污染场地中挥发性有机物的扩散和人群暴露预测模型研究进展

污染场地中挥发性有机物(volatile organic compounds, VOCs)的精准风险评估是开展后续修复工作的重要依据。鉴于VOCs易挥发的特性,呼吸吸入气态污染物是可能对人体健康造成危害的最主要的暴露途径。目前常用基于实测土壤中VOCs浓度或基于实测土壤气中VOCs浓度的模型来计算呼吸吸入暴露途径下的健康风险。本文在分析污染场地土壤和土壤气2种不同介质中VOCs分布特点的基础上,总结了国内外常用的健康风险评估模型及应用情况,分析了可能对模型预测结果产生影响的因素,尤其是假设条件和模型输入参数。最后,本文建议加强土壤气中VOCs的调查与评估研究工作,同时加强实地调查、多渠道获取模型参数以建立本土化数据库并进行参数的精细化划分,以降低模型的不确定性。     

纳米银在多孔介质中的迁移过程与机制研究进展

纳米银(AgNPs)作为消费品中最常用的人工纳米材料,由于其优异的抗菌性能,在织物、医疗设备和食品及饮料包装中广泛使用.AgNPs可通过大气沉降、地表水径流、污水灌溉和生物污泥的土地施用等多种途径进入土壤等多孔介质,甚至进入地下水.AgNPs进入环境后可在动物和植物体内累积并产生毒性效应,对生态环境构成危害.因此,全面了解AgNPs在土壤等多孔介质中的迁移过程对正确评估其环境归趋和生态效应具有重要的理论和现实意义.本文针对近年来已发表的不同表面稳定剂、环境有机质、土壤矿物及微生物等对AgNPs性质及在多孔介质中迁移过程中产生的影响进行了全面的总结,并就目前研究中存在的问题和后续研究的发展方向进行了展望.     

多孔介质中三氯乙烯的非线性吸附-对流-弥散模型

研究三氯乙烯(TCE)在含水层中的迁移转化规律,对评价其在环境中的影响、预测其在环境中的行为规律及确定相应的修复技术有着重要的意义.TCE在细砂中的等温吸附规律研究采用批试验和模拟柱试验方法.批试验结果采用四种不同的非线性等温吸附模型进行拟合.结果显示,Linear-Langmuir-Freundlich (LLF) 模型的拟合效果最佳,且该模型能较好地描述表面吸附和分配作用.利用经典对流扩散模型,将以KCl为示踪剂的柱试验结果采用非线性最小二乘法反演模拟柱中的纵向弥散度;利用非线性吸附对流扩散模型,将TCE的模拟柱试验结果采用遗传算法反演吸附参数;结果显示Langmuir等温吸附模型描述柱试验中的吸附模式最好.即批试验与柱实验中的吸附模式是不同的.该结论表明必须重新审视非平衡吸附理论在运移模型中的适用性,以及该理论适用的前提条件.在试验结果和模型反演获得的参数基础上确定的TCE在多孔介质中运移的一维非线性吸附-对流-扩散模型,能够很好地揭示TCE在多孔介质中的运移规律,且模型中的阻滞系数是质量浓度的非线性函数.     

不同含水量细砂介质中挥发苯的有效扩散系数研究

挥发性有机污染物在土壤多孔介质中的有效扩散系数是土壤气相抽提(soil vapor extraction,SVE)传质过程中的一个重要参数.笔者以苯为研究对象,采用土柱扩散试验,对不同含水量条件下挥发苯在细砂介质中的有效扩散系数和扩散规律进行研究.结果表明,对于吸附型矿物含量少的细砂介质,含水量大小在一定程度上影响了挥发苯的扩散过程.含水量在50 g·kg-1时,扩散最快;低于50 g·kg-1时,随含水量增大扩散能力增强;高于50 g·kg-1时,扩散能力则随含水量增大而减弱.同一扩散柱中,随着扩散距离增加,挥发苯的有效扩散系数增大,这可能与其蒸汽分压降低有关.     

