多元竞争体系下的微界面动力学响应机理研究—以细颗粒泥沙吸附多元重金属离子铅、铜和镉为例

研究微界面动力学响应机理能更好地了解动力学扩散模式的内在机制.通过竞争吸附实验,采用微界面作用模式识别多元重金属离子铅、铜和镉在泥沙颗粒上的扩散模式,探究多元重金属离子的液相浓度和吸附速率变化规律,剖析多元竞争体系下的微界面动力学响应机理.结果显示,10 min前,多元竞争体系下离子的液相浓度和吸附速率变化较大,为快速吸附阶段,与扩散速率较大的膜扩散过程对应.10 min后,离子的液相浓度波动变化,吸附速率变化呈“N型”、“倒N型”、“W型”和“倒W型”特征,吸附解吸交替进行,不同竞争体系离子的液相浓度和吸附速率变化不同,进入孔隙的时间存在差异,此阶段为膜扩散和颗粒内扩散并存,不同竞争体系的离子的颗粒内扩散时间不一致.60 min后, 离子的液相浓度较稳定和吸附速率较小,微界面作用趋于稳定,为扩散速率较小的颗粒内扩散阶段.研究结果可为多元竞争体系的微观界面动力学响应机理提供理论支撑.     

基于3种时间序列模型的九龙江河流库区藻华预测

湖库富营养化和有害藻华是全球性生态环境问题,藻华预测与早期预警是保障湖库水源地供水安全的关键技术.如何基于高频水生态在线监测数据进行藻华的实时动态预测成为水生态管理领域的重大需求.本研究以福建省九龙江江东库区（水源地）为例,利用3年连续观测的逐时平均总叶绿素a浓度数据,对比研究了SARIMA、Prophet和LSTM（长短期记忆神经网络）3种时间序列模型在藻华（日平均叶绿素a大于15 μg?L^-1）预测方面的效果.结果表明：①时间序列模型要求参数少,灵活性强,能清晰反映水质特征和未来变化趋势,可弥补传统藻类监测预警方法的局限性;②基于深度学习框架的LSTM模型,具有独特的迭代优化算法,对藻类非线性变化特征的识别和预测能力较强,其总叶绿素a逐日预测和7日预测效果均显著优于SARIMA模型和Prophet模型;③输入数据长度会在一定程度上影响模型预测效果,最优的输入数据时间长度为7 d;输入数据频率对预测效果也有影响,在预测非藻华日时,小时数据的预测效果优于日频率数据;在预测藻华日时,两种频率数据 无显著差异,但日频率数据能更准确识别藻华日特征.总结起来,基于LSTM模型实现总叶绿素a浓度的短期预测,可为九龙江河流库区藻华早期预警和供水安全保障提供技术支撑.     

间歇-阶段性酸雨入侵对填埋稳定化飞灰中重金属浸出行为影响

以间歇-分阶段进水方式进行了模拟酸雨柱式动态淋溶实验.结果表明,间歇-阶段性酸雨入侵会影响填埋飞灰中Pb、Zn、Cu、Cr和Ni的浸出行为;尤其间歇停滞期后的初期酸雨入侵会增加多数重金属的再浸出水平,且该部分重金属的释放主要源于前阶段酸雨侵蚀过程中所形成的非稳定性（弱酸态）重金属.各酸雨侵蚀阶段,部分重金属（如Pb-Zn）的浸出行为具有相关性,这与各重金属在飞灰基质内的赋存形态、矿物相稳定性及酸性侵蚀程度等有关.各阶段酸雨入侵会相继溶出飞灰中的可溶性（NaCl、KCl等）、难溶性氯盐（CaClOH）以及微溶性钙盐（CaSO₄）,并增加CaCO₃和Ca-Al-Si-O等矿物的峰强.各阶段酸雨入侵会使初始飞灰表面的团簇状结构逐渐被酸性（H⁺）侵蚀作用破坏,并暴露出大量棒状或条形状CaCO₃晶体,且随着酸雨入侵次数的增加,CaCO₃也将逐渐被侵蚀破坏.本研究为非连续酸性降雨条件下填埋稳定化飞灰的重金属浸出行为评价及风险管控提供了科学依据.     

