潜流人工湿地中有机污染物降解机理研究综述

人工湿地是一种完整的生态系统,它是利用系统中发生的物理、化学和生物等多重协同作用实现对污水的净化功能.开展潜流人工湿地中废水处理的机理、湿地内部有机污染物的迁移转化、湿地工艺设计及其水力学、动力学参数的研究,对环境废水中有机污染物的去除及生态安全具有重要意义.文章主要从化学、生物、设计参数等方面论述了人工湿地废水处理中有机污染物的降解及其机理研究进展.化学因素主要包括溶解性有机质(DOM)对有机污染物的迁移转化、氧化还原环境(Redox)及废水中电子受体的存在对有机质的分解状况、不同溶解氧(DO)水平为厌氧、好氧细菌对有机物的生物降解及湿地内反应动力学模型建立等因素对废水中有机污染物降解的作用及影响;生物因素主要涉及植物和微生物的作用,湿地中的生物降解是有机污染物的主要去除方式;在工艺参数方面,主要就水流特性、孔隙度、停留时间(HRT)、水力负荷(HLR)和水位等因素对湿地中有机污染物去除的影响进行了探讨.     

影响沉积物-水界面持久性有机污染物迁移行为的因素研究

沉积物-水界面是自然水体在物理、化学和生物特征等方面差异性最显著的环境边界,界面及附近发生的物理和化学反应,如吸附和解吸、迁移和转化、扩散和掩埋以及生物扰动等作用是控制和调节水体和沉积物之间物质输送和交换的重要途径.持久性有机污染物由于其具有致癌、致畸、致突变及内分泌干扰作用而受到人们的广泛关注,它们在沉积物-水界面的...     

土壤有机污染物生物修复技术研究进展

现代农业的发展改变了自然界的原有状况,为追求高产而大量使用的化肥、农药导致土壤有机物污染日趋严重。此外,工业生产、石油开采、交通运输、畜禽养殖及居民生活等也产生了大量有机污染物,使土壤有机物污染进一步加剧,土壤有机物污染的修复日益迫切。土壤污染修复是指通过物理的、化学的和生物的方法,吸收、降解、转移和转化土壤中的污染物,使污染物浓度降低到可以接受的水平,或将有毒有害的污染物转化为无害物质的过程。包括污染土壤的物理修复技术、化学修复技术以及生物修复技术3种方式。在污染土壤修复技术中,生物修复技术因其安全、无二次污染及修复成本低等优点而受到越来越多的关注。因污染物修复主体的不同,有机污染物污染土壤生物修复技术可分为植物修复技术、动物修复技术、微生物修复技术及其联合修复技术。污染土壤微生物修复技术是土壤污染生物修复的重要技术之一,是最具应用和发展前景的生物修复环保技术。文章重点阐述了国内外有机污染物污染土壤的生物修复技术及其原理、取得的研究进展及存在的优缺点,并对污染土壤的动物修复技术研究进行了初步展望,可为土壤有机污染物的生物修复研究提供参考。     

污染土壤中菲的修复技术研究进展

菲是多环芳烃中的代表性物质,具有"三致"效应,而且菲的蒸汽压小,辛醇-水分配系数高,生物可利用性低,是一种持久性有机污染物。随着化石燃料的大量使用,受菲污染的土壤越来越多,研究菲的修复技术对污染土壤的再利用具有重要意义。结合目前国内外研究进展,综述了污染土壤中菲的修复方法,包括物理修复、化学修复和生物修复。针对各种修复方法,阐述了其原理、修复条件、实例应用和优缺点,重点论述了植物修复和微生物修复方法的降解机理和应用,分析了微生物性质,包括氧、营养物、温度、土壤理化性质、共存污染物等环境因素对生物降解的影响。由于溶解性的菲有较好的迁移转化能力,因此表面活性剂的助溶作用适用于各种修复方法,选择合适的表面活性剂可以提高修复效果。在各种修复技术中,物理修复是通过物理技术实现菲的解吸与富集,无污染,但是去除率低;化学修复是使用氧化剂将菲氧化分解成无毒易降解的小分子物质或通过添加化学淋洗剂增加菲的溶解性,提高迁移转化能力,用时短,但是引入其他试剂,容易造成二次污染;植物修复是通过植物的提取、降解和固定等过程实现菲的修复,尤其是植物的根际环境为微生物的生长提供有利的条件;微生物修复以菲可作为微生物生长的碳源为基础,在分解酶的作用下实现菲的降解,但是生物修复周期长,可利用的生物少,而且可能生成毒性更高的中间代谢产物。因此,寻找合适的修复物种,采用基因技术提高生物的修复能力或多法联用、取长补短可提高修复效率。最后,在共降解理论的基础上,结合重金属和有机污染物共存时,一种物质的存在对另一种物质的降解有促进作用,提出了协同降解的概念,寻求对多种污染物有协同降解或共降解作用的修复方法是今后发展的主要方向。     

