2016~2020年上海市PM2.5化学组成特征和来源解析

2016~2020年在上海市区和郊区的6个点位开展了颗粒物系统性观测研究,分析了PM_2.5的质量浓度以及水溶性离子、有机碳/元素碳、无机元素等化学组分,并利用正矩阵因子分解模型对PM_2.5的来源进行了解析。结果表明,上海PM_2.5浓度水平呈现下降趋势,年均质量浓度依次为46,43,37,40,39μg/m³,表现为冬高夏低,西高东低的时空分布特征。有机物在PM_2.5中占比最高(30%~32%),不同年份和季节间的差异较小。二次无机离子(硫酸盐、硝酸盐和铵盐)的区域性特征明显,其中硝酸盐的占比在5a间升高最多,且在冬季污染过程中起到了关键作用。解析得到PM_2.5的来源有9类,分别为二次硝酸盐(30.6%)、二次硫酸盐(20.7%)、机动车(12.6%)、工业(8.0%)、生物质燃烧(7.7%)、扬尘(6.5%)、燃煤(5.8%)、海盐(4.8%)和船舶(3.2%)。机动车和船舶等移动源、秸秆焚烧和烟花爆竹燃放等生物质燃烧源的贡献浓度在研究期间呈现下降趋势,体现了相关治理措施的管控效果。     

水泥窑热工条件下十溴二苯醚的热分解规律

基于水泥窑热工条件参数,结合响应曲面设计基本原理,开展了十溴二苯醚(BDE-209)热分解规律及影响因素研究,并分析了BDE-209的脱溴路径。结果表明:烟气中多溴二苯醚(PBDEs)含量随着溴取代数降低而降低;不同PBDEs单体受不同因素影响明显,烟气中BDE-209浓度主要受样品中原始浓度和温度的影响,九溴二苯醚和八溴二苯醚浓度主要受温度和氧气交互作用的影响;结合文献研究与本实验结果推测BDE-209在水泥窑热工条件下的最主要的两条降解路径,生成九溴二苯醚的最主要路径是由BDE-209 脱去一个溴生成BDE-207;生成八溴二苯醚的最主要路径是由BDE-209 脱去一个溴生成BDE-206,再由BDE-206脱去一个溴再生成BDE-203。明确BDE-209的热分解规律及影响因素,能够为水泥窑热工条件下处置含PBDEs废物提供理论支撑。     

地下水原位化学修复数值模拟研究进展

数值模拟是地下水原位化学修复设计的主要方法。从地下水原位化学修复过程的物理和化学作用出发,分析了土体平衡方程、流体相连续性方程和溶质运移方程等基本控制方程,比较了常用地下水原位修复数值模拟软件的特征,指出土体变形对地下水渗流和溶质运移的影响以及现有地下水原位化学修复模拟中存在的问题,需考虑以下3个方面:1)原位注入化学修复模拟时应考虑土体变形、地下水渗流和溶质运移的三维耦合模型和模拟计算;2)药剂注入方式以及药剂注入引起的土体变形和破坏及其对土体渗透性的影响;3)药剂注入对土体固结变形和强度的影响。     

零价铁可渗透反应屏障钝化和堵塞研究进展及案例分析

可渗透反应墙(PRB)技术是最具经济效益的原位地下水处理技术之一,但在运行过程中,矿物沉淀钝化和堵塞介质孔隙、气体产生及生物活动堵塞可能引起屏障材料性能的恶化,进而影响PRB运行寿命和效率。为了减轻或解决钝化和堵塞对PRB技术应用的限制,对可渗透反应屏障钝化和堵塞的研究进展及典型案例进行了归纳和研究,详细阐述了引起PRB介质钝化和堵塞的原因和机理,包括矿物沉淀、气体产生、pH的影响和生物膜作用等原因导致的PRB钝化和堵塞,其中矿物沉淀引起的堵塞类型分为钙基矿物沉淀、铁铝矿物沉淀、磷酸盐和硅酸盐类矿物沉淀堵塞。针对不同的钝化和堵塞,分析其影响因素和运行条件,为PRB结构改进设计、提高PRB运行效率和寿命,发展PRB成为长期有效的修复技术提供技术支撑。     

焦化废水中痕量苯并(a)芘的固相萃取和GC-MS检测方法

基于固相萃取(SPE)和气相色谱/质谱联用技术(GC-MS),建立了一种焦化废水中痕量苯并(a)芘(BaP)的定量分析方法。BaP水样添加甲醇改性后经SPE富集净化、二氯甲烷洗脱、氮吹浓缩、二氯甲烷或乙腈定容后采用GC-MS进行定量分析。结果表明:在优化的样品前处理和分析条件下,BaP标准曲线的线性相关系数R2>0.99,方法回收率为79.6%~85.5%,方法检出限和定量限分别为4.33 ng/L和14.45 ng/L。该方法应用于内蒙古某焦化厂二级生化出水加标样品中BaP的测定,得到BaP的回收率为83.3%~89.3%,表明其灵敏度高、选择性好,适用于焦化废水中痕量BaP的定量检测。     