设施菜地土壤重金属累积及影响因素研究

为了解设施菜地土壤重金属累积规律及影响因,通过在全国8个省具有代表性的设施蔬菜产区采集土壤和肥料样品,系统研究了设施栽培年限、肥料施用、土壤性质对设施菜地土壤重金属Cu、Zn、Cd累积量及活度的影响.结果表明:与露天栽培相比,设施条件下随着栽培年限的延长,土壤Cu、Zn和Cd的全量和有效态浓度均呈明显的累积趋势,栽培年限>15a时的设施土壤Cu、Zn和Cd的全量和有效态浓度分别是露天栽培土壤的1.57、2.16、1.67、3.28、1.96、2.00倍.Pearson分析表明设施菜地土壤Cu、Zn、Cd均与土壤SOM呈极显著相关,说明其在来源上较强的相似性,进一步对设施栽培土壤主要投入品中Cu、Zn、Cd含量分析表明,猪粪、商品有机肥及土壤调理剂中Cu、Zn均超过了100mg/kg,Cd超过了1.0mg/kg,且投入量较大,是设施栽培土壤中Cu、Zn、Cd的主要贡献者,而秸秆和部分化肥(如尿素、硫酸钾)中的Cu、Zn、Cd含量均极低,对设施栽培土壤累积贡献微乎其微.pH值和CEC是影响Cu、Zn、Cd在土壤中累积活度的关键因素,其中随着pH值的升高土壤Cu活度表现了先升高后下降的趋势,而土壤Cd活度则表现了持续下降的趋势,仅在pH<6.26时达到了显著相关水平;土壤CEC的升高对土壤Cu活度表现了先下降后升高再下降的趋势,土壤Cd活度表现了先升高后缓慢下降再升高的趋势,而土壤Zn活度仅在CEC<5.83时随着CEC升高表现下降显著线性相关趋势.因此,防止设施栽培土壤Cu、Zn、Cd的累积与污染,选择重金属含量低的肥料和调控土壤理化特性(尤其是pH值、CEC)则是缓解设施栽培土壤重金属累积速率进而确保蔬菜质量安全的有效途径.     

基于光纤分布式测温的污水管道入流识别方法研究

针对排水管网物探检测需断水操作和无法对管道内部实时探查的问题,建立了一种基于光纤分布式测温的污水管道入流诊断方法,实现了无干扰条件下污水管道污水和雨水入流实时监控.采用感温光缆对选择的试验管段开展了时空高精度观测(空间精度1m、时间精度1min),获得了超过118万个管道水温数据.基于解析出的管道水温时空图像,提出了基于水温温差背景噪声值的入流定位方法;确定出无外部入流影响时管道水温空间和时间温差的背景噪声值分别约为±0.2℃和±0.5℃.采用水温图像降噪处理方法,自动识别出污水管道的旱天污水接入和雨天雨水接入事件,与现场调查结果一致.因此,该方法对污水管道入流的动态识别定位具有可靠性.     

重金属在灰尘及其水溶解相中的分布特征及其影响因素——以南昌市为例

以南昌市为例,分析了不同功能区和公交车站降尘及其水溶解相中重金属浓度的空间分布特征.同时结合多种分析技术,探究降尘及其水溶解相理化性质对降尘重金属在固-液相中分配行为的影响.结果表明:南昌市降尘及其水溶解相中总重金属浓度范围分别为310~4393μg/g和2.17~55.62μg/g.两相中重金属的空间分布可能受到车流量较大的交通干线和汽车轮胎零件磨损的影响,其高值区主要分布于南昌县政府、部分高校以及客运站、驾校附近.风险评价的结果表明,南昌市降尘重金属综合生态风险总体处于中等水平,且Cr和As具有一定的致癌风险.溶解态中重金属所占百分比(K值)的排序为:Ni>Mn>Cu>As>Cr>Zn>Pb,K值的空间分布高值区多分布于人口密集地区、交通道路以及汽车客运站附近.大部分降尘及其水溶解相的理化性质与Pb、As、Mn具有显著正相关关系,降尘溶解相中较高的溶解性有机碳和腐殖化程度对重金属向溶解相中的释放具有重要作用.     

不同氧化还原条件下土壤中Cd/Zn/Cu共运移特征及数值模拟

以重金属离子镉（Cd）、锌（Zn）、铜（Cu）为研究对象,通过室内土柱混合置换实验和数值模拟方法,分析了5种不同氧化还原电位（E_h）对Cd、Zn、Cu在土壤中运移的影响.结果表明,不同E_h下,Cu的竞争吸附能力均大于Cd和Zn,移动性较小;并产生了“滚雪球效应”,导致出流液中Cd和Zn的浓度大于输入浓度.与原土相比,E_h的增加或降低均促进了Zn、Cd的迁移速率,但对实验周期内回收率的影响不同;E_h的增加促进了Cu的迁移.两点非平衡模型（TSM）和单点非平衡吸附模型（OSM）较好地模拟了重金属的迁移,且进一步表明了土壤对重金属的吸附受吸附反应速率的限制（f<0.7）.在复合污染土壤评价和防治中,不仅要考虑E_h的影响,还要关注由竞争吸附所产生的浓度叠加效应,避免低估重金属的污染风险.     

