城市河道表层水及沉积物中微塑料的污染现状与污染行为

河流是微塑料从陆地向海洋传输的关键路径,在近年来得到了越来越多的研究重视.但实际上,目前关于城市不同区域河道表层水及沉积物中微塑料的污染现状及污染行为研究仍十分有限,相关问题依然不甚清晰.本文以上海市中心城区及郊区城镇区域的8条河道作为研究对象,共采集16个河道表层水及沉积物样品,采用高速摄像仪和傅立叶红外变换光谱仪鉴定样品中微塑料的丰度、尺寸、颜色、形状和类型等特征.结果表明,上海市城市河道表层水中微塑料的平均丰度为(7.5±2.8)个·L~(-1),而沉积物中微塑料的平均丰度(以湿重计)则达到了(1 575.5±758.4)个·kg~(-1).微塑料尺寸越小丰度越高.其中,低于500μm、纤维状、透明色和聚酯类的微塑料始终在上海市城市河道中占据主导地位,但沉积物中的微塑料分布更具多样性.相对于国内外其他城市河道中的微塑料污染,上海市城市河道中的微塑料污染较为严重.不同城市河道中,微塑料的形状和聚合物类型分布受到来源(主要为洗衣废水、个人护理产品和塑料废弃物等)、水动力学条件和本身理化性质等各种因素的较大影响.还进一步讨论了城市河道中微塑料的污染行为(来源、传输与归趋),并解析了各种环境因子对其造成的潜在影响.     

城镇与城郊污染河道中DOM成分分布与影响因素

河道水环境的溶解性有机物（dissolved organic matter,DOM）是全球碳循环的重要环节.在国内当前城镇河道污染治理攻坚的紧迫形势下,探究河道DOM受不同类型的外源污染、内源次生污染及天气模式等因素的影响,是明晰关键污染成因的前提.为了解析受生活污水污染的城镇河道与受水产养殖业、种植业及畜禽养殖业污染的城郊河道中DOM成分与当量的差异,以某大型城市作为研究区域,以城镇河道、城郊河道与水源地共21个点位的表层水与沉积物为研究对象,应用了三维荧光光谱-平行因子分析（excitation-emission matrix-parallel factor analysis,EEM-PARAFAC）.结果表明：①城镇与城郊河道水体DOM成分都以蛋白质类成分为主（酪氨酸类与色氨酸类成分）,含有少量腐殖酸类成分,但城镇河道水体存在人为腐殖酸类成分;②城镇河道与市郊河道DOM成分的形成原因截然不同,城镇河道主要受生活污水污染与内源次生污染,导致人为腐殖酸类成分增多.城郊河道主要受富含N、P的农业废水污染,促进自养细菌的内源代谢使蛋白质类成分增多,这可能是形成其现有DOM特征的关键原因;③降雨产生的雨水径流与城市溢流将外源污染物输送到河道中,同时水力搅动等水动力学因素通过稀释等物理作用影响了表层水与沉积物中的DOM成分分布.     

城市雨水径流中溶解性有机物的分子化学多样性

雨水径流中溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)是影响城市水生态环境安全的重要因素.为了揭示城市不透水路面雨水径流(pavement runoff,PR)和绿地雨水径流(greenland runoff,GR)中DOM组分特征及其来源上的区别,应用具有超高分辨率的傅里叶变换离子回旋共振质谱(fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer,FT-ICR-MS)对两者的DOM分子化学多样性进行表征,并从DOM分子化学多样性与环境因子之间的斯皮尔曼(Spearman)相关性的角度进行分析.结果表明:①在分子累计到达饱和状态下,PR-DOM的分子累计数量(12498种)远大于GR-DOM(7015种),其分子分布(150～750)比GR-DOM(150～850)更为集中,且相对分子质量普遍小于GR-DOM;②根据分子组成及其相关性分析,PR-DOM和GR-DOM的组分及来源存在明显差异.PR-DOM组成受人为活动影响较大,其主要成分(CHOS)中含有大量可能来源于人为使用的表面活性剂的磺酸类物质,且显著存在的脂肪族成分的主要来源应为交通污染.而GR-DOM组成受人为活动影响较小,其主要成分(CHO)以NOM为主,且大部分高度不饱和酚类化合物主要来源于降雨对土壤表层植物残体降解所形成的腐殖质的冲刷.     

