河水-地下水侧向交互带地球化学特征:以重庆市马鞍溪为例

河水-地下水交互带是河水与地下水相互交换和混合的区域,在河流、地下水生态和水质的保护方面具有重要作用.为了解河水-地下水侧向交互带地球化学特征,以重庆市马鞍溪为研究对象,对河水及交互带的水温、溶解氧(DO)、pH值、电导率(EC)进行自动监测,结合对水样离子浓度和交互带沉积物中元素含量的分析.结果表明,马鞍溪侧向交互带水化学类型为HCO_3-Ca·Mg型.监测期间交互带受河水入渗影响为主,交互带的缓冲作用使其温度、DO、pH值、EC等指标变异系数较河水低.随距河岸距离的增加,马鞍溪侧向交互带在物理、化学、生物综合作用下形成了迅速进入缺氧状态的氧化还原环境,以及pH值先降低后升高的酸碱环境.在其影响下,K~+、NH_4~+-N、NO_3~-、SO_4~(2-)呈下降趋势,全Mn、EC、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、Sr~(2+)等先上升后下降,全Fe、Al~(3+)等呈上升趋势.受河水、地下水长期交互影响,在距河岸约30 cm处的交互带沉积物中元素含量较高,形成独特的水化学梯度.据此可推断出马鞍溪侧向交互带边界可能在距河岸30~50 cm处,其中浅层交互带的边界可能在距河岸10 cm左右的位置.在河水补给地下水过程中,河水-地下水侧向交互带对净化水质有重要作用.     

1,2-二氯乙烷自然衰减过程中模拟饱和含水层的氧化还原条件变化

为研究自然条件下饱和含水层中1,2-DCA(1,2-二氯乙烷)的自然衰减过程及该过程中含水层氧化还原环境的变化特征,利用室内连续水流土柱模拟饱和含水层,研究生物降解作用对1,2-DCA自然衰减的贡献以及饱和含水层环境条件的动态变化规律. 初始ρ(1,2-DCA)为50 mg/L,模拟地下水流速为450 μL/min,模拟试验连续进行30 d,分别监测ρ(1,2-DCA)和水环境指标. 结果表明,1,2-DCA自然衰减的一级速率常数为0.068 9 d-1,其中生物降解作用的贡献率为6.34%. 1,2-DCA自然衰减过程中,NO₃-首先充当生物降解的电子受体,随后Fe3+、SO₄2-依次发生反应,土柱内部不同高度出现了氧化还原分带,分别是硫酸盐还原带、铁盐还原带、硝酸盐还原带.      

北天堂垃圾污染场地氧化还原分带及污染物自然衰减研究

通过对北京市北天堂垃圾填埋场周围实际监测数据资料的分析,研究了垃圾填埋污染场地的氧化还原分带和污染物的自然衰减作用.结果表明,北天堂垃圾填埋污染场地存在氧化还原分带现象,依据各氧化还原带标志性物质浓度的分布规律和特点划分了5个氧化还原带,即产甲烷带、硫酸盐还原带、铁还原带、硝酸盐还原带和氧还原带.不同有机污染物在不同的氧化还原带中的衰减不同;挥发酚和氰化物在硫酸盐还原带中的含量相对较高,分别为0.005和0.019 μg/L;Cr、Pb、Ni、As、Cu、Cd、Zn和Mn等重金属在产甲烷带中的含量相对较高,分别为25.11、 33.82、 29.93、 3.18、 2.3、 0.1、 283.1、 1 220　μg/L.因此,氧化还原带对污染物的衰减起重要作用.     

腐殖质对土壤砷形态分布及转换影响研究进展

土壤砷(As)的含量和形态分布与其所处的环境条件密切相关。与总量相比,土壤As化学形态分布及各组分含量更能反映土壤中As的迁移性和生物有效性。该文概述了土壤环境条件（pH、Eh、共存离子和有机质等）对土壤中吸附-解吸、氧化-还原、沉淀-溶解和甲基化-去甲基化等非生物和生物过程下As的形态分布及转换的影响。腐殖质是土壤有机质的主要赋存形态,该文重点论述了腐殖质影响下土壤As形态分布变化及腐殖质对As形态转换影响的非生物和生物机制;非生物作用主要包括腐殖质对As的络合、吸附以及腐殖质对As（非生物）氧化还原反应的影响,而生物作用主要包括微生物参与下腐殖质对土壤中金属氧化物的氧化还原和微生物活性的影响;并在此基础上对后期研究方向做出展望。     