固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法测定斑马鱼暴露体系4种双酚类环境激素的研究

为评估双酚类环境激素对水环境可能造成的环境影响,建立固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱(SPE-UPLC-MS/MS)法测定斑马鱼暴露体系中的双酚C(BPC)、双酚F(BPF)、双酚S(BPS)、双酚Z(BPZ). 对前处理条件进行优化,斑马鱼样品依次采用6 mL乙腈溶液提取,30 min超声萃取及振荡混合,8 000 r/min下离心10 min,重复2次,于?80 ℃冷冻除脂48 h,过滤并用超纯水稀释至500 mL. 采用Generik H2P柱萃取上述鱼样及养殖水体样品,依次用10 mL 10%甲醇水溶液(V/V)淋洗,10 mL甲醇溶液洗脱. 优化参数确定最佳质谱条件,以甲醇-水溶液为流动相进行梯度洗脱,采用电喷雾电离、负离子选择反应监控(SRM)模式、同位素内标法进行测定. 结果表明:①固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法的检出限为0.019~0.60 μg/L,定量限为0.06~1.89 μg/L,BPS在0.5~100 μg/L范围内线性关系良好,相关系数为0.999 0,BPZ、BPF和BPC在1~100 μg/L范围内线性关系良好,相关系数在0.998 9~0.999 8范围内. ②在1.5、4.5、15 μg/L双酚类环境激素的添加浓度下,养殖水体中目标物的回收率为91.45%~102.91%,相对标准偏差为1.47%~11.04%,斑马鱼体内目标物的回收率为85.95%~97.45%,相对标准偏差为4.63%~16.36%. ③高浓度暴露组中,鱼体内BPF、BPS、BPC含量约是低浓度暴露组的10倍,而BPZ含量在两组间无明显差异. 研究显示,BPC、BPF、BPS、BPZ短时间内在斑马鱼体内产生了富集,通过分析斑马鱼全鱼样品、养殖水样及实际景观水体样品,证明固相萃取-超高效液相色谱-串联质谱法样品回收率高、检出限低、灵敏度高、重现性好,具有较好的实用性.      

沉积物活化氧气和过氧化氢产生羟自由基降解三氯乙烯的比较研究

沉积物中Fe(Ⅱ)可以活化氧气(O₂)产生羟自由基(?OH),从而降解有机污染物. 为评估O₂应用于原位化学氧化(ISCO)等修复工程的潜力,通过室内静态试验体系,定量对比了不同条件下,沉积物活化O₂与过氧化氢(H₂O₂)产生?OH的产量、氧化剂转化效率的差异,并采用三氯乙烯(TCE)作为代表性污染物来评估两种氧化剂体系降解污染物的能力. 结果表明:在pH为7的条件下,河岸带地下1 m和8 m以及化工场地下1 m和5 m沉积物悬浊液(均为50 g/L)在180 min内活化4.6 mmol/L O₂(假定体系中O₂完全溶解于水相的浓度,下同)时分别产生0.5、7.1、1.0、13.8 μmol/L ?OH,活化5 mmol/L H₂O₂时分别产生1.7、39.1、72.1、102.8 μmol/L ?OH. O₂转化为?OH的效率为0.1%~3.0%,与H₂O₂ (0.03%~2.40%)处于相近水平. 在50 g/L河岸带地下8 m沉积物悬浊液中,随着O₂投加量由2.3 mmol/L增至7.0 mmol/L,180 min内?OH的产量由6.7 μmol/L增至7.5 μmol/L,但是?OH的产率由1.5%降至0.8%;随着H₂O₂的投加量由0.5 mmol/L增至10.0 mmol/L,180 min内?OH的产量由12.2 μmol/L增至70.4 μmol/L,但?OH的产率由2.4%降至0.7%. 当向上述体系中加入三聚磷酸盐(TPP)和乙二胺四乙酸钠盐(EDTA)后,?OH的产量和产率显著增加. 在河岸带地下8 m沉积物-O₂ (4.6 mmol/L)体系中,反应180 min内TCE(初始浓度为12 μmol/L)的去除率为15.5%,高于沉积物-H₂O₂ (5.0 mmol/L)体系对TCE的去除率(7.7%),然而加入1.0 mmol/L TPP后,两种体系均可以实现TCE的完全去除. 研究显示,O₂不仅稳定性好、廉价易得,而且与沉积物反应速率适中,氧化剂有效利用率与H₂O₂处于相当水平,因此有望作为一种温和的氧化剂应用于特定需求的ISCO修复.      

