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2024年  第14卷  第1期

降碳减污
2025年京津冀陆地生态系统碳氧平衡分析
贾刚, 李大瑞, 孔翠霞, 周志峰, 郭俊光
2024, 14(1): 1-7. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230243
摘要(283) HTML (132) PDF(1032KB)(85)
摘要:

以2020年的京津冀地区数据为基准,测算出2020年释碳耗氧量、固碳释氧量,对2025年释碳耗氧量、固碳释氧量、生态用地需求面积进行预测。结果表明:2020年京津冀地区释碳量和耗氧量分别为125 576.1万和143 533.7万t。预测出2025年京津冀地区释碳量和耗氧量分别为135 957.0万和163 392.0万t。从2025年京津冀地区总体来看,维持碳平衡所需标准生态用地面积小于现有标准生态用地面积,说明不需要再另外增加面积。但分省(市)来看,北京、河北的生态用地面积均能够满足碳氧平衡需要,而天津还应增加标准生态用地,方能满足市内维持碳氧平衡的需要。在实际社会和经济发展过程中生态用地面积会略有调整,而且生态用地结构和质量也会发生变化,因此在实际生产和科研中,应根据每年生态用地的实际变化量来逐步修正。

昆明市高速公路机动车温室气体排放清单及时空性分布特征
陈振瑜, 何超, 李加强, 付明亮, 徐加臣, 李菊
2024, 14(1): 8-16. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230226
摘要(207) HTML (74) PDF(3270KB)(46)
摘要:

为研究昆明市高速公路机动车的CO、CO2、N2O、CH4温室气体排放清单,使用2021年昆明市高速公路客车交通流量数据、机动车GPS信息数据获得了高速公路网上的车型构成、车流量等基础数据,应用本土化修正后MOVES模型计算了昆明市高速公路的机动车CO、CO2、N2O、CH4排放因子。基于实际交通流量数据、温室气体排放因子和昆明市高速公路实际道路信息,构建了昆明市高速公路机动车温室气体排放清单,并对其排放特征以及空间分布特征进行分析。结果表明:昆明市2021年高速公路机动车CO、CO2、N2O和CH4的排放量分别为20 337.1、2 575 677.1、33.8和72.9 t,总计CO2当量为2 626 212.5 t。按排放标准划分,国Ⅳ排放标准的机动车是4种温室气体排放的主要贡献车型;按车辆类型划分,小型客车是CO、CO2、N2O排放的主要贡献车型,大型客车是CH4排放的主要贡献车型;按燃料类型划分,汽油车是CO、CO2、N2O的主要贡献车型,柴油车是CH4排放的主要贡献车型。昆明市高速公路机动车温室气体排放时间分布特征为排放强度与不同时间段的交通流量呈正相关,在24 h内呈现双高峰变化;空间分布特征为排放强度与路网密度和区域交通流量密切相关,路网密度较高和交通流量较高的区域排放强度较高。

远洋船舶尾气碳捕集技术及发展趋势研究
屈紫懿, 孔存金, 印洪浩, 张德荣, 杜敏
2024, 14(1): 17-24. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230303
摘要(475) HTML (185) PDF(1367KB)(182)
摘要:

二氧化碳(CO2)作为主要的温室气体,减排的迫切性日益凸显,一系列国际航运碳减排措施已逐步进入强制执行阶段。碳捕集技术被认为是最直接有效的碳减排技术。然而,船舶尾气碳捕集技术的研究和应用还处于起步阶段,亟需大量深入的针对性研究。因此,针对远洋船舶的尾气碳捕集技术及其发展趋势进行了探讨。首先,介绍船舶尾气碳捕集技术的背景及现状,对当前工业源尾气处理方案及主流的碳捕集技术进行分析和研究。其次,量化国际海事组织对航运业的碳排放要求,对比各种碳减排技术在船舶领域中的可行性和适用性,详细研究了远洋船舶使用碳捕集技术的影响因素与面临的挑战,包括技术要求、技术成本、设备可靠性、能源消耗、二次污染等。最后,结合历史数据和未来趋势预测,对远洋船舶尾气碳捕集技术的发展趋势做出展望,并提出改进方法,以帮助减少船舶排放的碳足迹。

整县推进畜禽粪污资源化利用项目温室气体减排量评估方法
朱志成, 钟民正, 侯磊, 田玉聪, 付锦涛, 杨阳
2024, 14(1): 25-32. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230486
摘要(306) HTML (159) PDF(776KB)(74)
摘要:

为探究整县推进畜禽粪污资源化利用项目实施前后粪污处置环节温室气体排放量变化,参考IPCC气候指南对X市新建粪污处置工程各环节进行核算评估。结果表明:净碳排放量方面,按实施方案推进后的净碳排放量为479.31 t(以二氧化碳当量计,下同),相较于项目实施前减少了21 172.81 t;单位牲畜粪污处置碳排放量方面,项目实施后单位牲畜粪污处置碳排放降低513.48 kg,降低了97.79%;不同处理工艺单位牲畜粪污处理碳排放方面,好氧堆肥相较于粪便露天堆放降低了50%,密闭式厌氧发酵相较于厌氧氧化塘碳排放降低了83.04%。基于以上评估结果,建议应用固体粪便覆膜好氧堆肥、液体粪污密闭贮存发酵和粪肥全量还田模式,推进县域粪污处置温室气体排放进一步降低。

炼铁工序减污降碳协同增效技术评估方法研究
银洲, 况悦, 刘丹丹, 赵亚洲, 张昕, 李艳萍
2024, 14(1): 33-42. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230560
摘要(215) HTML (103) PDF(6481KB)(49)
摘要:

为推广减污降碳协同控制技术,以炼铁工序为研究对象,从协同度、成本收益和环境影响3个维度评价炼铁工序源头、过程节能技术、末端治理技术和低碳技术的协同控制效益。从污染物和碳排放协同度分析来看,源头、过程节能技术能有效推动炼铁工序污染物和碳排放的协同减排,而末端控制技术对污染物和温室气体的减排不具有协同性。绿氢冶炼技术和熔剂性球团制备技术污碳减排协同度较高,此外高炉喷吹焦炉煤气技术、高炉煤气回收技术和高炉热风炉双预热能协同减少VOCs和碳排放。在当前我国碳交易价格条件下,从成本收益分析来看节能技术和污染物末端治理技术具有可推广性。随着碳交易价格的上涨,绿氢冶炼和碳捕集(CCS)技术减排成本呈下降趋势。绿氢冶炼技术、污染物末端治理技术最能有效地减少环境影响,其他节能技术也能相应减少环境影响,而现有条件下CCS技术的实施会增加对环境的影响。综合污染物和温室气体协同减排的协同度、经济效益和环境效益评估,炼铁工序中源头防治和节能技术可作为我国现阶段减污降碳协同增效技术进行推广,随着未来碳交易价格的增长和能源的转型,绿氢冶炼技术和CCS技术具有较大应用前景。

流域/区域保护与修复
京杭运河上游河段磷污染时空分布特征及污染源解析
金梦, 兰亚琼, 丁淼, 嵇春红, 刘锐
2024, 14(1): 43-51. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230546
摘要(195) HTML (67) PDF(3414KB)(56)
摘要:

为揭示京杭运河上游桐乡段总磷浓度不能稳定达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准的原因,在桐乡段干流布设24个采样点,入河支流布设18个采样点,开展水质加密监测,研究磷污染发生的时空变化规律;基于水质常规指标的主成分分析,以及各主成分因子中强载荷指标与三维荧光组分的相关性分析,对重点河段磷的主要污染源进行解析;并基于绝对主成分—多元线性回归模型,定量评价主要磷污染源的贡献率。结果表明:1)京杭运河上游桐乡段干流入境水总磷浓度为0.14~0.20 mg/L,沿程监测点5~7、9和21~24有明显变差趋势,最高浓度达0.40 mg/L;部分入河支流水质较差,总磷浓度达到0.44 mg/L。2)主成分分析得到3个主因子,因子1以氨氮、溶解态磷为主要载荷,与类蛋白质组分显著相关,代表生产生活污染;因子2以高锰酸盐指数、溶解态磷、颗粒态氮为主要载荷,与类腐殖质组分显著相关,代表农业源;因子3以颗粒态磷、颗粒态氮为主要载荷,与浊度显著相关,代表码头污染与底泥源。3)运河上游河段的磷污染主要发生在干流监测点5~7和9,主要为码头污染与底泥源,其在丰水期和平水期的贡献率分别为65.9%和31.8%;监测点21~24主要为农业源,其在丰水期和平水期的贡献率分别为34.0%和32.1%;此外,生产生活污染在丰水期也有较大影响,其对监测点5~7和9、21~24的贡献率分别为42.6%、31.8%。

潮白河北京段着生藻类群落结构及其优势种生态位特征
盛祥锐, 罗遵兰, 孙光, 肖能文, 康玲玲, 李慧清, 韩静
2024, 14(1): 52-59. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230588
摘要(283) HTML (67) PDF(4515KB)(44)
摘要:

为明确北京市潮白河流域浮游植物群落变化特征,于2021年5月和9月对潮白河17个样点的着生藻类进行调查。应用着生藻类种类数和细胞密度对群落结构进行分析,计算优势种的优势度指数(Y) 、优势种更替率(R),运用生态位宽度(Bi)、生态位重叠指数(Oik)、总体相关性分析优势种的生态位特征。结果表明:2次调查共鉴定着生藻类109种,隶属4门41属,着生藻类优势种(Y>0.2)共8种,优势种的生态位宽度为0.140 6~0.420 9,优势种的生态位重叠指数为0.055 1~0.897 1,总体关联性测度结果均为显著正关联,优势种受季节更替的影响较大,优势种间对资源的利用共性较小,着生藻类群落结构趋于稳定,整体朝正向演替发展。研究表明,着生藻类作为一项生物指标对环境条件的变动能够进行较为敏感的响应,基于着生藻类优势种生态位特征,能够对着生藻类群落结构及其演替特征进行描述。

内蒙古高原达里诺尔湖氟化物分布特征及成因
陈如, 汤宇烽, 杨军, 李滔, 王书航, 车霏霏, 郭云艳, 白凯
2024, 14(1): 60-70. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230149
摘要(108) HTML (75) PDF(3834KB)(31)
摘要:

达里诺尔湖位于内蒙古高原,是典型的原生高氟区。为揭示湖泊氟化物的分布特征及成因,采集达里诺尔湖上覆水和表层沉积物,对氟化物的空间分布及其赋存形态进行了详细调查,并探讨了达里诺尔湖氟化物的来源及环境因素对水体氟化物的影响。结果表明:达里诺尔湖水体中氟化物浓度为3.91~4.61 mg/L,平均值为4.41 mg/L,显著高于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类阈值(1.5 mg/L)。表层沉积物中氟化物浓度变化范围为252.69~940.14 mg/kg,平均值为643.07 mg/kg,高值主要分布在湖泊西南部和湖心区。从形态上看,各形态氟含量整体表现为残余态>有机结合态>水溶态>铁锰结合态>可交换态,其中水溶态氟在一定环境条件下易向水体释放,成为达里诺尔湖水体中氟化物的主要内源。稳定度风险评估表明,达里诺尔湖沉积物中氟化物整体处于中等风险水平。达里诺尔湖的高氟水是在地层岩性引起的高自然本底值下,寒旱气候、特殊水化学条件、入湖河流及内流湖蒸发浓缩特征等环境因素的共同影响所致。研究结果可为达里诺尔湖及其他高氟湖泊的生态环境安全评估提供理论支持和科学依据。

基于环境DNA的长江中华鲟分布特征探究
周权, 杜浩, 王洁, 邵芸, 闫振广
2024, 14(1): 71-78. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230203
摘要(171) HTML (80) PDF(7877KB)(37)
摘要:

中华鲟(Acipenser sinensis)是我国长江流域的旗舰物种,在长江十年禁渔的大背景下,研究中华鲟无损化检测技术具有重要意义。环境DNA(eDNA)技术是一种环境友好型生物监测技术,可以在不直接观察或捕获生物体的情况下对物种进行检测。从文献中筛选出可以用于检测中华鲟eDNA的特异性引物,于2020年9月在长江中下游选取4个中华鲟常出现的区域,进行各断面立体式采样;提取16个点位的eDNA,使用筛选得到的引物对中华鲟进行eDNA的检测,以探究中华鲟的分布特征。结果显示,成功筛选到1组可以检测中华鲟eDNA的引物,使用该引物成功检测到包括中华鲟在内的长江4种鲟类的eDNA,共计测得约300万条鲟类序列。依据测序结果分析不同断面检测到的中华鲟eDNA的差异,发现宜昌江段断面的中华鲟eDNA最多,洞庭湖口断面最少,且表层和底层水体的中华鲟eDNA检出也有显著差异。筛选得到的引物可以用于中华鲟eDNA的检测,中华鲟eDNA的检测结果与中华鲟的历史调查和洄游特征较为吻合。不同水深条件中华鲟eDNA的检出量有显著差异,表明在今后的调查中采用混合或者立体采样可以更加全面地进行中华鲟eDNA的检测。

铁基颗粒吸附剂固定床处理含砷地下水的中试研究
吴霄龙, 黄政宇, 李昂臻, 段常慧, 李荣乐, 吴鹍
2024, 14(1): 79-88. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230286
摘要(120) HTML (51) PDF(4900KB)(28)
摘要:

以农村地区的As污染地下水为处理对象,研发了同步去除水中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的铁基颗粒吸附剂(FMGA),设计并建立了以吸附固定床为核心单元的中试除As装置,对As污染地下水的处理效果进行研究。结果表明:在33 d的连续运行过程中,除As装置出水As浓度始终低于GB 5749—2022《生活饮用水卫生标准》规定限值(10 μg/L),吸附固定床首次运行的穿透时间达到786 h;使用0.2 mol/L的NaOH溶液对吸附剂进行原位再生后,吸附固定床再次运行的穿透时间仍可达到750 h,其除As性能的恢复率接近91%;除As装置的出水浊度接近于0,Fe、Mn离子浓度均低于GB 5749—2022的限值(Fe浓度为0.3 mg/L,Mn浓度为0.1 mg/L),FMGA可高效再生回用且无二次污染。吸附动力学表明,FMGA吸附As的过程符合准二级动力学模型,As通过化学吸附被去除;吸附等温线表明,FMGA对As的理论最大吸附容量为74.94 mg/g(pH为7.0)。通过表征研究可知,FMGA最大荷载为89.39 N,具有出色的机械强度。