包气带砂层中垃圾渗滤液自然衰减作用研究

通过实验定量分析了包气带砂层中影响垃圾渗滤液污染物自然衰减的吸附作用和生物降解作用。通过静态吸附实验计算得到砂层对COD和NH4+的理论最大吸附量为52.36和35.34 mg/kg。在生物降解作用研究中,确定HgCl2为生物作用抑制剂,最佳抑制浓度为10 mg/L。通过模拟柱对比得出包气带砂层中,生物降解是垃圾渗滤液污染物自然衰减的主要机制。生物作用和自然衰减条件下,垃圾渗滤液中COD在包气带砂层中的一级衰减动力学方程分别为:ρ(COD)=642221e-0.0017t和ρ(COD)=642221e-0.0021t。     

河水和地下水相互作用带中硝酸盐浓度影响因素研究——以黑河中游临泽河段为例

黑河中游张掖盆地地表水和地下水均遭受不同程度的硝酸盐污染。选取了黑河中游河水和地下水相互作用带中典型剖面,研究了河水和地下水相互作用对硝酸盐污染物迁移过程的影响,分析了控制硝酸盐从地下水向地表水迁移的因素及途径。结果表明:河水和地下水相互作用带中物理混合过程对硝酸盐浓度分布的影响明显,氧化还原过程等化学作用对其影响不显著;河水与地下水的补排关系及其强度控制着硝酸盐的迁移过程。基于该研究结果,选用二元混合模型计算了河水与地下水相互作用带中不同位置处的混合比例,定量分析了河水混合作用对地下水中硝酸盐浓度的影响。     

垃圾渗滤液污染地下环境物质变化对污染缓冲的影响

通过砂柱模拟实验研究垃圾渗滤液污染地下环境中氧化还原环境和主要组成物质的变化对沉积物的pH缓冲能力和氧化还原能力的影响及其相互关系.结果表明,氧化还原环境的变化对地下环境沉积物的pH缓冲和氧化还原缓冲能力有重要影响,产甲烷带/硫酸盐还原带(MGZ/SRZ)、铁还原带(IRZ)、硝酸盐还原带(NRZ)和氧还原带(ORZ)沉积物的pH缓冲容量相对于本底值分别增加了12.4%、 10.8%、 19.8%和11.1%;pH缓冲和氧化还原缓冲之间相互影响、相互促进,它们直接影响着地下环境中污染物的自然衰减作用;沉积物中的铁氧化物、有机质、SO_4~(2-)和NH_4~+-N等的含量对pH缓冲能力和氧化还原缓冲能力均有不同的影响,整个体系的污染缓冲能力是各组分的综合作用结果.     

微生物作用引起的铁铝氢氧化物吸附砷的还原与释放机制研究

地下水砷污染的形成机制目前尚不清楚,普遍认为,微生物对吸附于铁氧化物表面的As(Ⅴ)以及基质Fe(Ⅲ)的还原是砷释放的主要原因.本研究中以富集的混合菌群为接种微生物,以不同比例（Al∶Fe为1∶0、 1∶1、 0∶1）的铁铝氢氧化物为吸附剂,考察了微生物对吸附于这些载体上的As(Ⅴ)的还原和迁移作用.结果表明,接种微生物后,3种体系表现出不同程度的As释放,溶液中释放的As基本上是As(Ⅲ).在氢氧化铁体系中,溶解态As(Ⅲ)浓度仅为60 μg/L左右,微生物还原产生的As(Ⅲ)几乎全部存在于固相中;在Al∶Fe为1∶1的铁铝氢氧化物中,溶解态As(Ⅲ)大约为1.3 mg/L;氢氧化铝体系中,该值为7.8 mg/L,约占微生物还原总As(Ⅲ)的82%.而未接种的对照组均未检测到As(Ⅲ)以及明显的As释放.本研究还考察了吸附基质铁氧化物的还原对砷迁移的影响,结果表明,砷的还原发生在铁还原之前,铁的还原并没有引起砷的明显释放.因此,根据本实验结果推断,氢氧化铁吸附的As(Ⅴ)的还原及Fe(Ⅲ)的还原很可能不是造成地下水系统中砷释放的主要原因,而吸附于铝氧化物或其它矿物表面的As(Ⅴ)的还原可能引起了砷向水相迁移.     

