黄河下游滩区开封段土壤重金属分布特征及其潜在风险评价

按照土壤采样规范,对开封段黄河滩区及滩外土壤采样,表层0～20 cm样品48个,垂直剖面采样100 cm,2个;并按照土壤化学分析方法,对Pb、Cr、Hg、As和Cd这5种重金属进行分析;最后,按照国家土壤一级标准,采用单因子污染指数、内梅罗综合污染指数和Hkanson潜在生态危害指数法对开封市黄河滩区土壤重金属分布特征、污染状况和潜在生态危害进行了分析.结果表明:①开封市黄河滩区土壤Pb、Cr、Hg、As和Cd这5种重金属含量就平均值而言,Cr的平均含量最大,Pb、Hg的平均含量最小.除Hg之外,其它重金属元素的变异系数均较小,说明重金属Hg存在较大差异;滩区土壤的主要污染元素为Hg、As、Pb,其中Pb的污染为普遍性污染.Cr和Cd在各村间变化不大,且含量均在国家一级标准(自然保护区)以下.②土壤各重金属元素的空间分布特征研究区内上下段之间分异明显,上段呈清洁状态,中段有少量污染,下段表现出明显富集的分布状态;③以黄河大堤为界,滩区内外重金属分异与居民点分布密切相关,在滩区上段(西南部)居民集中,土壤各重金属浓度较高,表现为沿河区<大堤外,中下游段(滩区东北部)重金属含量大于大堤外土地,下游段东北趋向于污染富集.④以重金属平均单项潜在生态风险指数(Eri)评价表明,开封市黄河滩区土壤Hg的潜在生态风险达到强烈水平,Pb在重金属综合潜在生态风险的贡献率高达50.5%,是最主要的生态风险重金属,各个重金属的污染程度为Hg>Pb>As>Cd>Cr.⑤各重金属生态危害的次序为Hg>Cd>As>Pb>Cr.由RI值对应的潜在生态风险等级可知,开封市黄河滩区土壤存在中等级别重金属潜在生态危害.     

水环境中典型纳米颗粒对菲的吸附特征

以典型三环多环芳烃菲为代表,选取11种典型纳米颗粒对水中不同浓度的菲进行吸附实验,探究水体中的纳米颗粒对菲的吸附特征.结果表明,Freundlich模型对所有样品的拟合结果最好.logKFr值显示,有机膨润土及3种炭黑对菲的吸附作用最强,且远远大于其他纳米颗粒.有机膨润土对菲的吸附表现为线性吸附(n=1.08),而3种炭黑均表现出显著的非线性特征(n＜0.5),且非线性特征随吸附能力的增强而增强,其他几种纳米颗粒均表现出非线性吸附特征(n＜0.9).水中所有的纳米颗粒在与菲作用的过程中,吸附的强弱与颗粒表面电位、粒径及比表面积均无显著相关性,即对于所有纳米颗粒来说,这几种性质并不是决定吸附作用的最主要因素,而吸附剂的化学组成及结构特性可能是引起吸附作用差异的主要原因.     

磷酸根和镉离子在羟基铁改性膨润土表面的协同吸附机制研究

聚合羟基金属-粘土矿物复合物广泛存在于自然环境中,对重金属阳离子和含氧酸根阴离子均有很好的吸附能力,因此对这些化合物的环境迁移过程及污染控制具有重要影响.研究采用FeCl₃和Na₂CO₃共同改性膨润土,制备了羟基铁－膨润土复合物（HyFe-Bent）.XRD和孔结构分析结果发现,HyFe-Bent的d₀₀₁由原土的1.52 nm增加到1.81 nm,比表面积由原土的52.2 m²·g^-1增大到108.4 m²·g^-1.将HyFe-Bent用于同时吸附水中磷酸根（P）和镉离子（Cd）,结果表明,在实验条件下P和Cd在HyFe-Bent上表现出明显的协同吸附效应,溶液pH升高可促进Cd的吸附但降低P的吸附.此外研究了P和Cd吸附次序对它们吸附性能的影响：在先吸附P的体系中两种物质的吸附性能与同时吸附体系相当,而在先吸附Cd的体系中吸附性能则明显低于同时吸附体系.由此提出P和Cd协同吸附的原理是多种吸附机制共存：除了配体交换和离子交换作用,它们在HyFe-Bent表面还发生了表面沉淀作用,可能形成了Fe-P-Cd三元络合产物.论文研究结果可为了解重金属和含氧酸根复合体系的环境行为及污染控制提供新信息.     

