改良剂调控下水稻镉累积和土壤溶解性有机质光谱特征的响应

研究土壤中溶解性有机质(DOM)的化学组成和特征差异对理解改良剂对Cd的稳定机制具有重要意义.土壤改良剂被广泛应用于受污染农田以缓解重金属在农作物中的累积,但改良剂调控下土壤DOM的光谱特征却鲜见报道.采集南方典型Cd污染水稻土为研究对象,通过投加三大类改良剂(有机类、无机类和石灰类,共11种)进行水稻种植盆栽试验,研究了不同改良剂对土壤DOM的影响.利用紫外-可见光谱、三维荧光光谱和平行因子分析法(PARAFAC)对比分析了不同改良剂调控下根际土壤DOM的光谱特征.结果表明,石灰类改良剂提高土壤pH,促进土壤固相中有机质的溶解,从而显著提高了土壤DOM的质量分数.与对照相比,有机类改良剂提高了土壤DOM的相对分子量和新生自生源贡献率,无机类改良剂提高了土壤DOM的芳香性和疏水性组分,石灰类改良剂提高了土壤DOM的显色组分和腐殖化程度.通过PARAFAC分析和OpenFluor数据库验证,解析出了4个荧光组分C1(255/465)、 C2(325/400)、 C3(275/390)和C4(240/460),均为类腐殖质.两种光谱相互印证,表明土壤DOM来源以陆源输入的类腐殖质为主.相关...     

近10年来我国污染场地再利用的案例分析与环境管理意义

及时掌握污染场地修复过程中所关注污染物和修复后再利用土地类型信息对深化建设用地环境管理具有重要意义. 本文基于文献调研和信息公示平台资料查询等途径获取了我国537个污染场地案例信息数据,分析了我国近10年来污染场地修复与再利用的变化情况. 统计分析结果表明:我国537个污染场地中约有66%集中在北京市、上海市、浙江省、江苏省和重庆市等先行地区;从2016年《土壤污染防治行动计划》颁布实施开始,场地修复管控数量增势凸显,2018年污染场地修复管控数量达到峰值;原用地类型归属化学工业、金属制品、冶炼等行业的比例较大,且重金属、苯系物为主的再利用挥发性有机物、多环芳烃类为主的半挥发性有机物和总石油烃是典型污染物;在GB 36600—2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》实施前后,包含苯系物、多环芳烃类和总石油烃等污染物的出现频次增加趋势最为明显,而有机农药类和多氯联苯(总量)的出现频次有所减少;污染场地用途大部分是敏感用地类型中的居住用地,且这类场地的原行业类型为化学工业、金属制品等特征污染物危害较大的行业. 研究显示,利好政策和标准的颁布与实施促进了我国经济欠发达地区污染场地的修复管控工作,以多环芳烃类为主的半挥发性有机物是我国未来场地土壤环境治理工作的重点,需要进一步提升对再利用类型为敏感用地类型场地的关注.      

淹水对土壤重金属浸出行为的影响及机制

为了明确淹水对土壤重金属浸出行为的影响及其作用机制,以实际场地重金属污染土壤为研究对象,开展了淹水实验。对淹水过程中土壤重金属的浸出浓度、氧化还原电位、pH、铁氧化物浓度及重金属形态等相关指标进行测定了分析。结果表明,淹水后,重金属浸出浓度随淹水时间呈现先增长后降低趋势。淹水初期(30 d),Cu、Zn、Cd和Pb浸出浓度分别增加了6.71%、4.03%、3.56%和4.55%。pH降低、有机质降解和铁氧化物还原溶解是导致重金属浸出浓度升高的主要原因。随淹水时间的持续增加,重金属浸出浓度逐渐降低并于90 d时趋于稳定。淹水结束时(180 d),Cu、Zn、Cd和Pb浸出浓度分别降低了23.78%、16.78%、15.48%和15.45%。重金属形态分析表明,淹水促使重金属赋存形态由酸可提取态转化为可还原态和可氧化态,降低了重金属活性;矿物成份分析证实了金属硫化铜物相的生成。新形成的无定形氧化铁对重金属的吸附作用和硫化物与重金属的化学沉淀作用是重金属浸出浓度降低的主要机制。该研究为淹水条件下重金属污染土壤风险控制提供了依据。     