河水-地下水交互带沉积物中抗生素和代谢产物提取方法优化及其分布特征

河水-地下水交互带是污染物发生富集、降解和转化等生物地球化学过程的重要场所.抗生素作为一类广泛关注的有机污染物,探索其在交互带中的分布特征对认识特殊生境下污染物迁移转化过程具有重要意义.由于交互带氧化还原条件变化敏感,沉积物组成特殊,建立了一种有效提取交互带中22种抗生素及4种磺胺类代谢产物的前处理方法,并对样品初始状态、提取温度、提取液pH值以及有机提取溶剂进行了优化.同时对汉江下游河水-地下水交互带沉积物中的抗生素含量进行分析,结果表明,采用pH=3的乙腈/乙二胺四乙酸二钠（Na₂EDTA）-Mcllvaine缓冲液（1 ：1,体积比）对未经氧化的沉积物原样在40℃条件下进行3次微波提取,目标抗生素的回收效果最好.汉江下游交互带沉积物中共检出11种抗生素,其中以土霉素（OTC）和氧氟沙星（OFL）为主,最高检出含量分别为6.77 ng ·g^-1和5.81 ng ·g^-1.不同交互剖面中抗生素含量的垂向分布差异较大,主要与沉积物岩性、抗生素理化性质和地表水-地下水交互作用等影响因素有关.     

环境化学

X131200503160土壤/沉积物中天然有机质对疏水性有机污染物的吸附作用/罗雪梅…(北京师范大学环境学院)∥土壤/中科院南京土壤研究所.-2005,37(1).-25~31环图S-38通过对土壤/沉积物中天然有机质的组成分析,阐述了天然有机物在吸附疏水性有机污染物过程中所起的重要作用,其中包括可溶性有机质的增溶作用和不溶性有机质的吸附作用。本文着重探讨了天然有机质结构的异质性对吸附作用的影响,导致吸附等温线的非线性,从而从土壤/沉积物有机质的微观结构上进一步解释了非线性吸附机理。图1参30X131200503161敌敌畏在颗粒物上吸附的支配因素/哈斯…     

Review on heterogeneous oxidation and adsorption for arsenic removal from drinking water

The long term exposure of arsenic via drinking water has resulted in wide occurrence of arsenisim globally, and the oxidation of the non-ionic arsenite (As(III)) to negatively-charged arsenate (As(V)) is of crucial importance for the promising removal of arsenic. The chemical oxidants of ozone, chlorine, chlorine dioxide, and potassium permanganate may achieve this goal; however, their application in developing countries is sometimes restricted by the complicate operation and high cost. This review paper focuses on the heterogeneous oxidation of As(III) by solid oxidants such as manganese oxide, and the adsorption of As(V) accordingly. Manganese oxide may be prepared by both chemical and biological methods to achieve good oxidation performance towards As(III). Additionally, manganese oxide may be combined with other metal oxides, e.g., iron oxide, to improve the adsorption capability towards As(V). Furthermore, manganese oxide may be coated onto porous materials of metal organic frameworks to develop novel adsorbents for arsenic removal. To achieve the application in engineering works, the adsorbents granulation may be achieved by drying and calcination, agglomeration, and the active components may also be in situ coated onto the porous materials to maintain the oxidation and adsorption activities as much as possible. The novel adsorbents with heterogeneous oxidation and adsorption capability may be carefully designed for the removal of arsenic in household purifiers, community-level decentralized small systems, and the large-scale drinking water treatment plants (DWTPs). This review provides insight into the fundamental studies on novel adsorbents, the development of innovative technologies, and the demonstration engineering works involved in the heterogeneous oxidation and adsorption, and may be practically valuable for the arsenic pollution control globally.     

铝氧化物-水界面化学及其在水处理中的应用

天然水体中,铝氧化物矿物表面上的吸附等各种反应在很大程度上影响着金属阳离子、无机阴离子和一些天然有机物的迁移转化和归趋.在水处理等工业领域中,铝氧化物由于其水合表面的吸附能力而被用做离子交换剂和催化剂载体.因此,对铝氧化物表面化学过程的研究具有重要意义.铝氧化物-水界面上的反应十分复杂,对各种无机、有机污染物的吸附结合能力取决于氧化物固相表面性质、溶液条件和吸附质的性质.从对铝氧化物表面荷电特性和吸附活性的认识出发,就各种铝氧化物的结构特征和表面反应活性及其在水处理技术中的应用进行了简要综述.     

天然磁黄铁矿吸附水中As(Ⅲ)的性能及机理

砷是地下水中最常见的污染物之一,过量摄入会严重危害人体健康.含铁矿物可以高效去除水中的As.以天然磁黄铁矿为As(Ⅲ)吸附剂,研究了吸附过程中的动力学、等温线和热力学,以及pH、无机阴离子对As(Ⅲ)吸附去除的影响.结果 表明:磁黄铁矿对As(Ⅲ)的吸附在48 h可达到平衡;吸附过程符合Langmuir等温模型,在As...     