以NH2-MIL-53(Al)为前驱体制备多孔掺碳Al2O3吸附剂及其对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能

铬是污染性金属元素,铬含量是水质污染控制的一项重要指标,其中Cr(Ⅵ)的毒性最大,且易被人体吸收.本研究以水中的Cr(Ⅵ)吸附传质分离为目标,利用以铝为金属源水热法合成的铝基MOFs为前驱体,600℃煅烧后制备了多孔掺碳Al₂O₃吸附材料,利用现代分析技术对其进行微观结构表征,探究了其吸附作用能力与机制.研究结果表明,XRD、SEM、BET等表征手段证明了NH₂-MIL-53(Al)与多孔掺碳Al₂O₃结构的成功合成.前驱体NH₂-MIL-53(Al)和煅烧后的衍生物多孔掺碳Al₂O₃,在形貌上相似,且多孔掺碳Al₂O₃材料(180.24 m²·g^-1)的比表面积要大于NH₂-MIL-53(Al)(116.73 m²·g^-1).多孔掺碳Al₂     

气相抽提去除红壤中挥发性有机污染物的去污机理探讨

通过探讨土壤气相抽提去除红壤中挥发性有机污染物的去污机理,建立了一维稳态条件下污染物在土壤多孔介质中传质的总微分方程,分别求出了平衡模型和动力学模型的解析解和数值解,并用实验结果对平衡模型和动力学模型进行了模拟和验证.实验结果和模型模拟结果表明理论模型与实验结果吻合良好,平衡模型和动力学模型在描述污染物在土柱通风过程中的传质时,分别适用于不同的阶段.在通风初期平衡模型能够很好地描述实验结果,而随着时间的推移,平衡模型的预测曲线逐渐偏离数据点,到了通风中后期,只有动力学模型才能够较好地描述和预测实验结果.     

甘肃某冶炼厂区土壤重金属铅、镉污染特征及其对微生物群落结构的影响

长期受到重金属铅(Pb)和镉(Cd)污染的土壤生态危害指数较高,土壤微生物群落结构容易受到重金属的影响,重金属对土壤微生物的毒性与重金属的生物利用度直接相关.以白银市重金属污染土壤为样本,分析了土壤的理化性质、重金属Pb和Cd的污染状况及土壤微生物群落结构,探究它们之间的关联性.样本采自距离污染中心由近及远的4个位置(...     

辽宁省蒽的来源与多介质环境行为研究

基于工业燃煤、机动车尾气、民用供暖燃煤锅炉三个主要污染源,估算了辽宁省蒽的年排放总量,并采用多介质逸度模型,解释了蒽的多介质环境行为。研究结果表明:(1)辽宁省蒽的年排放总量为17.0t,其中工业燃煤排放蒽11.9t/a,占年排放总量的69.9%,是辽宁省蒽的主要来源;机动车尾气排放蒽0.3t/a,民用供暖锅炉燃煤排放蒽4.8t/a。(2)蒽的多介质环境三级模型计算结果显示,辽宁省排放到环境中的蒽绝大部分存留在土壤中,而在大气和水体中的存留量很少。蒽的主要输出途径是大气水平流动,主要的损失途径是土壤降解和大气光解,气-土间的相间迁移通量最大。     

全氟辛烷磺酸在大连区域环境多介质中的归趋模拟

阐明污染物的环境归趋对于其污染控制和生态风险评价具有重要意义。本文构建了三级环境多介质逸度模型,研究全氟辛烷磺酸(PFOS)在大连区域环境多介质中的分布及其迁移规律。结果表明,PFOS在大气、水、土壤和沉积物相的模拟浓度分别为5.10 pg·m-3、22.60 ng·L-1、2.25μg·kg-1和0.34μg·kg-1,与实测值较为一致。环境相间的迁移主要是大气向土壤中迁移和土壤向水中的迁移,水和土壤是大连区域PFOS的主要的汇。PFOS在大气和水相的平流输入为主要的污染来源,而大气的平流输出是其主要的输出途径。灵敏度分析表明,有机碳分配系数、溶解度、水和气相平流输入、土壤中水的径流速率以及温度是影响模型结果的主要参数。不确定分析则表明,整体参数的变化对水体输出结果影响最大,对沉积物影响最小。本研究较好地模拟了PFOS在大连区域环境多介质中的迁移和归趋,可为其污染控制和生态风险评价提供科学依据。     

