锌冶炼区耕地土壤和农作物重金属污染状况及风险评价

对贵州省某典型锌冶炼区耕地土壤和主要谷类农作物(稻米、玉米和小麦)进行取样调查,测定了土壤和谷类农作物中重金属Pb、Cd、Zn和Cu的含量,采用单因子污染指数和综合污染指数法评价了土壤和作物籽粒中重金属的污染状况,并分别采用潜在生态风险指数(RI)和危险商(HQ)法评价了土壤重金属污染的潜在生态风险程度和作物中重金属对成人和儿童的健康风险.结果表明:(1)冶炼区耕地土壤受到了重金属不同程度的污染,污染程度排序:玉米地水稻田小麦地,且CdCuZnPb,内梅罗综合污染指数分析结果表明,玉米地污染程度为重污染,水稻田和小麦地为轻污染,且均以Cd对综合指数的贡献最大;(2)土壤Cd存在极强生态风险,4种重金属潜在生态危害大小顺序为:CdPbCuZn;生态风险指数(RI)研究结果表明,研究区处于轻微、中等、强的和很强的生态风险程度的采样点比例分别为1.41%、21.1%、35.2%和42.3%.(3)冶炼区农作物稻米中重金属Pb、Cd、Zn、Cu的平均含量分别为0.145、0.017、16.97和2.704 mg·kg~(-1);玉米中重金属Pb、Cd、Zn、Cu的平均含量分别为0.094、0.055、26.81和4.464 mg·kg~(-1);小麦中重金属Pb、Cd、Zn、Cu的平均含量分别为0.048、0.085、35.37和5.426 mg·kg~(-1).(4)研究区稻米、玉米和小麦均存在重金属超标现象,重金属污染程度为小麦最重,稻米和玉米的污染程度相当,稻米和玉米污染等级均为安全,小麦处于警戒线.(5)各重金属元素每日摄入量均低于美国环保署的参考暴露剂量,安全性较好,但食用该区域谷类农作物引起复合重金属污染对成人和儿童均存在健康风险.(6)耕地土壤重金属含量与谷类农作物可食部分重金属含量间无明显相关性.     

浒苔生物炭的特征及其对Cr(Ⅵ)的吸附特点和吸附机制

为使浒苔得到资源化利用,本研究采用慢速热解技术于不同温度下制备浒苔生物炭,并对其理化性质进行表征.结果表明,400℃时,浒苔裂解已达较高程度.浒苔生物炭产率及灰分含量与热解温度呈负相关,碳含量与热解温度呈正相关,其表面呈蜂窝状多孔结构,比表面积为44.54~317.82 m~2·g~(-1),表面含有丰富的羟基(—OH)和羧基(—COOH)等含氧官能团.吸附实验显示,浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型.表明浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附为单分子层化学吸附,主要受快速反应过程控制.浒苔生物炭吸附Cr(Ⅵ)的最适p H为2,吸附容量表现为BC400BC700BC600BC500BC300,其中BC400的吸附量为4.79 mg·g~(-1).浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附机制主要包括生物炭与HCr O-4和Cr2O_2-7等阴离子之间的静电作用,以及生物炭表面—OH和—COOH等含氧官能团的络合作用.     

镧-铅复合污染下AM真菌对玉米生长和镧、铅吸收的影响

采用温室盆栽试验的方法,模拟不同程度的镧-铅复合污染土壤(50、200、800 mg·kg~(-1)),研究接种丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)、真菌Claroideoglomus etunicatum(CE)和Rhizophagus intraradices(RI)对玉米(Zea mays L.)菌根侵染率、生物量、矿质营养元素吸收、C∶N∶P生态化学计量比、稀土镧(La)和重金属铅(Pb)吸收、转运的影响,旨在为稀土-重金属复合污染土壤的治理和修复提供科学依据.结果表明,AM真菌CE和RI均与玉米建立了共生关系,平均菌根侵染率为26.7%~95.8%;随着La-Pb复合污染含量的增加,玉米植株菌根侵染率、地上部和根部生物量以及N、P、K、Ca、Mg这5种矿质营养元素含量显著降低,而玉米植株C∶P和N∶P以及地上部和根部La、Pb含量显著增加.接种2种AM真菌使玉米植株生物量显著提高了17.8%~158.9%,地上部和根部P含量显著提高了24.5%~153.8%,降低了C∶P和N∶P,符合生长速率假设.在3种程度La-Pb复合污染含量土壤上,AM真菌使玉米植株根部Pb含量显著增加了51.3%~67.7%,地上部Pb含量显著降低了16.0%~67.7%,Pb从玉米根部向地上部的转运率降低了31.5%~54.7%;同时,接种AM真菌显著增加了轻度LaPb复合污染土壤上玉米植株的La含量,在中度La-Pb复合污染土壤上却显著减少了玉米地上部的La含量,增加了玉米根部的La含量,抑制了La从根部向地上部的转运,重度La-Pb复合污染土壤上均没有显著影响.试验结果初步证明,AM真菌具有促进稀土-重金属复合污染土壤植物修复的潜力,对于稀土-重金属复合污染土壤生态系统的植被恢复具有潜在应用价值.     