Effect of amendments on the leaching behavior of alkaline anions and metal ions in bauxite residue

A column leaching experiment was used to investigate the efficacy of amendments on their ability to remove alkaline anions and metal ions from bauxite residue leachates. Treatments included, simulated acid rain(AR), phosphogypsum + vermicompost(PVC), phosphogypsum +vermicompost + simulated acid rain(PVA), and biosolids + microorganisms(BSM) together with controls(CK). Results indicated that amendment could effectively reduce the leachate pH and EC values, neutralize OH~-, CO_3~(2-), HCO_3~-, and water soluble alkali, and suppress arsenic(As)content. Correlation analysis revealed significant linear correlations with pH and concentrations of OH~-, CO_3~(2-), HCO_3~-, water-soluble alkali, and metal ions. BSM treatment showed optimum results with neutralizing anions(OH~-, CO_3~(2-), and HCO_3~-), water soluble alkali, and removal of metal ions(Al, As, B, Mo, V, and Na), which was attributed to neutralization from the generation of small molecular organic acids and organic matter during microbial metabolism. BSM treatment reduced alkaline anions and metal ions based on neutralization reactions in bauxite residue leachate, which reduced the potential pollution effects from leachates on the soil surrounding bauxite residue disposal areas.     

微塑料对环境介质中氮循环的影响研究进展

微塑料作为一种新污染物,在全球范围内引发了广泛关注.微塑料在威胁生物体健康的同时,也会通过定殖微生物等途径影响氮素正常的循环过程,但相关研究仍相对匮乏.本文在简述当前微塑料污染现状的基础上,介绍了微塑料对污泥、水、沉积物和土壤4种环境介质中氮循环的影响研究进展,并重点分析了微塑料作用下不同环境介质中氮转化过程的响应及作用机制.结果表明:当前微塑料影响氮循环的研究主要集中于污泥和土壤,对水环境和沉积物中的研究相对较少;环境介质和微塑料的聚合物类型、浓度、粒径等因素都会导致微塑料对氮循环的影响产生明显差异.进一步分析发现,微塑料主要通过影响氮转化相关的微生物、酶活性和功能基因以及改变氧通量等来影响硝化和反硝化等过程,其中,微生物受塑料添加剂释放的影响较大,微塑料自身也可能作为有机底物促进相关功能菌的生长;硝化和反硝化过程中关键酶及功能基因也会对微塑料的影响产生响应,进而影响氮循环过程.此外,微塑料能够通过改变沉积物的孔隙度增加氧通量,增强硝化作用.在后续研究中应重点关注微塑料参与氮循环的环境驱动机制,阐述其在潜流带等地球关键带中的作用路径,为全面评估微塑料对生态环境健康的影响提供支持.      

铁锰双金属材料对砷和重金属复合污染土壤的稳定化研究

由于矿产资源的共生、伴生现象及历史上采选冶技术的相对落后,我国矿区附近的重金属污染场地多存在复合污染的情况,而稳定化技术是解决该问题的有效措施.本文通过室内模拟培养实验和静态吸附试验,研究了人工合成的铁锰双金属材料(FMBO)对矿区复合污染土壤中As、Pb、Cd等重金属的稳定化作用和机制.毒性浸出实验结果表明,在3种不同的As和重金属复合污染土壤中,FMBO材料能够对As和Pb等重金属起到较好的稳定化作用,在5%的最大添加量下,FMBO对As、Pb的稳定化效率分别能够达到95.2%~100%和95.5%~97.5%,同时不会引起Cd、Zn和Cu等重金属的活化.由连续提取实验结果可知,FMBO能够使土壤中As和Pb由酸可提取态向可还原态转变,稳定性增强.微观特征分析结果表明,FMBO材料对As的稳定化主要通过表面羟基(—OH)基团的吸附作用,而对Pb、Cd等金属离子则通过吸附、沉淀等多种方式起作用.总体看来,FMBO材料适用于As、Pb等重金属复合污染土壤的治理.     