填埋场及周边地下水中氯代有机物组成与风险研究
郑敬, 潘琦, 王玉欣, 沙浩群, 王宪革, 刘洪宝, 何小松
2024, 14(1): 89-97. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230351
摘要(300) HTML (133) PDF(2075KB)(47)
摘要:

氯代有机物降解难、毒性大,填埋场是氯代有机物的重要汇集地。针对填埋场渗滤液泄漏进入地下水中氯代有机物风险不明现状,采集了一个非正规填埋场的地下水样品,并结合收集的中国、德国、美国、西班牙、波兰、挪威共6个国家13个填埋场附近地下水氯代有机物组成与浓度数据,采用风险评价模型对其健康风险进行评估。结果显示:所研究填埋场地下水总共检出10类41种氯代有机物,这些氯代有机物中,氯代环烷烃类的致癌风险最大,均超过了10−4,远超人体可接受的水平,具有明确风险;氯代多氟烷基醚磺酸盐的F-53B的致癌风险最低,为10−6~10−4,具有可能致癌风险。氯代烷烃类的非致癌风险最大,其中α-六氯环己烷的非致癌风险值均超过1,超过人类可接受水平;而氯代有机农药类如丙环唑和氯菊酯的非致癌风险最低,其非致癌风险值未超过人体可接受的水平。需要加强关注γ-六氯环己烷、氯苯、1,2-二氯苯等氯代有机物风险管控,可采用氧化脱氯、还原脱氯及共代谢脱氯等途径,加速其脱氯和降解,消除其风险。

土壤与固废污染控制与管理
典型有机化工厂污染地块氯代烃分布特征及基于蒙特卡洛模拟的风险评估
周礼洋
2024, 14(1): 98-111. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230197
摘要:

以长三角某典型有机化工地块为研究对象,采集651个土壤样品和30个地下水样品,研究氯代烃(CAHs)在环境中的污染程度及其空间分布特征,结合蒙特卡洛模拟方法分析土壤和地下水中CAHs的健康风险概率。结果表明:大部分CAHs浓度呈偏正态分布,浓度随着深度增加整体逐渐降低,土壤和地下水中三氯乙烯的污染程度最严重,污染羽主要集中在地块西南部和西北部。三氯乙烯和氯仿是造成健康风险的主要污染物,土壤中三氯乙烯致癌风险大于10−6 的概率为87.2%,危害商大于1的概率为71.76%,氯仿危害商大于1的概率为81.28%。每日土壤摄入量对土壤致癌风险的敏感性最大(31.9%),皮肤表面黏性系数对地下水致癌风险和危害商的敏感度最大,分别为16.9和23%。吸入室内空气中来自下层土壤的气态污染物是造成土壤致癌和非致癌风险的主要暴露途径,吸入室内来自地下的气态污染物途径是造成地下水致癌和非致癌风险的主要暴露途径。

冶炼厂周边农用地土壤重金属非致癌健康风险评估及修正
吴健芳, 王红梅
2024, 14(1): 112-120. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230517
摘要(190) HTML (93) PDF(8376KB)(41)
摘要:

为科学量化重金属复合暴露产生的非致癌健康风险,引入靶器官毒性剂量(TTD)模型和证据权重分析模型(WOE)对传统评估模型(HRA)的非致癌健康风险进行修正,并以华中某冶炼厂周边农用地土壤重金属为例,探究3种模型对非致癌健康风险评估结果的影响。结果表明:土壤重金属镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和砷(As)的浓度均值分别为0.37、36.65、69.06和7.66 mg/kg,其中Cd、Pb和Cr不同程度超出研究区土壤背景值,4种重金属传统非致癌健康风险值(HIHRA)为2.27×10−3~3.35×10−1。经TTD模型和WOE模型修正后4种重金属HITTD和HIWOE分别为1.64×10−2~5.50×10−1和1.08×10−2~6.09×10−1,其中HITTD、HIWOE均值分别为HIHRA均值的1.88倍和1.17倍。研究显示,对多种重金属复合污染的农用地开展人体非致癌健康风险评估时,需考虑多靶器官效应及重金属间的交互作用,避免传统风险评估方法低估或高估土壤污染对暴露人群产生的实际健康损害。

热脱附对多环芳烃和重金属复合污染土壤的影响
吴秉泽, 张文文, 刘昭玥, 马福俊, 李海波, 谷庆宝
2024, 14(1): 121-129. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230320
摘要(146) HTML (59) PDF(6172KB)(32)
摘要:

热脱附技术被广泛用于污染场地修复,但其对多环芳烃(PAHs)与重金属复合污染土壤的综合影响仍不清楚。选用PAHs和重金属复合污染模拟土壤,探究热脱附温度(220~400 ℃)和停留时间(5~60 min)对土壤中PAHs的影响,分析空气与氮气气氛下热脱附温度(310、340和370 ℃)对土壤中重金属Cu、Pb、As和Cd形态分布的影响。结果表明:随热脱附温度和停留时间的增加,土壤中PAHs去除率显著增加;低环PAHs占比逐渐减少,而高环PAHs占比逐渐增加。在2种气氛热脱附后,Cu、Pb和As弱酸提取态占比略有增加,而Cd弱酸提取态占比显著降低;可还原态和可氧化态的转化趋势具有差异性。随着热脱附温度的升高,Cu、Pb、As和Cd 4种重金属的残渣态占比均逐渐增加,说明热脱附有利于4种重金属的固定。相较于空气,氮气条件下4种重金属可氧化态和残渣态占比均增加;Cu和Pb可还原态占比显著降低,而As可还原态占比有所降低,Cd可还原态占比变化不大。氮气更有利于Cu、Pb和Cd的稳定;相反,空气更有利于As的稳定。

污染地块土壤砷修复目标值确定方法研究
刘虎鹏, 杜平, 袁贝, 张云慧, 陈娟, 张昊
2024, 14(1): 130-138. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230267
摘要(182) HTML (96) PDF(9901KB)(53)
摘要:

修复目标值的确定是污染地块环境监管的重要环节,通常基于风险评估方法计算风险控制值来确定。而对于砷污染地块,采用HJ 25.3—2019《建设用地土壤污染风险评估技术导则》推荐模型和参数推算得到的修复目标值往往低于土壤砷环境背景值,难以满足监管需求。系统梳理了国内外污染地块土壤砷修复目标值确定方法,探讨了基于土壤环境标准值、传统风险评估、层次化风险评估、等效风险评估及土壤砷环境背景值修正方法的实现路径与实践应用。结合我国污染地块监管策略和砷污染地块开发再利用现状,提出了基于土壤环境背景值、层次化风险评估和生物可给性相关参数修正的土壤砷修复目标值确定方法,旨在为我国砷污染地块的修复和再利用提供更加科学合理的方案。

煤矿矿区土壤重金属及多环芳烃污染治理修复技术综述
花洁, 王健媛, 陈运帷, 王健, 陈征, 刘洋洋
2024, 14(1): 139-147. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230524
摘要(172) HTML (87) PDF(3117KB)(52)
摘要:

土壤重金属和有机物污染是当前许多煤矿矿区及周边地区面临的严重问题,威胁居民健康,要采取有效措施予以解决。在对煤矿矿区周边土壤重金属和多环芳烃(PAHs)来源及危害分析的基础上,发现重金属元素在自然条件下难以降解,导致其在生物体中累积,并且PAHs具有致癌性、致畸性和诱变性。通过比较物理化学修复、植物修复和生物修复等方法在治理重金属及PAHs污染土壤的优缺点,发现植物修复和生物修复对气候和环境的依赖程度高,物理修复成本和能耗较高,因此提出矿区周边土壤污染的修复技术需要进一步创新,实现多领域、多学科协作发展的观点。通过持续的技术创新和多种修复方法的联合应用,达到有效治理煤矿矿区及周边重金属和PAHs污染的目的,实现土壤的重新利用,进而实现环境保护与经济可持续发展的良性互动。

活性污泥萃取液施用对水稻根际土壤微生物群落结构的影响
童彤, 纪荣婷, 许秋瑾, 王建国, 李小鸥, 张悦
2024, 14(1): 148-157. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230271
摘要(131) HTML (53) PDF(1802KB)(31)
摘要:

通过根箱试验,从土壤根际微生物角度揭示活性污泥萃取液(简称萃取液)调控水稻苗期生长和改良土壤理化性质的机理。试验设计不同萃取液配施减氮处理(T1,空白对照;T2,常规施肥对照;T3,减氮30%配施0.2 g/kg萃取液;T4,减氮30%配施0.4 g/kg萃取液;T5,施用8 g/kg萃取液全量替代化肥氮,即减氮75%),研究萃取液配合氮肥减施对水稻根际土壤理化性质和微生物群落结构的影响。结果表明:配施萃取液可显著增加水稻幼苗的叶面积、生物量和叶绿素含量;与常规施肥相比,配施萃取液可以显著提高土壤pH,降低土壤电导率,增加可溶性有机碳含量,降低硝态氮和铵态氮含量。β多样性结果显示,萃取液对土壤微生物性质的影响主要作用在根际及近根际土壤中,不同萃取液处理组与空白及常规施肥对照组间细菌群落结构及多样性存在显著性差异(P<0.05);萃取液的施用可增加有机污染物降解和碳水化合物代谢相关微生物的相对丰度,如黄色土源菌、Candidatus_Udaeobacter、鞘氨醇单胞菌属,相对丰度分别增加151%~541%、26%~320%和55%~364%。采用FAPROTAX土壤功能预测分析发现,施用萃取液后土壤菌群主要增加的功能为化能异养、有氧化能异养、硝酸盐还原、固氮作用、硝化作用和芳香化合物降解等,这类功能与土壤碳源物质代谢、氮循环及有机污染物降解等行为相关。萃取液施用可通过改善土壤根际及近根际微生物群落结构,增加相关菌群丰度,调控土壤根际及近根际碳、氮循环,进而达到促进水稻幼苗生长和土壤改良的效果。研究结果可为活性污泥的资源化提供新路径。

填埋场渗漏磁法检测的噪声来源与剔噪方法综述
能昌信, 贾兆志, 刘宽, 孙新宇, 钱璨, 刘玉强, 姚光远, 徐亚
2024, 14(1): 158-163. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230276
摘要:

填埋是固体废物集中处置的主要手段,填埋场则是固体废物对地下水环境影响集中发生的场所。通过防渗层HDPE膜漏洞的渗漏是导致地下水污染的主要途径和方式,开展防渗层渗漏快速检测和精准定位具有重要意义。传统电学渗漏检测难以检测双层衬垫或多层衬垫系统的下层衬垫破损,基于传统电法改进的电磁方法展现出下层衬垫检测的潜力,但迫切需要解决填埋场复杂服役人文环境和地球磁场环境下的电磁噪声干扰问题。为此,通过对磁法检测原理和信号特征的深入分析,以及对背景磁噪声类型、来源、特征和电磁噪声去噪方法的综述,得出如下结论:在特定条件下,漏洞越近,其磁场信号越强;填埋场噪声主要来源于地磁和人文磁场,且不同噪声有不同特征,需不同处理;去噪过程先预处理排除干扰,其次在检测中选择适宜的滤波或测量法去除噪声。

焚烧飞灰水热合成托贝莫来石过程中重金属的固化特性
李潇鼎, 田书磊, 吴宗儒, 吴骞, 王嵯, 周睫雅, 周秀艳, 吴昊
2024, 14(1): 164-173. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230312
摘要(153) HTML (71) PDF(9806KB)(36)
摘要:

城市生活垃圾焚烧飞灰的环境安全利用处置已成为当前环境管理部门和行业部门亟待解决的问题。为降低焚烧飞灰中重金属对环境的潜在风险,以水洗飞灰为原料水热合成托贝莫来石,探讨Ca与(Si+Al)的摩尔比〔以Ca/(Si+Al)表示〕对水热产物的晶相组成、微观形貌和表面官能团的影响,研究水热过程中重金属(Hg、Ni、Pb、Zn和Cr)的浸出浓度、浸出率、液相迁移率、形态分布和环境风险的变化。结果表明:Ca/(Si+Al)对水热产物的类型具有重要影响,Ca/(Si+Al)的增加有利于抑制沸石类结构的生成,促进托贝莫来石的形成。随着托贝莫来石的形成,水热产物中5种重金属的毒性浸出浓度和浸出率逐渐降低,相较于水洗飞灰,在最佳比例为1.10的条件下水热产物中重金属的浸出浓度分别下降99.5%、99.0%、99.4%、88.9%和63.7%,浸出率低至0.25%、0.08%、0.01%、0.01%和2.73%,同时重金属向液相的迁移率仅为1.41%、4.28%、0.29%、0.05%和0%,表明大部分重金属均稳定地存在于固相产物中,而不是迁移至水热液中。这归因于托贝莫来石的形成增加了5种重金属残渣态的占比,降低了重金属的迁移性。风险评价指数(risk assesssment code,RAC)结果显示,最佳比例条件下水热产物中5种重金属的RAC均低于10%,达到环境低风险水平。综上,水热合成托贝莫来石是一种稳定焚烧飞灰中重金属很有前景的方法,为富含重金属的危险废物的安全处置和回收利用提供了一种可行的替代方案。

飞灰哌嗪类螯合剂固化/稳定化体中重金属释放机理
慕宗宇, 杨玉飞, 王菲, 郭明坤, 黄启飞, 杨延梅, 罗中力
2024, 14(1): 174-183. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230106
摘要:

生活垃圾焚烧飞灰中重金属对环境产生较大危害,而对其的固化/稳定化成为飞灰处理处置中的首要问题。用普通硅酸盐水泥处理垃圾焚烧飞灰较为普遍,为降低能耗提高产品效益,研究了新型大分子有机螯合剂哌嗪-N,N'-双二硫代羧酸钠(TS300)协同不同用量的水泥(30%、40%)固化飞灰中重金属的能力。探究了TS300对目标重金属Zn、Cd、Cr、Pb、Ni的浸出浓度、化学形态和微观结构的影响。结果表明:TS300协同水泥可有效固定飞灰中的重金属,降低浸出浓度60%以上;重金属Cr、Cd、Pb、Ni经固化后的化学形态整体向更稳定的方向移动;随着TS300和水泥添加量的增大,固化块晶体组成更稳定、抗酸强度上升且孔隙致密度增加,其中水泥添加量40%、TS300添加量8%的固化块重金属浸出浓度最低,固化效果最佳。综上,探究TS300协同水泥固化/稳定化重金属的效果和机理,有利于探究不同飞灰处理处置方式的优劣,分析水泥协同药剂固化稳定化飞灰重金属的效果,降低填埋场渗滤液的环境风险,为后续飞灰重金属螯合剂的研发提供新思路。

基于Aspen Plus的MSW气化熔融工艺全流程模拟研究
吴松, 党文波, 史晓军, 李文健, 袁淑霞, 樊玉光
2024, 14(1): 184-193. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230349
摘要(166) HTML (49) PDF(5198KB)(34)
摘要:

城市固体废物(MSW)气化熔融工艺能够减少二噁英的生成和熔融固化重金属,是一种清洁高效的固体废物处理方式。已有研究多针对MSW的热解特性以及污染物的生成与排放,而对气化熔融工艺系统模块之间的影响和各反应器间物质流、能量流的联动变化过程研究不足。利用Aspen Plus模拟平台,基于吉布斯自由能最小化原理,对MSW气化熔融工艺进行了全流程模拟研究,分析了垃圾干燥温度、垃圾含水率、气化温度、气化介质以及灰熔点对工艺流程节点参数、物质流和能量流的影响,并提出了优化的工艺流程和运行参数。结果表明:在垃圾热解模拟时,垃圾含水率为9%,通过烟气循环能达到能量自给;在相同条件下,以水蒸气作为气化介质的气化效率最高,且在气化温度为850 ℃,水蒸气当量比为50%时,达到最佳工艺效果;当气化后产生的焦炭在熔融炉内燃烧刚满足灰熔点温度时,灰熔点的升高使气化剂比例、气化气有效气体摩尔流量和碳转化率不断降低。不同工况下的物质流、能量流的变化对实际工程具有指导意义。

多物质联用对磷石膏中磷的固定效果与机理分析
张晨燕, 付甫刚, 谭文超, 杨艺琳, 柳听义
2024, 14(1): 194-203. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230135
摘要(138) HTML (57) PDF(2095KB)(26)
摘要:

采用微生物-植物联用的磷石膏无害化处理方法,在磷石膏渣场土壤中富集筛选出2种聚磷菌,通过鉴定得知分别是假单胞菌(Pseudomonas sp.)和恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)。将生石灰改性的磷石膏与少量土壤按质量比混合后,与已经配置的有机肥-微生物液体菌剂均匀混合,按不同混合比例放入渗滤土柱装置中并在表层种植高羊茅,底部收集渗滤液,通过钼酸铵分光光度法测量液体中总磷浓度变化,磷石膏∶土∶生石灰∶有机肥∶微生物∶草籽质量比为7∶3∶0.2∶0.2∶0.03∶0.03的组磷浸出浓度在1 mg/L以下,质量比为8∶2∶0.2∶0.2∶0.03∶0.03的组浸出液总磷浓度不超过4 mg/L,对比新鲜磷石膏浸出液总磷浓度(633.9 mg/L),多物质联合处理磷石膏中磷的固定率达到99%。筛选的菌株在混合土壤中存活量最高可达6.4×106 cfu/mL且活菌数量随时间保持稳定或缓慢增长趋势。为解决磷石膏堆积区磷浸出浓度超标的问题以及磷石膏无害化处理提供了有效支撑。

基于298/77 K循环处理回收PCB中非金属组分
李蓬勃, 张林楠, 张啸, 李宣延, 李赫, 高彤
2024, 14(1): 204-209. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230156
摘要(159) HTML (82) PDF(5056KB)(22)
摘要:

为解决废印制电路板(PCB)中非金属组分回收难且二次污染率大的问题,引入298/77 K循环处理技术,首先分析温度改变对PCB内部结构所造成的影响及PCB内部力学性能的变化,测试静电分选和离心分选对PCB非金属组分回收率的实际影响,之后引入CaF2作为精炼过程中的强氧化剂,测试PCB内部结构发生改变后的硅组分回收率,最后测定回收后硅元素的实际纯度。结果表明:PCB在经过298/77 K循环处理后,内部结构受温度循环影响发生明显变化;各项力学性能均实现明显下降;PCB非金属组分实际产出量和硅组分回收率,相比于传统处理方式实现了明显提升,且对原PCB中各项杂质有较好的去除效果,硅元素占比在97%以上。

餐厨废物水热反应减重的关键影响因素及运行参数研究
刘冠宏, 臧宇飞, 刘兵, 陈飞勇, 王静, 史水合, 孙秀芹, 张瑞娜
2024, 14(1): 210-215. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230188
摘要(292) HTML (133) PDF(1297KB)(32)
摘要:

运用水热炭化工艺,研究不同温度(170~270 ℃)、停留时间(0~100 min)、料液比(1∶1、1∶3、1∶9)对餐厨废物水热反应减重的影响,并对运行参数进行优化。结果表明:升高温度,餐厨废物的减重率也随之提高,且减重率均在91%以上;随着停留时间的延长,减重率在20~40和80~100 min时会有小幅度的增长,在0~100 min的停留时间内减重率从83.90%增至86.80%;料液比的增加会使减重率下降,料液比为1∶9、1∶3、1∶1时,对应的减重率分别为91.60%~91.87%、86.20%~87.00%、83.90%~88.10%。液相产物COD测定结果表明,反应温度和料液比是影响液相产物COD的主要因素,随着反应的进行,液相产物COD先是逐渐减小并趋于平稳,后略有增加。试验得到的水热炭高位热值为30.50~31.90 MJ/kg,高于国家标准煤热值29.30 MJ/kg。

餐厨垃圾水力制浆耦合厌氧消化的效果分析
朱浩, 刘晓吉, 仲跻胜, 吴义祥, 刘钊, 张莹莹, 孙岩松, 王勇群
2024, 14(1): 216-223. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230246
摘要:

根据餐厨垃圾高含水的特点,从水力模拟、浆化物料特性、设备运行关键指标及项目运行效果等方面对餐厨垃圾水力浆化预处理技术进行综合评价。计算流体力学 (CFD)的水力模拟结果表明,浆化过程中流体质点螺旋式汇聚至转叶,形成三股内旋状涡流,在流体内部产生明显的流速差和正负压分区现象,水力作用下可快速实现餐厨垃圾的浆化。浆料和杂质特征分析表明,浆化产物颗粒细小,有机质损失率低,杂质去除率高,可与后端不同资源化技术(如厌氧消化、好氧堆肥等)高度融合。以水力浆化与厌氧消化技术相结合的餐厨垃圾资源化项目为例,餐厨垃圾经水力浆化预处理后,有机质损失率约为8.5%;不可生物降解杂质分选率约94%;粗油脂提取率约91%,吨餐厨垃圾平均产油率为3.76%,产气率为85.57 m3(以标态计)。该处理方式较机械式预处理具有更高的资源化利用率,可大幅提升项目的经济效益。

