同步辐射光谱技术在有机固废污染控制与资源化研究中的应用

有机固废中碳、磷、硫及重金属等元素赋存形态是决定其环境行为、反应活性及资源化再利用的关键因素.同步辐射光谱技术可以在分子水平、微纳米尺度原位表征有机固废中碳、磷、硫、重金属等元素赋存形态、结合位点、微观结构,为深入阐明有机固废环境行为、反应机制提供直接的证据.概述了X射线吸收光谱、微束X射线荧光光谱等同步辐射光谱技术在有机固废污染控制与资源化研究的中应用进展,并对同步辐射光谱技术在该领域应用前景和发展趋势进行了展望,以期为有机固废资源化再利用及其污染控制等研究提供参考.     

硫化亚铁处理含砷废水中砷的形态变化

本文对用硫化亚铁处理含砷废水时，在气相、液相和固相中砷的形态进行了研究结果表明，在气相中无ＡａＨ３，但在Ａｓ（Ｖ）废水的液相中有Ａｓ（Ｖ）和Ａｓ（Ⅲ）共同存在，在固相中有Ａｓ（０），ＦｅＡｓＯ４（ＦｅＡｓＯ３），Ａｓ２Ｓ３（Ａｓ２Ｓ５）和吸附砷，砷的形态变化表明，硫化亚铁处理含砷废水能取得良好的效果，是沉淀、沉淀转化、氧化还原、吸附共沉淀和中和五种反应共同作用的结果。     

铝系混凝剂优势形态分析及其混凝特性

聚合氯化铝（PACl）是常用的水处理混凝剂,在应用过程中通常表现出比传统铝盐更为优异的效果.研究表明,这种优异性能主要得益于其特殊的组成,特别是高分子聚合物Al₁₃和Al₃₀独特的物化特性.Al₁₃和Al₃₀是铝离子水解过程中的中间产物,在地球科学和环境化学等领域有着重要的研究价值.于水处理而言,二者的结构和分子特性是研究者关注的重点,大量研究基于此展开,很多重要的发现为实际应用奠定了基础.基于对PACl及其组成性质的研究,本文对PACl的混凝特性及其优势形态分子的分析进行了综合阐述.     

黄海麻坑群沉积物磷的保存与转化及环境效应

基于对北黄海典型麻坑群海域某单位麻坑内部和外缘沉积物中不同赋存形态的磷、甲烷（CH₄）和硫化物等参数的分析,探讨了麻坑独特的环境中磷的转化与埋藏机制、沉积物-水体系磷的释放及对区域磷循环的影响.研究表明,沉积物中碎屑态磷（Det-P）是磷主要的赋存形态（>50%）,其次是有机磷（Org-P）、铁结合态磷（Fe-P）和自生态磷（Auth-P）,交换态磷（Exch-P）对总磷的贡献较小;麻坑内部与麻坑外缘处沉积物中溶解态活性磷（DRP）向水体的释放通量分别为2.84μmol/（cm²·a）和1.03μmol/（cm²·a）,对上层水体的贡献依次为19.6%和3.03%,是上层水体磷的重要来源.麻坑内外磷的埋藏速率与转化过程存在不同;研究区地下水的渗漏是磷的沉积速率和释放通量都普遍高的原因.北黄海麻坑区沉积物中磷的保存与转化还与浅层CH₄的逸出相关,潜在提高黄铁矿的生成速率.较高的沉积物-水界面磷通量必然对区域富营养化等生态环境问题产生深远影响,值得关注.     

酸性紫色水稻土颗粒有机质对镉的吸附特性

采集典型的酸性紫色水稻土（APPS）,从中分离出颗粒有机质（POM）,通过批量试验研究POM及其来源土壤Cd²⁺的吸附动力学、等温吸附和热力学特征,通过扫描电镜-能谱仪、傅里叶红外光谱仪等手段及吸附前后镉的形态变化的测定,研究了POM对Cd²⁺的吸附机制.结果表明：POM对Cd²⁺的亲和力远高于其来源土壤.POM及土壤对Cd²⁺的吸附动力学最优模型均为准二级动力学.Langmuir、Freundlich方程均能较好地描述其等温吸附特征,其中对POM,以Freundlich方程更优,表明POM对Cd²⁺的吸附属于多分子层的非均质吸附.吸附热力学参数△G^θ均小于0、△H^θ和△S^θ均大于0,表明吸附属于自发吸热过程.根据△H^θ值及解吸试验判定POM对Cd²⁺的吸附以化学吸附为主,土壤对Cd²⁺的吸附过程以物理吸附为主.吸附平衡后,土壤中可交换态镉比例提高,而POM中交换态和络合态镉比例增加.综上及吸附前后POM的表征结果说明,POM对Cd²⁺的吸附机制包括含氧官能团的络合、离子交换、阳离子-π键、沉淀作用和静电吸附.     

