哈尔滨城市积雪中微塑料赋存特征及生态风险评估

现有研究已表明微塑料在积雪中广泛存在,而积雪融化后产生的融雪径流汇入地表水体,所携带的微塑料对生态环境会产生一系列潜在生态风险.城市积雪与人类活动关系更为紧密,为评估城市积雪中微塑料的生态风险,本文以我国东北城市哈尔滨市为研究区,对哈尔滨市6种不同下垫面30个采样点的表层积雪进行采集,通过立体显微镜以及傅里叶红外光谱仪分析,证实了积雪中存在较高含量的微塑料.对积雪中微塑料的赋存特征(丰度、分布特点、尺寸、颜色、形状、组成成分)的分析结果表明,哈尔滨市积雪中微塑料平均丰度为850 N·L^-1,且不同下垫面丰度分布差异大,与其他介质中微塑料丰度相比整体处于偏高状态.尺寸主要以10～100μm的小尺寸微塑料为主,建设用地微塑料尺寸稍大,以100～500μm的居多.大部分下垫面颜色以透明为主,但建设用地处彩色微塑料偏多.积雪中纤维状微塑料为明显优势类型,但农田处碎片状微塑料占比较大.各个下垫面主要的微塑料聚合物类型为聚对苯二甲酸乙二醇酯PET(36%)、聚乙烯PE(25%)、聚丙烯PP(16%)、聚酰胺PA(13%)、聚苯乙烯PS(10%),PET与PE为优势类型.生态风...     

基于双电极传感器的腐蚀电流检测系统抗扰技术

目的 针对金属电化学腐蚀中腐蚀电流检测,设计一种高精度I-V转换的微电流检测电路,突破宽范围微弱电流高精度检测技术。方法 通过分析电路的稳定性,针对100 pA~10 mA的微弱腐蚀电流采集,采用法安级偏置运放实现I-V转换,设计基于ADG708电子开关的8档自动调节电路,并通过24位ADC实现高精度模数转换。针对微弱电流采集中信号易受噪声的影响,设计自适应滤波器用于信号滤波处理。结果 通过MATLAB仿真自适应滤波器的有效性,结果表明,在采集i(k)=2sin(2πk)电流时,误差从0.29 mA(1σ)降低到0.003 9 mA(1σ)。通过电流源校准测试系统精度,在100 pA时误差最大,为4.7%;在10 mA时误差最小,为0.049%。当电流值低于100 nA时,测量误差可以控制在5%以内;100 nA以上时,测量误差可以控制在1%以内。结论 在微弱电流采样中引入自适应滤波器后,系统的采样精度显著提高,突破了宽范围的腐蚀电流采集技术,实现了微弱电流检测。可以将腐蚀电流应用在金属腐蚀速率的评价中。     

鄱阳湖湿地候鸟栖息地微塑料污染特征

微塑料(粒径5 mm的塑料)污染问题日益严重.以鄱阳湖湿地候鸟栖息地之一的白沙湖为研究区,采集了湖岸边、湖中心和候鸟活动区域的湖水、底泥和候鸟粪便,利用浮选分离法对其中的微塑料进行分离,分析其微塑料污染特征.结果表明:(1)研究区不同采样点水体和底泥中微塑料丰度有较大差异,表现为湖中心湖岸边候鸟活动区域,水体和底泥中微塑料平均丰度分别为263.28个·m~(-3)和215.9个·kg~(-1),候鸟粪便中微塑料平均丰度为4.93个·g~(-1).研究区存在颗粒、薄膜、碎片和纤维这4种不同形貌的微塑料.(2)水体中微塑料以颗粒类最多,颜色主要为红色,微塑料粒径丰度表现为1 mm1～2 mm2～3 mm3～5 mm,且基本呈随粒径增大丰度减小的趋势.(3)底泥中微塑料以纤维类为主,颜色主要为紫色,湖岸边和鸟类栖息地微塑料粒径以1 mm为主,湖中心以1～2 mm为主.(4)候鸟粪便内微塑料以颗粒类为主,颜色主要为红色,粒径以1 mm为主.(5)水体、底泥和候鸟粪便中微塑料类型分布无一致性,水体和候鸟粪便颜色和粒径分布保持一致.可见,鄱阳湖鸟类栖息地已经受到了微塑料的污染,鸟类也无可避免地接触到了微塑料,警示人们微塑料将会是候鸟的新兴威胁.     

