多功能区工业园土壤和地表灰尘重金属污染及生态风险差异分析

多功能区工业园具有生产和生活的双重功能,园区内有色金属的冶炼和加工可能导致重金属污染从而威胁人体健康.本文选取位于长江经济带下游地区安徽中部某地级市的一个以铜加工和机械制原件为主导产业的工业园区为研究对象,通过采集并测试土壤和灰尘样品,对该园区土壤和灰尘重金属的空间分布和垂直分布特征进行分析,借助生态风险指数来评估可能存在的较高风险区域,利用相关性分析和主成分分析对重金属来源进行识别,将研究结果与不同地块分区的使用功能结合讨论,并从土壤与灰尘重金属在分布和含量上差异来探讨风险管控相关措施.结果表明,在土壤和灰尘的空间分布特征上,园区土壤中Cu、Zn、As、Pb和Cd的含量要明显高于当地土壤背景值,分别达到背景值的2.65、1.76、1.56、2.14和3.87倍.灰尘的重金属含量则明显高于土壤,Cr、Ni、Cu、Zn、Hg、As、Pb和Cd的含量均超过背景值,分别达到背景值的1.93、1.05、7.57、4.63、6.08、5.39、2.58和5.50倍.水平分布上,土壤重金属含量和综合生态风险较高的区域主要集中在园区西部;垂直分布上,随着土壤深度的增加,重金属含量并没有出现显著地上升或者下降趋势.灰尘的高重金属含量和高生态风险地区则更靠近主要的交通干道.主成分分析结果表明,靠近西边的土壤重金属偏高主要原因,可能来源于早期河水灌溉.而道路交通是导致灰尘重金属含量偏高的主要因素的可能性较大.这一土壤和灰尘重金属在空间分布来源上的差异,将对园区加强风险管控提供可参考的科学建议.包括根据不同区域的使用功能分区管理,来减少重金属对生态环境造成的污染和危害人体健康的可能性.     

Spatial distribution and risk assessment of soil heavy metal contamination along roadsides of the northwestern Sichuan Plateau,China北大核心CSCD

Traffic activities in roadways are the major source of heavy metal contamination on the northwestern Sichuan Plateau, China. To characterize the spatial pattern of heavy metal distribution, we collected soil samples and measured the concentrations of five heavy metals (Cd, Cu, Ni, Pb, and Zn) from nine sites in Hongyuan County, Sichuan Province, including three transects that reflected typical gradients of traffic density. Each transect consisted of three levels of traffic density sites. We calculated single pollution index, Nemerow multi-factor index, and potential ecological risk index, to assess the ecological risk of the heavy metal contamination. Results showed that the soils were contaminated by Cd and Zn, with higher concentrations than that of the natural soil background values in all sampling sites. Moreover, Cd and Zn concentrations increased with increasing traffic density, suggesting that traffic activities were potentially responsible for the metal contaminations. The single pollution index indicated that the study sites were heavily contaminated by Cd and slightly polluted by Ni, Pb, and Zn, and the Nemerow multi-factor and potential ecological risk indexes indicated moderate potential ecological risks at the study sites. Specifically, the sites with high traffic density were moderately contaminated and the sites with low traffic density were mildly contaminated. In general, Cd and Zn were highly accumulated in soils of the study region; therefore focus should be on the high ecological hazard associated with soil heavy metal contamination, even in undeveloped regions. © 2018 Science Press. All rights reserved.     

Effects of a lead- and cadmium-resistant fungal strain on the absorption of heavy metals by Vetiveria zizanioides北大核心CSCD

A two-factor randomized complete block experiment was used to explore the remediation by a plant-microorganism combination on soils contaminated by lead (Pb) and cadmium (Cd). Factor A was the amount of fungi, for which four values were considered, namely, 0, 1, 3, and 5 g. Factor B was the level of contamination by lead and cadmium, for which six values were considered, namely, Cd0Pb0, Cd10Pb400, Cd20Pb600, Cd30Pb800, Cd50Pb1200, and Cd80Pb1800 (data in units of mg/ kg). The results showed that the resistant fungi promoted the growth of vetiver (Vetiveria zizanioides). At weights of 1, 3, and 5 g, the resistant fungi increased the biomass of vetiver by 41.9%, 74.9%, and 71.7% respectively. The resistant fungi stimulated the absorption of lead and cadmium by both the aerial and underground parts of vetiver. In the presence of 80 mg/kg of Cd2+ and 1 800 mg/kg of Pb2+, the contents of lead in the aerial parts of vetiver were increased by 120.6%, 265.4%, and 242.9%, while the lead content in the underground parts were increased by 110.3%, 278.2%, and 266.2%, after the addition of 1 g, 3 g, and 5 g of fungi, respectively. The content of cadmium in the aerial parts increased by 113.2%, 238.3%, and 217.3%, while the content of cadmium in the underground parts increased by 103.1%, 298.8%, and 274.4%, after the addition of 1 g, 3 g, and 5 g of fungi, respectively. The addition of fungi strengthened the effect of V. zizanioides to remediate soils contaminated by lead and cadmium, and the remediation after the addition of 3 g of fungi was better than that after treatment with 1 g and 5 g of fungi. The combination of resistant fungi and the heavy metal enrichment plant, vetiver, under different concentrations of lead and cadmium showed that the fungi had a significant effect on the remediation of soils contaminated by lead and cadmium. © 2018 Science Press. All rights reserved.     

