国内地质封存CO2泄漏的生态影响研究

以回顾CCUS技术在应对全球变化中的作用为基础,梳理了国内地质封存CO_2泄漏的生态影响研究方法,总结了CO_2泄漏对土壤及其微生物、植物与作物、水质及鱼类、陆生动物影响的研究进展,分析了CO_2泄漏对土壤、地表水和地下水等环境介质的影响,对植物及作物、土壤微生物、动物及鱼类等不同类型生命体的影响,以及CO_2泄漏生态监测指标筛选等不同领域研究的现状和问题;提出了地质封存CO_2泄漏对环境介质影响中的多因素、跨介质及流体流态影响机制,生态影响中的适应-抑制机制及指示性生态监测指标筛选,以及由室内外模拟到实施项目野外调查的研究方法转变三个方面的研究趋势。     

利用高通量测序对封存CO2泄漏情景下土壤细菌的研究

全球CO2浓度不断升高的背景下,地质封存CO2为控制大气CO2浓度上升提供了全新的思路,但封存CO2潜在的泄漏风险也对生态系统产生重大威胁.土壤微生物与土壤健康密切联系.鉴于目前地质封存CO2泄漏对土壤微生物影响的研究鲜有报道,本研究通过模拟地质封存CO2泄漏情景,利用Miseq平台Illumina第二代高通量测序土壤细菌16S rRNA基因,结合相关生物信息学分析,初步探讨了封存CO2泄漏情景下农田土壤细菌群落丰富度、多样性和群落结构的变化.试验共获得15个土壤样本的43 017个OTU共486 645条读数,生物学分析结果表明,封存CO2泄漏通量和时间不同的情景下,农田土壤细菌丰富度和细菌群落多样性的变化存在差异,初步推测CO2泄漏量增大和泄漏时间持续更长的情景下,土壤细菌丰富度和多样性下降幅度较大,土壤细菌群落中优势菌群向若干细菌集中,其中土壤酸杆菌门细菌相对增多可能作为地质封存CO2泄漏对土壤生态系统影响的生物监测指标.     

封储二氧化碳泄漏监测技术的研究进展

二氧化碳(CO_2)的持续排放被认为是目前全球变暖的主要原因之一,而CO_2捕集与封存(CCS)技术是近年来提出的一种大规模、低成本的碳减排技术。在CCS技术中,由于封存在地下的CO_2可能会发生逃离封存区域、向封存位置以外的区域泄漏或渗漏的现象,一旦发生泄漏,将会对环境以及周围生物造成影响,甚至破环生态环境平衡,所以对于可能泄漏或渗漏CO_2的监测与识别是CCS系统安全保障的重要环节。概述了CCS技术及其发展历程,分析了CO_2地质封存潜在的泄漏风险,并总结了目前国内外在封储CO_2泄漏监测技术或方法方面的研究进展,为CO_2以及天然气等其他气体封储安全监测提供理论支持。     

中国神华煤制油深部咸水层CO_2地质封存示范项目监测技术分析

中国神华煤制油深部咸水层CO_2地质封存示范项目(以下简称"神华CO_2封存项目")是国内首个以封存为目的的CO_2咸水层封存示范工程。CO_2封存监测是保证该工程顺利进行,确保后续无CO_2泄漏的重要举措。通过长期的监测,从地下CO_2运移和潜在泄漏风险的角度,开展了全面监测工作,形成了完善的监测体系。其中,浅层地下水监测是国际上监测CO_2泄漏的重要手段,也是封存区周边居民最为关心的问题。通过对封存区周围地下水长期的监测,未发现CO_2泄漏的存在,初步证实了封存的安全性。同时环境保护部2016年发布了《二氧化碳捕集、利用与封存环境风险评估技术指南(试行)》,为后续监测提供了重要依据。     

地质封存CO_2泄漏对土壤真菌群落结构影响

以鄂尔多斯二氧化碳地质储存地的土壤和典型植被小麦为研究对象,通过模拟试验,采用PCR-DGGE(denaturing gradient gel electrophoresis)技术对不同浓度CO_2施加条件下土壤真菌多样性进行了研究。结构表明:土壤CO_2浓度由对照区的990 mg/m~3增加到35 990、71 980、107 970 mg/m~3时,真菌多样性指数(Shannon's method)依次为1.609、1.386、1.609、1.609。随着土壤CO_2浓度升高,Chaetomium sp.(毛壳菌属)等真菌丰度显著降低,990 mg/m~3条件下Pseudallescheria boydii(波氏假阿利什菌)菌种消失;优势菌群Ascobolus crenulatus(粪盘菌科)具有很高的同源性。土壤CO_2浓度升高至107 970 mg/m~3对土壤真菌群落结构有一定影响,但其主要建群种未变;高浓度CO_2对一些真菌生长有刺激作用,对另一些真菌生长有抑制作用甚至会导致土壤真菌遗传基因发生改变;尖端赛多孢子菌Pseudallescheria boydii(波氏假阿利什菌)对CO_2浓度升高反应敏感,可能用于地质封存CO_2泄漏微生物监测与甄别指示菌种。     

