零价铁-反硝化菌在地下水硝酸盐污染修复中的应用

综述了应用零价铁-反硝化菌复合体系去除地下水中硝酸盐氮污染的研究进展.脱氮技术主要包括物理化学法、化学还原法和生物反硝化法,但单独使用任何一种方法都无法得到令人满意的处理效果.以零价铁在水中厌氧腐蚀所释放的氯气供给微生物进行反硝化,可以同时解决这两种技术单独使用时所存在的弊端.在此复合体系中,主要反应包括产氨、析氢和反硝化,降低脱氮产物中的氨氮比例就要减少产氨反应的发生几率.此外,使用纳米铁代替零价铁和反硝化细菌复合,可以大大提高脱氮反应速率.然而,该技术的研究在国内外尚处于起步阶段,在反应机理、产物控制、条件优化等方面都存在不足,还需要深入研究.     

纳米铁系材料与反硝化细菌复合去除地下水硝酸盐氮研究

采用不同液相还原法制备了纳米Fe、纳米Fe/Ni和油酸钠包覆型纳米Fe粒子,并将其与反硝化细菌复合应用于地下水中硝酸盐氮的去除研究中.分别考察了不同纳米铁系材料与反硝化细菌复合体系去除硝酸盐氮的反应速率及对脱氮产物生成的影响.同时,从核糖核酸(RNA)水平考察了不同纳米铁系材料对反硝化细菌的影响.结果表明,纳米Fe/Ni复合体系脱氮速率最快,6d内对硝酸盐氮的去除率可达到100%,最终产物主要为氨氮,占体系总氮的69%;而纳米Fe和油酸钠包覆型纳米Fe复合体系9d可将硝酸盐氮100%去除,氨氮的转化率分别为52%和16%.另外,从反应前后反硝化细菌总RNA浓度的变化情况看,纳米Fe/Ni复合体系、纳米Fe复合体系和油酸钠包覆型纳米Fe复合体系的反硝化细菌总RNA浓度分别降低了93%、40%和34%,可见3种纳米铁系材料对反硝化细菌毒性大小顺序为:纳米Fe/Ni纳米Fe油酸钠包覆型纳米Fe.     

我国南方水稻产地镉环境质量类别划分技术

针对我国耕地质量类别划分技术及方法体系不完善的现状,提出应用物种敏感性分布法（SSD）基于不同保护率建立"优先保护类、安全利用类和严格管控类"的土壤镉划分阈值,并对其合理性和科学性验证.结果表明,我国南方水稻产地土壤pH、土壤有机质（SOM）和阳离子交换量（CEC）对水稻富集镉的影响均达到了极显著水平（P<0.01）,并由其构建的三因子生物有效性模型可解释水稻富集系数62.0%的变异;水稻对镉的SSD曲线表明,不同水稻品种对镉的敏感性差异明显,主要与其基因型相关;依据SSD曲线基于保护率为80%和5%推导出我国南方水稻产地"优先保护类和严格管控类"的土壤镉划分阈值分别为0.26 mg·kg^-1和1.67 mg·kg^-1,且当土壤镉≤0.26 mg·kg^-1时划分为优先保护类耕地,土壤镉≥1.67 mg·kg^-1时划分为严格管控类耕地,土壤镉介于0.26~1.67 mg·kg^-1时划分为安全利用类耕地,并通过134组独立数据验证其具有一定合理性和科学性.本研究表明应用SSD法对我国南方水稻产地镉环境质量类别划分时体现出较好的普适性、科学性和合理性,同时可为我国农用地土壤环境质量类别划分技术及方法体系的建设和完善奠定坚实的工作基础.     