调理脱水污泥的热解特性及动力学分析

利用TGA(Thermogravimetric analysis)热分析技术对污水处理厂原始污泥及调理脱水污泥进行了实验研究,获得了不同升温速率下污泥的TG(Thermogravimetric)和DTG失重曲线.实验发现,不同调理脱水污泥热解特性复杂,且热解动力学在不同转化率下对应的动力学反应也不同.并利用M-KAS(Kissinger-AkahiraSunose)模型和Discrete DAEM(Discrete distribute activation energy model)模型对不同调理污泥进行了动力学参数研究.结果表明,污泥的非等温热解过程包含3个失重阶段;升温速率影响污泥热解特征温度,随着升温速率的提高,失重曲线向高温区滑移.利用上述模型计算的动力学参数变化趋势表明所采用的Fenton及赤泥复合调理对污泥热解特性有很大影响,Fenton调理有助于污泥EPS(Extracellular polymeric substances)破坏,影响热解反应中的形核过程,进而影响热解动力学变化趋势;赤泥调理后,赤泥更容易与破坏的污泥细小颗粒结合,增加了污泥热解反应数量,影响整个污泥热解过程.从计算结果可以看出污泥热解由多步反应组成,整个热解过程动力学参数不断变化.     

太湖流域(苏南地区)经口介质中邻苯二甲酸酯的生物有效性及人体暴露评估

选取太湖流域(常州、无锡、镇江3市)为研究区,对其地下水、土壤、农作物等经口介质中邻苯二甲酸酯(PAEs)含量进行实验室检测,并通过体外实验(in vitro test)方法模拟不同介质PAEs对人体的生物有效性,同时考虑不同烹饪方式的PAEs消解规律,运用美国EPA推荐的暴露评价模型在对流域人群暴露参数优化的基础上推导流域人群暴露剂量.结果表明,流域内各经口介质中除部分蔬菜种类外PAEs均有不同程度的检出,水、土壤、主食、蔬菜4大类经口介质人体PAEs生物有效性范围为11.0%—78.5%,且不同单体差别较大.经不同烹饪方式后主食、蔬菜的PAEs残留量比例为60.7%—72.1%.结合前期暴露参数优化结果,考虑综合方式后人群!PAEs经口暴露剂量为1.59×10-1mg·kg-1·d-1,且男性低于女性,春、冬季节低于夏、秋季节,与国内外已有的报道相比均较高.     

兰州地区苯并(a)芘的环境多介质迁移和归趋模拟

利用Level Ⅲ逸度模型模拟计算了稳态假设下苯并(a)芘在兰州地区大气、水体、土壤和沉积物中的相间迁移通量、浓度分布.结果表明:大气的平流输入和化石燃料燃烧是该区域苯并(a)芘的主要来源,土壤是其最大的储库,占总残留量的99.6%;在大气、水体、土壤和沉积物中的浓度分别为1.61×10-10 mol·m-3、9.39×10-7 mol·m-3、7.13×10-4 mol·m-3和9.17×10-5mol·m-3,模型计算浓度与同期实测浓度吻合较好,验证了模型的可靠性,并通过灵敏度分析,确定了模型的关键参数.     

