某污染场地地下水石油烃的健康风险评估及其微生物群落分析

有机污染场地地下水石油烃污染问题较为普遍,对周边环境和人体健康造成一定影响. 为探究污染场地地下水环境中石油烃含量、健康风险及其与微生物群落分布关系,对天津市某污染场地地下水石油烃开展健康风险评估调查,使用气相色谱法分析石油烃浓度,利用污染场地健康与环境风险评估软件进行健康风险评估,利用高通量测序技术进行地下水微生物群落特征分析. 结果表明:①5个监测井的石油烃污染情况有显著差异,A1～A4监测井石油烃浓度较低,健康风险处于可接受水平;A5监测井石油烃浓度是其他4个监测井的60～100倍,总石油烃危害商为44.990,为可接受值的45倍,健康风险较高. ②4个监测井地下水中均含有变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes),说明这两种细菌对石油烃污染有一定耐受能力. A5监测井细菌Chao指数和Shannon-Wiener指数最高,说明细菌多样性和丰富度最高,且该监测井变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes)绝对丰度均较高,说明一定浓度石油烃的存在会促进具有降解石油烃功能的细菌生长. 研究显示,一定浓度石油烃的存在使石油烃降解菌绝对丰度增加,从而增加了对石油烃的降解能力,增强了石油烃的自然衰减能力,有利于降低人体健康风险.      

厌氧环境雌黄溶解产物形态的XAS研究

雌黄是砷的环境地球化学过程中的重要的次生矿物.雌黄的溶解性研究对于研究砷在水环境中的形态转化和环境归趋具有重要意义.环境中p H和硫化程度对于雌黄中的砷的形态变化及其稳定性有重要影响.通过室内模拟实验,结合同步辐射X射线近边吸收光谱(XANES)和扩展X射线吸收光谱(EXAFS)表征手段研究了近中性厌氧条件下,有硫和无硫体系中雌黄溶解产物中稳定存在的砷形态.结果表明,在p H中性条件下,雌黄在两种体系中均形成硫代砷和亚砷酸盐的混合物,有硫体系中硫代砷是以全硫代为主,而无硫体系中硫代亚砷酸盐是部分硫代为主.线性拟合分析确定在有硫体系中硫代亚砷酸盐形态占总砷形态的88.2%,亚砷酸盐形态占总砷形态的11.8%,而在无硫体系中,硫代三价砷形态占总砷形态的43.7%,亚砷酸盐形态占总砷形态的56.3%.可见亚砷酸盐的形成与砷硫比有关,提高硫砷比可以提高亚砷酸盐中硫取代的比例以及全硫代亚砷酸盐的形成.     

双层包覆型缓释材料中过硫酸盐释放性能研究

为了使修复材料在地下水原位修复技术中更持久、稳定的发挥作用,制备双层包覆型缓释材料并研究其释放性能.采用水泥、砂和水作为包覆材料制备不同规格的材料,通过周期性浸出试验方法研究外包覆层组分配比及厚度对其释放性能的影响,建立各影响因素与其释放性能的响应关系.结果表明:①双层包覆型缓释材料释放规律符合零级动力学特征,与单一包覆型缓释材料相比,稳定释放速率由初期释放速率的10%~15%升至60%~80%.②外包覆层厚度相同时,稳定释放速率随包覆材料渗透性的增加而逐渐增加,最小值为10 mg/d,最大值约为380 mg/d.③外包覆层组分配比相同时,材料稳定释放速率随其厚度的增加呈幂函数降低,使用寿命随外包覆层厚度的增加呈指数上升,采用自然临近点插值法预测材料最短使用寿命约为100 d,最长的可达10~15 a.外包覆层厚度导致渗透性能的改变是造成其释放特性发生变化的主要原因.④相同外包覆层厚度下,双层包覆型缓释材料稳定释放速率随包覆层渗透性的增加均呈现增加的趋势,并且外包覆层厚度越大,其稳定释放速率随渗透性能变幅越小.研究显示,双层包覆型缓释材料能够在长时间保持稳定的释放速率,构建的外包覆层组分配比与其释放特性之间的定量关系可指导实际地下水修复工程中修复材料的制备.      