农用地土壤重金属生态安全阈值确定方法的研究进展

农用地土壤重金属生态安全阈值作为农用地土壤环境质量基准制定的重要依据,近年来随着多学科的共同发展,农用地土壤重金属生态安全阈值的确定方法变得越来越完善,但目前对其的研究综述却鲜见报道。因此,文章综述了农用地土壤重金属生态安全阈值的确定方法,详细阐述了点模型、概率模型以及经验模型中的代表方法在确定农用地土壤重金属生态安全阈值方面的概念、原理、发展及应用,并深入探讨了各方法的适用情况和优缺点,系统分析了各方法在确定农用地土壤重金属生态安全阈值时的不确定性及影响因素,最后在前人的研究基础上提出了今后的主要发展方向,以期为我国农用地土壤环境质量标准的完善与细化及农用地土壤其他污染物生态安全阈值的确定提供参考依据。     

对比施用生物炭和肥料对土壤有效镉及酶活性的影响

采用盆栽试验,研究了施用有机肥、菌肥、海藻肥及生物炭对土壤性质、土壤有效态镉含量、土壤酶活性、油菜Cd含量的影响.研究表明,使用4种修复材料均可降低土壤p H,增加土壤中有机质、速效N、速效P、速效K的含量;4种不同的修复材料均可降低土壤有效态镉含量及油菜中镉含量,其中有机肥的作用最为显著,可使土壤及油菜的镉含量分别降低25.5%—42.5%和16.4%—27.5%.添加有机肥、生物炭、菌肥可使土壤过氧化氢酶活性显著增加,而海藻肥的加入则降低了土壤过氧化氢酶活性.有机肥加入对过氧化氢酶的增加效果最为显著,增幅达34.2%—73.3%.有机肥可以使土壤磷酸酶活性降低22.2%—40.0%,而生物炭和菌肥对磷酸酶的活性无显著性影响.海藻肥低浓度时,土壤磷酸酶活性下降,高浓度时其活性增加.有机肥、菌肥、海藻肥的施入均可显著增加蔗糖酶的活性,而生物炭的施入会降低蔗糖酶活性.通过对土壤有效Cd、3种酶活性与土壤理化性质的相关性分析发现,土壤过氧化氢酶和磷酸酶活性与土壤速效N的含量在0.01水平上显著相关.     

纳米铁-微生物耦合体系去除硝酸盐的影响因素研究

采用液相还原法制备出纳米铁粒子,并与自养反硝化细菌耦合,以解决单独使用生物反硝化和纳米铁还原法的不足。本实验在纳米铁-微生物耦合体系可以有效还原硝酸盐的基础上,研究了pH、温度和DO等环境因素对该耦合体系脱氮速率和产物的影响,以期通过优化参数达到最好的脱氮效果。结果表明,该体系在中性条件下能够快速将硝酸盐还原,随pH升高,氨氮比例无显著变化,均在40%左右,但还原速率有所下降;随温度的升高,氨氮比例有所上升,而反应速率明显升高,但该体系在5℃时仍能将硝酸盐完全去除;耦合体系中的DO过高或过低都会导致产物中氨氮比例的增加,0.4 mg/L左右为较适宜DO水平,但对硝酸盐还原速率的影响不大,当DO为0.8 mg/L时,硝酸盐仍可以在8 d内完全去除。因此,该耦合脱氮体系对pH、温度和DO的适应能力较强,有利于实际地下水的原位修复。     

藻类絮凝体形态学特征及其与气浮的关系研究

采用聚合氯化铝(PAC)作为混凝药剂,利用混凝-气浮技术去除水中铜绿微囊藻(MA),用图像法对絮凝体的分形维数进行测定,分析不同混凝条件下的气浮除藻效果以及PAC-MA絮凝体的形态学特征,并探讨两者的关系.结果表明,在快速混合搅拌强度和时间分别为500 s-1和1 min,回流比为10%条件下,PAC最佳投药量范围为5.6-9.8 mg/L Al2O3,最佳点为8.4 mg/LAl2O3;最佳的絮凝反应搅拌强度范围为50～80 s-1,最佳点为50 8-1;最佳的絮凝时间范围为5～8 min;投药量、絮凝反应搅拌强度及时间对PAC-MA絮凝体形态有着显著影响,在最佳混凝条件下,絮凝体的二维分形维数D2较小,在1.168 8～1.235 7之:间,相对应的絮凝体的平均粒径较大,在300～500 μm之间;在适当的混凝条件下,结构疏松,枝权较多,尺寸较大的PAC-MA絮凝体与气泡粘附效果好,容易气浮去除.     

