TiO2/生物炭复合材料处理低浓度氨氮废水

为研究功能复合材料对低浓度氨氮〔ρ(NH₄+-N)≤50 mg/L〕废水的处理效果,采用水热法制备TiO₂/生物炭复合材料,并在自制光催化反应装置中对低浓度氨氮废水进行处理,考察TiO₂负载量、温度、pH等因素对NH₄+-N去除过程的影响以及催化的最终降解产物.结果表明,TiO₂/生物炭复合材料能有效催化去除废水中的NH₄+-N,其优化处理条件:ρ(NH₄+-N)为50 mg/L,TiO₂/生物炭复合材料投加量为1.5 g/L,254 nm紫外灯照射120 min,TiO₂负载量为20%,废水初始pH为11.0,曝气量为150 mL/min.在优化处理条件下,当温度为60 ℃时NH₄+-N去除率可达100%,常温(30 ℃)下可达67%.反应最终产物中ρ(NO₂--N)非常低,并且无NO₃--N生成.研究显示,TiO₂/生物炭复合材料具有将NH₄+-N转化为N₂的良好光催化氧化选择性.      

重金属和氯酚对霍甫水丝蚓的急性毒性及水环境安全评价

研究了Hg2+、Cr6+和Pb2+等重金属及2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚和五氯酚等氯酚类物质对霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)的急性毒性效应.结果表明, Hg2+、Cr6+和Pb2+对霍甫水丝蚓的96h-LC50分别为0.16,4.25,76.24mg/L;2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚和五氯酚对霍甫水丝蚓的96h-LC50分别为20.73,7.86,2.42mg/L. 根据6种污染物对霍甫水丝蚓的毒性实验结果,预测水体中Hg2+、Cr6+和Pb2+对霍甫水丝蚓的安全浓度SC分别为16,425,7624μg/L,最大允许浓度分别为1.6,42.5,762.4μg/L;2,4-二氯酚、2,4,6-三氯酚和五氯酚对霍甫水丝蚓的安全浓度SC分别为2073,786,242μg/L,最大允许浓度MPC分别为207.3,78.6,24.2μg/L.6种污染物的毒性评估结果显示,Hg2+对霍甫水丝蚓表现为极高毒性,Cr6+、2,4,6-三氯酚和五氯酚对其表现为高等毒性,Pb2+和2,4-二氯酚表现为中等毒性.3种重金属对其毒性顺序为:Hg2+ > Cr6+ > Pb2+;3种氯酚类物质对其毒性大小依次为:五氯酚 > 2,4,6-三氯酚 > 2,4-二氯酚.     

润滑油对蒙古裸腹溞的急慢性毒性效应

为了解石油烃污染对水生生物生长、繁殖和发育的影响,采用实验生态学方法研究了润滑油对蒙古裸腹溞Moina mongolica的急性毒性和慢性毒性。结果表明:润滑油对蒙古裸腹溞的24 h LC₅₀、48 h LC₅₀、72 h LC₅₀和96 h LC₅₀分别为7.98 mg/L、5.81 mg/L、4.99 mg/L和3.04 mg/L,安全浓度为0.92 mg/L。润滑油浓度18 mg/L时,蒙古裸腹溞的存活时间最短、存活率最低,但在其他试验浓度下没有明显的变化规律,其种群增长参数也没有体现出明显的变化规律,说明润滑油对蒙古裸腹溞毒性相对较弱。     

3种典型有机污染物对2种水生生物的急性毒性及安全评价

在实验室条件下研究了1,2,4-三氯苯(1,2,4-TCB)、硝基苯和毒死蜱这3种典型有机污染物对我国两种本土淡水水生生物霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)和嗜热四膜虫(Tetrahymena thermophila)的急性毒性效应,并进行生物安全性评价.结果表明,随污染物浓度增加和时间的延长,3种污染物的毒性均明显增强,两种水生生物的死亡率上升,呈明显剂量-效应关系.1,2,4-TCB、硝基苯和毒死蜱对霍甫水丝蚓的96 h半致死效应浓度(96 h-LC50)分别为71.88、285.76和5.50 mg·L-1,对四膜虫的96 h-EC50分别为15.58、140.22和14.69 mg·L-1.3种典型污染物的毒性评估结果表明,1,2,4-TCB对霍甫水丝蚓表现为中等毒性,硝基苯为低等毒性,而毒死蜱则表现为高等毒性;3种污染物对嗜热四膜虫的毒性顺序依次为:1,2,4-三氯苯毒死蜱硝基苯.研究结果将为开展水生态风险评估,制定和完善我国水质基准提供本土数据支持.     

