微生物诱导碳酸盐沉淀及其在固定重金属领域的应用进展

生物矿化已受到化学、物理、生物、材料、医学、生命及环境等多学科的广泛关注,其中,以尿素为底物的MICP（微生物诱导碳酸盐沉淀）技术是生物矿化领域的研究热点之一.在分析MICP过程中的酶解机理和生物大分子在微生物矿化过程中的作用基础上,通过对重金属离子的矿化产物和碳酸盐矿化菌的成矿因素分析,揭示MICP矿化产物的特征及形成条件.碳酸盐矿化菌主要产生脲酶分解尿素,增加土壤CO₃2-饱和度,其代谢产生的胞外聚合物具有多种功能团组合和键能连接,起着调控生物矿化的作用.MICP技术可用于固定土壤和水体中的Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、As等重金属,重金属主要以共沉淀的形式被固定,阴阳离子型重金属以类质同象置换方式分别占据方解石中的CO₃2-位和Ca2+位,从而促使污染土壤中的可交换态重金属向碳酸盐结合态转移.但是,MICP技术主要针对减少重金属的生物可利用性,不能满足以全量来计算的现行土壤环境质量标准,且MICP技术在长期有效性、生物安全性和土壤理化性质等方面存在诸多隐患.因此,由试验条件转向实际应用具有一定挑战.建议寻找更稳定的方法以阻止碳酸盐矿物中的重金属溶出,且有必要将开发高效的土著微生物复合菌剂作为未来MICP研究的方向之一.      

分步沉淀法处理酸性矿山废水

采用分步沉淀工艺处理酸性矿山废水,考察了工艺条件对废水中有价金属元素回收效果的影响。实验结果表明:Ca(OH)_2为适宜的废水pH调节剂;调节废水pH至4.00左右并投加0.05 mL/L的H_2O_2,可首先去除Fe~(2+)及Fe~(3+),得到富Fe渣(w(Fe)=51.00%);调节废水pH至6.00~6.50,先投加50 mg/L的Na_2S,去除废水中的Cu~(2+),获得富Cu渣(w(Cu)=10.89%),再将Na_2S的投加量增至100 mg/L,去除废水中的Zn与Mn,获得富Zn-Mn渣(w(Cu)=2.37%,w(Mn)=6.79%,w(Pb)=1.61%);进一步调节废水pH至8.40,可去除剩余的Zn、Mn及其他重金属。分步沉淀工艺处理后的废水可达标排放,产生的富Fe渣、富Cu渣及富Zn-Mn渣可直接出售或具有利用价值。分步沉淀工艺可实现有价金属元素的高效回收,大幅度降低废水处理的实际成本,值得工程应用与推广。     

东江流域水环境中颗粒态和胶体态金属元素的分布和来源

运用连续流离心机和切面流超滤分离技术,从东江流域的水库、河流、河口3种水体中分离了大量的悬浮颗粒物(0.45μm)和胶体(1 nm~0.45μm),并用元素分析仪和电感耦合等离子体/质谱(ICP-MS)对有机碳和金属进行了表征.通过对比3种水体中颗粒态金属的含量(μg·g-1)和浓度(ng·L-1)发现,水库颗粒物有更高的重金属含量,与其在有机碳上的富集有关;河流颗粒物有更高的金属浓度,与地表径流和人为排放有关.另外,随着有机质含量的增加,湖泊水体中多种重金属的含量呈现先增加后降低的关系,显示了生物富集和生物稀释的双重作用.从东江中游到河口样品,Mg、Ti、Co、Ni等元素在颗粒物中的含量依次升高,Cu、As、Cd、Sn、Sb等元素则依次降低,这与海水的稀释作用以及与盐度变化引起的絮凝沉降有关.河流中胶体态金属的含量与浓度均大于水库,显示了河流受到更多的人类活动影响.虽然重金属主要分布在颗粒物中,但对比各种重金属的含量在颗粒态和胶体态中的顺序变化,发现地表径流带来的地壳元素倾向于分布在颗粒态中,而人为排放来源的金属倾向于分布在胶体态中.     

北江流域抗生素污染水平和来源初探

北江是发源于湖南(武水)和江西(浈水),汇于广东韶关,流经广东全境并入海的三大河流之一。为了解整个北江抗生素污染情况,共设置44个采样点,并采集了河水及部分沉积物样品,较全面地分析了各样品中12种典型抗生素含量并初步探究了其污染来源。研究发现,包括北江源头在内的全河段均有抗生素的检出,5类抗生素在表层水和沉积物中的平均浓度分别为77.8 ng·L~(-1)和3.6 ng·g~(-1)。其中,大环内酯类污染最为严重,其含量范围为11.7~114.6 ng·L~(-1)和0~435.3 ng·g~(-1),远高于其他类抗生素。表层水中磺胺类的磺胺甲恶唑和氯霉素类的检出率达100%,其中以磺胺甲恶唑(14.7 ng·L~(-1))和阿奇霉素(25.0 ng·L~(-1))为主,而沉积物中以阿奇霉素(35.9 ng·g~(-1))、氧氟沙星(5.4 ng·g~(-1))和四环素(3.3 ng·g~(-1))为主。由于流域污染源种类和数量不同,各抗生素在北江中的分布也存在差异。表层水中抗生素含量水平表现为下游高于上中游,在沉积物中则主要集中于中、下游之间河段。这反映了人类活动强度对北江抗生素污染的直接影响。     