叶菜类蔬菜产地镉环境质量类别划分技术研究

以农业农村部环境监测总站对我国主要叶菜类蔬菜产地的例行监测数据为基础,综合考虑种类和土壤理化性质的影响,深入探讨了应用物种敏感性分布法（SSD）基于不同累积概率建立我国叶菜类蔬菜产地“优先保护类、安全利用类和严格管控类”的土壤镉环境质量类别划分阈值,并对其合理性验证.结果表明：pH值、阳离子交换量（CEC）和土壤有机质（SOM）对叶菜类蔬菜富集镉的影响均达到了极显著水平（P<0.01）,并由其构建的三因子生物有效性模型为lgBCF=-0.122pH+0.025lgSOM-0.048lgCEC+1.252（R²=0.746,P<0.01,n=134）,可解释叶菜类蔬菜富集系数74.6%的变异;利用上述模型将不同土壤理化性质条件下叶菜类蔬菜镉的生物富集系数（BCF）归一化处理可最大程度降低土壤理化性质对其富集镉的影响,凸出叶菜类蔬菜的内在敏感性;利用归一化后的BCF通过log-logistic拟合函数构建SSD曲线得到,不同叶菜类蔬菜种类对镉的敏感性差异明显;依据SSD曲线基于保护80%、50%和5%的叶菜类蔬菜种类分别推导出pH≤6.5、6.5相似文献   

农田土壤重金属垂直分布迁移特征及生态风险评价

为探讨农田土壤环境中重金属的垂直分布迁移特征及潜在生态风险,以我国湖南省湘潭县某镇为研究对象,系统分析了8种常见毒性重金属（Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、As、Hg、Ni）在农田土壤剖面中的含量及垂直分布迁移特征,并通过Hakanson潜在生态风险指数法对其进行评价。结果表明:研究区域土壤Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、As、Hg和Ni均有一定积累,但仅有表层土壤Cd含量均值为0.59 mg/kg,超过了土壤污染风险筛选值（0.3 mg/kg,pH<5.5）,说明该区域农田土壤表层受Cd污染;分析农田土壤剖面重金属的垂直分布迁移特征得到,除Cr和Ni外,Cu、Zn、As、Cd、Hg和Pb 6种重金属主要富集在表层;重金属的潜在生态风险单项系数评价中,Cd在表层和中层土壤中表现为强生态危害,底层表现为中等生态危害,而Cr、Ni、Cu、Zn、As、Hg和Pb在表层、中层和底层土壤中均表现为轻微生态危害,表明Cd是该区域不同土层中的主要生态风险因子;综合潜在生态风险指数评价表明,研究区域表层土壤为中等生态危害,中层和底层土为轻微生态危害。综上,该区农田土壤表层重金属生态风险较高,主要由Cd污染引起,应当采取农艺调控或替代种植等安全利用措施进行风险管控,以保障农产品质量安全。     

长期放射性环境下微生物群落多样性变化

针对某铀尾渣库,通过深层垂直钻井方式采集了多个点位不同深度的铀尾渣样品,基于Illumina Miseq高通量测序技术研究了库区微生物群落的三维空间分布,阐释了长期放射性环境下微生物群落的多样性变化和环境因子的相关关系.结果表明,铀尾渣样品间的理化性质差异显著,放射性环境显著降低了微生物多样性水平,但仍存在优势菌群（丰度>5%）,在门水平上依次为变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）,而属水平上节杆菌属（Arthrobacter）和酸杆菌属Gp16表现出较强的耐放射性能力.微生物群落RDA冗余分析显示放射性核素²¹⁰Po、²¹⁰Pb、U,金属元素Mn、Ca以及pH值、SO₄^2-等多种环境因子均对铀尾渣中微生物群落分布影响较大.本研究结果揭示了长期放射性核素环境下的微生物群落演替规律,为发掘潜在生物修复菌种提供理论基础.