重庆老龙洞地下河流域氮、磷及微生物污染调查研究

随着城镇化不断发展,我国地下水普遍遭受了不同程度的污染,尤其是西南岩溶区地下水是当地重要的水源,一旦遭受污染将很难恢复.本研究选取NO-3、PO34、NH+4和总细菌(total coliform)、大肠杆菌(total E.coli)、粪大肠杆菌(fecal coliform)作为指标,对重庆南山老龙洞流域进行多年来的调查研究.结果表明,老龙洞流域地下水NO-3、NH+4、PO3-4含量均超过天然水规定值,尤其以NH+4、PO3-4污染较为严重.桂花湾泉NO-3含量为19.78~68.55 mg·L-1,有的月份超过了世界卫生组织规定的标准50 mg·L-1.老龙洞出口NH+4、PO3-4含量分别为2.71~12.92 mg·L-1、0.16~11.22 mg·L-1,是污染最重的地下水.老龙洞地下河NO-3含量低于岩溶表层泉,而NH+4、PO3-4含量则高于表层岩溶泉.城镇化的发展、农田减少以及洞内还原环境是导致老龙洞地下河NO-3含量从2008~2013年降低的原因,而高PO3-4含量污水不断输入地下河使得老龙洞地下河PO3-4含量呈增加趋势.微生物污染极为严重,甚至远超过中国地下水和饮用水规定的Ⅴ类标准,以粪大肠菌为例,地下水中其含量波动范围为3.4×104~3.68×104CFU·mL-1.岩溶区由于特殊的水文地质结构,岩溶洼地、天窗、落水洞导致岩溶地下水极易遭受到污染.农业活动、城镇、企业和居民点生产生活排污,是地下水氮、磷和微生物污染的主要来源.     

辽河口粪便污染指示菌的时空分布特征

2013年分别于夏季和秋季对辽河口海域的粪便污染指示菌(总大肠菌群、粪大肠菌群和肠球菌)及环境、水化学要素进行分析,研究粪便污染指示菌在海水中的数量、分布特征及其与环境、水化学指标间的相关性,在此基础上,选取河口地区合适的粪便污染指示菌.结果表明:夏季总大肠菌群数量在1.7×105~6.2×106CFU·L-1之间,粪大肠菌群数量在5.0×102~8.7×104CFU·L-1之间,肠球菌数量在1.0×101~2.5×102CFU·L-1之间;秋季总大肠菌群数量在5.0×102~1.1×105CFU·L-1之间,粪大肠菌群数量在4.0×102~1.0×103CFU·L-1之间,肠球菌数量在3~95 CFU·L-1之间.总大肠菌群、粪大肠菌群和肠球菌的数量变化与环境指标之间有着密切联系,特别是与盐度存在显著相关性;粪大肠菌群、肠球菌与水化学指标Si O4-4-Si、NH+4-N、TP和COD之间均存在显著相关性;其中粪大肠菌群与SiO4-4-Si和TP的相关性系数均大于0.742(p0.01),肠球菌与TP和COD的相关性系数均大于0.742.实验结果表明,辽河口粪便污染指示菌的数量在夏季高于秋季,近岸高于远海,其中粪大肠菌群和肠球菌的数量、分布特征与陆源污染物特别是氮磷的输入量密切相关,而且两者之间呈显著正相关关系.粪大肠菌群与肠球菌在一定程度上可以反映河口粪便污染情况,建议采用粪大肠菌群与肠球菌作为河口粪便污染的指示菌.     