水平球磨机械化学法处置多氯联苯污染土壤的试验

采用中试试验台的水平滚动式球磨机,对高浓度多氯联苯(PCBs)污染土壤进行机械化学法处置.以氧化钙(Ca O)为主要添加剂成分,对比有无石英砂(SiO_2)助剂,混合球磨PCBs污染土壤.使用高分辨气相色谱/质谱联用仪(HRGC/MS)检测,分析球磨机械化学反应前后土壤中PCBs的去除率和二英(PCDD/Fs)的合成率.结果表明,采用水平滚动式球磨机对土壤进行20 h研磨后,对于单一Ca O添加球磨工况,PCBs总量和毒性当量(WHO-TEQ)分别减少了65%和73%;添加石英砂助剂后(Ca O-SiO_2工况),PCBs总量和WHOTEQ的去除率分别达到了74%和78%,证实水平滚动式低速球磨能有效降解PCBs,且SiO_2有助于Ca O添加剂机械化学去除土壤中PCBs.对球磨处理前后的PCDD/Fs生成量进行比较,结果表明,在反应初期的5 h内,部分PCBs氧化为高氯代的PCDFs,导致PCDD/Fs总量和毒性当量(I-TEQ)有所上升;球磨超过5 h后,PCDD/Fs开始发生降解反应.在保证充足的球磨反应时间条件下,机械化学处理PCBs可以克服传统PCBs热处置的首要缺陷——PCDD/Fs的二次合成问题.     

RBCA、CLEA及CalTOX模型在苯并[a]芘污染场地健康风险评估中的应用比较

为探讨不同模型对污染场地健康风险评估结果的影响,以苯并[a]芘为例,采用RBCA、CLEA和CalTOX模型对某工业污染场地表层土壤进行健康风险评估,分析了评估结果的差异和原因,同时对模型的主要暴露参数进行了敏感性分析,并推导出基于风险概率分布的土壤修复限值。结果表明,RBCA、CLEA和CalTOX模型计算的苯并[a]芘致癌总风险分别为2.40×10-4、6.32×10-4和7.04×10-6,且经口摄入和皮肤接触2个途径对人体健康造成的危害最大。降解作用是影响CalTOX模型风险评估结果不同于RBCA和CLEA模型的重要因素,3个模型间参数取值及方法学的差异也会导致风险评估结果不同。各模型暴露参数的敏感性排序也有差异。采用基于风险概率分布的方法推导土壤修复限值,RBCA、CLEA和CalTOX模型所得结果分别为0.18、0.08、0.13(不考虑降解作用CalTOX模型)和10.74(考虑降解作用CalTOX模型)mg·kg-1,为各模型直接推导值的1.5～2.6倍。基于风险概率分布的方法可有效降低风险评估过程中参数不确定性的影响,为工业污染场地土壤修复值的制定提供参考。     

新型纳米零价铁的绿色合成和改性工艺研究进展

环境友好型材料的合成已成为当前研究的热点.纳米零价铁因卓越还原性能应用潜力巨大,纳米铁颗粒的绿色合成技术可避免污染并降低成本,提高修复效率.本文介绍了纳米铁合成工艺的绿色化进展,其中包括采用各类原始材料新型合成方法、合成工艺条件选择和制备产物的生成过程,经济性分析等.另外还比较了纳米铁颗粒绿色分散和负载改性过程中工艺试验参数、收率和选择性等,并对绿色纳米零价铁技术的工程应用和关键问题进行讨论,以及未来发展趋势进行展望.     

土壤胶体对重金属运移行为的影响

累积在表层土壤中的重金属,在一定条件下可以向地下迁移,进而影响地下水水质.由于现有污染物运移预测模型对重金属等污染物在土壤中运移的预测与实际监测结果偏差巨大,土壤胶体对土壤重金属运移的影响越来越受到人们的重视.土壤胶体组成丰富,在土壤环境中广泛存在.土壤胶体能够与重金属等污染物质相结合,对重金属等污染物质的运移产生重要影响.土壤胶体运移和土壤胶体与重金属的相互作用受到水动力、pH、离子强度、胶体粒径、土壤含水率等多种物理化学条件的影响.本文综述了土壤胶体对土壤重金属运移影响的诸多因素,介绍了胶体作用下重金属等污染物在多孔介质中的运移模型,提出了当前研究中存在的问题,并对今后需要展开的工作提出了建议.     

