地下水污染原位修复技术在离子型稀土矿区的工程应用

为解决离子型稀土矿区地下水酸化以及高浓度氮污染问题,探索可行的原位修复技术路线,选择广东省某典型离子型稀土历史遗留矿区,优选并联合运用多项原位修复技术,集成了“植物修复+原位化学耦合微生物+可渗透反应墙”技术体系,实施了地下水污染修复试点工程,周期为7个月。植物修复工程选种对氮素具有较强吸收能力的香根草、芒草等草本植物,植株密度4株·m⁻²,草籽撒播量25 g·m⁻²,有效减少了表层土壤氮素向下迁移污染地下水;原位化学耦合微生物工程针对NH₄⁺-N高浓度污染区共布设300口注射井,通过间歇性曝气以及碱剂、微生物菌剂、零价铁高压注射,动态调控好氧硝化和厌氧反硝化作用,工艺参数为地下水pH=7~8、含水层有效菌含量>10⁵ CFU·g⁻¹、Fe含量>2 mg·g⁻¹,靶向削减地下水污染高值;可渗透反应墙工程布设于试点区域下游,规格为20 m×10.5 m×4.9 m,分区填充微生物菌剂11 t、零价铁20 t、碱剂3 t、玉米芯22 t、沸石400 t、生物炭100 t,实现了地下水末端深度修复。修复后,试点区域地下水NH₄⁺-N高值区污染削减超过90%,反应墙下游水质优于Ⅲ类标准(GB/T 14848-2017),NH₄⁺-N和NO₃⁻-N最高去除率分别达到99.7%和96.9%。结果表明,试点工程修复效果显著,在相关应用案例中处于领先水平,具有很强的工程示范意义和推广应用价值。     

P450酶活性中心催化全氟烷基羧酸前体化合物的代谢转化路径研究

P450酶催化的前体物质代谢转化是全氟烷基羧酸(PFCAs)重要的间接暴露途径,然而相关反应路径及产物尚不清楚。本研究以多氟烷基磷酸酯(PAP)、氟调聚磺酸(FTS)和氟调聚醇(FTOH)为模型前体,基于密度泛函理论(DFT)计算,揭示了P450酶活性中心(Cpd Ⅰ)催化PFCAs前体的代谢反应机制。DFT计算发现,3种前体经Cpd Ⅰ催化的烷基C_α—H键羟基化及中间体脱烷基重排两步反应,被转化为氟调聚醛(FTAL)中间产物。FTAL可再次被Cpd Ⅰ氧化,经醛基C—H键羟基化生成氟调聚羧酸(FTCA),与体外实验检测的产物一致。3种前体与Cpd Ⅰ的C_α—H反应能垒依次为PAP < FTOH < FTS,PAP反应最容易。对比不同碳链长度的前体发现,PAP分子链长越短,其与Cpd Ⅰ的羟基化反应能垒越低,更容易被转化为PFCAs。值得注意的是,反应中间体的预测水生急性毒性普遍强于母体及产物。本研究揭示了PFCAs前体的P450酶促转化路径及产物,有望为PFCAs的生物转化归趋、内暴露及健康风险预测奠定科学依据。     

利用生物标记物综合指数评价煤矿区水体沉积物污染及其因果关系分析

煤矿区废水渗漏是下游沉积物中重金属的主要来源之一,持久影响着周边水生态健康。本研究以重庆市某煤矿区周边水系为研究区域,利用内梅罗综合污染指数(P_综合)和污染负荷指数(PLI)分析沉积物中重金属污染程度及其主要污染因子。以当地大量养殖的美国青蛙(Rana grylio)蝌蚪为试验动物,通过筛选生物标记物,利用生物标记物综合指数(IBRv2)指示沉积物重金属复合污染程度及其生态毒性效应,并分析其因果关系。结果显示,该煤矿废水渗漏导致周边水域沉积物中Zn、Cu、Cr、Ni、Mn含量显著提高,且以Cu、Zn为主。与对照组比较,3个样地沉积物重金属污染对蝌蚪超氧化物歧化酶活性、总抗氧化能力、丙二醛和谷胱甘肽含量、微核率影响显著(P<0.05),IBRv2与P_综合和PLI显著相关。结果表明,IBRv2法能够很好地反映出煤矿区下游沉积物重金属综合污染程度及其对受试生物的生态毒性效应,且明确了二者之间具有直接的因果关系,导致综合生物效应的主要化学污染因子为Cu、Zn、Cr。同时,表明了该煤矿区主要污染来源于洗煤厂区域的废水排放。本研究可为煤矿区水环境污染的生物监测技术开发与生物标记物优选提供数据支持。     