核桃壳生物炭对土壤中镉的钝化修复

通过室内模拟试验,研究了核桃壳生物炭（BC400、BC500、BC600）对人工Cd污染土壤（20 mg/kg）pH、Cd赋存形态分布的影响,并探究可能的修复机理。结果显示:经56 d修复后,与空白对照组相比,10%添加量的核桃壳生物炭BC400、BC500、BC600分别使土壤pH升高了1.07、1.31、1.38,弱酸可提取态Cd含量减少了17.02%、20.20%、24.53%,可还原态Cd含量减少了8.9%、19.1%、38.2%,可氧化态Cd含量增加了44.83%、78.45%、100%,残渣态Cd含量增加了66.03%、71.43%、89.21%。同时,土壤pH与土壤中弱酸可提取态Cd含量呈显著负相关（P<0.01）。综上,核桃壳生物炭能够对Cd污染土壤起到钝化修复作用。     

底泥原位洗脱过程中氮磷含量与形态变化特征

随着城市化进程的不断推进,城市河流底泥中内源氮磷污染问题日益突出.为研究原位洗脱技术对污染底泥中氮、磷物质和成分的作用效果,以北京市凉水河作为研究对象,分别比较了现场试验洗脱与对照组0~30 cm分层底泥以及实验室模拟洗脱处理前后0~10 cm底泥中pH、E_h（氧化还原电位）、容重、含水率、OM（有机质）、TN、TP和氮、磷形态分布的变化特征.结果表明:①现场洗脱对0~5 cm厚度底泥的处理和模拟洗脱处理均对底泥中pH、E_h、含水率的改变以及其中TN、TP的去除效果表现显著,其中,现场试验洗脱组0~5 cm范围底泥中w（TN）、w（TP）分别较对照组降低了66.4%±17.4%、40.8%±24.4%,模拟洗脱处理对底泥中OM、TN、TP的去除率分别达70.1%±4.8%、66.8%±2.0%、43.1%±3.1%.②原位洗脱技术对底泥中TN的去除主要通过对PON（颗粒态有机氮）的去除来实现,现场和模拟试验过程中PON对TN去除的贡献率分别达55.0%和73.6%.③原位洗脱对底泥中TP的去除主要通过对Al-P（铝结合态磷）、OP（有机磷）的去除来实现,现场和模拟试验中Al-P、OP对TP去除的贡献率分别达37.0%、66.2%和31.3%、43.7%.研究显示,原位洗脱技术可有效去除城市河流底泥处理层中的氮磷物质,并以有机氮、磷物质的去除为主.      

不同浓度锌处理下水稻幼苗对镉的累积效应

为探究锌（Zn）对水稻镉（Cd）累积的影响及其根表铁膜所发挥的作用,选取Cd高累积型水稻品种中9优547（简称"Z547"）和Cd低累积型水稻品种金优402（简称"J402"）,采用温室水培试验,研究0、2、5、10、15和20 μmol/L等6个Zn浓度下水稻幼苗对Cd的累积效应,以及不同浓度Zn处理对根表铁膜生成量的影响.结果表明:①随着c（Zn）的增加,Z547和J402水稻幼苗生物量均呈先增后减的趋势,分别在c（Zn）为2和10 μmol/L时达到最大值.②Z547和J402水稻幼苗中w（Cd）均呈先降后增的趋势,分别在c（Zn）为5和2 μmol/L时达到最小值;当水稻幼苗中w（Cd）达到最小值时,Z547根和地上部中w（Cd）分别为31.65和11.47 mg/kg,J402根和地上部中w（Cd）分别为22.58和14.36 mg/kg.③不同浓度Zn处理下水稻幼苗各部位中w（Cd）均与根表铁膜中w（Mn）、w（Fe）、w（Fe+Mn）呈显著正相关,高铁膜处理水稻幼苗中w（Cd）显著高于低铁膜处理,表明根表铁膜生成量的增加会促进Cd在水稻幼苗中的累积.研究显示,当c（Zn）较低时,c（Zn）的增加会抑制水稻幼苗对Cd的累积;当c（Zn）较高时,c（Zn）的增加会促进水稻幼苗对Cd的累积,而Zn可通过控制根表铁膜的生成来影响水稻幼苗对Cd的累积.      