草酸改性零价铁活化过硫酸盐降解地下水中2,4-DNT的研究

2,4-二硝基甲苯(2,4-DNT)作为重要的化工原料,由于储存和生产过程中的“跑冒滴漏”,已然成为地下水中常见有毒有害污染物之一,对人体健康和生态环境安全造成极大威胁. 以草酸与商品零价铁为原料,通过球磨法制备草酸化零价铁(OA-ZVIbm),并研究其活化过硫酸盐(PS)降解2,4-DNT的性能. 采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对活化剂进行表征,并考察活化剂和PS投加量、溶液初始pH及无机阴离子对2,4-DNT降解效果的影响. 结果表明:①通过球磨改性,零价铁表面氧化层被草酸亚铁壳层代替,加速铁核腐蚀生成Fe2+催化PS. ②在pH=7、0.2 g/L OA-ZVIbm和5 mmol/L PS的条件下,4.0 h内对50 mg/L 2,4-DNT降解率达到87.6%,降解过程符合准一级动力学方程. ③2,4-DNT降解率随OA-ZVIbm和PS投加量增加以及溶液初始pH的降低增加,但高浓度PS会抑制2,4-DNT的降解;NO₃?、CO₃2?、Cl?和SO₄2?通过淬灭自由基或者与亚铁离子发生共沉淀,对降解产生不同程度的抑制效果. ④自由基淬灭试验表明,体系中同时产生SO₄? ?、·OH和1O₂,但SO₄? ?在降解过程中起主导作用. ⑤降解中间产物鉴定表明,通过脱硝和氧化反应,2,4-DNT被降解成包括间苯二酚、丙二酸在内的毒性较小分子,可生化性显著提高. 研究显示,OA-ZVIbm能够高效活化PS,实现对地下水2,4-DNT的显著降解,具有一定的应用前景.      

活化过一硫酸盐技术降解环境有机污染物的研究进展

高级氧化技术是一种以产生羟基自由基(·OH)和硫酸根自由基(SO₄?·)来降解环境有机污染物的技术. 近年来,通过活化过一硫酸盐(peroxymonosulfate, PMS)而产生SO₄?·的高级氧化技术受到了广泛关注. 与基于·OH的传统高级氧化技术相比,基于SO₄?·的高级氧化技术具有氧化还原电位高、半衰期长、适用pH范围广和对污染物反应快速等优点. 本文从活化PMS方法的特点和性质出发,对目前活化PMS技术降解环境有机污染物的主要方法和活化机理进行了论述,活化方法包括过渡金属活化(均相和非均相)、碳质材料活化、碱性活化、热活化、辐射活化、电解活化等,活化PMS的机制是通过活化方法使其分子结构中的O—O键发生断裂,从而使PMS分解形成SO₄?·或其他的活性物质. 此外,分析了活化PMS降解环境有机污染物的主要影响因素,其中影响均相系统PMS活化的因素包括过渡金属剂量、pH和水中阴离子等,过量的PMS和过渡金属可能成为SO₄?·的抑制剂,pH不仅对氧化剂分解产生自由基起着关键作用,还影响过渡金属种类的形成及其与氧化剂反应的有效性,而水中阴离子会与有机化合物竞争和SO₄?·发生反应. 最后,提出未来研究重点应在开发稳定高效活化PMS的金属氧化物、碳质材料,以及使用多种处理技术协同作用上,同时应加强对活化PMS技术降解有机污染物体系的降解产物和毒性分析的研究.      

辽河铁岭段砷的人体健康水质基准研究

砷(As)是一种持久性、毒性强的致癌污染物。近年来我国As污染事件频发,故制定As的人体健康水质基准具有重要意义。以辽河铁岭段为研究对象,采集并分析水样和不同营养级的鱼样中As含量。结合文献调研,确定As的污染物毒性参数与辽河铁岭段饮水相关的部分人群暴露参数;基于线上问卷调查,计算本地居民人均第2、3、4营养级鱼类摄入量分别为0.0268,0.0323,0.0027 kg/d,进而推导出当地代表性鱼类As的第2、3、4营养级国家生物累积因子为8.256,9.281,10.197 L/kg。根据以上参数计算出辽河铁岭段As的人体健康水质基准值为1.976×10-5 mg/L,研究结果可为辽河流域制定水质标准提供参考,为更加科学有效地管控污染物排放和保护人体健康提供依据。