阿维菌素对中华绒螯蟹肝胰腺氧化胁迫效应和组织结构的影响

采用半静态染毒法,研究不同浓度(1.6、8.0、16.0 μg·L^-1)阿维菌素在胁迫中华绒螯蟹12、24、48、96 h时肝胰腺超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)积累量等氧化胁迫相关指标的变化;并在胁迫60 d时,记录各实验组和对照组中华绒螯蟹肝胰腺颜色的变化并进行组织病理观察。3个阿维菌素浓度组为实验组,空白组和溶剂组为对照组。结果表明在整个实验过程中空白组和溶剂组各个时间点各项指标之间无显著差异(P > 0.05);低浓度(1.6 μg·L^-1)组SOD和CAT活力变化不显著(P > 0.05);中浓度(8.0 μg·L^-1)组SOD和CAT活力变化趋势一致,持续被诱导,SOD活力在24 h以后显著高于空白组(P<0.01),CAT活力在48 h以后显著高于空白组(P<0.01);高浓度(16.0 μg·L^-1)组SOD和CAT活力在12 h~24 h之间变化趋势一致,表现为显著升高(P<0.05),但是在48 h之后,SOD活力显著下降(P<0.05);96 h时,高浓度组SOD活力显著低于空白组(P<0.01),而CAT活力显著高于空白组(P<0.01);在整个实验过程中各实验组MDA积累量逐渐增加,高浓度组氧化胁迫指标的变化幅度大于低浓度组。胁迫60 d时,取样观察可见对照组中华绒螯蟹肝胰腺正常,各实验组中华绒螯蟹肝胰腺发生了不同程度的病变,肝胰腺颜色由最开始的橘黄色变成了淡黄色、黄白色甚至白色,高、中、低各浓度组肝胰腺白化所占的比例分别是66.6%、57.1%和25.0%。组织病理分析显示,淡黄色肝胰腺的病理变化主要是B细胞数量减少,肝胰腺上皮细胞部分肿大并出现空泡;黄白肝病理观察可见肝胰腺上皮细胞中空泡数量增多,体积增大,且空泡内出现内容物,细胞核固缩;白肝的病理表现主要是基膜增厚,上皮细胞大量脱落,散落在管腔中,空泡数量进一步增多,肝胰腺的生理功能受损。由此得出,阿维菌素会对中华绒螯蟹肝胰腺造成氧化胁迫和组织损伤,且阿维菌素和对肝胰腺的氧化胁迫效应和组织结构损伤程度有一定的剂量-效应关系。     

芦苇碳源-表面流人工湿地对农田退水脱氮的长期效能研究

针对农田退水NO₃^--N占比高、C/N低,氮污染难以去除的问题,将经济易得的芦苇(Phragmites australis)茎叶碎段装填在表面流人工湿地(packed surface flow construct wetland,PSFW)的表层作为外加碳源,以研究其长期运行情况下的脱氮效能。结果表明：第29~149天,外加芦苇茎叶碎段的PSFW的脱氮效能明显高于无芦苇茎叶碎段的空白PSFW₀;进水NO₃^--N和TN浓度分别为(16.4±1.0)和(17.7±2.0)mg/L,HRT按3、4和2 d运行时,HRT为4 d时脱氮效能最优,PSFW对NO₃^--N和TN去除率分别为(87.4±6.0)%和(74.1±6.0)%,PSFW₀去除率仅为(14.4±4.0)%和(14.4±3.0)%;第150~269天,PSFW的脱氮效能稍高于PSFW₀,在进水NO₃^--N和TN浓度分别为(10.4±1.0)和(10.8±1.0)mg/L,HRT按3、2和1 d运行时,HRT为3 d时脱氮效能最优,PSFW对NO₃^--N和TN的去除率分别为(91.9±7.0)%和(90.2±7.0)%,PSFW₀去除率分别为(91.3±5.0)%和(86.4±6.0)%。第270~334天,PSFW的脱氮效能稍低于PSFW₀;进水NO₃^--N和TN浓度分别为(5.7±0.4)和(7.2±0.8)mg/L,HRT为3 d时,PSFW对NO₃^--N和TN的去除率分别为(88.6±10.0)%和(82.5±7.0)%,PSFW₀去除率分别为(94.0±6.0)%和(87.8±3.0)%。     

硅酸钙-壳聚糖聚合物制备及其对重金属废水的吸附特性

使用溶液共混法制备出硅酸钙-壳聚糖聚合物,同时采用FT-IR、XRD等方法对制备的硅酸钙-壳聚糖聚合物进行表征,并分别对壳聚糖、硅酸钙、硅酸钙-壳聚糖聚合物吸附去除重金属废水的特性进行了初步研究.结果表明,硅酸钙-壳聚糖聚合物在制备过程中晶型发生变化,结晶度降低;硅酸钙-壳聚糖聚合物对各重金属离子的吸附能力最强,其对Ni2+、Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cr3+的最大吸附量分别为167.01、192.30、232.47、174.71、162.33 mg·g-1;重要的是,硅酸钙-壳聚糖聚合物可在酸性环境下更有效吸附去除废水中重金属离子.