废弃尾矿库15种植物对重金属Pb、Zn的积累和养分吸收

在废弃的铅锌尾矿库进行人工植被恢复试验.对3年生15种植物重金属积累和养分吸收特性的研究表明,植物对土壤重金属和养分的吸收积累因植物种类、部位、金属种类和种植时间的不同而有显著差异.树木不同器官Pb质量浓度高低的总趋势为根〉叶〉茎,部分树种Zn质量浓度表现为叶〉根和茎;在15种参试植物中,加拿大紫荆根系Pb和Zn质量浓度均处于最高水平（分别为1 803 mg.kg-1和2 120 mg.kg-1）,盐肤木具有最高的茎枝Pb、叶片Pb和Zn质量浓度（分别为280、546和1 507 mg.kg-1）,旱柳具有最高的茎枝Zn质量浓度（729 mg.kg-1）和较高的叶片Zn质量浓度（1 153 mg.kg-1）.枫香、紫花苜蓿对Pb,旱柳、盐肤木、紫花苜蓿对Zn的转移系数TF值均〉1.植物Pb的富集系数BCF值均小于0.17,旱柳、盐肤木、紫花苜蓿Zn的BCF值达0.37～0.43.固氮植物体内N含量显著高于其它植物,火炬树、臭椿对P和夹竹桃对K的吸收积累能力强.随着种植时间的增加,植株体内有重金属质量浓度增加、营养元素含量下降的趋势.盐肤木、旱柳等重金属积累树种及紫穗槐、紫花苜蓿、截叶胡枝子、桤木等固氮植物在铅锌尾矿治理中具有应用前景.     

基于AnnAGNPS模型四岭水库小流域氮磷流失特征的模拟研究

采用流域尺度的农业非点源污染模型——AnnAGNPS模拟预测苕溪流域四岭水库小流域氮磷流失情况,分析氮磷流失空间分布特征.结果表明,单位面积总氮、总磷流失量在空间分布上有一定的相似性,均呈现出南部大于北部,西部高于东部的特点.以竹林地为主的林地是氮磷输出的最主要来源,其对氮、磷流失总量的贡献率在90%以上.设定不施肥处理(CK)、适地养分管理(SSNM)、当地高产竹农普遍采用的施肥方法(FFP)这3种施肥方式对林地主要植被类型竹林进行情景分析,模拟结果表明,与FFP相比,SSNM在一定程度上减少了氮磷输出,其中溶解性氮和颗粒态氮流失量分别削减8.17%、4.33%,溶性磷和颗粒态磷流失量依次减少9.08%、1.02%.     

北京市近郊区土壤砷累积特征

城市近郊区土地利用类型多元化,同时也承载着巨大环境压力,研究近郊区土壤污染特征对城市规划及发展有着重要意义.通过3 km×3 km网格布点,系统采样调查了北京市近郊区5～6环路之间167个样点的0～20 cm表层土壤样品中砷的含量,分析了城市近郊区土壤砷的累积特征.结果表明,北京市近郊区土壤砷含量为2.89～11.38 mg.kg-1,平均值为7.11mg.kg-1.平均值在90年代末的背景值调查数据的范围之内,但是各个分位数级别的值均小于80年代初的北京市土壤背景值调查数据.因子分析结果发现北京市近郊区土壤砷与来源于成土母质的Co、Mn和Ni元素一组.克里格插值得到的北京市近郊区土壤砷含量空间分布图表明,西北与东部及东南部分土壤砷含量较东北和西南部高,砷含量最高25%的土壤样点与点源污染有关,而砷含量最低25%的样点大多远离污染源.不同土地利用类型土壤砷的比较结果表明人类活动在一定程度上影响土壤中砷的累积,生活区与农田土壤砷含量相似且显著大于绿地和荒地.污染源对生活区和绿地与荒地土壤中砷的累积有显著影响,工厂区附近的土壤砷含量显著比远离工厂区和交通区的土壤高.因此,北京市近郊区土壤砷在整体空间分布上主要与成土母质有关,然而人类活动在一定程度上也显著增加了土壤砷的累积.     