新污染物有机磷酸酯生物地球化学过程的研究进展

有机磷酸酯(organopho sphate esters,OPEs)作为阻燃剂和增塑剂广泛应用于建筑材料和电子产品等材料,随着生产和使用量的增加,导致其普遍存在于各种环境介质中.作为一类新污染物,OPEs的环境行为及归趋引起了越来越多环境学者的关注.本文系统阐述了OPEs在环境中可能发生的物理、化学和生物过程.现有研究表明:(1)OPEs自身理化性质和结构(疏水性和π-π效应)是影响其迁移转化过程的重要因素;(2)复杂的介质环境(温度、pH值、溶解性有机质、氧化活性物种等)能够影响OPEs的大气传输/沉降、吸附/解吸、水解、光解、生物富集和植物吸收等过程;(3)OPEs在迁移转化中能生成二酯或单酯类产物(化学键断裂)、羟基化产物、甲氧基化产物以及其他小分子化合物等.针对目前的研究现状建议未来可重点关注OPEs在小型生态系统中多介质中的迁移转化过程与机制以及在迁移转化过程中生成产物的理化特性与生物效应等.     

生物炭及其复合材料在土壤污染修复中的应用研究进展

人类活动产生的重金属与农药残留的有机污染物在土壤中的积累致使土壤遭受严重污染,引发了一系列生态问题。生物炭及其复合材料因其独特的表面结构使其可通过物理或化学等作用吸附土壤中的污染物,限制其在生态系统中的迁移与传递过程,进而改善土壤理化性质,因此生物炭在土壤污染治理方面的应用研究越来越多地引起关注,但多数研究局限于实验室水平。文章对近年来生物炭及其复合材料在自然土壤环境中的应用的相关研究进行了整理,从重金属与有机污染物两个方面切入,阐述了不同生物炭材料在污染土壤中对两类污染物的作用机理;介绍了生物炭的改性和复合方法及其应用优势,同时对生物炭材料在污染土壤修复中的研究重点进行了展望。复合材料可以显著增强生物炭对污染物的吸附性能。从吸附机理上看,生物炭及其复合材料对重金属污染多以静电作用、离子交换作用、表面官能团作用为主;对有机污染物则主要以分配作用、吸附作用、孔隙填充为主,但在实际应用过程中,这些机理往往共同发挥作用,只是贡献程度不同。另外,生物炭及其复合材料也可通过提高土壤质量间接增强土壤对污染物的抗性等。虽然纳米材料能够增强生物炭的性能,但其对土壤中微生物的毒性机理尚不完全清楚。综上所述,生物炭及其复合材料在自然土壤环境中的应用能显著降低污染物的毒性,但新型生物炭复合材料的作用机理有待进一步的研究和论证。     

生物炭吸附有机污染物的研究进展

生物炭(biochar)是指生物质在缺氧条件下热裂解产生的一种产物.由于其精致的孔隙结构和独特的表面化学性质,对环境介质中的有机污染物有超强的吸附能力,进而影响污染物的迁移与归宿.近年来生物炭对有机污染物的吸附特性及机理研究已成为环境科学领域的研究热点之一.本文从生物炭的典型性状、吸附有机污染物的机理、影响因素以及对土壤中有机污染物生物可给性的影响等方面进行了综述,并提出生物炭吸附有机污染物未来的研究方向.     