餐厨垃圾厌氧消化过程养分综合利用研究
周海云, 张桐, 边博, 袁思佳, 刘波, 杨珍珍, 顾凰琳
2024, 14(1): 224-230. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20221283
摘要(165) HTML (79) PDF(7973KB)(33)
摘要:

餐厨垃圾产量大、危害大、回收价值高,合理利用其中磷的资源价值,可规避其污染风险。综合利用情景分析与物质流分析方法,基于情景分析和养分流动概念模型,对苏南地区餐厨垃圾厌氧消化副产物以3种情景进行处理〔沼液进行水处理,沼渣焚烧(情景1,S1);沼液还田,沼渣制有机肥(情景2,S2);沼液进行水处理,沼渣制有机肥(情景3,S3)〕,以100 t的餐厨垃圾处理规模为参考,分析总磷(TP)的物质流。结果表明:S1的餐厨垃圾中有0.99 kg TP还田,最终有0.96 kg TP进入水稻;S2的餐厨垃圾中有64.05 kg TP还田,最终有62.10 kg TP进入水稻;S3的餐厨垃圾中有8.67 kg TP还田,最终有8.49 kg TP进入水稻。结合经济性能对3种情景进行综合评价,发现S2为餐厨垃圾资源化的最优模式,TP的资源化利用率为91.53%,远高于S1和S3。

城市生活垃圾固体替代燃料的制备技术及应用
贾婷, 罗立群
2024, 14(1): 231-238. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230141
摘要(179) HTML (67) PDF(6449KB)(38)
摘要:

针对城市生活垃圾等固废产生量日益增多、组分复杂,处置时易产生温室气体,对其有效管理和碳减排成为当前关注的热点。介绍了城市生活垃圾处理现状及国内外固体替代燃料标准,叙述机械生物处理技术中包含的生物干化、机械分选技术等工序,分析了固体替代燃料燃烧过程中存在的潜在问题,结合城市生活垃圾常规处理和机械生物处理工艺效果,获得机械生物处理后的固体替代燃料热值达到10 536 kJ/kg,比原生垃圾热值提升了3倍,且不需要添加辅助燃料进行燃烧。固体替代燃料在水泥、电力等行业应用能提高资源有效再利用,减少化石燃料的使用,对节约成本、保护环境以及推进我国垃圾分类和碳中和进程具有重要意义。

大气/废气污染控制与管理
我国6个典型城市大气能见度及其影响因素研究
张霞, 汪太明, 孟晓艳, 尤洋, 侯玉婧, 黄卫明, 张晓旭
2024, 14(1): 239-247. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230553
摘要:

采用线性相关性分析、分类变量分析等统计学方法,分析了巴彦淖尔、石家庄、廊坊、郑州、武汉、广州六市2019—2020年的PM2.5与气象观测数据,研究了PM2.5浓度与大气相对湿度对大气能见度的影响。结果表明:六市大气能见度年变化规律虽存在较大差异,但最低值均出现于每年12月—次年2月,且年变化规律基本一致;气象条件、相对湿度、PM2.5浓度对能见度的影响明显,其中相对湿度通过改变PM2.5物化性质间接影响能见度,与能见度相关程度相对较弱。PM2.5浓度与能见度的线性相关性良好,以幂函数为主;整体上,相对湿度与PM2.5浓度对大气能见度影响呈协同作用,相对湿度越大的城市对PM2.5的控制要求越高。此外,PM2.5浓度高于平台点时,大气能见度基本不随PM2.5浓度增加而继续降低,只有PM2.5浓度低于突变点时,大气能见度才会随PM2.5浓度降低而显著提升,各市能见度突变点与平台期点所对应PM2.5浓度差异较大。

水污染控制
黄河流域典型煤矿矿井水协同除浊除氟药剂的制备及应用
李强, 章丽萍, 姚瑞涵, 赵晓曦, 崔行健, 陈加乐, 何绪文, 马泽钰
2024, 14(1): 248-257. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230484
摘要:

黄河流域是我国煤炭潜力最大的区域,矿井水涌水量大但资源利用率不高,尤其在干旱和半干旱的高氟地区,矿井水中氟离子超标已成为制约提高矿井水资源利用率的主要因素之一。采用正交试验筛选出高效除氟药剂的5种组分〔聚合氯化铝(PAC)、聚合硅酸铝、硝酸镁、聚合氯化铁、羧甲基淀粉钠〕,采用单因素试验探讨了不同制备条件和反应条件对除氟效果的影响,并通过X射线能谱分析(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征探讨了除氟机理。结果表明:在金属总量M/Si、Al/Mg、Al/Fe的摩尔比分别为43、40、40条件下研制的除氟药剂,均可将含氟废水中氟离子浓度由20 mg/L降至1.0 mg/L以下,达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类中氟化物浓度限值要求(1.0 mg/L);当除氟药剂投加量为1.25 g/L,初始pH为2~12,悬浮物浓度为100~2 000 mg/L,聚丙烯酰胺(PAM)投加量为0.4 mg/L时,处理后上清液剩余氟离子浓度均可控制在1.0 mg/L以下,氟离子去除率达95%以上;除氟药剂中Al、Si元素起到重要的除氟作用,主要通过形成Al—F—Al等金属络合物沉淀被去除;将除氟药剂应用于黄河流域某煤矿含氟矿井水的处理,在除氟药剂投加量为400 mg/L、PAM投加量为0.2 mg/L时,氟离子浓度从5.6 mg/L降至0.85 mg/L,并协同将矿井水浊度从500 NTU降至4.59 NTU,吨水处理药剂成本为1.602元。该除氟药剂在黄河流域含氟矿井水处理中具有较好的应用潜力。

磺胺二甲嘧啶废水处理系统中Exiguobacterium sp. H-1的分离及其环境适应特性
陈田, 王壮, 芦梦瑶, 陈研, 周佳, 屈建航, 潘婧诗, 罗宇
2024, 14(1): 258-267. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230281
摘要(202) HTML (74) PDF(7646KB)(28)
摘要:

磺胺二甲嘧啶(SMZ)是一种难降解的广谱抗生素,其广泛存在已对水环境构成严重的威胁。微生物是环境中抗生素降解转化的主要驱动者,但高效降解SMZ的微生物资源匮乏。以SMZ废水处理系统的活性污泥为原料,采用纯培养技术从中分离筛选出一株SMZ降解菌H-1。经形态学观察、生理生化特征、16S rRNA基因序列分析,H-1归属于微小杆菌属(Exiguobacterium sp.)。通过单因素试验研究初始SMZ浓度、接种量、pH和温度对菌株H-1降解SMZ效果的影响。结果表明,接种量、pH和温度对该菌株降解SMZ的影响较大。进一步采用响应面法优化菌株Exiguobacterium sp. H-1降解SMZ的最佳条件,得出pH为7.21,温度为28.86 ℃,接种量为4.40%时,其对5 mg/L SMZ降解率为10.54%。本研究发现微小杆菌Exiguobacterium sp. H-1具有降解SMZ的能力,其降解SMZ的独特之处是能够将SMZ脱去SO2,生成嘧啶环和苯胺环,经过耦合生成N-(4,6-二甲基嘧啶-2基)-1,4-二苯胺,然后进行脱氨反应,生成2-苯-4,6-二甲基嘧啶,随后去甲基化生成产物6(2-苯基-1,2-二氢嘧啶,m/z为159.97)。此外,菌株H-1在0~10% NaCl的广泛范围内也表现出很强的耐盐性,能够为SMZ污染水体的生物修复提供耐盐能力强的微生物菌株资源。