溴代阻燃剂在土壤中的迁移转化研究进展

BFRs（溴代阻燃剂）是一种重要的持久性有机污染物,各种传统和新型的BFRs（PBDEs、TBBPA、DBDPE、BTBPE等）在全球环境中被广泛检出,其持久性、生物蓄积性以及对环境和人类健康的潜在毒性引起了人们的极大关注.在归纳和总结国内外关于BFRs在土壤中的迁移转化行为规律研究动态的基础上,重点讨论了吸附/解吸、光降解的机理和影响因素以及厌氧、好氧微生物降解和植物代谢的特点和降解途径.结果表明:吸附/解吸是BFRs在土壤中迁移转化的关键过程,土壤有机质含量和pH是影响其在土壤中迁移的主要影响因素.光解、微生物降解是BFRs在土壤中的主要转化途径,光解是表层土壤中BFRs的主要转化过程,逐步脱溴产生低溴化产物,溴化程度、土壤有机质和矿物质会直接影响其光解速率;厌氧脱溴和好氧微生物降解是BFRs在深层土壤中的主要降解过程,溴化程度与微生物降解密切相关.土壤中BFRs被植物吸收的过程中可能被代谢为低溴化产物,在食物链中积累,危害人体健康.尽管多年来在BFRs方面的研究取得了进展,但对这类污染物的环境行为和归趋的全面了解仍然很难,随着越来越多的新型BFRs被作为传统BFRs的替代品推向市场,建议对这些新兴替代化学品在土壤介质中的迁移转化过程,特别是生物降解进行更多的调查.      

地表水-地下水的交错带及其生态功能

地表水与地下水的相互作用在全球水循环中发挥着重要的作用,交错带是地表水-地下水相互作用的重要桥梁和纽带,并成为生态水文学这一新的研究领域的前沿课题。地表水-地下水的交错带是地表水与地下水的混合区域,该区域内生物地球化学活动强烈。地表水-地下水的交错带主要受自然因素和人为因素的影响。交错带内常发生物理作用、化学作用和生物作用过程,并影响交错带中水分的运动过程、溶质迁移过程和生物活动过程。交错带在水生生态系统中具有重要的功能,主要体现在缓冲作用、提供生物栖息地、提供食物、提供残留物种的保护区。交错带过程的模拟、观测方法和交错带内的生物地球化学过程和示踪以及交错带的生态功能值得进一步关注和深入研究。     

低分子有机酸对高浓度锑砷污染土壤的淋洗效率及机理研究

为研究土壤淋洗技术对锑矿区周边高浓度锑(Sb)、砷(As)污染土壤的修复效果,筛选生物降解性能良好的淋洗剂,以广西河池市南丹县某锑矿区周边高浓度Sb、As污染土壤为研究对象,考察了不同低分子有机酸及淋洗条件(浓度、固液比、淋洗时间和淋洗级数)对Sb、As淋洗效率的影响,利用Wenzel连续形态提取法比较淋洗前后土壤中Sb、As形态变化,并结合扫描电子显微镜-X射线能量色散谱(SEM-EDS)、X射线光电子能谱(XPS)等分析方法初步探索了淋洗去除土壤Sb、As的反应机理.结果表明：由于草酸(oxalic acid,OA)具有较强的酸性及还原性,其对Sb、As的淋洗效率最高,且在最佳淋洗条件下Sb、As淋洗效率分别可达91.18%、97.63%.高浓度污染土壤中Sb、As主要以铁铝氧化物结合态形式存在,占Sb、As总量的70%以上;OA淋洗后,土壤中结合态、残渣态的Sb、As向吸附态Sb、As转化. OA淋洗去除Sb、As的反应机理主要包括三方面：(1) OA的含氧官能团与Sb、As含氧阴离子竞争土壤颗粒中铁(氢)氧化物表面的吸附位点,发生配位交换,从而解吸出Sb、As;(2) OA的有...     

渭河陕西段潜流带沉积物重金属变化初步分析

为厘清潜流带沉积物重金属时空变化及与水量交换、沉积物颗粒结构间的关系,于2013年春夏两季对渭河陕西段5个研究断面66个测试点位沉积物的野外原位渗透系数、颗粒粒径、重金属含量进行分析.结果表明:影响渭河沉积物渗透系数的主要因素是沉积物粒径,同时沉积物垂向分层、排列组合也影响其渗透性能;沉积物重金属Cu、Zn、Pb、Cd质量分数在垂向上不同深度其含量大小不同,在时间上总体呈现春季夏季,富集系数(EF指数)分析结果显示春季Cu、Zn(除华县)、Pb(除眉县)、Cd富集严重且主要受人为输入源影响,夏季除Cd元素外,Cu、Zn、Pb的EF值均1.5,说明其含量主要来源于地壳和岩石圈的自然风化过程;Pearson相关分析发现粘土与粉砂(粒径0.075 mm)百分比与沉积物重金属质量分数呈弱相关,重金属粒径效应不显著,粒径不是控制重金属含量的主要环境影子;对单一重金属垂向不同深度含量进行相关性研究发现除Cd外,其余3种重金属在垂向上的相关系数均0.5(p0.01),说明单一重金属在垂向上具有同源性且存在相互迁移与转化.