基于FIB的北京温榆河流域粪便污染物分布特征和源解析

目前,北京市温榆河流域存在着较为严重的粪源微生物污染问题,对流域周边暴露人群的健康带来了潜在的威胁.为了明确温榆河粪便污染的分布特征及宿主来源,本研究采用传统培养法与定量聚合酶链式反应(qPCR)分别对常规粪便指示细菌(Fecal indicator bacteria, FIB),包括粪大肠菌群(Fecal Coliform, FC)、大肠杆菌(Escherichia coli, EC)与肠球菌(Enterococcus,ENT)和溯源FIB,包括不同宿主来源的特异性生物标记进行检测,并探究其相关性.研究结果表明,流域内粪源微生物污染较为严重,常规FIB浓度介于0～4.38×10~7 CFU·L~(-1)之间,溯源FIB处于1.37×10~6～4.29×10~(10) copies·L~(-1)之间.从时空分布来看,由于来水中各大支流及污水处理厂的贡献,从温榆河起点沙河闸至终点北关闸,所有的指示菌浓度呈现出大幅度的升高趋势.其中,龙道河为干流来水中粪便污染的首要地域,污水处理厂的尾水可能是清河河口及坝河处微生物污染的主要来源;降雨径流对粪源微生物含量的时空变化存在着非常显著的影响,使得FIB最高可达2个数量级的增长.微生物溯源结果显示温榆河流域内的粪源微生物来源主要为人类粪便污染,而非畜禽粪便污染,这同北京市近年来有关畜禽养殖管控密切相关.相关性分析表明,虽然FC与EC、ENT之间皆存在着统计学意义上的显著正相关性,但传统的FIB指标与拟杆菌及人源拟杆菌指标之间不存在显著相关性.本研究通过传统FIB培养和微生物溯源方法结合,明确了北京温榆河粪源污染程度及其主要来源,为北京温榆河污染防控提供了新的思路.     

海河流域典型河流粪源性指示微生物的污染特征及其时空分布

当前,我国河流污染的监测、研究与治理甚少考虑微生物指标,导致国内大多河流的微生物污染状况不明.本研究以海河流域上游山区段永定河(张家口市)、中游平原段温榆河(北京市)和下游滨海段北运河(天津市)3段典型河流为对象,选取粪大肠菌群、大肠杆菌、肠球菌、SC噬菌体为指示微生物指标,开展了历时1年的野外调查,以期明确海河流域典型河流微生物污染的浓度水平及其时空分布特征.结果表明:除有机污染和富营养化问题外,3条河流也受到了较为严重的微生物污染.监测断面的肠球菌、大肠杆菌、粪大肠菌群、SC噬菌体的年平均浓度分别在1.039×103~9.168×105CFU·L-1、10~1.870×106CFU·L-1、1.43×102~8.105×106CFU·L-1、0~4.77×106PFU·L-1之间.曼-惠特尼U检验分析结果表明,流域内指示微生物浓度分布的季节性变化不显著;3条河流中,中游平原段温榆河因受污水处理厂退水排入河道的影响,微生物污染水平最高;上游山区段永定河虽有机污染较轻,但动物粪便污染严重,导致河流微生物污染状况亦不容乐观.为保障流域公共卫生安全和地下水安全,上游山区段农村畜禽粪便处理、中游平原段污水处理厂退水应得到进一步的关注与管理.     

甾醇对南山老龙洞地下河粪便污染的指示

分别于2014年10月,2015年1、3、5月采集重庆南山老龙洞地下河出口的水样,过滤取水悬浮物质,采用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)定量分析悬浮物中甾类物质的成分与质量浓度;利用多指标综合分析对南山老龙洞地下河粪便污染进行判断并追溯粪便污染物的主要来源.结果表明,样品中共测出10种甾类物质,其中包括9种醇类和1种酮类.总甾类物质的质量浓度为1 573~5 007 ng·L-1,且3、5月均大于10、1月.虽然各月间地下河的组成存在差异,但以胆固醇、β-谷甾醇和粪醇为主要成分,三者的质量浓度之和占总甾类的50.8%~80.4%.另外,(差向异构粪醇+粪醇)/(粪醇+差向异构粪醇+二氢胆固醇)的值均大于0.7,指示各月均受到粪便污染;10月差向异构粪醇/粪醇的值小于0.2,指示污水主要来自上游污水处理厂;1、3、5月的粪醇/ΣSteroids、粪醇/24-乙基粪醇的值分别为0.109~0.254、6.3~10.3,指示地下河主要受到人类粪便的影响;3月的24-乙基粪醇/24-乙基胆甾烷醇为0.86,小于1月的5.4和5月的2.3,说明该月地下河受家禽类动物粪便的影响较1月和5月严重.     