以太湖流域为例探讨我国淡水生物氨氮基准

参照美国环境保护署(USEPA)《推导保护水生生物及其用途的国家水质基准的技术指南》和氨氮基准文件,结合我国水生生物区系特点,筛选出我国太湖流域和全国水域广泛存在的水生生物物种并收集相应的毒性数据,研究和推导了氨氮对我国太湖流域和全国水域淡水水生生物的毒理学基准.结果表明,25℃、pH=8时,太湖流域淡水水生生物氨氮基准最大浓度(CMC)和基准连续浓度(CCC)分别为3.20和1.79mg.L-1(以N计,下同),在4～34℃、pH为6.9～9.0的范围内,CMC和CCC的范围分别为0.24～25.78mg.L-1和0.20～4.51mg.L-1;25℃、pH=8时,国家氨氮基准值CMC和CCC分别为3.79和1.79mg.L-1,在0～30℃、pH为6～9的范围内,CMC和CCC的范围分别为0.39～42.88mg.L-1和0.26～5.11mg.L-1,与同样条件下的美国氨氮基准值相比,差异较小.太湖流域氨氮基准值与国家氨氮基准值相差很小.研究结果可为我国氨氮水质基准和标准的研究提供参考依据.     

SNAD生物膜厌氧氨氧化活性的氨氮抑制动力学研究

通过批试实验研究了氨氮浓度对SNAD生物膜厌氧氨氧化性能的影响.SNAD生物膜反应器以生活污水为进水.进水NH₄⁺-N和COD浓度平均值分别为70mg/L和180mg/L,出水NH₄⁺-N,NO₂^--N,NO₃^--N和COD浓度平均值分别为2mg/L,2mg/L,7mg/L和50mg/L.SNAD生物膜具有良好的厌氧氨氧化活性.初始NH₄⁺-N和NO₂^--N浓度都为70mg/L时,厌氧氨氧化批试NH₄⁺-N、NO₂^--N和TIN去除速率分别为0.121kg N/（kg VSS·d）,0.180kg N/（kg VSS·d）和0.267kg N/（kg VSS·d）.采用Haldane模型可以很好的拟合氨氮浓度对厌氧氨氧化活性的影响.在高FA和低FA工况下氨氮浓度对厌氧氨氧化活性的抑制动力学常数相差不大.M1（FA浓度为0.7~20.4mg/L）和M2（FA浓度为6.3~190.5mg/L）的最大NO₂^--N理论去除速率r_max分别为0.209kg N/（kg VSS·d）和0.221kg N/（kg VSS·d）,氨氮半饱和常数Ks分别为9.5mg/L和6.1mg/L,氨氮自身抑制常数K_I分别为422mg/L和597mg/L.氨氮（而不是游离氨）对SNAD生物膜的厌氧氨氧化活性起主要抑制作用.     

我国淡水生物氨氮基准研究

主要采用美国水生生物基准技术,结合美国氨氮水质基准数学模型,利用我国水生生物的氨氮毒性数据,对我国淡水生物氨氮基准进行了研究.共搜集了35种淡水生物的氨氮急性毒性数据和7种慢性毒性数据,得出的氨氮水质基准表现为以水体pH值和温度为自变量的函数,在pH 6.5～9.0、温度0～30℃的取值范围内,我国氨氮急性和慢性基准的...     

淡水沉积物中Cd和Cu对河蚬的毒性效应研究

以淡水底栖动物河蚬(Corbicula fluminea)为受试生物,研究了淡水沉积物中重金属Cd和Cu对河蚬的12h挖洞行为和10d存活率的影响.结果表明,河蚬对加标Cd和Cu的淡水沉积物均产生了明显的规避行为.在12h挖洞行为试验中,河蚬对沉积物中Cd的污染反应比Cu更加灵敏,暴露于Cd和Cu的10mg/kg的沉积物中时,河蚬的挖洞比率分别为0.39和0.43.在10d存活率试验中,河蚬的存活率随沉积物中Cd和Cu浓度的升高而降低.在Cd加标浓度为10mg/kg的沉积物中,河蚬的存活率为93.3%,当Cd加标浓度达到300mg/kg时,河蚬存活率降为43.3%;在Cu加标浓度为10mg/kg的沉积物中,河蚬存活率为96.3%;而当Cu加标浓度达到500mg/kg时,河蚬存活率降为34.3%.加标Cd和Cu的两种淡水沉积物对河蚬的LC₅₀分别为285、690mg/kg,表明河蚬对Cd的毒性反应更加灵敏.比较河蚬的挖洞行为和存活率对重金属Cd和Cu的指示作用,挖洞行为比存活率更加快捷,对沉积物中Cd和Cu的指示作用更加明显,故在沉积物重金属污染监测中应优先考虑挖洞行为.     