生物炭基光催化剂的制备及其降解废水中的有机污染物研究进展

基于生物质热解得到生物炭材料具有发达的孔隙结构、高比表面积和电子传递效率高等性质,已经被广泛应用于化工、材料、能源、环境等研究领域。目前,由于水体中各种有机污染物的大范围增加,对人体和环境造成的安全隐患不容忽视。因此,利用绿色高效的光催化剂对有机物污染物废水进行高效处置具有重要意义。该文针对不同合成方法制备的生物炭基光催化剂对废水中各种有机污染物处置的最新研究进展进行了综述。首先对生物炭载体的不同制备方法进行了对比与分析,为后续生物炭最佳制备方式的选择提供了思路。生物炭基载体能够有效避免纳米光催化材料的团聚现象,促进光催化剂在生物炭表面的分散。因此,该文还介绍了溶胶-凝胶法、水解法、超声法和热缩聚等光催化剂的制备方法,阐述了不同制备条件对光催化降解有机污染物活性的影响机制。在此基础上,重点综述了生物炭基复合材料在去除废水中典型有机污染物（甲基橙、吉米沙星、罗丹明B、磺胺甲恶唑等）方面的应用与有效性,并且将光催化剂的反应机理总结为污染物吸附、光激发电子-空穴以及污染物催化降解3个步骤。同时,生物炭基光催化材料能够增加与污染物的接触面积与提高污染物的传质过程,从而显著提高光催化剂的催化活性...     

1995年以来国外泥炭及泥炭地研究进展

自1995年以来国外科技工作者对泥炭及泥炭地进行了大量研究。其中，泥炭的基本物理及化学性质、泥炭中环境污染物质如硫化物、甲基汞、泥炭酸碱性、有机物的迁移转化，泥炭地对重金属、有机污染物环境污染物质的吸收、生物过滤和降解、泥炭地对C02、CH4的排放，泥炭地对古环境特征的记录、泥炭与泥炭地的开发利用，是近年来的主要研究内容，这些领域的研究取得了较大的进展。     

生物扰动对沉积物中污染物环境行为与生物可利用性的影响

疏水性有机污染物进入环境水体后易于与沉积物结合,对沉积物中的底栖动物造成危害。底栖动物引起的生物扰动作用可以通过改变沉积物的地球化学性质,对其中污染物的赋存形态、迁移转化和生物可利用性产生重要影响。在综述了国内外生物扰动影响沉积物中污染物环境行为和生物可利用性的最新研究进展基础上,重点讨论了沉积物颗粒交换、水体环境条件改变、疏水有机污染物解吸释放过程以及对生物扰动影响的定量化表征。最后对该研究方向进行了展望,指出应重点研究多种污染物及不同生物共存条件下的生态效应,以及造成沉积物扰动的影响因素的定量化表征等。     

表面流人工湿地中氮磷的去除机理

人工湿地作为一种高效、低耗的污水处理新工艺已被广泛接受，特别是其在脱氮、除磷方面的应用逐步为人们所重视。本文深入地讨论了表面流人工湿地中各种生物、物理、化学过程对污水中各种形态含氮、含磷化合物的去除机理，及其具体途径、相关反应和反应类型，总结了国内外对各个过程影响因素、控制条件、反应速度、去除能力及相互之间协调拮抗作用的研究结果。虽然硝化／反硝化作用和土壤吸附沉淀作用已被公认为是表面流人工湿地脱氮、除磷的主要途径，但不同研究结果之间仍存在着明显差异，鲜有多介质环境条件下各种脱氮、除磷过程中多种氮、磷形态的质量平衡研究，而以此为基础的人工湿地生态动力学模型的研究则是深入了解人工湿地运行机理、设计和预测其处理效率，以及推动人工湿地污水处理工艺广泛应用的关键。     

地下水中VOC挥发因子模型的研究

建立了一个计算地下水中挥发性有机物（VOC）挥发因子的模型.选用半挥发性的1,2,4-三氯苯和挥发性的四氯乙烯为VOC的代表,分别计算了非饱和区土壤为砂土和粘土时的挥发因子.结果表明：蒸发使VOC的挥发因子增大,而下渗则使VOC的挥发因子减小;不论VOC的挥发性强弱,蒸发（下渗）对挥发因子的影响均比较明显;蒸发情况下,非饱和区土壤性质对挥发因子的影响不明显,而下渗情况下,非饱和区土壤性质对挥发因子的影响则趋于明显;此外,当非饱和区土壤为粘土时,VOC的挥发因子受蒸发（下渗）的影响更明显.     