环境水体中肠道病原细菌定量PCR检测与膜过滤分析方法的比较

采用通用引物,通过实时荧光定量PCR方法(QPCR),对西安市5个地表水体中肠道病原细菌的细胞密度进行了分析.检测水样体积为100mL,分别于2006年3～6月取自水源水(黑河)、景观娱乐用水(大唐芙蓉园北湖和兴庆湖)、纳污河(浐河)和未消毒的二级出水(北石桥污水处理厂),并将QPCR检测结果与滤膜法(MF)测得的细菌总数、大肠菌群和粪大肠杆菌CFU结果进行了比较分析.5个水体(n=60)检测结果显示,QPCR检测结果是大肠菌群CFU的2.2～5倍,是粪大肠杆菌CFU的7～14倍.病原细菌检测的几何平均值范围,QPCR法在25～67000 CCE·100mL-1之间,MF法大肠菌群在3～45000 CFU·100mL-1之间,粪大肠菌群在0～3000 CFU·100mL-1之间(n=60).两种方法的检测结果使用Spearman秩相关法来计算,结果显示,QPCR检测结果与大肠菌群、细菌总数以及粪大肠杆菌CFU均呈现显著正相关,秩相关系数分别为r=0.983、r=0.908和r=0.948.     

岩溶地下河流域水中多环芳烃污染特征及生态风险评价

利用气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)测定了老龙洞地下河流域水中16种优控多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)含量,研究了流域内PAHs组成、污染水平,并对其进行了生态风险评价.结果表明,老龙洞地下河水中ΣPAHs含量变化范围为81.5~8 019 ng·L-1,表层岩溶泉ΣPAHs含量为288.7~15200 ng·L-1,地表水ΣPAHs含量为128.4~2 442 ng·L-1;受黄桷垭镇污水的影响,地下河水相对于地下水补给来源的落水洞和地表水含量较高.流域内水中PAHs均以低环为主,尤其是3环占主导.受污水、季节的影响及PAHs物理化学性质的差异,水中PAHs月变化呈现不同的变化特征.地表水、落水洞污水排放对地下河PAHs来源起重要作用.流域内水中PAHs以低环污染为特征,所有检测到的PAH化合物处于中等污染和重污染风险.     

岩溶地下河系统中有机氯的分布特征与来源分析

选取重庆老龙洞、青木关岩溶地下河为研究对象,采用气相色谱仪-微池电子捕获检测器(GC-μECD)分析两条地下河水体中21种有机氯农药(OCPs)的浓度.结果表明,南山地下河中六六六(HCHs)和艾氏剂类化合物(ALDs)是主要检出物,青木关地下河中HCHs和甲氧滴滴涕是主要检出物.南山、青木关地下河中均未检出o,p'-DDE、p,p'-DDE、o,p'-DDD,同时,青木关地下河还未检出o,p'-DDT、狄氏剂,其余OCPs在两条地下河中检出率高达100%.青木关地下河中OCPs浓度范围为145~278 ng·L-1之间,平均值为213 ng·L-1;南山老龙洞地下河中OCPs浓度介于17.7~40.8 ng·L-1之间,平均值为32.7ng·L-1.两条地下河中各OCPs组分表现为地下河出口大于入口.通过对OCPs污染来源分析,发现两地下河流域滴滴涕(DDTs)主要来自于历史上工业DDTs输入,氯丹主要来自于大气沉降.六六六(HCHs)主要来源是林丹的输入,南山地下河属于历史污染,青木关地下河上游的甘家槽有新的HCHs输入.与国内外其他各水体相比,南山地下河水体中HCHs、DDTs浓度处于低水平;青木关下河处于中等偏高水平.结合中外用水卫生标准,发现南山地下河和青木关地下河未超过饮水安全标准.青木关应禁止农田施用有机氯农药,保护地下河生态环境.     