地下水回补引发含水层氟释放次生风险的模拟研究

地下水回补过程中,含水层沉积物中部分微量组分（As、F等）可能因为环境条件改变释放进入地下水中造成次生污染.为探究回补入渗后含水层F-释放的次生风险,依托潮白河南水北调回补区及我国北方8个具有高F地下水的典型区域,应用PHREEQC软件模拟回补入渗对含水层萤石矿物溶解平衡及地下水F-浓度的影响.研究含水层沉积物典型矿物组分、回补水源与地下水水质差异对F-释放次生风险的控制作用.结果表明:①由于回补水源水质、地下水水质及含水层矿物差异,回补后不同地区地下水中F-浓度的呈现趋势有显著差异,部分地区由于地下水水质差异大,F-浓度存在上升及下降两种趋势.②地下水Ca2+浓度相对较低的区域回补后F-浓度呈下降趋势,增大回补量有利于降低F-释放风险,而对于Ca2+浓度高、甚至萤石饱和的区域,增大回补量会增加F-释放风险.③地下水中F-浓度同时受到萤石及其他含钙矿物的控制,当含水层存在萤石矿物且其他含钙矿物较少时,回补后F-释放的风险增大.因此在具有F背景的区域,对地下水Ca2+浓度较高的含水层或除萤石外含钙矿物含量有限的含水层进行回补时,可能导致地下水F-浓度升高引发回补次生风险.对于回补水源、地下水与含水层矿物组分相互作用的深入研究是保证地下水安全回补的关键,回补后F-释放反应动力学的进一步研究将加深F-释放次生环境风险的认识.      

地下水污染修复技术验证评价方法研究

随着工业生产的飞速发展,我国地下水污染问题日益突出,亟需大量高效的修复技术以提高对地下水污染的治理效果.然而,现有的专家评估体系难以客观、科学地反映技术的真实性能,也很难促进其推广应用,因此亟需加快ETV（environmental technology verification,环境技术验证评价）研究,创建客观、公正和科学的地下水污染修复技术验证评价体系.基于此,采用层次分析法建立了由目标污染物去除效果、副产物情况、固体废物、废水、废气、噪音、自动化水平、故障情况、适用场地类型、基建费用、药剂投加量、能源消耗和资源回收利用共13个指标组成的地下水污染修复技术验证评价指标体系.依据相关技术规范和专家咨询意见,制定了指标评价标准和方法;基于聚类分析方法,以25个地下水污染修复技术为研究对象,对分类评价和综合评价进行评价结果分级.按照由优到差的级别,分类评价结果分为优秀、合格、不合格3个等级,综合评价结果分为优秀、良好、合格、基本合格和不合格5个等级,由此构成了地下水污染修复技术验证评价方法.为了验证该评价方法的科学性和可行性,利用该方法对某项地下水污染修复技术进行了案例分析.研究显示,所构建的地下水污染修复技术验证评价方法可客观有效地评价地下水修复技术的先进性和适用性,并能够提供改进技术性能的进一步建议.      

氢氧化铁和腐殖酸结合态镉在文蛤体内的富集

氢氧化铁和腐殖酸是沉积物中重金属的重要储存库,在一定程度上均可以控制重金属在底栖生物体内的富集.本文在3个浓度梯度(70、140、280mg·kg-1)下,通过颗粒物悬浮系统,研究了氢氧化铁和腐殖酸颗粒上附着的Cd在文蛤体内富集规律.实验结果表明,氢氧化铁和腐殖酸结合态Cd对文蛤的生物有效性存在显著差异.在Cd浓度为7...     

负载型纳米铁吸附剂去除饮用水中As(Ⅴ)的研究

以活性炭为载体制备了一种负载型纳米铁吸附剂.纳米铁在活性炭孔内为针状,其直径为30～500 nm,长度为1 000～3 000 nm,载入量[m(Fe)/m(炭)]为82.1 mg/g.用1.5 g/L该吸附剂对pH 6.5、 (25±2)℃、 2 mg/L的As(Ⅴ)进行吸附其去除率为99.5%,在平衡浓度1.0 mg/L时,该吸附剂对As(Ⅴ)的吸附容量为15.4 mg/g;吸附速度较快,12 h可达91.4%,72 h达到吸附平衡.吸附过程可由孔内扩散模型较好地说明.除PO_4~(3-)、SiO_4~(2-)外其它常见阴阳离子均对As(Ⅴ)的去除影响不大.吸附剂可以用0.1 mol/L NaOH溶液再生,再生效率较高.实验室初步实验数据表明,该吸附剂对饮用水砷去除具有较好的应用前景.     

