同步辐射光谱技术在有机固废污染控制与资源化研究中的应用

有机固废中碳、磷、硫及重金属等元素赋存形态是决定其环境行为、反应活性及资源化再利用的关键因素.同步辐射光谱技术可以在分子水平、微纳米尺度原位表征有机固废中碳、磷、硫、重金属等元素赋存形态、结合位点、微观结构,为深入阐明有机固废环境行为、反应机制提供直接的证据.概述了X射线吸收光谱、微束X射线荧光光谱等同步辐射光谱技术在有机固废污染控制与资源化研究的中应用进展,并对同步辐射光谱技术在该领域应用前景和发展趋势进行了展望,以期为有机固废资源化再利用及其污染控制等研究提供参考.     

北京市门头沟风化煤矸石中汞的赋存形态与溶出特征分析

为探究堆积煤矸石所产生的重金属的污染问题，本文以北京市门头沟5个典型矿区为研究对象，采集矸石山堆积表面风化煤矸石共45个样品，分析测试矸石样品中汞（Hg）的含量，对不同理化性质下各重金属的变化规律进行了初步探讨；利用改进BCR连续提取法，研究样品中Hg的赋存形态，分析其生物可利用性；采用富集因子法、地累积指数法、风险编码法和个体污染因子法对Hg进行有效性评价；再模拟酸雨条件下Hg的溶出特征及影响因素.结果表明，该研究区Hg的含量为0.085—0.519 mg·kg^-1，均值为0.169 mg·kg^-1，超过了北京市土壤背景值，超标倍数为4.225;Hg的平均富集系数与地累积指数分别为4.53和1.35，均表现为中度污染；风险编码法和次生相与原生相比值法结果显示为低风险和轻度污染，占比分别为86.67%和31.11%;Hg与Eh呈显著负相关，与含水率呈显著正相关；煤矸石中Hg的主要赋存形态为可氧化态Hg和残渣态Hg，其中可还原态Hg与可氧化态Hg存在显著负相关，TOC、p H与可还原态Hg呈显著正相关；静态淋溶试验表明，雨水酸度、粒径、固液比均...     

镧改性膨润土对长荡湖底泥磷的释放机制

在监测常州长荡湖水样和沉积物磷形态与含量的基础上，开展了在温度、pH、溶氧度等不同环境因子背景下镧改性膨润土对底泥磷释放的抑制效果研究.通过对比监测上覆水体磷的浓度、底泥磷的形态变化，考察了镧改性膨润土对水体磷的钝化效果以及底泥磷的固定作用.结果表明，镧改性膨润土可以很好地抑制底泥释磷，抑制底泥的释放率达到了55%—75%.温度和溶氧度的变化对镧改性膨润土的抑磷率无影响，而强酸碱(pH=4、pH=10)环境相较与中性环境(pH=7)抑磷效率减少15%；沉积物中Ex-P和Fe/Al-P等活性态磷含量下降了55%—60%，而Ca-P等稳定态磷含量上升1—1.1倍，说明镧改性膨润土可以改变沉积物磷的形态，由不稳定态转化为稳定态，提高了底泥对磷的滞留能力，降低了对上覆水释放的风险.利用镧改性膨润土控制长荡湖水体磷污染具有较好的应用前景.     

不同形态微塑料和汞对斑马鱼胚胎发育毒性联合作用研究

为探讨不同形态微塑料对生物体的毒性差异,本研究比较了聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)颗粒(直径约70～250μm)和纤维(长度约3～5mm,直径约20μm)与重金属汞(Hg)对斑马鱼胚胎发育的联合毒性效果.结果表明,Hg单独暴露对斑马鱼胚胎造成了胚胎发育毒性(如血流发育障碍,心跳变缓和孵化率降低)以及心包囊水肿和尾巴畸形效应,48和72h的畸形率分别高达31.3%和91.7%.纤维状(f-PET)和颗粒状(p-PET)微塑料都会减轻Hg的胚胎发育毒性.从代谢组学的数据来看,Hg对机体造成的糖代谢和氨基酸代谢紊乱效应在微塑料和Hg联合暴露组也显著降低(P<0.01).但是,由于对Hg吸附能力和过程的差异,p-PET更显著缓解Hg造成的24h血流障碍效应,而在暴露后期在降低Hg对斑马鱼胚胎畸形毒性方面不如f-PET显著.因此,微塑料与Hg的联合毒性效果与微塑料的形态有关.     

pH对铝盐絮凝剂形态分布与混凝除氟性能的影响

对比研究了AlC13和3种不同碱化度的聚合氯化铝(PACl)在不同pH与投量下除氟效果,并对不同形态铝盐除氟机理进行了初步探讨.结果表明,pH对絮凝剂水解后铝形态分布及其除氟效果有重要影响.pH 5 ～6时,Al3+和Al2、Al3等低聚态铝为AlCl3主要形态,且AlCl3更易水解生成可将溶解态氟转化为颗粒态氟的Al(OH)3,从而较PACl具有更佳除氟效果.pH ＞7时,PACl较AlCl3具有更佳除氟效果,且增大PACl碱化度可促进氟的去除,这主要是由于具有较高Al13含量的PACl更容易与电负性F-结合所致;且絮凝剂混凝除氟絮体ζ电位越高,越利于F-在絮体表面吸附.     