五种底栖动物对优控污染物的敏感性评价

参照美国水生生物基准技术指南以及欧盟、美国和中国优控污染物名录,搜集、筛选了伸展摇蚊、日本沼虾、河蚬、霍甫水丝蚓和泥鳅等5种代表性淡水底栖动物的优控污染物生物毒性数据,通过数据分析,筛选出对淡水底栖动物毒性最大的10种优控污染物,主要包括有机氯农药和重金属两大类.对筛选得到的10种优控污染物的物种敏感度分布进行了分析,结果表明伸展摇蚊与泥鳅对有机氯农药较为敏感,具有作为相关农药污染的指示生物以及水质基准研究的受试生物的潜力.     

江西定南县离子型稀土尾矿周边水体氮污染状况与分布特征

为探究"稀土王国"江西省赣南地区离子型稀土矿对周边水体环境的影响,以离子型稀土矿分布密集区定南县濂江月子河流域和龙迳河龙头流域为研究对象,综合分析研究区特征污染物ρ（NH₄+-N）空间分布特征,采用相关性分析和主成分分析揭示其主要污染来源及影响因素.结果表明:①离子型稀土矿停产整顿半年后,濂江月子河流域和龙迳河龙头流域ρ（NH₄+-N）超过1.00和2.00 mg/L的采样点分别达72%和68%;pH范围为2.95~7.66,平均值分别为6.23和5.53,水体总体上偏酸性;ρ（TN）、ρ（NH₄+-N）、EC与ρ（NO₃--N）变异系数较大,均介于0.80~1.50之间.②相关性分析结果显示,ρ（NH₄+-N）与ρ（TN）、EC均呈极显著正相关（P < 0.01）;ρ（NH₄+-N）与pH呈显著负相关（P < 0.05）.③流经稀土尾矿区的水体中ρ（NH₄+-N）随距离增加呈现明显的空间梯度分布特征,即距稀土矿区边界200 m处水体中ρ（NH₄+-N）最高（12.20~200.00 mg/L）,其次为1.15 km内（3.69~11.80 mg/L）及3.5 km以上水体（0.80~1.51 mg/L）,矿区周边未受到采矿活动影响的水体中ρ（NH₄+-N）最低（0.03~0.15 mg/L）.④PCA结果表明,2条河流的主要环境影响因子为ρ（TN）、ρ（NH₄+-N）、pH和EC,主要受到周边稀土矿山尾矿的强烈影响.研究显示,离子型稀土矿原位浸矿开采停产半年后,重点小流域水体中ρ（NH₄+-N）高概率超标的现状仍然存在,受稀土开采活动影响较大.建议进一步开展重点小流域NH₄+-N剩余"库容"精算和矿山周边地表水定期监测.      

双酚AF对大型溞生殖、生长等生态行为的影响

为了明确双酚AF（BPAF）对水生生物行为的影响,考察了BPAF对大型溞的急性毒性和慢性毒性（生殖、生长、发育、生理等）影响.结果显示,BPAF对大型溞的24h和48h半致死浓度（LC₅₀）分别为9.70mg/L和5.02mg/L.根据化学品分类和标签规范,BPAF属于毒性Ⅱ级.BPAF对大型溞生殖、生长、发育和生理的毒性影响结果表明,高浓度BPAF（100 μg/L）导致大型溞性成熟时间明显延迟,并显著降低了大型溞产卵频次、产卵总数等生殖行为,且对大型溞的生长、发育产生显著抑制现象,同时造成种群繁衍能力显著受损.本文旨在为BPAF对水生生物的生态行为影响提供理论依据.     