微生物作用引起的铁铝氢氧化物吸附砷的还原与释放机制研究

地下水砷污染的形成机制目前尚不清楚,普遍认为,微生物对吸附于铁氧化物表面的As(Ⅴ)以及基质Fe(Ⅲ)的还原是砷释放的主要原因.本研究中以富集的混合菌群为接种微生物,以不同比例（Al∶Fe为1∶0、 1∶1、 0∶1）的铁铝氢氧化物为吸附剂,考察了微生物对吸附于这些载体上的As(Ⅴ)的还原和迁移作用.结果表明,接种微生物后,3种体系表现出不同程度的As释放,溶液中释放的As基本上是As(Ⅲ).在氢氧化铁体系中,溶解态As(Ⅲ)浓度仅为60 μg/L左右,微生物还原产生的As(Ⅲ)几乎全部存在于固相中;在Al∶Fe为1∶1的铁铝氢氧化物中,溶解态As(Ⅲ)大约为1.3 mg/L;氢氧化铝体系中,该值为7.8 mg/L,约占微生物还原总As(Ⅲ)的82%.而未接种的对照组均未检测到As(Ⅲ)以及明显的As释放.本研究还考察了吸附基质铁氧化物的还原对砷迁移的影响,结果表明,砷的还原发生在铁还原之前,铁的还原并没有引起砷的明显释放.因此,根据本实验结果推断,氢氧化铁吸附的As(Ⅴ)的还原及Fe(Ⅲ)的还原很可能不是造成地下水系统中砷释放的主要原因,而吸附于铝氧化物或其它矿物表面的As(Ⅴ)的还原可能引起了砷向水相迁移.     

沉积物中氧化物结合态镉对芦苇的生物有效性研究：氧化物种类、结合形式、老化的影响

沉积物中重金属的生物有效性在很大程度上取决于其赋存形态.选用沉积物中2种典型氢氧化物矿物:氢氧化铁和氢氧化铝,以水培法和矿物结合态Cd为培养介质,以芦苇为受试植物,研究环境中吸附和共沉淀态Cd生物有效性差别,并探究老化过程对生物有效性的影响.经过13 d的培养,发现2种结合形式的Cd均可被芦苇富集,不同处理体系中富集强度不同,根中富集量为9.1~37.8 mg.kg-1;地上部分富集量为0~10.0 mg.kg-1.其中,结合在Fe0.5Al0.5(OH)3矿物上的Cd的生物有效性最大,其次是Fe(OH)3和老化的Fe0.5Al0.5(OH)3,富集量最少的是老化的Fe(OH)3的处理.采用2种低分子量有机酸对Cd进行解吸实验,Cd的解吸规律与芦苇对Cd的富集规律一致.因此,共沉淀处理降低了Cd的富集,矿物的理化性质决定了含铝矿物对Cd的结合较差,老化作用抑制了吸附态Cd的富集,有机酸解吸实验也验证了不同形态Cd生物有效性的差异.     

厌氧微生物作用下土壤中砷的形态转化及其分配

厌氧微生物作用下土壤中砷的形态转化及分配比例对砷的环境行为与归趋具有重要影响。实验利用张士污灌区土壤负载低浓度砷,研究了厌氧微生物作用下砷的形态转化过程,并通过磷酸盐及盐酸提取土壤中的砷、铁和硫,探讨了砷在土壤中结合形态的变化及土壤矿物结构转化与砷环境行为的关联。实验结果表明,微生物作用下土壤负载的砷被迅速还原为As(III)并释放进入液相,培养24h后液相累积的As(T)量达到16.9μmol·L-1,其中As(III)占液相总砷含量的91%以上;48h后释放的砷被再次固持,液相残留的As(III)浓度仅为1.5μmol·L-1。尽管微生物还原作用造成土壤中铁氧化物的活化,但固相中磷酸盐提取态与盐酸提取态砷所占的比例分别从载砷量的45.3%和49.8%降低到22.0%与0.22%,而体系中硫酸盐还原产生的硫离子的量与砷的释放量保持负相关。可见微生物还原作用下砷发生了活化,释放和再固定的过程,土壤负载的砷从溶解态、吸附态及铁氧化物结合态逐渐被转化为更稳定的硫化物结合态。此研究对于预测土壤中砷的行为与归趋及污染土壤修复具有一定意义。