附能力最强;FBC-1经过2个月的自然老化和高温老化后,比表面积分别下降45.8%和36.4%,平均孔径分别增加72.7%和43.2%,饱和磁化强度分别增加至33.53和26.65 A·m2/kg;老化作用会降低磁性生物炭对Cd2+的吸附能力,其平衡吸附量由老化前的36.97 mg/g减小至30.97 mg/g(自然老化)和28.22 mg/g(高温老化),理论最大吸附量由63.80 mg/g分别下降至46.68和40.29 mg/g,相比于自然老化,高温老化作用对磁性生物炭Cd2+的吸附性能的抑制作用更明显。

酸热絮凝法提取甘薯淀粉分离汁水中的蛋白质
王雪婷, 赵博超, 罗岷, 苑喜男, 朱克松, 潘涔轩, 曾凡逵
2023, 13(5): 1874-1882. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230026
摘要(120) HTML (56) PDF(1630KB)(21)
摘要:

甘薯淀粉加工过程产生大量的淀粉分离汁水,其中含有丰富的蛋白质。采用酸热絮凝法从甘薯淀粉分离汁水中提取蛋白质,通过单因素试验,选择pH、温度、离心时间和离心转速为变量,利用正交试验分析影响甘薯淀粉分离汁水蛋白质提取效果的因素主次和较佳工艺,采用集成装置进行工艺模拟试验,检验甘薯淀粉分离汁水蛋白质提取的效果,并分析技术和经济可行性。结果表明:在温度为100 ℃、pH为4.0、离心转速3 500 r/min和离心时间10 min条件下,甘薯淀粉分离汁水的TN和CODCr去除率分别达到76.79%和40.66%;集成装置的蛋白质回收率达到48.86%,回收的粗蛋白质粉的蛋白质含量(以干基计)为73.22%,满足动物饲料原料要求。此外,对于1个大中型甘薯淀粉企业,1 m3甘薯淀粉分离汁水通过回收蛋白质可以创造毛利润20.51元。

水中微塑料来源、生态毒理效应及处理技术研究进展
王成, 李哲, 魏健, 钱锋, 宋永会
2023, 13(5): 1883-1892. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20221121
摘要(253) HTML (509) PDF(5258KB)(119)
摘要:

微塑料作为目前被广泛关注的新污染物之一,近年来在世界各地水环境中被频繁检出。微塑料不仅具有体积小、难降解、持久性等特点,而且可作为有毒金属、微生物、农药等污染物的载体,进一步增强它们的危害潜力。全面了解微塑料的来源和处理途径是确定微塑料污染控制关键问题以及实现对其有效管理的先决条件。回顾了国内外水环境中微塑料污染研究进展,梳理分析了水环境中微塑料的分类及来源,详细阐述了微塑料分离提取、定性定量检测方法,系统总结了微塑料对典型水生生物的单一影响以及微塑料与相关污染物对水生生物的复合影响;结合现有水污染控制技术,归纳了水中微塑料去除方法的优缺点,包括吸附、过滤、混凝沉淀、光催化、电絮凝、生物降解、膜生物反应器以及活性污泥法等技术。相关研究可为水环境中微塑料的去除与污染控制提供参考。

环境水体中烷基酚前处理技术研究进展
刘海萍, 陈星羽, 鲁炳闻, 田中男, 赵亚娴
2023, 13(5): 1893-1900. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20221272
摘要(162) HTML (80) PDF(526KB)(31)
摘要:

烷基酚化合物作为一类典型的环境内分泌干扰物,可在水环境中长期稳定存在,已成为国内外众多学者研究的焦点之一。通过调研近年来国内外环境水体中烷基酚污染状况,针对其前处理技术进行了综述,重点介绍了环境水体中烷基酚分析检测过程中常用的液液萃取、固相萃取、固相微萃取等前处理技术的原理、特点、影响因素及应用范围等。经梳理和分析相关文献,得出以下结论:1)烷基酚在国内外各类水环境介质中被广泛检出,浓度范围一般为未检出(ND)~几千ng/L,易吸附在水中悬浮物或胶体颗粒上,亟须建立可靠、高效、快速的前处理技术,为其在水体中的准确定性和定量分析奠定良好的基础;2)与固相微萃取和搅拌棒吸附萃取相比,液液萃取技术和固相萃取技术在回收率、精密度和稳定性方面更具优势,已被多个国家应用于水质烷基酚的标准分析方法中。未来应加强填料萃取容量和选择性、涂层耐用性、多种萃取技术联用等方面研究,以建立快速高效、微型化、无溶剂或少溶剂化、对环境友好、自动化的前处理技术;加强烷基酚化合物的管理,建议将其纳入水质质量标准、排放标准等。