NAPLs污染物垂向指流迁移分形表征中图像处理的影响研究

染色示踪技术是研究多孔介质中指流形态的主要手段之一,而如何更精确地对所采集的图像数据进行分析,是该研究工作中非常重要的组成部分.分形理论在染色示踪影像的基础上对指流形态进行定量描述,以质量分形维数(D m)表征渗流面积,以界面分形维数(D s)表征渗流驱替边界长度,对于识别和预测指流形态有一定的实际意义.而分形维数的计算基于二值化图像完成,因此明确图像二值化过程对分形维数表征的影响对分形维数的应用有重要意义.本研究以4种非水相流体在二维砂箱中迁移的130幅染色图像为目标影像,详细比较了图像预处理过程中不同饱和度(红色)阈值、不同亮度(灰度)阈值以及图形中"湖"的填充3个因素分别对D m和D s的影响.结果表明,在砂箱实验中,与田间实验相比由于染色污染物与石英砂颜色对比度较大,红色阈值调整对两种分形维数影响相对较小;随着灰度阈值的提高D m平均降低0.02,D s平均增加0.05;图形中"湖"的填充对D m几乎没有影响,而使D s平均降低0.10.研究发现与D s相比,D m在图像处理过程中受各种因素影响较小,建议在进一步研究中以D m为指流形态指示指标以避免图形处理过程中主观因素的影响.     

NAPLs污染物指进锋面形态的指间距离预测

选取4种不同性质的NAPLs(非水相流体)污染物,分别应用分形维数方法和毛细压力函数方法对NAPLs迁移过程中有效界面张力和指进过程中指间距离的大小进行预测,同时建立二维可视化砂箱模型,模拟污染物在多孔介质中的非稳态指进迁移过程,获得指进迁移形态影像75幅. 结果表明,与试验观测值比较,对于相同迁移过程中的指间距离,毛细压力函数方法预测误差绝对值介于1%~93%,分形维数方法预测误差绝对值介于2%~25%,分形维数方法的预测误差小于毛细压力函数方法. 毛细压力函数方法对指间距离的预测随着NAPLs密度的增加而增大,对DNAPLs(重非水相流体)的预测误差明显增加,更适用于预测密度与水的密度相差不大的物质;分形维数方法的预测值与观测值呈显著线性相关(R2=0.957),相比于传统毛细压力函数方法,分形维数方法对指间距离的预测更准确,更适合用来预测不同密度NAPLs污染物的指进距离参数.      

多孔介质中NAPLs流体毛细管指进形态及分形表征

非水相流体(non-aqueous phase liquids,NAPLs)如石油烃类和有机溶剂类污染土壤和地下水引起了广泛关注.不同粒径多孔介质中不同性质流体入渗形态的识别是确定污染范围、有效修复土壤和地下水的前提.本研究选取不同性质的4种NAPLs流体,建立可视化砂箱模型,比较4种流体在不同粒径石英砂中指流形态差异,并引入分形理论对迁移形态进行定量描述.结果表明,NAPLs流体指进过程属于毛细管指进,主要驱动力为毛细力;同种污染物或同一黏度数量级污染物之间指流宽度和渗流面积变化趋势与毛细管数和邦德数变化趋势呈负相关;指流宽度和渗流面积随着介质粒径的减小和流体黏度的增大而增加;指流宽度和渗流面积与渗流面的质量分形维数呈正相关,质量分形维数可以作为指流宽度和渗流面积的指示指标.     

4种NAPLs污染物在二维砂箱中的指进锋面形态特征研究

为明确介质和流体性质等因素对非水相液体(NAPLs)在多孔介质中入渗迁移的影响,利用数码图像分析技术对甲苯、柴油、1,2-二氯乙烷和四氯乙烯这4种NAPLs在4种不同粒径多孔介质中的非饱和入渗特性进行了实验研究.结果表明,数码图像分析技术能够动态、全过程记录NAPLs的迁移锋面;NAPLs在驱替气体过程中会出现指进形式的不稳定流;指进生长过程中出现分叉、合并和屏蔽等现象;NAPLs的迁移特性受介质性质和流体特性的共同影响,入渗过程中垂向上的迁移速率和污染面积增长率与介质粒径大小呈正相关,与流体密度呈正相关(甲苯除外),入渗过程中形成的指进与介质和流体本身性质也密切相关.相同时间内,DNAPL相较于LNAPL入渗的距离更深,造成的污染面积更大,其环境风险明显大于LNAPL.     