水土环境介质中阿特拉津修复过程研究进展

除草剂阿特拉津农用后的残留物会随地表径流或地下渗漏作用进入江河湖泊等自然水体,由于阿特拉津的环境内分泌干扰作用,其会造成水资源污染和水生态失衡。根据阿特拉津的生产和使用状况,将阿特拉津的污染对象分为土壤、市政污水、河流湖泊等地表水和地下水系统模块,分别阐述了这几种环境介质中阿特拉津的物理、化学和生物修复技术以及阿特拉津在修复过程中的变化特点,介绍了土壤在淋溶过程中阿特拉津的固定手段和今后污染水体中阿特拉津修复的研究重点。     

城市化对土壤呼吸作用影响的研究进展

土壤呼吸是指土壤产生CO2的所有代谢作用,是碳素由陆地生态系统进入大气的主要途径和大气CO：的重要来源,是影响全球碳循环的途径之一,它的变化可能会对大气CO2浓度产生显著的影响。城市化的推进引起世界范围内土地利用／覆盖方式的变化,这种变化对土壤的理化性质、生物学特性等产生深刻影响,从而影响土壤的呼吸作用。因此,研究城市化引起的土壤呼吸变化对于精确地估测陆地碳循环有着重要意义。国外在20世纪90年代就开始了城乡梯度上土壤碳动态的研究,而我国在这这方面的研究还处在起步阶段,尤其是关于由自然土壤转变为城市土壤后,土壤呼吸变化的机制研究较少。已有的研究表明,在干旱和半干旱地区,城市化引起土壤呼吸降低,而非干旱区则相反。此外,城市化过程中,土壤呼吸变化的方向和强度因所处的气候区域、利用的土地来源、城市内部的土地利用方式及植被类型的不同等而存在差异,但仍存在许多不确定的影响因素,如与气候变化的耦合作用等。因此,在未来城市化过程对土壤呼吸作用的研究中,应加强土壤呼吸作用的直接影响因子和间接影响因子、时空差异及其他更精细的研究。     

On the role of entropy in water quality modelling

The use of the entropy principle in phenomenological water quality models is not only necessary, but also of great advantage. A deterministic ecosystem model must obey the 2nd law of thermodynamics. Gibb's equation is a constraint additional to the balances of mass, energy and momentum. The entropy principle supports the unified treatment of physical, chemical and biological processes in water bodies, offers stability criteria and controls the further development of the aquatic ecosystems. Thermodynamic criteria also allow the determination of the bifurcation points of the model equations. Especially near these points the state and structure of the ecosystem can be strongly changed by fluctuations of the variables and parameters of the ecosystem.Results of the thermodynamic theory of selforganizing systems (Glansdorff and Prigogine, 1971; Nicolis and Prigogine, 1977) are of very great importance for water quality modelling. Furthermore, the entropy principle bridges the phenomenological, stochastic and cybernetic approaches to water quality modelling.While the paper deals with general aspects of the role of entropy in water quality modelling, the basic system of equations, taking the entropy principle into account, can be found in a previous paper (Mauersberger, 1978).     

Estimating travel time of recharge water through a deep vadose zone using a transfer function model

We estimate the travel time of percolating water through a deep vadose zone at the regional scale using a transfer function model and a physical based conceptual flow model (Hydrus-1D), thereby exploiting the time series of precipitation, actual evapotranspiration and groundwater piezometry and generic vadose zone data. With the transfer function model we observe a high variability of estimated travel time varying from 0.9 to 3.1 years, corresponding to estimated vertical water flux velocities varying from 6.6 to 28.0 m/year. These results were compared with the travel time estimated from the physical based conceptual model. With the flow model, estimated travel time varies between 4.7 and 15.5 years, corresponding to water flux velocities varying between 1.7 and 4.1 m/year. The estimated travel time calculated with the flow model were therefore about five times larger than those estimated with the transfer function model. This could be explained by the fact that the transfer function model considers heterogeneous recharge from the vadose zone as well as from the vicinity of the piezometer through the so called “pushing effect”. In addition, the flow model requires various hydrogeological and hydrodynamic parameters which were estimated using generic parametrisation approaches, that are largely affected by uncertainty and may not reflect the local conditions. In contrast, the transfer function model only exploits available measurable time series and has the advantage of being site-specific.     

重金属对药物和个人护理品在土壤/沉积物中吸附的影响机制:现状与展望

药物和个人护理品简称(PPCPs)是一类具有潜在累积效果的环境污染物,其广泛分布于水体与土壤环境中.在土壤/沉积物中,PPCPs将发生一系列的物理、化学和生物作用,其中吸附是PPCPs在土壤/沉积物中极为关键的环境行为,将影响PPCPs在环境中的迁移转化及其对生物体的危害程度.重金属作为一类常见的无机污染物,它们的存在...     

