硫化锰纳米颗粒高效去除重金属镉

中国镉污染问题日益严峻,开发高效的镉吸附剂,是解决环境镉污染问题的重要技术手段。采用共沉淀方法合成了硫化锰纳米颗粒,研究了其对重金属镉的吸附行为,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、高分辨透射电镜(HR-TEM)、比表面积(BET)等技术手段探究了硫化锰纳米颗粒的形貌、化学组分以及镉的去除机制。结果表明,MnS纳米颗粒呈球状,平均粒径100 nm,比表面积30.56 m~2·g~(-1)。MnS纳米颗粒对Cd~(2+)的吸附动力学数据较好地符合伪二级动力学模型;吸附等温线数据较好地符合Langmuir模型,说明MnS对Cd2+的吸附是以化学吸附为主的单分子层吸附。使用Langmuir拟合的MnS饱和最大镉吸附量为349.6 mg·g~(-1),在众多镉吸附材料中处于前列。对于模拟工厂重金属废水的处理,MnS纳米颗粒可以在5 h内使镉的浓度由60 mg·L~(-1)降至国家规定排放线以下(0.1 mg·L~(-1)),且吸附过程中水体pH稳定,对水体干扰小。在多种重金属离子共存的情况下,仍可以达到接近100%的Cd~(2+)去除率。硫化锰相对稳定,在空气中放置30 d仍有80%的镉去除率。较高的离子交换量形成CdS沉淀是MnS高效去除镉的主要原因。     

模拟升温对冰川前缘地微生物种群的影响

由于全球变暖影响,冰川处于不断退缩状态.本研究以天山乌鲁木齐河源1号冰川前缘地3个不同退缩年代的土样为研究对象,设置2个温度处理,分别为5℃与15℃,通过150d室内培养实验,探讨升温对冰川前缘地微生物种群的影响.结果表明,在原始样品中,随土壤样品退缩年代的增加,土壤总碳氮含量增加,微生物的数量及α多样性增加. 150d培养实验结果表明:细菌、古菌拷贝数随升温发生变化,但改变未达显著水平.此外,升温改变微生物群落结构,且对不同样点微生物群落结构影响不同.通过对升温后变化显著的优势OTUs进行分析,退缩年代较短的样点对升温响应更为明显,主要表现为Thiobacillus属相对丰度的升高.结果表明,冰川前缘地微生物对变暖响应的土壤异质性,其结果可为高山冰川地区升温下微生物的特征变化提供参考信息.     

白洋淀上覆水及沉积物中微塑料赋存特征

为探究我国白洋淀淡水环境中微塑料的赋存特征,于2021年10月通过野外采样、实验室预处理、显微镜观察和激光红外光谱测定等方法鉴定了淀区10份上覆水及10份沉积物样品中微塑料的丰度分布、形状、粒径和聚合物类型,并通过Stokes沉降公式研究了微塑料在上覆水-沉积物界面的沉降规律,对其污染特征及潜在来源进行分析.结果表明,淀区上覆水及沉积物中微塑料丰度范围分别为474～19 382 n·m^-3和95.3～29 542.5 n·kg^-1,平均值为6 255.4 n·m^-3和11 088 n·kg^-1.上覆水中的微塑料主要聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯[PET,(17.20±0.26)%],沉积物中微塑料以氯化聚乙烯[CPE,(46.11±1.30)%]为主.淀区内微塑料的沉降速度从0.079 3～111.754 7 mm·s^-1不等,粒径大的颗粒沉降速度较高,易沉降并保留在沉积物中.研究区微塑料污染主要来源为洗涤废水产生的纺织纤维排放,船舶漆、船舶橡胶和建筑材料磨损等过程.     

不同含磷化合物修复铅污染土壤后的人体健康风险评价

磷酸盐钝化铅是铅污染土壤的重要修复技术之一.但磷酸盐修复土壤铅污染后,土壤铅对人体的健康风险仍缺乏系统研究.本研究通过向铅污染土壤添加五种不同的含磷化合物(KH_2PO_4、NH_4H_2PO_4、CaHPO_4,植酸和卵磷脂),分析了其对铅污染土壤的钝化效果,运用in vitro和SHIME模型评估修复后土壤铅对人体的健康风险.结果表明,添加含磷化合物30 d后,五种处理均有效降低了铅的DTPA和CaCl_2可提取态,分别降低了62.5%—66.5%和27.8%—49.5%,其中植酸和CaHPO_4处理效果较好,卵磷脂处理效果较差.5种处理中,铅的生物可给性在胃、小肠和结肠阶段有显著差异,分别为8.67%—9.31%、0.88%—1.55%、2.06%—2.76%,由于受pH的影响,铅在胃阶段生物可给性最高且各处理之间差异不明显,在小肠阶段KH_2PO_4处理土壤铅的生物可给性最低,卵磷脂处理铅的生物可给性最高,结肠阶段NH_4H_2PO_4处理土壤铅的生物可给性最低,卵磷脂处理铅的生物可给性最高.结肠阶段铅的生物可给性均高于小肠阶段的,可见肠道微生物促进了土壤中Pb的溶出,提高了铅的生物可给性,增加了人体的健康风险.在添加同等含量的含磷化合物修复铅污染土壤后,KH_2PO_4处理对人体健康风险最小,卵磷脂最大.     