皇天畈试验场地下水的砷、铁污染及自净作用

研究了中国水稻研究所皇天畈试验场被砷、铁污染的地下深井水的自净作用。结果表明,其自净机制是地下深井水抽出地面后,由于体系的氧化还原势瞬时提高,Fe~(2+)氧化成Fe~(3+),As~(3+)氧化成As~(5+)。Fe~(3+)水解后,形成Fe(OH)_3,并聚合,水中的As~(5+)被氢氧化铁吸附后,形成共沉淀,沉降在底部。实验证明,若提高深井水的氧化势,则能加速自净的进程。     

亚铁添加条件下潜流湿地中氮和化学需氧量的去除效应

为了强化水平潜流人工湿地脱氮和去除化学需氧量的效果,文章利用模拟实验开展了不同浓度的亚铁(Fe~(2+))添加对其去除效果的影响研究,并初步探讨了其作用机理。研究结果表明,添加Fe~(2+)影响了水平潜流人工湿地脱氮和去除化学需氧量的能力,而且各形态的氮素和化学需氧量的去除率随水力停留时间的延长而增大。添加高浓度Fe~(2+)(≥50 mg/L)促进了湿地系统总氮和硝态氮的去除,其去除率分别超过67.7%和72.6%;而对铵态氮去除效果的影响不明显;添加低浓度Fe~(2+)(≤10 mg/L)限制了硝态氮和铵态氮的去除,而对总氮的去除效果的影响较弱。添加高浓度Fe~(2+)(≥50 mg/L)显著促进水平潜流人工湿地化学需氧量的去除,水力停留时间为24 h,其去除率均高于91%,而添加低浓度Fe~(2+)(≤10 mg/L)对促进化学需氧量的去除效果不明显,但其去除率略高于对照组,表明添加Fe~(2+)可以提高水中易降解有机物的去除能力。Fe~(2+)进入湿地系统后,水中可溶性总铁、Fe~(2+)和Fe3+浓度迅速下降,5 h后基本保持平稳,其中可溶性总铁浓度低于3.2 mg/L。添加Fe~(2+)明显降低了人工湿地出水的pH和氧化还原电位,并发生了显著变化。因此,添加适宜浓度Fe~(2+)(50 mg/L)可促进水平潜流湿地对氮素和化学需氧量的去除,可以为人工湿地强化技术研发提供理论依据。     

CO_2地质封存项目环境监测评估体系初步研究

作为中国第一个较大规模的CO_2咸水层封存项目,中国神华煤制油深部咸水层二氧化碳地质封存示范项目(以下简称"神华CO_2封存项目")的封存安全性是评价该项目成功与否的重要标志。为了解释封存项目的安全性,该项目采用了包括Vertical Seismic Profile(VSP)地震监测等地下、地表与地上空间内的各种监测手段。但目前得到的监测数据零乱分散,缺乏系统科学的归纳与解释。基于该项目采用的监测手段,开发了包括地下、地表与地上空间的多维度CO_2地质封存过程中的环境监测评估体系。采用该体系对某时典型监测数据进行评估的结果表明,该封存项目属于非常安全的状态,没有发现CO_2泄漏风险。     

泄漏情景下碳封存项目的风险强度评估方法初探

应对全球气候变化是21世纪人类社会面临的最复杂挑战之一,而规模化实施二氧化碳捕获、利用与封存(CCUS,carbon capture,utilization and storage)技术能够直接、有效地实现碳减排。二氧化碳地质封存项目的环境影响评价工作中需着重考虑的一项风险评估情景是封存于地下的CO_2发生泄漏。但是我国现有的评价CO_2泄漏量和风险强度的方法仅用来界定环境风险的可能性和泄漏事故对环境风险受体的影响程度,未给出二氧化碳泄漏量的核算方法,无法指导对泄漏引发的环境风险进行定量预测和评价,进而影响项目的决策和管理。通过总结归纳国内外二氧化碳地质封存项目环境风险源强的研究成果,识别影响二氧化碳地质封存项目环境风险源强的关键因子,给出了二氧化碳地质封存项目环境风险强度的计算方法。为修订和完善《二氧化碳捕集、利用与封存环境风险评估技术指南(试行)》,引导中国CCUS的健康发展提供技术支撑。     

水体中N、Fe的存在形态对萘普生光解行为的影响

研究了水环境中不同形态的无机氮(NO_3~-、NO_2~-、NH_4~+)和铁(Fe~(3+)、Fe~(2+))对萘普生(NPX)紫外光降解的影响.结果表明,NO_3~-、NO_2~-、Fe~(3+)和Fe~(2+)均抑制NPX的紫外光降解,抑制率随添加浓度的增加而增大;NH_4~+对NPX的紫外光降解基本没有影响.同时,模拟在水体中不同p E值下,不同形态无机氮和铁体系分别对NPX紫外光降解的复合影响.研究发现,在无机氮体系,复合状态下对NPX的紫外光降解存在拮抗作用;在铁体系,复合状态下对NPX的紫外光降解存在协同作用.