多元金属定向修饰的改性生物焦微观特性及单质汞脱除性能研究

针对通过热解直接获得的生物焦汞吸附效率较低的问题,将常规化学沉淀法、溶胶凝胶法、多元金属多层负载与生物质热解制焦过程进行整合,在选择特定组分进行结构设计的基础上,获得了经济高效的掺杂多元金属铁基改性生物焦烟气脱汞剂,为最终实现"以废脱毒"提供关键参数与理论依据.在获得改性生物焦Hg⁰脱除特性的基础上,针对生物质基础特性,利用多种表征分析手段研究改性样品的微观特性,建立了改性生物焦理化性质与脱汞性能之间的构效关系.研究发现：相比未改性生物焦,以生物焦为载体的铁基复合吸附剂的脱汞性能显著提升,其中掺杂双金属改性样品汞脱除性能的提升程度整体优于掺杂单金属的改性样品;改性生物质的热解过程变得更加剧烈和充分;改性导致生物焦的晶体结构向无序方向演变,所对应的芳香结构单元排列有序度和石墨化程度减弱;所负载或掺杂的多元金属对生物焦物理吸附性能的提升主要体现在对孔隙结构参数的改善方面,同时多元金属的掺杂还可以增强─COOH和C＝O官能团对电子的迁移作用,进而提升生物焦对有机汞Hg-OM的结合能力;不同负载金属自身之间在汞脱除过程中可以起到协同促进的作用,进而大幅提高改性生物焦的脱汞性能.     

耦合健康风险与生命周期评价的场地修复环境经济影响评估

我国污染场地数量众多,对当地环境和健康安全造成了巨大威胁,亟待开展治理修复,同时也需要关注修复过程的绿色可持续性.本文基于绿色可持续修复（GSR）的理念,提出了健康风险评价（HRA）和生命周期评价（LCA）耦合的评估框架,用于计算结合健康风险和修复二次环境影响的净环境效益（NEB）,并以中国西南地区某多环芳烃和汞污染的工业场地为例,在现行的修复目标制定框架内,对不同修复目标下的NEB进行了评估.结果表明,在不同权衡选择下,案例最佳的修复目标带来的NEB是直接选择筛选值目标的1.6~15倍,单位经济投入带来的NEB是直接选择筛选值的3~7倍.决策者可应用提出的综合评估框架,平衡当地环境质量改善和修复过程的二次影响,以提高场地修复工程的环境经济可持续性.     

燃煤电厂大气污染物“近零排放”技术研究及工程应用

在燃煤电厂实现大气污染物“近零排放”过程中,烟尘控制技术是关键,通过对除尘、脱硫、脱硝等先进环保技术的系统比较,提出了燃煤电厂大气污染物“近零排放”技术路线. 在地处长三角的国华舟山电厂4号机组采用高效低氮燃烧+SCR(选择性催化还原法)脱硝+旋转电极除尘+海水脱硫+湿式静电除尘的技术路线,ρ(烟尘)、ρ(SO₂)、ρ(NO_x)的实际排放值分别为2.46、2.76、19.80 mg/m3;在地处京津冀的国华三河电厂1号机组,采用高效低氮燃烧+SCR脱硝+低温省煤器+静电除尘(高效电源)+湿法脱硫+湿式静电除尘的技术路线,ρ(烟尘)、ρ(SO₂)、ρ(NO_x)的实际排放值分别为5、9、35 mg/m3. 实践表明,立足国情走煤炭清洁高效利用之路,燃煤电厂可以在低成本下实现大气污染物的“近零排放”. 通过对技术路线优化、低浓度污染物在线测量技术及“近零排放”中存在的一些问题进行分析和探讨,提出了燃煤电厂大气污染物控制技术的研究和发展方向. 估算结果表明,如果全国燃煤机组自2015年起采用“近零排放”技术,5 a内烟尘、SO₂、NO_x年均减排率分别可达19.0%、18.9%、18.5%.      