中国农田畜禽粪尿氮负荷量及其还田潜力

为准确掌握中国各省区畜禽粪尿及氮负荷量,以及还田利用潜力,本研究基于统计数据和已有资料,利用猪粪当量(N)估算了1978年以来中国畜禽粪尿量的变化规律,以及各类畜禽粪尿的构成比例,分析和评价了2016各省份畜禽粪尿、纯氮负荷量的空间分布和污染风险,并估算了各省份畜禽粪尿的还田潜力.结果表明,中国畜禽粪尿猪粪当量(N)及其N养分量总体上呈"快速增加(1978~2005年)-保持稳定(2006~2016年)"的变化态势,到2016年,分别达到366 822.01×10~4t和2 024.10×10~4t,均增长了105.78%,94.03%~98.34%的粪尿量来源于家禽、羊、猪和牛.畜禽粪尿猪粪当量(N)及其N养分量最大的区域是华北地区,其中河南省为最,分别占全国的22.25%和8.81%.其次是四川,占8.14%.按耕地、作物播种面积和农用地面积分别计算单位面积上的畜禽粪尿猪粪当量(N)及其N养分量,并进行r值分级和环境风险评价.如果承载场所为耕地,负荷量较大的是西南和东南地区,污染风险较严重的是华北地区,为Ⅳ级;若按农作物种植面积,西北和西南地区负荷量较大,西北和华北地区为Ⅲ级有污染风险;若按农用地计算,华北和东南地区负荷量较大,华北地区Ⅲ级有污染风险,湖南负荷量最大,北京、山东和河南为Ⅳ级较严重污染风险.全国畜禽粪尿猪粪当量(N)及其N养分还田量分别为113 480.75×10~4t和626.15×10~4t,按单位农用地面积分别相当于3.07 t·hm~(-2)和16.92 kg·hm~(-2),华北地区最大,为8.27t·hm~(-2)和45.62 kg·hm~(-2).若按50%的粪尿N养分环境容量(85 kg·hm~(-2))计算,全国可增加粪尿N养分还田量为2 520.21×10~4t,粮食主产区黑龙江还田潜力最大,其次是四川.     

珠江三角洲典型集约化猪场废水污染特征及风险评价

根据2009年3月~2011年11月废水水质调查监测数据,运用《畜禽场环境质量评价准则》中单项污染指数、综合污染指数等方法,研究珠江三角洲典型集约化猪场厌氧发酵处理过程中各工艺阶段废水污染特征,并对其潜在生态风险进行综合评价.监测结果表明,所有监测值中,除pH和重金属外,其它污染因子含量普遍超过排放及农田灌溉水质标准,猪粪水中主要污染因子为粪大肠菌群(FC)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD),其平均质量浓度分别为1.98×109个·L-1、158.61 mg·L-1、5 608.68 mg·L-1和1 984.34 mg·L-1,猪场沼液中主要污染因子为粪大肠菌群、总磷、氨氮(NH+4-N)和悬浮物(SS),其平均质量浓度分别为8.10×106个·L-1、81.76 mg·L-1、476.24 mg·L-1和464.58 mg·L-1.生态风险评价表明,高值区主要出现在固液分离后的高浓度废水,其分布呈现从分离后废水>冲栏废水>沼液递减的趋势特征,其综合污染指数分别为11.41、6.91、5.27,均达到重度污染级.因此,分离前后猪场废水属高浓度、高风险废水,绝对不可直接排放和农田灌溉,经厌氧处理后的猪场沼液中粪大肠菌群、总磷、氨氮和悬浮物是潜在的强生态风险元素,在长期直接排放或农田灌溉过程中仍存在一定的生态风险,有进一步深度处理的必要性.     

多环芳烃在岩溶地下河表层沉积物-水相的分配

利用实测老龙洞地下河水中和沉积物中多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)的实际浓度,获取了溶解相-沉积物中PAHs的分配系数Kp值.研究了老龙洞地下河PAHs在水相和沉积物中的质量浓度变化及其在水相和沉积物间的分配.研究结果表明水相和沉积物中PAHs质量浓度分别为81.5~8 089 ng·L-1,平均值(1 439±2 248)ng·L-1和58.2~1 051 ng·g-1,平均值(367.9±342.6)ng·g-1;PAHs组成均以2~3环为主,但沉积物中明显富集高环PAHs.沉积物-水相Kp值分布在55.74~46 067 L·kg-1范围内,随PAHs环数的增加而增大.沉积物-水相中实测的有机碳分配系数(lg Koc)大部分高于预测值上限,PAHs强烈吸附在沉积物上.lg Koc与正辛醇-水分配系数(lg Kow)呈较好的线性自由能关系(R2=0.75),但其斜率小于1,推测地下河沉积物对PAHs化合物的吸收能力较差.     

