海河流域社会经济发展对河流水质的影响

海河流域社会经济快速发展,主要河流水质恶化.本文基于海河流域人口规模、经济产值和土地利用变化过程,结合河流社会经济发展指标和水质变化统计分析,从流域废污水排放和水资源利用等角度分析社会经济对水环境影响机制.研究表明,流域人口规模大幅增长、工业生产强度大幅提高,工业聚集区由北京-天津地区扩展到北京-天津-唐山、石家庄、聊城-德州等地区,导致海河流域工业废水和生活污水排放规模迅速上升,成为河流水质恶化直接驱动力.城市扩张是流域土地利用变化最显著特征,近30年来城市用地面积增加85%,北京-天津-唐山城市群规模扩大,造成流域水资源开发利强度加剧,降低河流自净缓冲能力.因子分析表明,流域影响河流水质因素分解为农村、城市和自然等3个方面,其中城市化过程和农村社会经济发展对河流水体污染物浓度水平影响非常显著.     

基于水质目标管理的河流治理方案制定方法及其案例研究

针对我国河流污染程度高,污染类型复杂的现状,实施水质目标管理是河流治理的根本选择.我国在水污染总量控制的研究起步比较早,但缺少基于水质目标的治理方案编制方法的系统性研究.本文提出了适合于我国国情的基于水质目标的河流治理方案制定方法,基本框架包括水质问题诊断、目标确定与负荷分配、河流治理任务实施和实施效果评估4个基本部分.该方法以河流容量总量控制为基础,突破了传统了目标总量控制方式,并在滏阳河邢台段进行了实际应用.水环境诊断结果显示,氨氮是滏阳河邢台段主要超标污染物.以国控及省控断面为基础,在滏阳河邢台段设定了4个考核断面,设置氨氮小于10、11、12 mg·L-1,COD小于80、55、50 mg·L-1等多个组合目标情景.划定控制单元13个,核算了各控制单元水环境容量和现状负荷,并按等比例分配的原则将需削减负荷分配到排污口.基于负荷分配结果,提出通过重点工业企业和污水处理场治理控制点源污染,通过农村生活污水治理控制面源污染,通过河岸垃圾治理减少河道负荷存量,通过河流湿地建设增加负荷去除能力等一系列治理措施.     

不同深度处理工艺再生水中余氯衰减规律及溶解性有机物变化特性比较

考察了余氯在不同深度处理工艺再生水中的衰减规律,并利用紫外-可见吸收差光谱和三维荧光光谱对余氯衰减过程的有机物变化进行了初步解析.结果表明,再生水中的余氯衰减迅速,加氯前0.5 h内的氯消耗占8 h内氯消耗的50%以上.混凝出水水样的余氯衰减速率大于超滤出水和臭氧出水.加氯后,混凝出水和超滤出水的紫外-可见吸收差光谱在230 nm和280 nm附近出现特征峰,表明余氯衰减过程中,水中具有不饱和键和生色团的物质被破坏.臭氧出水在波长230 nm附近出现特征峰.加氯使再生水的荧光强度减弱,混凝出水中腐殖质类物质荧光强度的降低程度大于超滤出水和臭氧出水,表明该类物质可能是影响余氯衰减速率的主要物质.     

高铁酸钾调理改善活性污泥脱水性能的反应机制研究

研究了高铁酸钾(K_2FeO_4)对处理活性污泥脱水性的效果,重点考察了不同pH和剂量条件下,K_2FeO_4调理对污泥过滤脱水特性和胞外聚合物(EPS)分布和组成的影响,以深入认识K_2FeO_4调理污泥的反应机制.研究表明,K_2FeO_4调理效果随pH值的降低而改善,其不仅有氧化裂解作用导致结合型EPS(BEPS)释放,同时其还原产物三价铁离子兼具混凝功效,能够通过电中和与界面吸附去除部分溶解性EPS(SEPS),同时压缩EPS结构,增强污泥絮体结构.此外,当pH值为3,K_2FeO_4投加量为0.1 g·g~(-1)(以TSS计)时,污泥过滤脱水速率和程度均达到最佳.过量投加K_2FeO_4(0.2 g·g~(-1),以TSS计)后,BEPS大量释放,污泥过滤阻力增加,脱水性能恶化.     

FISH-NanoSIMS技术在环境微生物生态学上的应用研究

微生物分子生态学技术的不断发展,使得同时分析复杂生态系统中微生物的分布和功能特征成为可能.为了研究荧光原位杂交-纳米二次离子质谱技术(fluorescence in situ hybridization-Nano secondary ion mass spectroscopy,FISH-Nano SIMS)在环境微生物生态学上的应用,本研究采用稳定同位素标记的化合物13C-C6H12O6、15N-NH4Cl作为C源和N源,分别对纯培养锰氧化细菌假单胞菌Pseudomonas sp.QJX-1(培养基加锰及不加锰两种条件下),以及浅层土壤及厌氧污泥两种环境样品进行培养.利用FISH-NanoSIMS技术检测培养后样品中微生物体内12C-、13C-、12C14N-、12C15N-的分布特征及其丰度值,进而探讨纯菌及环境样品中微生物利用同位素碳氮源的情况.结果显示所有样品细菌分布区域对应的同位素碳氮(13C、15N)的含量均显著大于其自然丰度值,这表明Pseudomonas sp.QJX-1及环境样品中的微生物均能代谢13C-C6H12O6和15N-NH4Cl.研究进一步发现,Pseudomonas sp.QJX-1在碳氮源消耗至较低浓度时才进行锰氧化;浅层土壤和厌氧污泥中可能都存在同步硝化反硝化细菌群落.FISH和Nano SIMS技术联用能同时分析环境样品中特定微生物的分布特征及代谢功能,进而能更好地掌握环境样品中微生物群落的生理生态学特征.     