Geochemical and Geophysical Monitoring of Salinewater Intrusion in Korean Paddy Fields

The saline water intruded zone in paddy fields near the seashore can be diagnosed accurately by joint exploration with geophysical and geochemical methods. Using the electromagnetic (EM) sounding technique, the weakly consolidated zone which introduces saline water into such an area of near seashore paddy fields in Korea was detected from the variation of electrical conductivity distribution following field irrigation. Vertical electrical sounding (VES) with Schlumberger array and chemical analysis of top soils, and groundwater in the study area verified the intruded zone near the surface. The VES results showed that the intrusion of seawater occurred in the form of a channel down to 30 m below sea level. Geochemical analysis of the top soil samples for the six major elements found in seawater indicated that the region showing high concentrations is concordant with the weakly consolidated zone near the surface. The degree of contamination in the study area was investigated by comparing the soil data with those from a nearby old reclamation field. If remediation work is not done for this intrusion zone, the sodicity degree in the paddy soil is expected to increase compared with the reference site data.     

湿地生态系统甲烷排放研究进展

湿地是大气CH4的主要自然来源。天然湿地每年向大气中排放的CH4占全球CH4排放总量的15％～30％。在厌氧环境条件下，CH4通过甲烷产生菌的作用而产生；在氧化条件下，CH4通过土壤中微生物的作用而被氧化和迁移。CH4从土壤中的排放和吸收经过几个生物和物理过程。湿地中CH4通量在时空两个方面都有较大变化，这种在空间上的变化与CH4产生、氧化和迁移过程有关，同时受不同地域的特殊因素如水文状况、植物群落、土壤温度等的影响。湿地水文条件是决定CH4排放的关键控制因子，表层土壤温度与CH4排放通量成正相关关系，土壤中氮含量也对CH4排放通量起作用。环境因子与CH4排放间的交互作用是非常复杂的，与CO2相比，CH4的产生在时空两方面更易于变化。目前关于湿地CH4排放的模型多为一维模型，主要模拟CH4在土壤中的产生过程，以及从上覆土壤、植被和水体进入大气的迁移过程；模型一般涉及不同深度的土壤温度、水位和净初级生产力。     

Modelling the impacts of land-use and drainage density on the water balance of a lowland–floodplain landscape in northeast Germany

This study presents the modelling approach and impact assessment of different strategies for managing wetland water resources and groundwater dynamics of landscapes which are characterised by the hydrological interactions of floodplains and the adjacent lowlands. The assessment of such impacts is based on the analysis of simulation results of complex scenarios of land-use changes and changes of the density of the drainage-network. The method has been applied to the 198 km² Lower Havel River catchment as a typical example of a lowland–floodplain landscape. The model used consists of a coupled soil water and groundwater model, where the latter one is additionally coupled to the surface channel network. Thus, the hydrological processes of the variable saturated soil zone as well as lateral groundwater flow and the interactions between surface water and groundwater are simulated in an integrated manner. The model was validated for several years of significantly different meteorological conditions. The comparison of lateral and vertical water balance components showed the dominance of lateral flow processes and the importance of the interactions between surface water and groundwater for the overall water balance and the hydrological state of that type of landscape.The simulation of land-use change scenarios showed only minor effects of land-use change on the water balance and groundwater recharge. Changes of groundwater recharge were particularly small within the wetland areas being part of the floodplain where interactions between surface water and groundwater are most pronounced. Alterations in vertical groundwater recharge were counter-balanced by the lateral interaction between groundwater and surface water. More significant deviations in groundwater recharge and storage were observed in the more peripheral areas towards the catchment boundaries which are characterised by greater groundwater distance from the surface and less intense of ground water–surface water interactions.However, the simulation results assuming a coarsening of the drainage network density showed the importance of drainage structure and geometry for the water balance: The removal of the artificial draining ditches in the floodplain would result in significant alterations of total groundwater recharge, i.e., less recharge from winter to early summer and an increase of groundwater recharge during summer and autumn. Furthermore the different effects of groundwater recharge alterations on the dynamics of groundwater stages within the wetland areas close to the floodplains compared to the more peripheral areas could be quantified. Finally, it will be discussed that a well-adjusted co-ordination of different management measures is required to reach a sustainable water resources management of such lowland–floodplain landscapes.