生物炭材料特征及其在灰水处理中应用研究进展
戴畅, 何志琴, 李云, 王斌, 陈晓冬, 方菲, 秦晓鹏, 李志涛
2024, 14(1): 268-277. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230301
摘要(240) HTML (122) PDF(514KB)(81)
摘要:

生物炭具有比表面积大、孔隙度高、表面官能团丰富等优点,在灰水处理方面有较大的应用潜力。介绍了灰水的水质水量特点及常见处理技术,重点对生物炭的性质、改性方法以及生物炭基质在灰水处理方面的国内外应用研究进展进行了综述,并分析了生物炭的再生性能。结果表明:目前应用于灰水处理的生物炭大多是木质源生物炭,木质源生物炭pH处于碱性范围,具有大比表面积、高孔隙度等优点,其比表面积和孔隙度大多数在0~520 m2/g和48%~83%;众多改性方法中,金属盐生物炭改性的研究较多,采用该方法改性后提高了生物炭的吸附能力,并使其磁化从而方便后期的分离回收;生物炭基质多应用于人工湿地、绿墙等生态处理系统进行灰水处理,在最优运行条件下对灰水中有机物、营养物质的去除率均能达到90%,具有良好的应用前景。最后对生物炭在灰水处理应用中存在的问题进行了总结,并从加强新污染物去除、生物炭再生及节能减耗3个方面对未来研究进行了展望。

雨水管网混接入渗诊断技术研究进展
赵志超, 黄晓敏, 尹海龙, 李钢, 李迎喜, 彭寿海, 唐光涛, 许琪
2024, 14(1): 278-288. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230359
摘要:

雨水管网是缓解城市内涝、改善水环境质量的重要市政基础设施,受管材老化腐蚀和施工过程不当等影响,我国城市雨水管网建成后普遍存在地下水入渗和污水混接问题,制约着雨水管网功能高效发挥。排水管网入流入渗诊断技术可为雨水管网混接入渗问题的识别和定位提供支持。综述了排水管网入流入渗诊断技术(物探检测技术、流量分析技术、特征因子分析技术、水动力反演模型技术)的基本原理、研究进展、应用特征等,对比分析了不同技术应用于雨水管网混接入渗诊断的适用性、实施要点、诊断水平和发展阶段等,并提出未来雨水管网混接入渗诊断技术的发展方向。结果表明:1)特征因子分析技术可在不干扰雨水管网正常运行条件下识别和量化混接入渗问题、提供治理优先级,因此经济和环境效益显著;2)光纤分布式测温(FDTS)技术和水动力模型反演技术在无干扰定位雨水管网混接入渗方面优势显著,前者易于实施且定位精准度高,后者具有成本低且可评级混接入渗等级特点,可根据场景特征因地制宜选用;3)未来雨水管网混接入渗诊断技术将朝着低成本、无干扰、可量化、可定位的方向发展。通过评估不同技术在当前和未来的综合应用效果,明确了单一诊断技术难以具备未来预期特征,而特征因子分析技术耦合FDTS技术或水动力模型反演技术的分级诊断体系具有实现未来技术发展目标的优势潜力。研究可为雨水管网混接入渗诊断技术的科学应用和优化创新提供参考。

生态修复与风险评估
河流岸线生态服务功能评价指标体系与评价方法研究
张登成, 王中敏, 李亚俊, 樊皓, 刘扬扬
2024, 14(1): 289-297. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230352
摘要(219) HTML (275) PDF(2100KB)(78)
摘要:

河流岸线是构成河流自然生态空间的重要组成部分,近年来受人为活动影响,河流岸线生态服务功能受到破坏,为精准开展河流岸线修复,亟需制定有针对性的河流岸线生态服务功能评价指标体系和评价方法。对河流岸线的类型、结构进行了分析,在国内相关研究成果以及水利、生态环境、海洋等行业有关技术规范的基础上,依据科学性、全面性、独立性和可操作性原则,经过初步梳理和综合遴选筛选了河流岸线生态功能评价指标;综合相关技术规范以及研究成果,确定了各评价指标的效用赋值,并制定河流岸线生态服务功能评价方法。结果表明:1)河流岸线可分为生态保护型岸线与生态修复型岸线,前者可细分为植被良好型、沙漠型以及岩石型3类,后者可细分为堤防型、农田型、村落型、养殖塘型、城镇型、河口型以及复合型7类。河流岸线具有防洪、控制侵蚀、保护水质、生物栖息、景观功能5项生态服务功能。2)构建的河流岸线生态服务功能评价指标体系包括目标层、准则层和指标层,其中目标层为河流岸线生态服务功能,准则层为河流岸线所具备的5项生态服务功能,指标层包括防洪达标率、堤防安全、植被覆盖率、岸坡稳定性、排污口布局合理程度、生态缓冲带状况、生物多样性指数、植物群落状况、水鸟状况、景观生态价值、景观舒适度11项评价指标,对各项指标根据总体评价进行五级效能赋值。3)运用层次分析法确定各评价指标的权重,采用多属性效用理论计算河流岸线生态服务功能综合指数,将河流岸线生态服务功能划分为优、良、中、差、极差5个等级,以评价河流岸线生态服务功能状况。研究可为识别河流岸线生态问题、评估河流岸线生态修复成效、健全河流岸线管理长效机制等提供依据和参考。

珠三角地区近20年城镇化与景观生态安全耦合协调分析
吴大放, 甘梓莹, 宁芳洁, 何晓莉, 郑嘉欣, 赖焕明
2024, 14(1): 298-307. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230279
摘要(119) HTML (67) PDF(4176KB)(45)
摘要:

针对城镇化进程加快导致的珠三角地区生态景观胁迫程度日趋严峻,亟需加强区域生态保护的现状,构建新型城镇化与景观生态安全的耦合协调模型,定量测度2000—2020年珠三角地区城镇空间扩展与景观生态安全耦合协调时空格局以及发展状态,运用多元回归分析和灰色预测模型揭示其驱动机理,并预测2040年城镇空间扩展和景观生态安全耦合的发展趋势。结果表明:珠三角地区9市城镇化与景观生态安全的耦合协调度在20年间呈现缓慢波动上升的趋势,耦合协调度由2000年的0.305~0.436升至2020年的0.385~0.545,现处于拮抗耦合阶段,未来20年将继续向着协调同步、有序发展的方向前进。珠三角地区经济发展不平衡,城镇开发建设和生态环境保护难以同步发展,景观生态状况不乐观,生态环境滞后型的地市逐渐增多,尚未全面形成良好的协调发展状态。对外开放程度、经济发展水平、科技投入水平等因素对耦合协调度的影响较为显著(P<0.05),今后对于区域可持续发展需要加强耦合协调的机理研究,持续关注城镇空间拓展与景观生态安全的协调发展趋势及特征。