全氟辛烷磺酸盐(PFOS)替代品对4种本土水生生物的生态毒性

本文选择了紫背浮萍、四尾栅藻、蚤状溞和稀有鮈鲫4种本土水生生物,开展了阳离子表面活性剂、织物三防整理剂、C4三防整理剂和C6三防整理剂4种全氟辛烷磺酸盐(PFOS)替代品的安全性评估,为筛选理想PFOS化学替代品提供科学依据。急性毒性结果发现阳离子表面活性剂对4种水生生物均未显示出急性毒性;织物三防整理剂、C4三防整理剂和C6三防整理剂对蚤状溞的LC50值分别为17.97、64.61和85.58 mg·L-1,显示出低的急性毒性。另外,织物三防整理剂对四尾栅藻的半数抑制浓度(EC50)值为88.32 mg·L-1,而对稀有鮈鲫半致死浓度(LC50)值为14.79 mg·L-1,均存在急性毒性。短期生长抑制试验结果发现阳离子表面活性剂、织物三防整理剂、C4三防整理剂和C6三防整理剂对稀有鮈鲫生长抑制最低可见效应浓度(LOEC)值分别为20、1.5、100和50 mg·L-1,表明4种PFOS替代品均显示低慢性毒性。急慢性综合分析可知C4和C6三防整理剂相对较安全,可能成为理想的PFOS替代品。     

二噁英类化合物的毒性作用机制及其生物检测方法

二噁英类化合物具有高毒性,来源多样且分布广泛,是持久性有机物的典型代表,二噁英类污染物及其对健康的危害已引起了公众的普遍关注。一些二噁英类同系物具有代谢稳定性,其毒性效应主要是通过芳香烃受体介导,而越来越多的研究表明二噁英类毒性作用机制的复杂性。在此背景下,综述了近些年在二噁英类毒性作用机制及其代谢途径的新认识,评价比较了主要二噁英类高通量生物检测方法,以期为该类污染物的环境污染物筛查和风险评估提供参考。     

膜蒸馏去除水中Cr(Ⅵ)研究

构建PVDF中空纤维疏水膜为膜组件的膜蒸馏装置对100 mg/L的实验室Cr(VI)废水进行处理。研究了不同温差条件下膜通量变化情况、膜通量及产水电导率随时间变化情况、进出水Cr(VI)浓度变化情况及长周期运行条件下的膜通量变化情况。实验结果表明:随着温差的增大,膜通量保持增长趋势,当冷热侧温差达35℃以上时,膜通量增长速率放缓,兼顾经济与效率计,冷热侧温差以35℃为宜;在实验周期内,膜通量在8.21~8.36 kg/(m2·h)变化,电导率维持在3.8~3.9μS/cm;产水的六价铬浓度12 h之内稳定在0.026~0.03 mg/L,随着膜蒸馏实验的进行,产水浓度开始增大,但均在0.5 mg/L排放标准以下;168 h的长周期实验过程膜通量维持在8.1~8.35 kg/(m2·h),产水电导率维持在3.7~4.3μS/cm,说明以PVDF中空纤维疏水膜为核心的膜蒸馏技术对Cr(VI)具有稳定的去除效果。     

Pseudomonas sp. QJX-1的锰氧化特性研究

从锰矿土壤样品中分离、纯化出1株高效锰氧化细菌(QJX-1),经16S rDNA序列鉴定为Pseudomonas sp.QJX-1.研究表明,Pseudomonas sp.QJX-1含有锰氧化的必需成分多铜氧化酶基因CumA,当初始Mn2+为5.05 mg·L-1,菌密度D600为0.020时,该菌可在48 h内将Mn2+转化,且转化率高达99.4%.在寡营养条件下该菌锰氧化速率较富营养条件下有显著提高;添加石英砂滤料促使生物膜的快速形成,进而促进Mn2+的生物转化.根据研究结果推测地下水处理过程中生物锰氧化速率较快.     

臭氧-混凝交互作用对混凝效果的影响

采用臭氧-混凝联用(臭氧与混凝剂同时投加)和预臭氧混凝(预臭氧后待水中臭氧浓度为0后再投加混凝剂)两种方式处理水样,分析其氧化、混凝效果和消毒副产物生成势(DBPFP)等的差异,研究臭氧-混凝交互作用对处理效果的影响.结果表明,联用和预臭氧混凝效果之间存在明显差异.联用工艺中臭氧与混凝剂间发生交互作用,导致混凝剂水解形态分布发生改变是影响混凝效果的重要原因.联用处理后水样的浊度高于预臭氧混凝,主要原因之一在于臭氧降低了混凝剂水解形态分布中Alb的含量;Cl-DBPFP低于预臭氧混凝出水,是混凝剂Al Cl3及其某些水解形态对臭氧具有催化氧化的作用,促进了消毒副产物前驱物的氧化降解所致.联用对MCAA和CF生成势的去除效果显著强于预臭氧混凝,其中MCAAFP分别为5.6μg·L-1和16.9μg·L-1,CFFP分别为12.5μg·L-1和24.1μg·L-1.臭氧与混凝剂交互作用显著影响混凝效果及消毒副产物的生成,是臭氧和混凝配合使用安全性研究中需要重点关注的内容.因而,相关科研和实际水处理工艺中必须明确预臭氧及混凝剂投加位点和相对次序.