生态修复与风险评估
基于生态系统“受损-恢复力-修复潜力”评价的内蒙古生态空间分区及保护修复策略
郑婷婷, 杨莉, 贾卓霏, 敖嫩, 姜亚东, 刘鑫
2023, 13(5): 1901-1909. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20221162
摘要(269) HTML (137) PDF(3312KB)(68)
摘要:

为筑牢安全韧性生态空间,提升生态系统质量和稳定性,增强生态空间自我恢复能力,以内蒙古自治区为例,研究适宜大尺度空间的生态修复分区方法,针对区域典型生态系统问题,构建生态系统“受损-恢复力-可修复潜力”评价技术体系,通过生态系统现状及受损评价,摸清生态系统问题及退化区域;根据生态系统特征及支撑能力,开展生态系统恢复力评价和可修复潜力评价;耦合多级评价结果,识别修复特征相同的区域,综合划定生态空间修复分区。结果显示:研究区内可修复潜力高的区域主要分布在大兴安岭、阴山、贺兰山等区域,潜力中等区主要包括呼伦贝尔草甸草原、锡林郭勒典型草原、阴山北部荒漠草原、阿拉善荒漠等区域,潜力低区域主要包括西辽河流域、黄河流域、局部草原、荒漠沙地区域等。结合区域特征,综合划定9个生态空间修复分区,从促进生态系统结构、质量、功能保护与修复的角度出发,因地制宜提出保护保育、自然恢复、辅助修复和生态重塑等生态修复策略,保障区域生态系统实现良性循环和自我调节。从生态系统受损、生态系统恢复力及可修复潜力3个层面建立生态评价技术体系,划定生态空间修复分区,提出适宜大尺度生态空间治理的方法与实施路径。

基于生态系统服务价值的成德绵城市带生态安全格局研究
邓莹佳, 侯兰功, 刘涛, 王晶
2023, 13(5): 1910-1920. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20221057
摘要(207) HTML (134) PDF(4062KB)(38)
摘要:

定量研究与分析成都-德阳-绵阳城市带(成德绵城市带)生态系统服务价值(ESV)变化及其生态安全格局,对区域协同筑牢生态安全屏障,加强生态系统保护,推动国土空间生态修复规划,推进生态文明建设具有重要意义。通过ESV当量法分析2010—2018 年成德绵城市带ESV的时空变化;提取区域内99%、95%、90%置信水平ESV热点区域,识别生态保护核心“源”地;采用最小累积阻力模型,选用高程、土地利用等8 项重要阻力因子得到阻力面,构建区域生态廊道,识别城市带生态安全格局,对跨行政区生态网络空间布局提出优化建议。结果显示:2010—2018 年,研究区ESV总量从1 372.91 亿元升至1 519.93 亿元,其中原材料、气体调节、气候调节、废物处理、土壤形成与保护、生物多样性保护的EVS增长速率高于10%。研究区生态安全水平呈现西北高东南低的空间分布特征,其中高安全及次高安全区面积占比为49.8%,集中在西北部、中南部等区域;中安全及低安全区面积占比为50.2%,主要集中在南部建设用地较多的低海拔城镇地区。识别生态“源”地24 处,占研究区总面积的27.3%,且呈带状分布;生态廊道53 条,生态节点41 个,整体呈现多中心环状,网络连通水平较好。基于研究结果,构建了西北密东南疏的“两轴、三带、四节点”生态网络空间结构。

基于参数最优地理探测器的福州市生境质量时空格局与驱动力分析
施智勇, 谢慧黎, 王圳峰, 胡晓婷, 王欣珂, 谢香群, 林弘, 刘兴诏
2023, 13(5): 1921-1930. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230083
摘要(394) HTML (257) PDF(8523KB)(84)
摘要:

揭示生境质量的时空演变特征和影响因素可为区域可持续发展提供参考依据。基于2000年、2010年和2020年的土地利用数据,运用InVEST模型、土地利用转移矩阵和参数最优地理探测器等方法,综合分析福州市生境质量时空演变及其驱动因素。结果表明:福州市2000年、2010年和2020年生境质量指数分别为0.812、0.806和0.793,生境质量改善的面积小于生境质量退化的面积,福州主城区和东南沿海区域的生境状况亟须改善。3 km网格为本研究的最佳空间尺度,最佳数据离散化分类数为6,自然间断点法更能解释驱动因素的驱动程度。高程、坡度和夜间灯光是福州市生境质量空间分异的主要影响因素,坡度和夜间灯光的交互作用对生境质量变化的解释力最强。

综合视角下粤北山区县域水安全格局构建与分析
陈朝, 杨贤房, 陈进栋, 王琦, 刘婷, 邓南荣
2023, 13(5): 1931-1940. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20220919
摘要(161) HTML (108) PDF(8294KB)(35)
摘要:

以粤北山区翁源县为例,综合水资源、水灾害与水环境视角,结合县域地形、水文、生态保护、国土现状调查、实测水质采样等数据及相关规划、标准,运用水源欧氏缓冲结合涵养量计算、蓝点模型模拟和水环境载荷量计算方法,分别对区域水资源、水灾害与水环境安全格局进行计算与分析,并在此基础上构建区域多视角下的综合水安全格局。结果显示:翁源县水资源、水灾害和水环境安全格局分别与重要水系和相关保护区及地形地貌,滃江水系上、中、下游位置及周边人类活动强烈程度,水体污染状况密切相关。翁源县综合水安全格局中的低安全区主要分布于饮用水源、自然保护区、重要水系廊道与水源涵养区及周边毗邻区等生态敏感脆弱区;中安全区主要分布于低安全生态敏感脆弱区的缓冲区,及其毗邻影响区域;高安全区主要分布于中安全缓冲区外围区域及其毗邻影响区。翁源县综合水安全格局中较敏感脆弱的低和较低安全区,与建设用地和永久基本农田保护区存在较小面积冲突管控区,而与生态保护红线和水土保持治理空间保持较高的契合度,表明研究结果与用地管控、相关保护规划和治理空间具有较好的一致性。

环境风险评价与管理
基于周围环境目标值估算的企业边界大气污染物限值分析
张孟琪, 潘丽波, 王宗爽, 郭敏, 武雪芳
2023, 13(5): 1941-1947. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230381
摘要(130) HTML (66) PDF(946KB)(27)
摘要:

从40余项国家大气固定污染源污染物排放标准以及地方恶臭污染物排放标准中筛选出已制定企业边界限值的36种大气污染物,提出适用于限值分析的方法,基于周围环境目标值(AMEG)设置了参考区间,对比分析了我国与美国化学有害因素职业接触限值时间加权平均容许浓度(TWA)的差异。结果表明,36种大气污染物可分为3类:1)出现在国家大气污染物综合排放标准等制定和发布年限较长标准中且限值较为宽松的8种污染物;2)限值未受嗅阈值影响的13种污染物,其中12种污染物的限值与AMEG估算结果的8.4倍较为接近;3)限值受嗅阈值影响的15种污染物,其中部分污染物的限值接近AMEG估算结果,部分限值接近嗅阈值。参与对比分析的255种化学有害因素中,我国和美国的TWA相等的有44种,占比不超过20%,差异在±1倍之内的约占85%,在±5倍以上的约占7%。研究显示,现行大气污染物排放标准中的企业边界限值有效保护了人体健康和生态环境,应对制定和发布年限较长且限值较为宽松的标准,以及限值高于嗅阈值的标准开展研究,分析限值的合理性。在制定企业边界大气污染物限值时,应广泛收集更多来源的职业接触限值数据并分析其适用性。

实现我国煤矸石“无废”化目标的路径研究
侯波, 马超, 田向勤, 聂晶磊, 赵康
2023, 13(5): 1948-1957. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20221279
摘要(129) HTML (231) PDF(2389KB)(83)
摘要:

为解决煤矸石大量堆积造成的环境污染问题,基于“无废城市”建设理念和经验提出了煤矸石“无废”化目标。在分析我国煤矸石产生、分布及理化性质的基础上,从煤炭清洁高效利用和减污降碳2个方面论述实现煤矸石“无废”化的必要性,阐述实现我国煤矸石“无废”化的政策基础、技术现状和存在的问题。建议我国在建设绿色生态煤矿、提高煤矸石综合利用水平、研发煤矸石综合利用技术、制定煤矸石综合利用产品标准4个方面开展工作;加快实现以井下采选充一体化、矿井充填、采坑以及塌陷区回填生态修复为核心的煤矸石综合利用技术工业化应用;构建“发电—有用(价)组分回收或利用—高性能建材或农业应用或矿井充填”的资源化利用产业链,实现煤矸石中多组分梯级分质高值化利用,以保障我国煤矸石“无废”化目标顺利实现。

亭式核酸采样环境飞沫传播风险影响因素研究
李景明, 张震宇
2023, 13(5): 1958-1964. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20221211
摘要(224) HTML (75) PDF(6033KB)(30)
摘要:

为探究核酸采样环境中飞沫的传播风险,采用RNG k-ε(增强壁面模型)、DPM(分散相模型)和DRW(随机游走)模型,应用田口实验法对亭式核酸采样环境中飞沫传播过程及其影响因素进行研究,分析了飞沫喷射速度、气流组织形式及新风速度等因素对飞沫传播特性的影响。研究发现:气流组织形式是影响飞沫传播的主要因素,采用上进下出形式并将最大风速控制在1 m/s左右时能在保证人体热舒适感前提下有效降低飞沫传播风险;随着时间的延长飞沫浓度呈减小趋势,新风速度越大高浓度飞沫持续时间越短,20 s时呼吸区域飞沫浓度仅为极限飞沫浓度的7.7%,在保证效率的前提下应尽快完成采样并适当延长采样时间间隔至20 s以上,以降低传播风险。