基于生态系统服务价值的阿勒泰地区生态补偿区域空间选择与策略
董靖雯, 王承武
2024, 14(1): 308-317. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230398
摘要(270) HTML (113) PDF(5408KB)(46)
摘要:

生态补偿可有效缓解区域经济发展与生态保护之间的矛盾。基于2010—2020年阿勒泰地区土地利用数据,运用当量因子法计算研究区的生态系统服务价值(ESV)并进行时空变化分析,引用修正后生态补偿优先级指数对阿勒泰地区6县1市进行生态补偿区域空间选择,并计算生态补偿额度。结果表明:2010—2020年阿勒泰地区草地、耕地、水域、建设用地面积增加,林地与未利用地面积减少。2010—2020年总ESV呈现降增交替的波动变化,整体减少0.85%,林地ESV降幅最大,单项功能价值量占比最高的为调节服务。阿勒泰地区生态补偿理论总额度为60.05 亿元,修正后生态补偿(补偿额占总额比例)优先顺序依次为青河县(21.60%)>布尔津县(18.33%)>吉木乃县(10.46%)>哈巴河县(11.43%)>阿勒泰市(10.99%)>富蕴县(14.12%)>福海县(13.07%)。基于研究结果,从发挥政府作用、健全法律体系、拓宽资金渠道、创新补偿方式及规范补偿方与受偿方等方面提出完善阿勒泰地区生态补偿的策略。

林丹淡水生物水质基准、生态风险及有害结局路径研究
郑逸心, 李全威, 钱亚茹, 王菲菲, 全占军
2024, 14(1): 318-329. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230366
摘要(233) HTML (146) PDF(2205KB)(37)
摘要:

为多角度评估我国淡水水体中林丹生态风险,按照HJ 831—2022《淡水生物水质基准推导技术指南》方法推导,获得林丹短期和长期淡水水质基准值分别为6.15和0.12 μg/L,再依据林丹基准值对我国主要淡水水体中林丹生态风险进行评价。结果显示,我国长江流域的太湖以及岷江、黄河、海河和大辽河河口等水体林丹生态风险处于高风险水平。目前生态风险评价的毒性效应终点仍为一般毒性效应终点(MATC、EC10、EC20、NOEC、LOEC、EC50和LC50等),而有害结局路径(AOP)从基因、细胞、组织及器官水平对污染物毒性效应的因果关系进行定性和定量,可为未来精细化生态风险评价提供科学依据。因此,基于林丹淡水生物毒性研究的文献计量学分析结果,按照经济合作与发展组织(OECD)指导原则,从生物毒性机制的角度构建了肝损伤、生殖损伤和神经损伤3条有害结局路径。

基于相平衡分配法的店埠河沉积物重金属质量基准研究
熊鸿斌, 汪中意
2024, 14(1): 330-335. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230569
摘要(103) HTML (44) PDF(2567KB)(18)
摘要:

以店埠河为研究对象,采用校正后的相平衡分配法推导了店埠河沉积物中5种重金属(Cr、Cu、Zn、Cd、Pb)的沉积物质量基准(SQG)值,并分析了各金属结合相对不同重金属沉积物质量基准的贡献。结果表明:店埠河沉积物中Cr、Cu、Zn、Cd和Pb的沉积物质量基准值分别为318.80、122.24、1 326.99、7.88和31.43 mg/kg;各金属结合相对不同重金属的沉积物质量基准值的贡献存在差异,细颗粒物(粒径<63 μm)对店埠河5种重金属沉积物质量基准值的贡献率为24.49%~48.93%,其中对Cr、Zn和Cu的沉积物质量基准值的贡献最大。酸可挥发性硫化物对Cu、Zn、Cd和Pb的沉积物质量基准值的贡献率分别为2.11%、0.22%、50.13%和21.67%,主要决定着Cd的SQG。总有机碳和残渣态对这5种重金属SQG的贡献率较低,均不足3%。

水资源保护与利用
基于近40年降水数据的全国七大地理区屋面雨水利用可行性研究
张宸, 于江华, 凌长, 盛善强, 苏韦
2024, 14(1): 336-344. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230139
摘要(225) HTML (86) PDF(2026KB)(54)
摘要:

雨水利用是解决城市水资源危机和缓解城市内涝的有效途径,降水特征和雨水利用可行性是衡量雨水利用工程可行与否的关键指标。基于全国各监测站点1980—2020年降水量数据,分析了全国七大地理区的降水特征;运用水量平衡原理,建立了日降水量-用水量平衡模型,探究了屋面雨水利用的影响因素,分析了全国七大地理区7座典型城市的雨水利用可行性。结果表明:1)我国年均降水量受地形和气候差异的影响,呈现出由东南向西北逐渐递减的趋势;季节降水量和年均降水量空间分布趋势一致,各季节降水量以夏季最高、春秋季次之;降水集中度分布特征与降水量不同,年均降水量较小的地区降水相对更加集中。2)降水特征、雨水罐设计容积、集雨面积、日用水需求量、节水效率和溢流率对不同地区雨水利用可行性具有显著影响。降水量越大的地区雨水利用可靠性越高,不同地理区7座典型城市雨水利用可靠性顺序为广州>武汉>南京>昆明>哈尔滨>北京>西宁,但各城市的雨水利用可靠性均难以达到100%。3)雨水利用可靠性随雨水罐容积的增大而增大,但当雨水罐容积达到10 m3时,其增加显著减缓;雨水利用可靠性与集雨面积成正比,与日用水需求量成反比;节水效率的曲线趋势变化与可靠性趋势变化基本一致,但是数值上高于可靠性;合理控制溢流率可以提高雨水利用效益,在实际应用中应结合可靠性和溢流率来确定雨水罐最佳尺寸。总体上,华南、华东、西南地区进行雨水利用的可行性较高,东北、华北地区次之,而西北地区的可行性最低。

北京典型汇水区域雨水径流温度特征及影响因素分析
李子牧, 李俊奇, 李璟, 李小静
2024, 14(1): 345-354. doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20230429
摘要(132) HTML (35) PDF(9700KB)(19)
摘要:

城市化发展导致不透水地表面积率大幅攀升,由此带来的一系列问题逐渐受到人们关注,夏季城市汇水区域地表产生高温径流后汇入下游受纳水体所造成的雨水径流热污染,对水生态、水环境造成不良影响的风险尤为突出。选取北京市典型汇水区域,对2021—2022年多场降雨径流出流温度进行监测与分析,并对气象因素、下垫面温度及管道内径流热量等数据进行同步采集,运用皮尔逊相关系数法分析其影响因素。结果表明:研究区域夏季降雨常出现雨水径流温度升高现象,降水量小于12.5 mm、降雨历时短于250 min的降雨场次更易于升温,升温幅度最高可达4.1 ℃;径流温度升高往往出现在径流过程初期,温度达峰平均时间为38 min;径流是否升温与降雨强度峰值位置之间没有明显关系;气温、不透水地表初始时刻温度、降雨历时及降水量是雨水径流温度的极显著影响因素(P<0.01);降雨期间气温、降雨历时、不透水地表初始时刻温度和管道内壁温度4个指标,可以基本解释研究区域96.7%的径流温度输出情况。