多介质环境模型New Equilibrium Criterion(New EQC)参数敏感性分析

多介质环境模型被广泛应用于化学品环境风险评估.模型参数敏感性分析是使用模型时必不可少的环节,也是了解模型结构的有效途径之一.模型参数敏感性分析可筛选出对模型预测结果具有显著影响的化学品物化参数和环境参数,有助于减少数据收集工作量,能侧重收集所要评估区域关键的环境参数和实际环境条件下的物化参数值,从而提高模型预测结果的可信度,为化学品管理决策提供准确数据.本研究以化学物质八甲基环四硅氧烷为例,采用局部敏感性分析法中的一次一个变量法和全局敏感性分析法中的回归分析法,分别对多介质环境模型New Equilibrium Criterion模型参数进行了敏感性分析.结果表明,亨利常数、LevelⅢ向空气排放率和沉积物沉积速率等参数值的变化对模型预测结果影响显著.     

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.     

重金属污染场地土壤风险筛选值关键影响因子研究——以砷为例

合理确定重金属土壤筛选值是污染场地风险识别和调查评估的基础,过松或过严的标准都会增加风险评估的不确定性,甚至可能会导致风险管控措施失效或修复资金浪费,确定重金属土壤筛选值的关键影响因子是合理确定重金属土壤筛选值的前提。选择工业污染场地中检出频率高、毒性大的砷作为研究对象,通过假设工商业用地下的暴露情景,根据《污染场地风险评估技术导则》(HJ25.3—2014)得到砷筛选值计算公式,利用基于蒙特卡罗模拟的Crystal Ball模型计算公式中各参数对结果的敏感性和贡献率来确定关键影响因子,通过调研国内外砷筛选值现状,从计算模型、毒性评估及关键影响因子等方面对引起各国砷筛选值差异的原因进行了分析探讨。结果表明:工商业用地下土壤砷筛选值取值为0.84～175.7 mg·kg~(-1),均值为21.4 mg·kg~(-1),95%的置信上限为24.19 mg·kg~(-1);风险可接受水平、每日土壤摄入量(IR)、暴露频率(EF)和暴露周期(ED)对砷筛选值的贡献率依次为41.3%、-27.3%、-16.3%和-12.7%,其余因子的贡献率均小于1%;关键影响因子按贡献率绝对值从大到小分别为风险可接受水平、每日土壤摄入量(IR)、暴露频率(EF)、暴露周期(ED)。计算模型和毒性评估存在差异是国内外土壤砷筛选值差异的基础原因,当计算模型和毒性评估差异不大时,关键影响因子才是决定性因素,其影响程度与模拟计算的结果一致。建议我国完善筛选值计算模型,对砷的毒性效应和符合我国暴露人群特征的关键影响因子展开深入研究。     

污染场地土壤多环芳烃(PAHs)生物可利用浓度的健康风险评价方法

随土壤不慎经口摄入是PAHs对人体健康造成危害的重要途径之一,目前该暴露途径下PAHs的健康风险计算主要基于土壤中总PAHs浓度进行计算。但是,这种计算方法并未考虑PAHs在土壤中的赋存状态及经口摄入后在人体不同器官中的毒理动力学过程,导致计算结果过于保守,修复目标过于严格,修复成本过高。针对这一问题国外相关研究人员已开展基于土壤中PAHs生物可利用性的健康风险评价研究并取得较大进展,但在国内就如何在风险评价过程中引入PAHs生物可利用性及其面临的障碍缺乏系统性报道。在对土壤中PAHs赋存形态及其随土壤经口腔摄入后在人体消化及循环系统中的动态分配最新研究成果进行综述的基础上,通过对该暴露途径下现有风险计算模型存在问题及原因进行分析,提出基于土壤中PAHs可利用浓度进行风险计算,并对相应计算模型进行推导以及模型参数的获取方法进行了简要概括,以解决目前模型计算结果过于保守的问题。同时,对于在现有分层次进行场地健康风险评价思路中如何科学地纳入基于土壤中PAHs可利用浓度进行风险计算的思路以及在实际风险评价中应用该思路还需进行的研究工作进行了简要讨论。