对二甲苯降解产物对海洋双壳类的急性毒性

为评价微藻降解海水中对二甲苯（PX）的生物安全性,测定了PX降解生成的3种中间产物（对甲基苯甲酸、对甲基苯甲醇和对甲酚）对2种海洋双壳类（菲律宾蛤仔、文蛤）的半致死浓度（LC₅₀）,并计算相应的安全浓度.根据国际海事组织（IMO）“海洋环境保护专家组（GESAMP）提出的化学品危害评估程序判断,对甲基苯甲醇（96h LC₅₀=305.67和560.34mg/L）和对甲基苯甲酸（96h LC₅₀>340mg/L）对2种双壳类的急性毒性等级均为“实际无毒”;对甲酚对菲律宾蛤仔、文蛤分别具有“低毒”和“无毒”（96h LC₅₀=77.95和1271.74mg/L）.对甲酚对菲律宾蛤仔的毒性高于文蛤,可能与其在蛤仔体内易于蓄积有关.总体上看,与母体化合物PX（96h LC₅₀>162mg/L）相比,这些中间产物对双壳类的毒性较低,而毒性稍高的对甲酚仅在PX生物降解开始后的短时间内（2~4d）存在,因此,利用微藻降解PX对海洋双壳类具有较好的安全性.对甲基苯甲醇、对甲酚对双壳类的安全浓度分别为70.42和12.10mg/L;但是,对甲基苯甲酸的安全浓度无需给出,因为海水中该化学品的浓度等于其溶解度时,96h内未见双壳类死亡.为全面评价基于微藻的PX污染海域修复技术的生物安全性,今后应加强中间产物对海洋鱼类、甲壳类的毒性研究.     

醋酸盐类城市道路抑尘剂的生态毒性及生物降解特性

醋酸盐类抑尘剂因其具有良好的抑尘效果和生态友好性,被越来越多地用于城市道路抑尘.为了揭示醋酸盐类抑尘剂的水生态效应,选取水环境中占据不同生态位的4种水生生物(发光细菌、羊角月牙藻、大型溞和青鳉鱼)进行急性毒性测试.结果表明:4种水生生物对醋酸盐类抑尘剂的敏感程度依次为羊角月牙藻>大型溞>青鳉鱼>发光细菌.确定了抑尘剂与大型溞、发光细菌、青鳉鱼的剂量-效应关系,抑尘剂对三者的EC₅₀/LC₅₀(半数效应浓度/半致死浓度)分别为1.29、37.6、32.7 g/L.抑尘剂对羊角月牙藻的急性毒性及其质量浓度之间没有呈现出明确的数量关系,但是可推断EC₅₀为mg/L量级.以此为基础,推断醋酸盐类抑尘剂的预测无效应浓度范围为21.8～177 μg/L.不同温度下抑尘剂在水中的生物降解速率结果显示,在5和25 ℃时,醋酸盐类抑尘剂均易被降解,主要是微生物和藻类的共同降解作用所致.研究显示,醋酸盐类抑尘剂易于生物降解且生态毒性较低,但在使用时应注意区域总量控制,以防止对水生生物造成潜在威胁.      

NaCl对好氧颗粒污泥短程硝化反硝化的影响

利用SBR(序批式反应器)研究了不同ρ(NaCl)、曝气时间、ρ(COD_Cr)、进水ρ(NH₄+-N)对AGS(好氧颗粒污泥)短程硝化反硝化的影响. 结果表明,在pH、温度和ρ(DO)为8.0、30 ℃和3 mg/L条件下,以及ρ(NaCl)、曝气时间、ρ(COD_Cr)和ρ(NH₄+-N)为20 g/L、8 h、600 mg/L和70 mg/L时,η_A(NH₄+-N去除率)和NAR(NO₂--N积累率)达到最佳. 当进水ρ(NaCl)为10 g/L时,NOB(亚硝酸盐氧化菌)被完全抑制,AOB(氨氧化菌)能够保持正常活性. ρ(COD_Cr)较高时能够促进NAR的提高. 经过116 d的培养,AGS短程硝化反硝化的耐盐极限为50 g/L,此时η_A小于50%,AOB被严重抑制,AGS丧失硝化能力. AGS的同步硝化反硝化作用明显,SND(同步硝化反硝化率)平均值为24.2%,SNDV(同步硝化反硝化比速率)平均值为0.63 h-1,低ρ(DO)比高ρ(DO)下的SND同步硝化反硝化作用更为明显.      