表面活性剂强化抽出处理含水层中DNAPL污染物的去除特征

为明确表面活性剂强化抽出处理含水层中DNAPL污染物过程中表面活性剂的增强修复效果,及DNAPL自身理化性质和介质孔径的影响,利用数码图像分析技术对1,2-二氯乙烷和四氯乙烯2种DNAPL在石英砂填充的二维砂箱中的抽取迁移过程进行了实验模拟研究,并对抽出水样中DNAPL的浓度进行了测试分析。结果表明,实验条件下加入低浓度(0.18%)的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)大幅提高了对弱透水层截留的2种DNAPL聚集体的抽出处理效率。1,2-二氯乙烷在该表面活性剂溶液中的表观溶解度远高于四氯乙烯,因此其短时间内的绝对去除率更高。SDBS强化抽出处理DNAPL的作用机理以增溶作用为主,而其增流作用使DNAPL迁移流动后分布面积增大,增加了与表面活性剂溶液接触的面积,对增溶作用起到促进效果。细粒介质中DNAPL迁移后的最大分布面积较大,因此体系中DNAPL的溶解速率较高。在DNAPL聚集体质量与水力梯度固定的条件下,油水界面张力越低,DNAPL的密度越大,DNAPL垂向迁移的风险就越大。本研究为修复工程中如何依据DNAPL种类与场地多孔介质的情况选择表面活性剂提供了参考。     

十二烷基苯磺酸钠强化抽出处理对地下水中1，2-二氯乙烷的去除效果

对于地下水中的1,2-DCA(1,2-dichloroethane,1,2-二氯乙烷),表面活性剂强化抽出处理是一种十分有效的修复技术.为明确表面活性剂浓度、介质粒径及抽出速率等因素对1,2-DCA修复效果的影响,选取石英砂作为多孔介质,1,2-DCA作为DNAPLs(dense nonaqueous phase liquids,重质非水相液体)代表,SDBS(sodium dodecylbenzenesulfonate,十二烷基苯磺酸钠)作为表面活性剂代表,在二维可视化砂箱中采用染色示踪结合图像分析技术对汇于凹陷弱透水层上的1,2-DCA开展SDBS强化抽出处理试验.结果表明:SDBS对1,2-DCA具有显著增溶作用.4组纯水试验的抽出液中ρ(1,2-DCA)最大值为219.15 mg/L,加入1倍CMC和3倍CMC(CMC为临界胶束浓度)的SDBS后,ρ(1,2-DCA)最大值分别升至650.95和800.44 mg/L.1,2-DCA去除总量随ρ(SDBS)的升高而增加,其中加入3倍CMC的SDBS条件下1,2-DCA的去除总量是纯水试验条件下的1.44～2.06倍.细粒径中的毛细力比粗粒径中更大,并且1,2-DCA的最大污染面积是粗粒径条件下的2.18～3.14倍,1,2-DCA与SDBS溶液接触面积的增大有利于提高SDBS对1,2-DCA的去除效果.同时增加抽出-回注流量可以扩大1,2-DCA与SDBS溶液的接触面积,提高1,2-DCA向溶液中的传质效率,进而提高1,2-DCA的去除效果.研究显示,SDBS强化抽出处理技术能够显著提高地下水中1,2-DCA的去除总量和去除效率.      

长期不同水分调控对污染场地土壤溶解性有机质含量及其结构特征的影响

为了考察不同水分调控下污染场地中土壤有机质和溶解性有机质（DOM）的演变过程,以2种冶炼厂重金属污染土壤为研究对象,通过恒温恒湿培养实验观察不同水分调控下土壤有机质和DOM的含量变化,并采用紫外-可见光谱和荧光光谱分析了土壤DOM的光谱特征.结果表明,水分调控180 d后,2种重金属污染土壤中有机质和DOM含量呈不同程度降低趋势,且随着水分含量增加,其降幅明显增加,最大降幅分别为33.28%和89.35%.水分调控过程中,土壤DOM中类蛋白物质最易发生降解,导致类富里酸和类腐殖酸的占比相应提高;随着水分含量增加,土壤DOM的芳香性提高,腐殖化程度升高,分子聚合度和分子量增大,最终导致DOM稳定性增强,上述结果有助于揭示水分诱导过程中DOM的变化对污染场地中重金属环境行为的影响.