底栖藻对水丝蚓生物扰动效应的抑制研究

霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri)是富营养化湖泊中的底栖动物优势种,通过生物扰动可以提高水体营养盐浓度,并促进浮游植物生长.富营养浅水湖泊经生态修复后,水体透明度会得到改善,有利于底栖藻快速生长,从而降低水体营养盐水平.那么,底栖藻能否抑制水丝蚓对富营养水体水质的不良影响?为此,本文开展了双因素(底栖藻和水丝蚓)的室外受控实验,结果表明:在无底栖藻处理中,水丝蚓显著提高了水体总氮(TN)、总磷(TP)、总溶解磷(TDP)和叶绿素a(Chl-a)浓度,同时显著降低水体溶解氧(DO)浓度;而在有底栖藻处理中,水丝蚓对水体TP、DO及Chl-a浓度的影响不显著.研究结果表明,水丝蚓的生物扰动提高了水体营养盐和浮游植物浓度,促进水体富营养化.但底栖藻群落的发展能在一定程度上抑制水丝蚓的生物扰动效应.     

微波强化Fenton技术对焦化废水生化出水的深度处理

针对焦化废水生物处理后COD难于达标排放的问题,以焦化废水生化出水为对象,对微波强化Fenton技术(频率915 MHz)的深度处理效果和反应机理进行了探讨。结果表明:在Fe~(2+)和H_2O_2投加量分别为1.8 mmol·L~(-1)和15.6 mmol·L~(-1)条件下,Fenton处理方法对COD的最佳去除率仅为18%,利用微波强化Fenton技术对COD的去除率可提升到77%,出水COD可降至52 mg·L~(-1),满足《炼焦化学工业污染物排放标准》;通过比较Fenton和微波强化Fenton反应出水过滤后的COD,发现Fenton反应对COD的去除率可由18%提升至72%,表明泥相可进一步吸附部分COD;而微波强化Fenton反应的COD去除率仅略微提高至81%,表明氧化是微波强化Fenton反应的主要作用机理,这可能与微波辐射通过热效应或非热效应可加快羟基自由基的生成、从而提高了氧化反应效率有关。以上结果表明,微波强化Fenton反应是焦化废水达标排放的一种可供选择的技术,可为目前我国焦化废水处理和达标排放处理技术的选择提供借鉴。     

基于水经济价值的长江口环境流量探讨

适宜的环境流量对于维持河口生态系统稳定以及保障区域社会经济用水需求有着重要意义。论文以探讨水资源优化配置条件下长江口适宜环境流量为目的,基于水经济价值分析构建了长江中下游水资源优化配置模型,分析了区域缺水量以及环境流量约束的影子成本随长江口环境流量约束的变化。结果表明：当环境流量约束超过临界值后,区域缺水量不断增加,且环境流量约束产生非零影子成本;通过区域供水目标和环境流量约束的影子成本图确定长江口适宜环境流量的上限和下限,得到20%、50%、75%及95%水资源保证率下,长江口适宜环境流量分别为27.10×10⁹~29.65×10⁹、25.50×10⁹~27.12×10⁹、23.08×10⁹~24.62×10⁹及17.72×10⁹~19.65×10⁹ m³/月;该环境流量标准可以满足一定目标下长江口的生态需求。     

GCM预测情景下中国21世纪干旱演变趋势分析

未来气候变化情景下,我国干旱事件发生的趋势具有诸多不确定性。基于国际耦合模式比较计划第五阶段（CMIP5）中6个GCM模式的未来气候变化情景数据,采用帕尔默干旱指数（Palmer Drought Severity Index,PDSI）,评估了21世纪RCP （Representative Concentration Pathway） 4.5和RCP 8.5情景下我国干旱事件发生的时空变化特征。结果表明：21世纪中后期,由于气候显著变暖而降水变化不稳定,我国将面临广泛的干旱化趋势,其中干旱频次、持续时间和强度都呈显著上升趋势。相对于基准期,干旱事件的空间格局也将发生变化,其中北方地区干旱事件历时和频次明显增加,而南方严重干旱事件的强度加剧。尽管未来气候变化情景下降水小幅增加,但仍不能扭转因增温所导致的区域干旱化趋势。因此,在制订和实施应对气候变化的旱灾预防、减缓及适应性方案和措施时,需要考虑气温和降水变化时空不匹配等因素的影响,从水热两方面调控干旱的不利影响。     

基于QMEC分析的青藏高原不同类型冰川前缘地土壤微生物功能潜力

微生物通过多种功能代谢过程主导着因气候变暖裸露的冰川前缘地土壤元素的地球化学循环.以青藏高原的海洋型冰川、亚大陆型冰川和极大陆型冰川的前缘地土壤为研究对象,分析不同类型冰川前缘地土壤的微生物功能特征.依次选择玉龙冰川、天山乌鲁木齐1号冰川和老虎沟12号冰川作为三类冰川的典型代表,采用高通量功能基因芯片(QMEC)检测土壤微生物的功能基因特征.结果表明,在三类冰川前缘地土壤中,半纤维素降解基因和还原型乙酰辅酶A途径相关的碳固定基因丰度最高,三者主要的氮功能基因和氨化作用有关,磷、硫功能基因则主要与有机磷矿化过程和硫氧化过程相关.其中,水热条件较好的海洋型冰川的微生物功能基因的种类与丰度最高,其次为环境较为干燥的极大陆型冰川.三类冰川前缘地土壤的微生物功能基因结构的显著差异,证实了地理环境差异对微生物功能特征的影响,也为不同类型冰川前缘地土壤微生物的功能及其介导的元素地球化学循环研究提供了基础.