TiO2/PS/Fe3O4 光催化剂的低温制备及其光催化和磁回收性能

以聚苯乙烯(PS)包覆油酸修饰过的纳米Fe3O4为磁核,在低温(90℃)、中性(pH=7左右)条件下,制备了以PS为惰性隔离层的磁载TiO2光催化剂.用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶红外分光光度计(FT-IR)、振动样品磁强计(VSM)对催化剂的物相组成、形貌、表面性质、磁学性质进行了表征.以苯酚为模拟污染物,考察了其光催化活性,以自制的磁回收装置,考察其回收特性.结果表明,低温制备的TiO2为锐钛矿结构,平均粒径为2～5 nm,催化剂TiO2/PS/Fe3O4[其中物质的量比为n(TiO2)∶n(St)∶n(Fe3O4)=60∶2.5∶1]具有结构完整的壳/壳/核结构,TiO2在PS/Fe3O4表面负载牢固;光催化降解苯酚遵循一级反应动力学方程,TiO2/PS/Fe3O4[n(TiO2)∶n(St)∶n(Fe3O4)=60∶2.5∶1]的反应速率常数K=0.025 8,与纯TiO2的活性接近(K=0.026 2);循环使用5次后,反应速率常数仅降低0.003 4.所制催化剂具有较强的磁感应强度,平均回收率可达到92%以上.该低温水解法制备的磁载TiO2光催化剂具有良好的应用前景.     

粉煤灰综合利用过程中汞的二次释放规律研究

我国粉煤灰年产生量4亿t左右,近年来利用率稳定在65%～68%,主要利用方式包括建材生产、道路施工、建筑工程和农业利用.建材生产包括高温工序,可能存在粉煤灰中汞的二次释放.本研究设计实验模拟了水泥生产、蒸养砖生产的主要环境因素,利用程序升温脱附的方法研究粉煤灰利用过程中的汞迁移转化规律,并对全国范围内粉煤灰利用过程汞的二次释放量做出估算.研究发现,粉煤灰中的汞以HgCl2(Hg2Cl2)、HgS和HgO的形式存在;水泥生产过程中,粉煤灰中98%以上的汞会释放;蒸养砖生产过程中,粉煤灰中汞的平均释放率为28%,释放率主要受到粉煤灰中的HgCl2(Hg2Cl2)比例的影响.我国粉煤灰利用过程中的汞二次排放量由2002年的4.07 t.a-1增至2008年的9.18 t.a-1,其中水泥行业的贡献率占到96.6%.     

MUCT工艺全程硝化和短程硝化模式下反硝化除磷研究

采用MUCT工艺处理低C/N比实际生活污水,研究在全程硝化及短程硝化模式下系统的反硝化除磷性能.MUCT反应器在常温下运行180 d,结果表明,采用低DO和短水力停留时间(HRT)实现了短程硝化,亚硝酸盐积累率达到70%以上.系统表现出较好的反硝化除磷性能,短程硝化期间磷的去除率和反硝化除磷率分别为90%和91%,全程硝化期间磷的去除率和反硝化除磷率分别为60%和88%.虽然短程硝化模式下磷的去除效果明显优于全程硝化模式,但荧光原位杂交(FISH)试验结果表明,2种模式下污泥中PAOs占总菌群的比例基本相同,平均为37%.COD去除效果稳定,试验期间出水COD均低于50 mg.L-1.不同硝化模式下污泥的批次试验表明:短程硝化期间,以NO2--N作为电子受体为主的反硝化除磷菌占总聚磷菌的比例和全程硝化期间以NO3--N作为电子受体为主的反硝化除磷菌的比例相比没有明显变化,平均为38%;与全程硝化时期相比,短程硝化阶段对有限碳源的利用率更高,磷的去除效果更好.短程硝化模式下的反硝化除磷更有利于低碳源污水的处理.     

不同pH下纳米铁镍颗粒对生物降解苯酚的影响

研究不同pH(8.0、6.0和3.0)下金属纳米颗粒(Fe和Fe/Ni)对纺锤芽孢杆菌(BFN)降解苯酚的影响.实验结果发现pH在8.0和6.0时投加2种金属纳米颗粒(Fe和Fe/Ni)对BFN降解苯酚有促进作用,其原因主要是纳米颗粒在水中持续腐蚀产生H2,为BFN降解苯酚提供电子,促进BFN的生长.但在pH=3.0时,只有BFN-纳米Fe耦合体系才使苯酚得到部分降解,主要是因为纳米Fe颗粒与水反应产生OH-,使pH值有所升高,更适宜BFN的生长,同时提供电子供体H2促进BFN对苯酚的利用.扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)数据证实金属纳米颗粒(Fe和Fe/Ni)在反应后附着在微生物表面,但微生物的表面形态并未发生显著改变.因此,纳米金属颗粒虽然通过附着影响微生物的活性,但其在腐蚀过程中产生的H2将作为电子供体而被BFN所利用,综合作用的结果是有利于BFN的生长进而提高苯酚的降解速率.