太湖不同营养水平湖区汞的形态和分布特征

为研究富营养化对太湖汞形态分布特征的影响,于2011年水华暴发期,在太湖不同营养水平湖区(竺山湾、贡湖湾及南太湖)采集水样,测定了水体中THg(总汞)、DHg(溶解态总汞)、RHg(活性汞)、TMeHg(总甲基汞)、DMeHg(溶解态甲基汞)的质量浓度及其分布特征. 结果表明,太湖不同营养水平湖区水体中ρ(THg)和ρ(DHg)无显著差异,ρ(THg)为4.67~12.15 ng/L,ρ(DHg)为2.27~10.36 ng/L. 太湖水体中ρ(RHg)平均值为0.79 ng/L,藻类的生长对水体中ρ(RHg)的分布有显著影响,水体营养水平越高,ρ(RHg)越低. 水体中ρ(TMeHg)和ρ(DMeHg)分别为0.10~0.27和0.09~0.23 ng/L,藻类的吸附及水体中较高的E_h(氧化还原电位)和pH抑制了汞的甲基化,但在富营养化较严重的竺山湾,受藻类生长及水华的影响,水体中ρ(TMeHg)(0.22 ng/L)仍相对较高.      

原位掩蔽对底泥汞释放的抑制效果及中试评估

为解决贵州省百花湖底泥中的汞污染问题,研究了原位掩蔽对底泥中汞释放的抑制效果. 选择沸石、高岭土和赤铁矿为掩蔽材料,通过模拟试验,确定原位掩蔽的最佳覆盖厚度为2.0 cm,此时沸石、高岭土和赤铁矿对底泥汞释放的控制率分别为47.1%、64.9%和62.3%,说明最佳掩蔽材料为高岭土. 以高岭土为掩蔽材料的情况下,试验实施7 d后,水体扰动对控制率的影响不足6.7%. 中试区位于百花湖重度污染区,面积约为22 000 m2,采用驳船少量多次撒布高岭土原位掩蔽汞污染底泥,控制覆盖厚度为2.0~3.0 cm,按月连续监测6次. 结果显示,高岭土对汞污染底泥的控制率达到47.1%. 模拟试验及中试效果显示,高岭土原位掩蔽可有效抑制底泥中汞的释放,并且较薄的覆盖厚度可降低工程成本和对湖底生态系统的影响.      

《火电厂大气污染物排放标准》实施对燃煤电厂大气汞减排的影响

为评估GB 13223─2011《火电厂大气污染物排放标准》实施对燃煤电厂大气Hg(汞)减排的影响,采用“自下而上”排放因子法,对燃煤电厂大气Hg排放量进行了估算,通过设计不同发展情景,对排放标准实施条件下我国燃煤电厂大气Hg减排量(不含港澳台地区数据,下同)进行了预测. 结果表明:不同能耗情景下,预计2015年燃煤电厂的煤炭消费量为18.5×108~20.3×108 t,2020年煤炭消费量可达19.7×108~22.5×108 t;GB 13223─2011实施后,大气污染控制设施包括ESP(静电除尘器)、FF(袋式除尘器)、WFGD(湿法脱硫)和SCR(选择性催化还原脱硝)的应用比例亟需提高,控制设施面临提效改造,主要控制技术组合SCR+ESP+WFGD在2015年和2020年的应用比例将达到40%、75%;改造后技术组合FF+WFGD、ESP+WFGD、SCR+ESP+WFGD可分别实现90%、85%、80%的脱Hg效率. 由此可为我国燃煤电厂大气Hg排放带来巨大的协同减排潜力,与2010年约119 t的排放水平相比,2015年和2020年在低能耗情景下,我国燃煤电厂大气Hg减排幅度可分别高达38%和39%. 为进一步提高燃煤电厂大气的Hg减排量,建议逐步推广应用活性炭喷射(ACI)等技术.      

干法烟气脱硫副产物中汞的形态分布

通过分析干法烟气脱硫副产物中不同形态汞的含量,研究干法脱硫灰中汞的环境稳定性. 利用逐级化学提取法,分析了锅炉底灰、锅炉飞灰、脱硫塔底灰和除尘器灰中水溶态、酸溶态、过氧化氢溶态及王水溶残渣态汞的含量,研究了不同形态汞含量的变化规律. 结果表明,锅炉底灰、锅炉飞灰、脱硫塔底灰和除尘器灰中w（总汞）分别为0.23,0.36,0.46和1.22 mg/kg,且随着脱硫除尘时间的延长w（总汞）呈增加的趋势,其中,以氯化物、硝酸盐和硫酸盐存在的水溶态汞变化明显,除尘器灰中w（水溶态汞）高达0.72 mg/kg. 分析认为,干法烟气脱硫灰吸附的大部分汞蒸气转化为可溶性的氯化物、硝酸盐和硫酸盐等,另外还有少量汞以单质状态存在.