对二甲苯降解产物对海洋双壳类的急性毒性

为评价微藻降解海水中对二甲苯（PX）的生物安全性,测定了PX降解生成的3种中间产物（对甲基苯甲酸、对甲基苯甲醇和对甲酚）对2种海洋双壳类（菲律宾蛤仔、文蛤）的半致死浓度（LC₅₀）,并计算相应的安全浓度.根据国际海事组织（IMO）“海洋环境保护专家组（GESAMP）提出的化学品危害评估程序判断,对甲基苯甲醇（96h LC₅₀=305.67和560.34mg/L）和对甲基苯甲酸（96h LC₅₀>340mg/L）对2种双壳类的急性毒性等级均为“实际无毒”;对甲酚对菲律宾蛤仔、文蛤分别具有“低毒”和“无毒”（96h LC₅₀=77.95和1271.74mg/L）.对甲酚对菲律宾蛤仔的毒性高于文蛤,可能与其在蛤仔体内易于蓄积有关.总体上看,与母体化合物PX（96h LC₅₀>162mg/L）相比,这些中间产物对双壳类的毒性较低,而毒性稍高的对甲酚仅在PX生物降解开始后的短时间内（2~4d）存在,因此,利用微藻降解PX对海洋双壳类具有较好的安全性.对甲基苯甲醇、对甲酚对双壳类的安全浓度分别为70.42和12.10mg/L;但是,对甲基苯甲酸的安全浓度无需给出,因为海水中该化学品的浓度等于其溶解度时,96h内未见双壳类死亡.为全面评价基于微藻的PX污染海域修复技术的生物安全性,今后应加强中间产物对海洋鱼类、甲壳类的毒性研究.     

高效氟吡甲禾灵对海洋生物的急性毒性与水质基准推导

高效氟吡甲禾灵(haloxyfop-P-methyl, HPME)是我国农业上大量使用的一种除草剂,因对入侵植物互花米草有明显的杀害作用,被推荐用于互花米草的化学防治. 为了预防HPME在施用过程中带来的生态风险,本文在开展HPME对海洋生物的毒性测试与搜集现有毒性数据的基础上,推导了HPME的生态安全阈值. 首先,选取8门13科本地海洋生物进行急性毒性试验,并通过查找现有毒性数据库与文献获得HPME对3门5科7种淡水生物的毒性数据. 随后,采用物种敏感性分布(species sensitivity distribution, SSD)模型与物种敏感性排序法(species sensitivity rank, SSR)分别推导HPME的水质基准. 结果表明:①HPME对安氏伪镖水蚤的96 h半数致死浓度(median lethal concentration, LC₅₀)值最小,为0.107 mg/L;对牡蛎的96 h-LC₅₀值最大,为47.111 mg/L. ②采用SSD模型,基于13种海水生物以及7种淡水生物+13种海水生物两组急性毒性数据推导出HPME的水质基准分别为37.05和44.75 μg/L. ③利用SSR法基于两组数据推导出HPME的水质基准分别为39.43和41.65 μg/L. 该文构建了HPME的水生生物毒性数据库,推导了HPME的水质基准值,可为我国互花米草治理过程中HPME的安全使用限量提供科学依据.      

根据SSD推导PFOS沉积物质量基准及其在生态风险评估中的应用

沉积物中蓄积的PFOS（perfluorooctane sulfonate,全氟辛烷磺酸）对水体生态环境具有潜在的危害.为了合理评估沉积物中PFOS的危害,探究了沉积物中PFOS对摇蚊（Chironomus kiiensis）、钩虾（Hyalella azteca）、霍甫水丝蚓（Limnodrilus hoffmeisteri）等底栖生物的毒性效应;同时,以毒性试验结果和搜集的PFOS相关毒性数据为基础,利用SSD（species sensitivity distributions,物种敏感度分布法）推导PFOS沉积物质量基准;最后,将基准值与从文献中搜集得到的我国七大水系沉积物中w（PFOS）进行比较,以评估PFOS风险.结果表明:①沉积物中PFOS对摇蚊的毒性效应最为显著,其96 h、10 d、21 d毒性试验中LC₅₀分别为0.894、0.770和0.536 μg/g（以干质量计,下同）;10 d毒性试验中w（PFOS）最高值为156.5 μg/g时,钩虾未出现显著死亡,21 d毒性试验中LC₅₀为70.5 μg/g;在w（PFOS）最高值分别为112.4和76.4 μg/g的10和21 d毒性试验中,霍甫水丝蚓均未出现显著死亡.②沉积物中PFOS的CMC_sed（急性基准值）为28.6 μg/g,CCC_sed（慢性基准值）为0.060 μg/g.③我国七大水系96.0%的沉积物中w（PFOS）低于CCC_sed;其余的沉积物中w（PFOS）高于CCC_sed但低于CMC_sed,这些采样点主要分布在黄河中下游和长江下游.研究显示,我国七大水系沉积物中PFOS总体风险较低,但黄河中下游和长江下游沉积物中蓄积的PFOS可能具有潜在的风险,需要给予更多的关注.