石油类物质的湿沉降及其对区域水环境的影响:以正构烷烃为指示物

为评估含有机污染物的湿沉降对区域水环境污染的贡献,在广州市3个采样点(海珠区、天河区和萝岗区)采集了2010年湿沉降样品(157个),并在天河点采集了12个干沉降、11个地表径流及10个气溶胶样品,并对其中指示化合物正构烷烃的浓度、来源和通量进行分析.正构烷烃(包括从C20—C34的15种同系物)总浓度范围为0.6—292μg·L-1;从季节上看,其在雨季(4—9月)的浓度低于旱季(1—3月和10—12月).碳优势指数和主成分分析结果表明,广州市的正构烷烃主要来源于石油产品的消费(50%),暗示石油产品消耗是主要污染源;其次来自植物排放(38%).此外,广州市在2010年有55±80 t(平均值±标准偏差)正构烷烃经干沉降和湿沉降至地表,其中湿沉降的贡献为39±80 t.同时,大约有224±296 t正构烷烃通过地表径流进入到珠江,反映了面源污染对区域水环境影响很大.因此,控制石油产品的消费和治理地表径流,是抑制面源污染、改善区域水环境的两个途径.     

夏季珠江三角洲地区PM2.5化学组分特征及其对大气能见度的影响

于2010年夏季在珠三角主要城市广州、佛山、东莞、深圳、珠海以及广州郊区从化同步采集PM2.5样品,利用热光反射碳分析仪和离子色谱分别分析样品中有机碳/元素碳和水溶性离子浓度,并同步收集能见度和气象数据.在此基础上对珠三角主要城市大气PM2.5中主要化学成分的浓度水平和空间分布特征进行分析,并利用IMPROVE方程重建大气消光系数,探讨PM2.5的主要化学组分对大气能见度的影响.结果发现,观测期间珠三角地区PM2.5中的主要化学成分空间分布特征明显,广州、佛山和东莞浓度较高,珠海和深圳浓度较低.(NH4)2SO4、有机物(OM)、EC和NH4NO3对夏季珠三角大气消光系数贡献率分别为39%、31%、12%和13%.     

广州秋季不同功能区大气颗粒物中PAHs粒径分布

利用MOUDI^TM级联分段式采样器采集了秋季广州市区(荔湾采样点和五山采样点)及郊区(新垦采样点)3个采样点的气溶胶样品并使用GC-MS分析了样品中13种多环芳烃的含量.发现3～4环的多环芳烃呈双峰分布,5～7环的多环芳烃呈单峰分布.广州市区和郊区的多环芳烃具有不同粒径分布模式;相对于城区,郊区的多环芳烃存在于更大的颗粒物中,这可能是气溶胶的陈化过程不同导致的.城区的多环芳烃可能主要受吸附作用控制,而郊区的多环芳烃则可能受多种机制控制,如吸附作用、吸收作用和多层吸附.诊断参数值在粒径1～2.5μm和0.1～0.56μm存在较大差异;从浓度上看新垦13种多环芳烃的总浓度为39ng/m³,五山为71～94ng/m³,荔湾为32～154 ng/m³;从组成上看广州市大气颗粒物种多环芳烃以5～7环为主.     

广州市医院空气中苯系物的污染状况与来源解析

采用预浓缩色质联用系统对广州市4 家医院室内外空气中5 种苯系物(BTEX,即苯、甲苯、乙基苯、间/对－二甲苯、邻－二甲苯)进行了检测.结果表明,4 家医院的5 种BTEX 的总浓度平均值为10.61~253.35µg/m3.5 种BTEX 中,以甲苯的浓度最高,但均低于国家室内空气质量标准的阈值,也低于国外医院室内空气BTEX 的浓度.室内BTEX 浓度稍高于室外,多数采样点的室内浓度与室外浓度比值(I/O)大于1.0.除苯外,其他4 种BTEX 之间的相关性比较好,表明它们有共同的来源.主成分分析结果表明,医院室内空气中BTEX 的来源包括室内装修材料及汽车尾气.     

珠江广州河段表层水中雌激素化合物的污染状况

分析了珠江广州河段枯水期表层水中雌激素化合物的污染状况.结果表明,在所有样品中均检测出了双酚A(BPA)和雌酮(E1),其浓度范围分别为97.8-540.6 ng·1-1(中值为145.9 ng·1-1)和2.5-8.2ng·1-1(中值为4.5 ng·1-1);两种化合物的最高值都出现在前航道的东圃大桥,最低值则在黄埔水道的黄埔港,其空间分布主要与沿途生活污水和工业废水的排放有关.     

广州市灰霾期间大气颗粒物中无机元素的质量浓度

用ICP-MS测定K,Al,Fe,Mn,Cu,Pb 和Zn等27种元素的浓度,讨论了这些元素在灰霾与非灰霾期的浓度特征.结果表明, 广州市大气PM10中无机元素的质量浓度在灰霾期要高于非灰霾期,同时灰霾与非灰霾期间所测元素的分布特征基本一致,说明灰霾与非灰霾期间无机元素的来源基本上是一致的.富集因子法分析结果显示,来源于人为活动的Zn, Pb, As和Cu在灰霾期更容易富集.