壬基酚在污灌土壤中吸附行为研究

采用序批式室内实验研究了壬基酚(NP)在污灌土壤中的吸附行为,同时探讨了壬基酚在土壤中吸附行为的影响因素,包括pH、离子强度、黑炭和矿物质.水溶液中NP检测方法为液液萃取-高效液相方法(LLE-HPLC).研究结果表明,土壤中有机质含量在吸附过程中起决定作用,土壤自身矿物组成成分对NP吸附行为具有一定影响.NP在土壤中吸附反应6h后达到平衡,吸附动力学都符合准二级线性模式;吸附等温线符合线性模式.壬基酚在污灌和清灌土壤中有机质吸附系数(Koc)分别为3.1×104 L·kg-1和3.2 ×104 L·kg-1,在土壤中很难移动.pH改变对壬基酚在土壤中吸附行为影响程度要高于离子强度,碱性条件下影响结果更为显著.NP在土壤黑炭和矿物质中吸附行为均符合线性模式,分配系数都有所下降.     

汽油在西北黄土上吸附特性的研究

通过动力学和热力学吸附实验,研究了汽油在西北地区黄土上的吸附行为,同时研究了提取的天然腐植酸对汽油在黄土上吸附行为的影响.结果表明,汽油在黄土上的吸附在6h内达到平衡.无论是否加入腐植酸,汽油在黄土上的吸附动力学过程均符合Elovich方程,其热力学吸附符合Freundlich方程.腐植酸的存在使汽油在黄土上的吸附能力减小.反应温度从25℃升高到45 C,汽油在土壤上的饱和吸附量从6.300mg·g-1减小到1.365 mg·g-1,表明汽油在黄土上的吸附属于放热反应.溶液pH和土壤粒径的增大,均不利于汽油在黄土上的吸附,溶液pH和土壤粒径越大,其在黄土上的吸附量越小.另外,在室温下对吸附了汽油的土壤样品和纯汽油挥发行为的研究表明,吸附了汽油的土壤样品的汽油挥发比纯汽油慢,其挥发率与时间成对数关系.     

污灌渠中有机氯农药对沿渠土壤的影响

为了研究污水灌渠侧渗对土壤的影响,采用气相色谱-电子捕获检测器(GC-ECD)方法对太原市小店污灌区9个剖面土和2个灌溉污水样进行有机氯化合物(OCPs)分析.结果表明退水渠中有机氯农药主要由六六六(HCHs)组成,滴滴涕(DDTs)及其它有机氯农药含量较低或未检出,在8个离渠较近剖面的地表土中ΣOCPs和HCHs含量一定程度上符合随垂直于渠的直线距离增加而逐步降低的趋势,表明污水渠侧渗对土壤存在着一定影响.8个剖面土壤中的HCHs含量随着深度的增加而降低,在水平方向上,同一深度土壤中的HCHs含量也沿远离渠的直线方向逐步递减.研究区土壤中HCHs含量与TOC之间存在较为显著的正相关性,而与pH之间不存在相关性.     

聚磷污泥去除高浓度铅的影响因素研究

利用聚磷活性污泥去除废水中的铅[ρ(Pb2+)=150.0 mg·L-1],研究了反应体系内不同溶解氧状况和初始pH值对污泥除铅的效率和稳定性的影响.结果表明,厌氧条件下,pH 6时,铅的去除率随时间增长呈上升趋势,32 d后铅去除率达99.8%,其中有机物及硫化物结合态铅、残渣态分别占41.8%和52.6%,污泥中铅的稳定性良好.好氧条件下,在相对较短时间内铅的去除率随pH上升而增加,反应2 h时,pH 6、pH 4和pH 2对应的铅的去除率分别为99.9%、96.9%和30.3%;而好氧32 d后pH 6、pH 4和pH 2的污泥中残渣态铅含量分别为3 072.3、4 726.8和2 359.1 mg·kg-1,分别占污泥中总铅的41.8%、65.8%和88.8%.综合考虑除铅率和除铅后污泥稳定性,好氧且pH 4理论上是聚磷污泥除铅的最佳条件.     