基于多表面形态模型的土壤镉在小白菜中的富集效应

基于土壤理化性质和热力学化学平衡的多表面形态模型(multi-surface speciation model,MSM)近年来已成功被应用于描述多种痕量元素在土壤固/液相间的分配,但在土壤-植物系统中的应用尚不多见.本文采用室内盆栽实验,调查了我国6种代表性土壤中Cd(Ⅱ)在小白菜中的生物富集情况,首先比较了5种化学提取方法(总Cd、CaCl_2、HNO_3、Mehlich-3和BCR)测定的有效态Cd与小白菜中Cd富集量之间的相关性,其次基于MSM预测土壤中溶解态Cd(Ⅱ)浓度并与Cd在白菜中富集量进行了相关性分析,同时考察了不同模型架构下模型对相关性的影响.结果表明,MSM预测的土壤中溶解态Cd浓度与小白菜中Cd富集量之间有较好的相关性,大部分模型架构下优于化学提取法,说明MSM一定程度上反映了土壤理化性质对Cd生物有效性的影响.由于MSM在计算过程中基于热力学参数,因此具有很好的外延性,说明其在土壤-植物系统中重金属生物有效性和风险评价方面具有较大的潜力.     

不同边沿高度油池火燃烧行为的实验和数值模拟研究

采用实验和FDS数值模拟相结合的方法,探讨了边沿高度对油池火燃烧特性的影响。在实验部分,研究了燃烧速率和表观火焰高度随边沿高度的变化趋势,并分别分析了各个阶段的热反馈机制。在实验获得不同尺度、边沿高度正庚烷油池火燃烧速率的前提下,建立相应尺度的不同边沿高度油池火的Fire Dynamics Simulator(FDS)计算模型以针对火焰高度进行了数值模拟研究,分析了实际火焰高度、火焰下探高度随边沿高度的变化趋势,并提出了相关的无量纲拟合式。     

熟污泥改良土壤中Cd的形态分布特征和生物有效性

通过苜蓿盆栽实验和Tessier五步提取法，研究了不同比例的堆肥污泥施入黄土后，土壤中Cd的形态分布和生物有效性及重金属在施污土壤-苜蓿中的迁移转化规律。结果表明：不同比例的污泥施入黄土后，随着污泥施入量的增加，土壤中Cd的主要赋存形态由对照组的不可利用态(残渣态)向潜在有效态(铁锰氧化态)转化，污泥的施入提高了重金属Cd的生物有效性；苜蓿的种植对施污根际土中Cd的活性产生了钝化作用，使施污黄土根际土壤中潜在有效态Cd主要向不可利用态的Cd转化；苜蓿各器官对Cd均有富集和转移能力，苜蓿各部位重金属Cd含量的分布规律为：根部>茎叶部；线性回归分析结果表明：碳酸盐结合态Cd是苜蓿茎叶部和根部吸收Cd的主要贡献形态；因此在实际生产时须严格控制污泥的施用量，以避免Cd在苜蓿体内富集危害动物和人体健康。     

规模猪场沼液沉淀池底泥中磷形态变化特征

以规模猪场污染物排放定位监测点为依托,利用SMT法系统研究二级串联沉淀池0～10和10～20 cm深度底泥中总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)、NaOH提取态磷(NaOH-P)和HCl提取态磷(HCl-P)浓度变化特征。研究发现,0～10 cm深度底泥中各形态磷含量均高于10～20 cm深度底泥,且沉淀池I沉淀池Ⅱ。在沉淀池I的底泥中,各形态磷含量由大到小依次为HCl-P、NaOH-P和OP。在沉淀池Ⅱ的底泥中,各形态磷含量由大到小依次为OP、NaOH-P和HCl-P。HCl-P(惰性磷)占比均表现为0～10 cm深度高于10～20 cm深度,沉淀池I沉淀池Ⅱ,说明更深层底泥和二级沉淀池底泥中的磷活性更高。该研究可为提高沼液贮存池底泥中磷的安全合理利用提供参考。     

纳米零价铁对铀尾矿库土壤中铀形态分布及固定效果的影响

针对纳米零价铁(nZVI)对铀尾矿库土壤中铀形态分布和U(Ⅵ)固定效果影响问题,采用逐级化学提取、毒性浸出(TCLP)和磁性分离实验,利用SEM-EDS和XRD对nZVI固定前后的铀尾矿土壤进行表征;研究了nZVI在不同投加量和pH条件下,对尾矿库土壤固定前后铀的形态分布和固定效果的影响,并对nZVI的固定机理进行了探讨。结果表明:当nZVI的投加量为8%、pH为5时,土壤中U(Ⅵ)的固定效果最好,固定后土壤中铀的毒性浸出值仅为13.98%;对经过nZVI处理后的铀尾矿土壤进行磁性分离发现,磁性和非磁性土壤重量占比分别为32.87%和67.13%,其铀含量分别达到55.05%和44.95%,说明nZVI对土壤中的U(Ⅵ)有较好的富集作用。nZVI对铀尾矿库土壤中的U(Ⅵ)有较好的原位固定和富集效果,并能减少土壤中铀的析出。