缺氧条件下土壤砷的形态转化与环境行为研究

采集张士污灌区0～100 cm深的土壤并在实验室里负载低浓度的砷,采用不加硫和加硫对比研究了厌氧条件下土著微生物对土壤中砷的形态转化、环境行为影响及其机制.结果表明,在不外加硫酸盐条件下厌氧培养8 d后,微生物还原作用造成砷的大量还原和释放,释放的砷70%以上是以As(Ⅲ)形式存在,尤其20～40 cm深度土壤砷的释放量明显高于其它层土壤,As(Ⅲ)和As(T)分别达到892.8μg.L-1和1 240.6μg.L-1.与非生物对照相比每层土中盐酸可提取的砷总量都大大降低,且盐酸提取的As(T)几乎全部转化为As(Ⅲ).伴随砷的释放,铁发生还原和释放,溶解态的亚铁基本都在40 mg.L-1以上,不同土层固相中亚铁离子的量都在9.0～13.4 g.kg-1范围内,固相盐酸可提取态总铁中亚铁离子所占的比例基本都在50%以上,说明微生物还原作用造成固相中铁氧化物发生还原性溶解和矿物结构转化.当体系中添加10 mmol.L-1的硫酸盐时,每层土的生物培养体系中铁的释放几乎完全被抑制,砷和铁浓度也减少了50%.与不加硫生物培养体系相比,固相中盐酸可提取的砷量减少了50%,一部分砷被转化为稳定的硫化物As2S3而固定.可见在硫酸盐不足条件下微生物还原作用可造成砷被还原、活化和释放,而补充土壤中硫酸盐的量可促使微生物还原/活化的砷转化成更加稳定的形态,稳定的硫化物矿物As2S3是土壤微生物固定砷的重要途径.     

Cd胁迫下As污染土壤对农作物生长及农产品安全性的影响

采用盆栽实验的方法研究了在Cd胁迫下As污染物对水稻(Oryze sativa L.)、大豆(Glycine mdx L .)生长发育及重金属吸收积累的影响,As-Cd污染土壤采用不同改性剂对农产品安全性的影响研究.研究结果表明:单元素As处理与对照相比水稻株高降低了10.3锄、产量下降了9.8%,而大豆株高、产量分别增加了6 cm、36.9%,在实验设计污染物浓度范围内,As对大豆生长发育有刺激作用.As-Cd处理与对照相比水稻的株高、产量分别下降了2.3 cm、1.75%,而大豆株高、产量下降了12 cm、5.6%,As-Cd污染处理抑制了作物的生长发育;As-Cd处理比单元素As处理其水稻籽实、茎叶、根中As含量分别多4.2倍、1.14倍、1.7倍,As-Cd处理比单元素As处理大豆籽实、茎叶、根中As含量分别多4.63倍、2.82倍、1.85倍,Cd元素的存在对水稻、大豆吸收As具有协同作用;采用腐殖酸4%、pH4处理改性措施使土壤中有效态As含量降低,降低了As对农作物的健康风险.     

沉积物中颗粒态镉的赋存形态对文蛤富集效性的影响

利用颗粒物悬浮系统研究了沉积物中Cd的特定赋存形态(如氢氧化铁结合态、氢氧化铝结合态、二氧化锰结合态)对其在文蛤体内富集速率的影响.结果表明,结合于沉积物中不同组分Cd的生物有效性存在明显差异.在Cd浓度为70 mg/kg时,22 d富集实验中氢氧化铁结合态和氢氧化铝结合态Cd在文蛤体内均没有明显的积累,而二氧化锰结合态Cd在文蛤体内有明显的富集,其富集速率为(0.009 4±0.001 0)μg/(g.d)(r2=0.853 9,p0.000 1).在Cd浓度为140 mg/kg时,氢氧化铁结合态Cd仍然无法被文蛤吸收,氢氧化铝和二氧化锰结合态Cd则可以被文蛤富集,其富集速率分别为(0.016 6±0.001 7)μg/(g.d)和(0.024 8±0.001 7)μg/(g.d).不同赋存形态Cd的生物有效性表现为:Cd-MnO2Cd-Al(OH)3Cd-Fe(OH)3.对于不同赋存形态的Cd,吸收效率(AE)和摄食率(IR)的差异导致了其生物有效性的不同.     

地下水中阴离子对球磨零价铁除砷影响

研究了不同浓度下几种阴离子（NO₃^-、SO₄^2-、H₂PO₄^-、SiO₃^2-）对球磨零价铁（BZVI）除砷规律的影响,探讨了上述阴离子对BZVI氧化As（Ⅲ）能力的影响,三价砷及五价砷的转化机制,及BZVI腐蚀产物.研究证实,不同浓度的NO₃^-和SO₄^2-对砷去除效率影响不显著,但是随着H₂PO₄^-和SiO₃^2-浓度升高,溶液中As（V）分别由25.1%上升到83.6%和下降到3.8%;通过SEM和拉曼光谱分析发现,H₂PO₄^-促进BZVI的腐蚀,导致As（Ⅲ）氧化能力增强;而铁表面形成二氧化硅聚合物或非晶固相则是SiO₃^2-降低BZVI对砷氧化和吸附能力的主要机制.     