天山北坡经济带土壤重金属来源及污染评价

为定量识别与评价天山北坡经济带中奇台、吉木萨尔、阜康等地区土壤重金属来源与生态风险,对该区域171个表层土壤中Zn、Cu、Cr、Pb、Hg、As和Cd7种常见重金属的含量进行测定.运用统计学方法、主成分分析、正定矩阵因子分解（PMF）与潜在生态风险指数进行重金属污染程度评价以及来源分析.结果表明,研究区土壤Zn、Cu与Cr之外,Pb、Hg、As和Cd分别超过了新疆土壤背景值4.1、2.0、8.0和48.0倍;与国家土壤重金属风险筛选值相比,Zn、Cr和Hg浓度在安全范围内,Cu与Pb有少部分样点污染较严重,超出筛选值,As与Cd平均值分别超出筛选值的3.09倍与19.17倍.污染来源分析结果显示研究区土壤中的重金属元素主要来自于燃煤源、交通运输、大气降尘、农工业排放和自然因素.生态风险评价结果分析表明,Zn、Cu、Cr和Pb处于轻微风险状态;Cd处于极高风险水平;73.68%的Hg处于中等风险,18.71%处于高风险;43.86%的As生态风险处于中等风险,51.46%处于高风险.综合潜在生态指数介于472~2575.69,Cd对综合潜在生态指数贡献率达到了89.24%,其次是As与Hg,表明研究区Cd对土壤生态环境危害很大,As与Hg也需要特别引起重视.     

Source identification, contamination status and health risk assessment of heavy metals from road dusts in Dhaka, Bangladesh

In this study, concentrations of Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, Cd and Pb were determined in road dusts collected from different locations in Dhaka to assess source, contamination status and health risk. Energy-dispersive X-ray fluorescence spectroscopy and energy-dispersive X-ray spectroscopy were used to determine Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, Cd and Pb and their mean concentrations were 162.27 ± 29.46, 721.18 ± 180.14, 35.65 ± 12.55, 104.56 ± 128.33, 515.32 ± 321.90, BDL, and 342.82 ± 591.20 mg/kg, respectively. Among the heavy metals, highest concentrations of Cu, Zn and Pb were found at urban sites-7 (municipal waste dumping) and 8 (medical waste incineration). Highest concentration of Cr followed by Cu and Zn was found at site-5 (Tejgaon, urban). Principal component analysis revealed that anthropogenic activities are the potential sources for Cr, Ni, Cu, Zn and Pb while earth crust for Mn. Pollution index and pollution load index results suggested that all the sites were contaminated and/or degraded by Cr, Cu, Zn and Pb except sites-9 (urban), 10 (sub-urban), 11 (rural) while sites-7 and 8 (urban) were extremely degraded. For noncarcinogenic health risk, hazard quotient values for dermal were higher compared to that of inhalation/ingestion. Though hazard index values were less than 1 at all the sites, these were at least one order of magnitude higher for children group than that of adult group, thus the children group may face more noncarcinogenic health risk at sites-7 and 8. Values of incremental lifetime cancer risk were from 10⁻⁹ to 10⁻¹¹ showed no carcinogenic health risk by road dusts contaminated with the heavy metals.     

Novel eco-friendly spherical porous adsorbent fabricated from Pickering middle internal phase emulsions for removal of Pb(II) and Cd (II)

Spherical porous materials prepared from the emulsion template used in the water treat-ment have displayed a vast prospect,as the high surface area,abundant porous structure,convenient operation and excellent adsorption performance.But the tedious fabrication process,high consumption of organic solvent and surfactant limited the application widely.Herein,a facile and eco-friendly spherical porous adsorbent (SPA) is fabricated from the green surfactant-free (corn oil)-in-water Pickering medium internal phase emulsions (Pick-ering MIPEs) via the convenient ion crosslinking procedure.The Pickering MIPEs synergis-tically stabilized with the semi-coke (SC),which is the natural particle produced from the shale oil distillation,and sodium alginate (SA) has excellent storage and anti-coalescence stability.The as-prepared porous adsorbent possessed the abundant pore structure,which provided favorable conditions for effective mass transfer in adsorption,and could be tuned by varying the SA dosage.The saturation adsorption capacities of Pb(Ⅱ) and Cd(Ⅱ) can be achieved with 460.54 and 278.77 mg/g within 45 min at 25℃,respectively.Overall,this study supplied a viable and eco-friendly route for fabricating the spherical porous adsorbent with a tunable porous structure for heavy metal ion wastewater.