制革废水处理过程中磺胺类抗生素和抗性细菌的分布特征

针对两家制革厂废水处理过程中3种磺胺类抗生素和磺胺类抗性细菌的丰度和分布特性以及两个不同工艺污水处理厂对抗生素的去除规律做了相关研究.结果表明,3种抗生素在两家制革污水处理过程中均有检出,水样中3种抗生素的总质量浓度在59.1~706.7 ng·L~(-1)之间;两家制革厂废水处理剩余污泥中3种抗生素的总含量分别为4 388 ng·kg~(-1)和2 979.4ng·kg~(-1),与市政污水处理厂中的抗生素含量相差不大.不同的污水处理工段对3种抗生素去除效果不同,但去除效率均大于70%.生物处理单元对抗生素的去除率相对较高,而厌氧池是去除抗生素的主要阶段(去除率50%).两个制革厂的进出水和剩余污泥中共筛选出8株抗性细菌,这8个分离菌株可分为5个菌属.进出水中的抗性细菌含量介于9.37×10~3~5.08×10~5CFU·mL~(-1)之间,剩余污泥中的磺胺类抗性细菌含量较高分别为1.17×10`7CFU·g~(-1)和7.2×10~6CFU·g~(-1).两个制革污水处理厂对磺胺甲唑抗性细菌的去除率分别达到了1.34 log和2.15 log.     

养鸡场空气微生物污染及工人呼吸暴露风险

动物养殖场是空气环境微生物污染的重要来源,然而目前关于养殖场空气中微生物污染特征的时间规律少有报道.针对以上情况,以蛋鸡场为例,采用16S rRNA基因扩增子测序分别对养殖场空气和粪便环境中细菌分布特点及呼吸暴露展开为期80余周的研究.结果表明,空气和粪便样本中16S rRNA含量范围分别在6.08×10⁵ ~4.90×10⁶ copies·m^-3和4.27×10⁸ ~1.15×10¹⁰ copies·g^-1之间.空气中细菌浓度的平均值在冬季显著高于夏季,而生物多样性则呈现相反趋势.蛋鸡场空气与粪便中的优势细菌门均为厚壁菌门（Firmicutes）.在所调查时间内,空气中前3个优势菌属的种类较为稳定,依次为乳杆菌属（Lactobacillus）、拟杆菌属（Bacteroides）和栖粪杆菌属（Faecalibacterium）,而粪便中优势菌属则随养殖时间的增加波动较大.空气和动物粪便中细菌和致病菌群落结构的相关性均不显著,但不同介质中两种目标微生物的含量均显著相关.粪便中细菌的气溶胶化指数随养殖时间的增加而呈上升趋势,而致病菌趋势相反.其中,瘤胃菌科torques属（[Ruminococcus]_torques_group）、拟杆菌属（Bacteroides）和栖粪杆菌属（Faecalibacterium）为最易发生气溶胶化的前3个致病菌属.养鸡场工人的细菌呼吸暴露具有季节性差异,其中细菌和致病菌摄入量的平均值分别为2.54×10⁷ copies·d^-1和2.87×10⁵ copies·d^-1.研究结果将为系统评估养殖场空气微生物的污染特征和潜在健康风险,对以及制定相应的职业暴露行业标准和防控措施提供科学依据.     

厦门市海水浴场泳季水质状况分析与污染防治对策

为调查厦门市海水浴场泳季水质状况,并为监测管理工作提出对策建议,根据１９９７．５－１０月对厦门市３处有代表性的沙滩海水浴场主要水质指标,如粪大肠菌群（ＦＣ）、ＤＯ、ＳＳ及石油类等的监测分析,确认ＦＣ为主要污染因子,因其含量单次测值差差异十分显著,采用数理统计方法研究其含亘的时空分布及变化,研究表明,３浴场水质状况基本符合本市潮间带功能区划的相应要求,建议加强对沙滩浴场的综合整治和陆源污水排海方式的