Investigation of low-molecular weight organic acids and their spatiotemporal variation characteristics in Hongfeng Lake, China

The identities and concentrations of low-molecular-weight organic acids (LMWOAs) were determined by ion chromatography throughout a 20-m water column in Hongfeng Lake, China. The spatiotemporal variations of LMWOAs and their contributions to dissolved organic matter (DOM) in a research period of 24 hr were also investigated. The results demonstrated that five LMWOAs (lactic, acetic, pyruvic, sorbic, oxalic acid) were detected, and their total concentration and proportion in DOC were 6.55 μmol/L and 7.47%. Their average levels were 2.50, 0.65, 2.35, 0.96 and 0.09 μmol/L, respectively. LMWOAs were higher during daytime (10:00-18:00 on Jun 13, 2008) than nighttime (21:00-6:00 the next morning), in particular 4.99 μmol/L high in the epilimnion ( 1 m water depth), reflecting the fact that direct import from terrigenous sources and photochemical production from humic materials were dominant during LMWOAs’ origin and accumulation. The same factors caused LMWOAs to be 0.63 μmol/L in the epilimnion higher than in the hypolimnion. The rapid decrease of total organic acid (TOA) up until 18:00 mainly resulted from bio-uptake and mineralization in the hypolimnion (>1 m water depth). Pyruvic acid increased with time in the epilimnion and decreased in the hypolimnion, largely related to the two contrary processes of continuous degradation and synthesis of macromolecular organic matter during life materials’ cycle mediated by organisms. Simultaneously, plankton behavior and thermal stratification played a pivotal role in LMWOAs’ behavior in the water column, causing decreasing and increasing profiles. The distribution of LMWOAs represents an interesting resource for biogeochemical research of DOM in aquatic ecosystems.     

Cost-performance analysis of nutrient removal in a full-scale oxidation ditch process based on kinetic modeling

A full-scale oxidation ditch process for treating sewage was simulated with the ASM2d model and optimized for minimal cost with acceptable performance in terms of ammonium and phosphorus removal. A unified index was introduced by integrating operational costs (aeration energy and sludge production) with effluent violations for performance evaluation. Scenario analysis showed that,in comparison with the baseline (all of the 9 aerators activated), the strategy of activating 5 aerators could save aeration energy significantly with an ammonium violation below 10%. Sludge discharge scenario analysis showed that a sludge discharge flow of 250–300 m3/day (solid retention time (SRT), 13–15 days) was appropriate for the enhancement of phosphorus removal without excessive sludge production. The proposed optimal control strategy was: activating 5 rotating disks operated with a mode of "111100100" ( "1"represents activation and "0" represents inactivation) for aeration and sludge discharge flow of 200 m3/day (SRT, 19 days). Compared with the baseline, this strategy could achieve ammonium violation below 10% and TP violation below 30% with substantial reduction of aeration energy cost (46%) and minimal increment of sludge production (< 2%). This study provides a useful approach for the optimization of process operation and control.     

太湖流域典型河流沉积物重金属污染特征及生态风险评价

武宜运河位于太湖西部贯穿大部分太湖入湖河流,其重金属污染的研究,对太湖重金属污染来源,流域管理具有重要的意义。因此,2012年8月对武宜运河全程底质调查,分析了沉积物中Cu、Zn、Pb、Ni、Cr等元素,通过地累积指数评价、相关分析、潜在生态风险评价以及相关研究对比分析,得出以下结论:1)Cu、Zn、Pb、Ni、Cr污染浓度均值为129.38,207.74,52.13,28.26,77.06 mg/kg,其中Cu、Zn、Pb、Ni、Cr均超过毒性参考值(TRV),Cu超标达800%。Zn、Pb、Cr在世界湖泊沉积物中微量金属的范围(WCTMEL)内,Cu超出144%,Ni略低于WCTMEL;2)Ni-Cr、Zn-Pb具有较好的同源性。且Cu、Zn污染较高,达到"中—强"和"强"污染级别,Pb污染级别其次,Ni、Cr污染级别较低或无污染。可以排除武宜运河携带Ni、Cr污染物进入入湖河网的可能;3)Cu为武宜运河生态风险主要贡献因子。需加强工业园区地段重金属污染控制,减少污染来源,加大武宜运河对连同入湖水系的清水补充。