地下水污染识别与溯源指示因子研究进展

地下水污染识别与溯源是开展地下水环境保护的重要基础.由于地下水系统的隐蔽性、复杂性以及污染物的多样性和多源性,使得地下水污染识别与溯源研究面临挑战.如何快速判断地下水是否受到污染以及准确识别污染来源是地下水污染识别与溯源研究的关键.通过调研国内外相关研究,梳理地下水污染识别与溯源指示因子,探讨了这些指示因子的研究现状及适用条件,发现稳定同位素是污染溯源中最常用的工具,卤化物作为常规水化学指标的代表,适用于污水影响等部分特定场景,新污染物、人为来源稀土元素等的检出是地下水受到人为污染的直接证据.由于地下水污染来源的复杂性,多指示因子与多技术手段联合使用对于准确识别污染过程与来源尤为重要,是未来研究的重点.      

Cd和Cu在草甸棕壤-植物系统中行为特性的研究

在沈阳生态站开展了重金属迁移积累行为特性的试验研究，探讨了不同重金属元素在土壤及作物体内迁移积累变化规律。外源重金属元素Cd、Cu施入土壤后，无论是低剂量还足高剂量处理，水田土壤Cd元素已迁移到45cm的深度，而Cu元素迁移到30cm的深度。早田土壤低剂量和高剂量处理Cd迁移到30cm，而Cu元素只有高剂量处理迁移到30cm的深度。土壤Cd、Cu元素向下层迁移的量微乎其微，重金属元素大多滞留在土壤表层。水稻、玉米吸收的Cd大部分积累在作物体的根和茎叶中，而Cu大部分积累在作物体的根系中，Cd、Cu籽实吸收量占植物体总吸收量的1．16％～3％。水稻、玉米地上部吸收Cd的量〉地卜部吸收Cu的量，在作物体中Cd的迁移能力强于Cu的迁移能力。     

基于级别差法的地下水水质评价方法筛选技术研究

地下水水质评价是地下水污染防控和水环境管理的基础.不同评价方法会得到不同的评价结果,因此如何选择合适的评价方法至关重要.目前,缺乏科学、客观的地下水水质评价方法筛选技术.基于此,以洛阳市为例,采用内梅罗指数法、模糊综合评价法和基于免疫进化算法优化的普适法（简称"普适法"）3种方法开展地下水水质评价,通过建立级别差方法,定量筛选最适用评价方法.结果表明:①模糊综合评价法-内梅罗指数法、普适法-模糊综合评价法、普适法-内梅罗指数法3种统计方法计算得到的级别差小于0的比例占比分别为34.62%、19.24%和46.16%,大于0的占比分别为19.23%、23.07%和26.92%,因此模糊综合评价法评价得到的地下水水质级别 < 普适法评价得到的地下水水质级别 < 内梅罗指数法评价得到的地下水水质级别.②模糊综合评价法最适用于研究区地下水水质现状评价,采用该方法评价得到研究区地下水水质分为优良（Ⅰ类）、良好（Ⅱ类）、较好（Ⅲ类）、较差（Ⅳ类）和极差（Ⅴ类）5类（参照GB/T 14848-2018《地下水质量标准》）,以良好和较好水质为主,造成地下水水质较差的组分主要为COD_Mn、总硬度、硝酸盐和汞.研究显示,级别差法可作为定量的地下水水质评价方法筛选技术,能够为地下水水质评价研究提供新的思路.      

负载型纳米铁吸附剂去除饮用水中As(Ⅲ)的研究

以活性炭为载体,利用液相还原方法制备了一种负载型纳米铁吸附剂,载入量(Fe/炭)为82.0 mg/g.纳米铁在活性炭孔内呈针状,其直径为30～500 nm,长度为1?000～3?000 nm.该吸附剂在pH 6.5,(25±2)℃,As(Ⅲ)初始浓度为2 mg/Ｌ,吸附剂用量为1.0 g/Ｌ时,As(Ⅲ)的去除率为99.86%,吸附剂的砷吸附容量为1.997 mg/g;吸附速率在前12 h较快,可达94.3%,72 h达到吸附平衡.吸附过程中As(Ⅲ)部分被吸附剂氧化.PO^３－₄、SiO^２－_３对As(Ⅲ)的去除抑制较大,而SO^２－₄、CO^２－_３、C₂Ｏ^２－₄等离子对砷的去除影响较小.吸附平衡后的吸附剂可以用0.1 mol/Ｌ NaOH溶液洗脱再生,再生效率较高.室内实验数据表明,该吸附剂在饮用水除砷领域具有较好的应用前景.     

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。