市政排水管网水力水质条件对底泥微生物组多样性的影响

为阐释不同水力水质工况对市政排水管网底泥微生物在门和属水平多样性的影响,应用微生物16S rRNA基因测序技术,探讨了底泥微生物组Alpha和Beta多样性、样本组间差异及其与不同环境因子之间的统计学关系及可能原因. 结果表明:①底泥中优势菌门Bacteroidetes、Chloroflexi、Firmicutes、Acinetobacter等均为有机物降解类细菌,并且随着外源性碳浓度的增加,同种微生物的丰度越高;随着色氨酸类有机物种类越多,微生物群落多样性越高. ②在一定范围内,剪切力越高,底泥中呈显著差异(P≤0.001)的Dechloromona(5.5%)、norank_f_Anaerolineaceae(2.3%)、Longilinea(2.8%)等厌氧细菌(主要功能是分解蛋白、碳水化合物)的丰度越高. ③在一定范围内,温度越高,底泥微生物组的丰度越高. 在41 ℃环境下,呈显著差异(P≤0.001)的优势菌门Chloroflexi(11.1%)和优势菌属Defluviicoccus(4.9%)、Candidatus_Competibacter(3.8%)的相对丰度最高,而Proteobacteria、Bacteroidetes等菌门可能因微生物蛋白质活性受温度影响,丰度降低. ④在碱性环境中,只有Proteobacteria(49.4%)、Chloroflexi(10.1%)等杆状菌丰度最高,没有丝状菌. ⑤SO₄2?浓度对底泥微生物影响较小,但较高SO₄2?浓度提高了上覆水中Methylocystis、Zavarzinia等微生物丰度,抑制了Methylocystis等厌氧微生物的生长. 研究显示,重力流排水管道底泥微生物组多样性变化与水力剪切力、温度、pH、SO₄2?及外源性碳这5个环境因子相关.      

基于溶解性有机物分子指纹特征解析城市河道污染来源与机制

溶解性有机物(DOM)是河道污染物的重要组成部分,是构成黑臭的主要原因.在我国城市黑臭水体治理攻坚新形势下,针对广泛存在的复合污染源信息不明确的难题,进一步从分子层面解析河道DOM成分是深入探究河道污染来源、成因和形成机制,从而实现高效治理的关键环节.以某大型城市的中心城区河道作为研究对象,分别选取了受4个分流制和合流制排水系统的放江污水严重影响的共5个河道断面,应用傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)分别对各点位旱天和雨天时的表层水和沉积物样品中DOM分子式、元素组成和群组成分进行全谱解析与数据分析.结果表明：(1)城市河道DOM虽然以CHO和木质素类化合物为主,但人为源有机物(脂肪类和蛋白质类化合物)以及CHOS等杂原子化合物的较高占比揭示了河道受人为污染的现状,同时带来DOC、 TN和NH⁺₄-N的升高;(2) C₁₇H₂₈O₃S和C₁₈H₃₀O₃S等表面活性剂类化合物普遍存在于所有城市河道中,...     