青岛4个海水浴场微塑料的分布特征

微塑料(microplastics,MPs)作为有毒有害物质的载体,会随洋流作用传播、被生物摄入并影响其生长代谢,已经成为全球性的环境问题.为揭示青岛近岸MPs分布规律和影响因素,利用表层现场采样、密度悬浮法分离、光学显微镜和荧光显微镜结合观察的方法,研究了青岛近岸4个典型海水浴场海水和沉积物中MPs丰度分布,分析了各海水浴场MPs的粒径范围、形状和化学成分.结果表明,4个浴场海水中MPs含量范围为5.05×10~3～1.25×10~4个·m~(-3);沉积物中MPs含量范围为1.91×10~3～4.35×10~3个·m~(-2),海水中MPs含量高的站位相应沉积物中含量也高.4种粒径范围MPs在海水及沉积物中皆表现为粒径大小与其含量成负相关,例如,海水中MPs含量最高的为0.05～0.1 mm(4.10×10~3个·m~(-3)),最低为1～5 mm(2.05×10~3个·m~(-3)).纤维状MPs在海水中和沉积物中均占比最高,分别为48.73%和37.51%,其次为颗粒和碎片型.用ATR-FTIR从海水中检测出8种塑料类型,含量由高到低为:PETPPPSPEPVC≈SBPA≈PMA;沉积物中检测出6种MPs,同海水相比,没有PMA和PA,含量较高的4种MPs类型与海水相同.沉积物中的MPs在粒径、形状及成分上与海水具有相似性,说明青岛近岸海水浴场的海水及沉积物可能有相同的污染源:包装行业、服装纺织业、旅游业.研究结果为揭示沿海旅游型城市海水浴场MPs的分布及来源、开展海岸带MPs污染研究与监督工作提供了基础数据.     

纳米金增强SPR铅离子检测器构建

为满足采用简便方法检测痕量铅离子（Pb²⁺）的需求,构建了新型的超灵敏、高特异性表面等离子体共振（SPR）生物传感器,用于水中Pb²⁺检测.以硫醇化GR-5脱氧核酶（DNAzyme）为Pb²⁺特异性识别探针,并自组装到芯片金膜表面,底物官能化的纳米金（S-AuNPs）用于信号增强,并与DNAzyme杂交形成传感薄膜.AuNPs不仅增加了质量变化,其局部表面等离子体共振（LSPR）与芯片表面传播SPR的耦合作用也可产生信号放大的效果.在Pb²⁺离子存在下,DNAzyme催化底物裂解,导致AuNPs的去除并引起SPR信号显著变化.通过X射线光电子能谱和扫描电镜对芯片表面的表征分析验证了传感薄膜构建过程和检测原理.Pb²⁺检测实验结果表明,1 μmol/L DNAzyme修饰的传感器检测效果最好,检测限为80pmol/L,并在100nmol/L范围内与Pb²⁺浓度的对数呈线性关系（R²=0.992）.该传感器对10倍浓度的其他金属离子无明显响应,说明其具有良好的Pb²⁺特异性;检测自来水和地下水中Pb²⁺的结果与ICP-MS方法有良好的一致性.研究建立的Pb²⁺检测方法具有高灵敏度和特异性,且操作简便,具有现场检测的应用前景.     

腐殖酸与钙离子共存下ZVI界面沉积过程

为精准分析环境介质在零价铁（ZVI）界面沉积过程和沉积层特性,采用喷涂方法制备ZVI负载芯片,应用耗散式石英晶体微天平（QCMD）研究了腐殖酸（HA）与钙离子（Ca（Ⅱ））在ZVI界面沉积吸附过程的差异,并探讨了Ca（Ⅱ）浓度与HA/Ca（Ⅱ）投加顺序对沉积过程的影响机理.结果表明,在反应体系中先通入HA相较先通入Ca（Ⅱ）,ZVI表面形成的沉积层质量更高、沉积层结构更稳定;HA沉积后可促进Ca（Ⅱ）沉积,然而Ca（Ⅱ）先沉积后HA沉积量较少,很大程度上与吸附层外层结构组成差异相关.此外,发现随着Ca（Ⅱ）浓度从10mg/L升高至200mg/L,Ca（Ⅱ）沉积速率加快,界面沉积量增多.QCMD耗散变化研究发现,当Ca（Ⅱ）浓度从10mg/L提高至100mg/L,沉积层耗散变化值（ΔD）逐渐下降,沉积层转变为刚性结构;Ca（Ⅱ）浓度继续加大到200mg/L,ΔD升高趋势,沉积层构象呈现疏松态.应用QCMD可实时监测ZVI钝化层形成的动态变化过程,提供了ZVI界面吸附层变化特征等关键信息.     

17α-乙炔基雌二醇在微塑料上的吸附和解吸行为

以内分泌干扰物17α-乙炔基雌二醇（EE2）作为目标污染物,系统研究了5种微塑料聚酰胺（PA）、聚乙烯（PE）、聚氨酯（TPU）、聚氯乙烯（PVC）和聚苯乙烯（PS）对EE2的吸附动力学、吸附等温线及解吸作用.微塑料对EE2的吸附动力学和吸附等温线的结果表明,5种微塑料对EE2的吸附能力为PA>TPU>PE>PVC>PS;5种微塑料中TPU和PA具有最大的吸附能力和吸附容量,主要归因于氢键产生的化学吸附;而PE、PS、PVC主要是依靠范德华力的相互作用.因PA和TPU对EE2的吸附能力更强,两者的解吸量均高于其他3种物质.采用解吸率来反映不同微塑料的解吸性能,发现EE2在PS中的解吸率最高,PA和TPU上解吸率相对较低.采用单因素重复测量方差分析统计学方法对EE2在5种微塑料上的解吸特性进行分析,EE2在PS与其他4种微塑料之间表现为显著性差异,其余微塑料两两之间无显著性差异;尽管肠胃液中解吸率高于去离子水,但两者并无显著性差异.     