长三角背景点夏季大气PM2.5中水溶性无机离子污染特征及来源解析

为研究长三角背景点夏季PM_2.5污染特征,于2018年5月30日—8月15日在上海市崇明岛对PM_2.5样品进行昼夜采集,并对其中水溶性无机离子(Cl-、NO₃-、SO₄2-、Na+、NH₄+、K+、Mg2+、Ca2+)进行了分析.运用PSCF(潜在源贡献)方法判别污染物排放源区,并结合PCA(主成分分析)和PMF(正交矩阵因子)源解析探究PM_2.5来源.结果表明:①观测期间崇明岛ρ(PM_2.5)平均值为(33±21)μg/m3,低于GB 3095—2012《环境空气质量标准》一级标准限值(35 μg/m3),但在部分时段存在显著超标现象,ρ(PM_2.5)最高值在120 μg/m3以上.②水溶性无机离子质量浓度平均值为(14±9.3)μg/m3,占PM_2.5的42.4%,其中SNA(SO₄2-、NO₃-、NH₄+三者统称)为主要离子,占水溶性离子总质量浓度的85.7%.③n(NH₄+)/n(SO₄2-)(NH₄+与SO₄2-的摩尔浓度比)显示,清洁期〔ρ(PM_2.5) < 15 μg/m3〕呈贫铵状态,过渡期〔15≤ρ(PM_2.5)≤35 μg/m3〕和污染期〔ρ(PM_2.5)>35 μg/m3〕均呈富铵状态;过渡期SNA主要以NH₄HSO₄和NH₄NO₃形式存在,而污染期则主要以(NH₄)₂SO₄和NH₄NO₃形式存在.④通过对两次典型污染事件进行离子相关性分析和PSCF分析发现,E1污染事件(5月30日—6月8日)为局地生物质燃烧型污染事件,E2污染事件(7月23日—8月1日)为区域传输污染事件.源解析结果进一步表明,两次典型污染事件期间气态污染物的二次转化对PM_2.5的贡献最显著,贡献率分别为62.8%和59.8%;其次是生物质燃烧,其贡献率分别为32.5%和20.1%;E2污染事件期间海盐源对崇明岛PM_2.5贡献率较高(16.6%),远超过E1污染事件期间对PM_2.5的贡献率(2.7%).研究显示,区域输送对崇明岛PM_2.5有显著贡献,二次颗粒物累积是崇明岛PM_2.5超标的主要原因.      

水稻秸秆生物炭中铜和镉的形态分布及释放特性

由于目前缺乏对生物质原料来源的管控办法,极有可能用产自受污染农田土壤的秸秆制备出具有高重金属含量的生物炭,因此,研究生物炭中重金属的形态分布及其释放特性对于防控生物炭应用产生的环境风险具有重要意义.基于此,分别采集江西省贵溪铜冶炼厂周边九牛岗污染区和中国科学院鹰潭红壤生态实验站清洁区种植的水稻秸秆制备生物炭（分别记为“九牛岗生物炭”和“红壤站生物炭”）,分析两种生物炭中Cu、Cd的含量及其化学形态分布,考察不同固液比及pH对生物炭中Cu、Cd浸出的影响.结果表明:九牛岗生物炭中Cu、Cd的总量（以w计）分别为119.99、3.83 mg/kg,显著高于红壤站生物炭（19.50、0.96 mg/kg）.尽管九牛岗生物炭中w（酸溶态Cu）、w（酸溶态Cd）显著高于红壤站生物炭,但在形态分布上,九牛岗生物炭中Cu、Cd主要为相对稳定态（可氧化态和残渣态）,二者占比分别为80.3%、76.7%,高于红壤站生物炭（二者占比分别为53.2%、48.0%）.高固液比和低pH可有效增加两种生物炭中Cu、Cd的浸出毒性,其中,九牛岗生物炭在固液比为1:20和1:60时,浸出液中ρ（Cu）、ρ（Cd）均超过GB/T 14848—2017《地下水质量标准》中Ⅱ类标准限值.动力学及累积释放试验表明,两种生物炭中的部分Cu、Cd可在短时间内迅速释放而后逐渐平稳并有上升趋势,且九牛岗生物炭中Cu、Cd释放量显著高于红壤站生物炭.研究显示,来自污染区水稻秸秆生物炭中的Cu、Cd活性显著高于清洁区生物炭,具有更高的环境风险.