水力工况对市政管道沉积物DOM降解及CO2产排的影响研究

市政管道碳排放是我国下水系统碳排放总量核查评估工作中的重要内容,相关研究甚少.明晰其产排机制与发生规模,探明管道内部因素对产排机制的影响,是实现准确评估的关键.聚焦CO₂产排机制,针对不同类型水力工况与管道底泥带来的影响,应用气相色谱与三维荧光光谱等方法,分析了在模拟高水位工况(C_A)、无水位工况(C_B)及间歇高水位工况(C_C)条件下,市政污水管道沉积物(S_sanitary)、雨水管道沉积物(S_storm)及雨污混接管道沉积物(S_mixed)的CO₂产排通量的差异,以及溶解性有机物(DOM)降解机制及其影响因素.结果表明:(1)在3类工况条件下,S_mixed在60 d内均呈现了最高的CO₂累计产排通量,分别为2.36×10⁵、1.95×10⁵、2.03×10⁵ mg/(m²·d).(...     

城镇河流CO2及CH4排放与市政排水管网污水输入的关联影响

城镇污染河流日益剧增的碳排放是当前我国许多城市共同面临的环境问题.本研究以上海市市郊城镇河网R1与中心城区河流R2为研究对象,监测了其在旱天与雨天条件下的CO_2及CH_4排放特征,分析了城镇河流污染程度及类型与碳排放的关联影响,并同时解释了市政排水管网污水输入影响城镇河流CO_2及CH_4排放的机制过程.结果表明:①旱天时,中心城区河流的CO_2与CH_4平均排放通量为(2.48±1.02)mmol·(m~2·h)~(-1)与(1.21×10~(-2)±0.71×10~(-2)) mmol·(m~2·h)~(-1),市郊城镇河网的CO_2与CH_4的平均排放通量则为(1.53±0.39)mmol·(m~2·h)~(-1)与(9.26×10~(-3)±9.18×10~(-3)) mmol·(m~2·h)~(-1).雨天时,受市政排水管网污水影响,中心城区河流泵站下游的水体的CH_4通量大幅增加,可达旱天时的119倍;②本研究与全球其他河流碳排放统计数据进一步表明,城镇河流碳排放与本身污染水平存在关联性,总体上污染程度高的河流碳排放强度也高;③从PCA相关性分析结果来看,河流有机污染是影响碳排放的重要因素,这在中心城区河流与市郊城镇河网中都有体现;河流碳排放与氮污染的相关性随区域下垫面利用类型不同而有所不同;在污染较轻的城镇河流中,水体物理因子也是一个重要的影响因素;④排水管网污水输入对城镇河流碳排放的影响,体现在短期内向河流中输入的大量CH_4,以及长期上强化受纳河流碳物质赋存及循环,并进一步提高河流本身的CO_2与CH_4排放潜势.     

我国陆域水体系统表层水中微塑料生态风险评估

针对我国陆域水体系统表层水微塑料（MPs）生态风险问题,通过Science Direct和Web of Science等网站查询关键词microplastics、urban和river等获取相关文献及数据,从2017~2021年的研究,覆盖15个省份33个水体,并基于MPs丰度、聚合物占比和化学危害数据构建了生态风险表征比率（RCR）的评价方法.结果表明,我国自然水体的MPs丰度平均值为（3604.2±5926.4） n ·m^-3,城市水体中MPs丰度平均值为（7722.6±9505.7） n ·m^-3;相应的,自然水体的RCR平均值为22.09±45.2,城市水体RCR平均值为15.67±34.8.因此,根据RCR的值将生态风险程度划分为4个等级.其中,无显著风险（≤1）有17个,占42.5%;低生态风险（1~10）有12个,占30%、中生态风险（10~100）有9个,占22.5%;高生态风险（>100）有2个,占5%.数据分析显示,自然水体的MPs丰度与RCR值（R²=0.875,P<0.01）存在显著的相关性,但在城市水体的MPs丰度与RCR值间不存在显著的相关性.这表明MPs的丰度高并不能说明该地区的生态风险程度高.此外,各地的RCR值与流域面积呈正相关（R²=0.864,P<0.01）,同时,MPs丰度与GDP （R²=0.679,P<0.05）、流域常住人口（R²=0.922,P<0.05）呈显著相关性.这项研究为评估MPs的生态风险提供了基线数据,是陆域水体系统表层水MPs生态风险评价的重要方式.