EGSB-CANON工艺启动及动力学特性

采用EGSB（Expanded Granular Sludge Bed）反应器,在启动全程自养脱氮（CANON）工艺中通过改变曝气方式以及优化曝气/非曝气逐步实现CANON工艺的稳定运行.通过研究不同曝气/非曝气条件下CANON工艺的脱氮性能的变化,探究系统内不同污泥粒径中功能菌的活性,揭示EGSB反应器不同的运行条件以及系统内不同粒径的微生物聚集体在CANON工艺启动过程中的影响机制与菌群结构特性.结果表明,当恒定曝气量为0.5L/min,曝气/非曝气为2：1（60min：30min）时,实现了AerAOB（Aerobic Ammonia-Oxidizing Bacteria）与AnAOB（Anaerobic Ammonium-Oxidation Bacteria）协同脱氮的目的,并成功将NOB（Nitrite-Oxidizing Bacteria）的活性由3.41mgN/（h·gVSS）抑制到0.75mgN/（h·gVSS）.在对AnAOB的双底物（NO₂^--N和NH₄⁺-N）抑制动力学结果进行Haldane拟合时,得到NH₄⁺-N和NO₂^--N的半饱和常数（k_s）、抑制动力学常数（k_h）分别为106.8,331.9mg/L,272.4,66.61mg/L,相关性系数（R²）分别为0.98133和0.99142.在CANON污泥颗粒化形成过程中,污泥粒径在0.154~0.335mm范围内主要以AerAOB为主,污泥粒径在1mm以上主要以AnAOB为主.不同粒径下微生物聚集体的协同作用以及稳定的群落结构实现了CANON工艺的稳定运行.     

BPA和EE2在PA微塑料上竞争吸附的位点能量

为研究微塑料上雌激素共存的吸附行为,以17α-乙炔基雌二醇（EE2）和双酚A （BPA）为目标污染物,微塑料聚酰胺（PA）为吸附剂,通过等温吸附实验研究二者在单溶质和双溶质体系下的吸附性能,基于位点能量分布理论进一步剖析二者在PA微塑料上的的吸附特性.同时,采用X射线光谱（XPS）以及傅里叶变换红外光谱（FTIR）对吸附前后的PA微塑料进行表征,探究其可能存在的吸附机理.等温吸附拟合结果及XPS、FTIR的表征结果表明BPA和EE2及二者混合溶液在PA上的吸附属于非均质吸附,疏水分配及氢键作用为主要的吸附机制.位点能量分布分析结果表明,相同浓度（1～4mg/L）条件下,BPA吸附位点主要分布于高能量区;单溶质体系的EE2吸附位点主要集中于低能量区.双溶质体系下,相同浓度的两种物质位点分布函数均随着位点能量的增大而呈指数降低,BPA下降趋势较为平缓,吸附位点分布更集中.两种体系相比较,BPA平均位点能量和位点能量非均质性分别增加了0.749%和2.483%,吸附位点数量减少了10.852%;双溶质体系下EE2平均位点能量降低0.813%,位点能量非均质性增加1.870%,吸附位点数量增加42.429%.双酚A和EE2在PA微塑料上的竞争吸附中,EE2占优势.     

长期饥饿后SPNA微颗粒污泥系统性能恢复

为了确定长期饥饿后连续流一段式部分亚硝化-厌氧氨氧化（SPNA）工艺的性能恢复情况,采用连续流反应器,考察了在室温下（11~23℃）经历161d饥饿期的SPNA系统性能恢复策略的可行性及脱氮性能和菌群结构变化.通过控制DO浓度及进水氨氮负荷,逐渐实现亚硝酸盐氧化菌（NOB）的抑制和淘汰、氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（AnAOB）的活性恢复和富集.在68d内系统总氮去除率恢复至72.13%,氨氮去除率恢复至94.75%.微颗粒污泥（³200μm）的占比从42.04%升至60.98%.微生物群落结构分析发现,停止运行161d后系统Candidatus Kuenenia的相对丰度升至25.53%,表现出较强的抵抗饥饿条件的能力,系统恢复后其相对丰度逐渐降低,接近反应器饥饿前水平.AOB的高底物利用能力是系统恢复的前提,AnAOB活性的提高是系统恢复的关键.系统性能的成功恢复表明室温下161d饥饿期对系统造成的影响是可逆的,长期室温下储存SPNA污泥是可行的.