基于可解释性机器学习的纳滤膜去除有机微污染物研究

纳滤膜对微污染物去除效率受膜特性、微污染物性质和实验条件等因素影响,优化这些影响因素对纳滤工艺的成功应用至关重要,然而实验优化过程不能同时兼顾多因素对去除效能的交互影响.为此,基于线性、非线性和集成学习算法,开发了4种纳滤膜对有机微污染物去除效率的预测模型,并验证了模型的预测性能和可行性.在拟合程度、稳健性和外部预测能力等方面对开发的模型进行了对比分析研究,结果表明,用集成学习算法开发的XGBoost模型能够准确识别影响膜分离过程中的关键因素,在预测纳滤膜对微污染物的去除效率方面表现出强大的潜力(R_adj²=0.977,Q_ext²=0.877,Q_LOO²=0.875).此外,利用SHAP解释方法定量解析了各驱动因素对纳滤膜去除微污染物效率的贡献,证明纳滤膜的截留分子量、膜表面接触角和污染物的尺寸是微污染物去除过程中重要的影响因素.首次将模型解释方法应用于特征变量的选择过程,使集成算法(XGBoost)模型的性能得到进一步优化.所开发的机器学习模型,有利于优...     

可降解共混塑料在海水中的光降解研究

可降解共混塑料因价格低廉而得到广泛应用,然而共混塑料在海水中的光降解和微塑料的形成有待深入研究.因此,本文以聚乙烯/碳酸钙(PE/CaCO₃)和聚乙烯/热塑性淀粉(PE/TPS)共混塑料为研究对象,聚乙烯(PE)作为对照,通过机械研磨制备微塑料,研究微塑料在天然海水中阳光照射下的光降解.结果表明,相同风化条件下,共混塑料比PE更容易产生小粒径的颗粒.光降解后老化共混塑料表面的碎片、颗粒明显多于PE.光降解后PE的ATR-FTIR和C1s XPS光谱没有明显变化;PE/CaCO₃因光氧化形成含氧官能团C—O;PE/TPS的TPS特征峰减弱,表明TPS光降解.结合3种微塑料接触角、表面电势的变化可知,老化共混塑料对亲水性污染物的吸附能力可能比PE更强.综上所述,可降解共混塑料在海洋环境中的光降解程度高于PE,海洋环境风险可能更大,应谨慎推广.     

微塑料对融冰过程中典型污染因子释放的影响研究

为探究融冰过程中微塑料赋存对岱海典型污染因子释放规律的影响,采用室内模拟的方式,通过设置不同冻结条件(冰体厚度、初始温度及方式、初始浓度)探究各典型污染因子在融冰过程中的释放规律,并采用融出比例(E)表征污染因子融冰过程中的释放能力.结果表明,微塑料的赋存与初始条件的改变会影响污染因子的分布规律,从而对污染因子在融冰过程中的初期释放量造成一定影响,但并不能改变污染因子初期大量释放,随后少量均匀释放的释放规律;而相同初始条件下微塑料赋存使污染因子在融冰初期的释放量增加,使融出比例E下降2.59%～5.02%,这表明微塑料在冻融过程中不仅会将部分污染因子携带到冰体中,还对融冰过程中污染因子的释放起到一定的滞后作用;此外融冰过程中微塑料对于污染因子释放规律的影响可以从冰体微观结构与冰体融化机理两方面得到解释.     

凹凸棒石基复合材料土壤改良效果研究——以荒漠绿洲农田土壤为例

以黑河中游临泽县荒漠绿洲农田土壤为研究对象,研究凹凸棒石/生物质炭复合材料及其单一组分在不同施用水平下对土壤团聚体和玉米(Zea mays L.)产量的影响.结果表明,复合材料使试验区土壤中石砾(>1mm)、粗砂粒(1～0.25mm)、细砂粒(0.25～0.1mm)、级细沙粒(0.1～0.05mm)含量降低,粗粉粒(0.05～0.02mm)、细粉粒(0.02～0.002mm)、黏粒(<0.002mm)含量升高;随着复合材料施用量的增加,>2mm粒级团聚体含量逐渐升高,土壤团聚体平均重量直径(MWD)逐渐增加,当达到高施用水平(12t/hm²)时,MWD为6.24mm,比对照处理增加了49.6%;玉米产量随着复合材料施用量的增加呈现先增加后减少的变化趋势,当处于中施用水平(8t/hm²)时,产量达到18352kg/hm²,与对照相比增产5 6.9%.综合分析可知,复合材料一方面通过调控土壤颗粒组成与分布,促进土壤团粒结构形成,改善土壤结构,影响土壤物理性质;另一方面,复合材料自身带来的养分物质,会影响土壤...     

新兴污染物的分类及其检测技术研究进展

随着城市化进程的加快、人们的生活方式以及现代工业化水平的提高,环境污染已成为日渐严重的问题,对人类健康和生态环境构成了极大的威胁。近几年已经对各种污染物进行了研究,但新兴污染物主要是由微污染物、内分泌干扰物、杀虫剂、药物、激素和毒素以及工业相关的合成染料引起的和含有染料的有害污染物,大多数新兴污染物没有制定指导方针,即使浓度很低,它们也可能对人类和水生生物产生有害影响。因此,为了提高修复生态环境的有效性,迫切需要开发用于检测、量化和提高效率的污染物检测新技术。该文概述了新兴污染物类别和检测技术,根据新兴污染物的种类选择检测技术,讨论了测试技术存在问题,并提出发展性建议和前瞻性观点。     

基于传输路径的秦皇岛海域微塑料分布特征调查

微塑料作为新兴污染物被广泛关注,但其在入海传输路径所涉及的环境介质中的分布特征仍有待进一步研究。为给微塑料入海传输研究提供更多可行的基础数据,本研究于2019年、2020年不同水期对秦皇岛海域4种环境介质(入海河口水体、岸滩底泥、表层海水和近岸底泥)进行采样,分析微塑料的种类、粒径、形状和颜色等指标,并基于以上结果分析入海传输路径上不同环境介质中微塑料的分布特征。结果表明,秦皇岛海域微塑料污染在4种环境介质中广泛存在,总体呈中等水平,入海河口水体、岸滩底泥、表层海水和近岸底泥微塑料平均丰度分别为(721.42±530.13) n/m³、(450.00±326.60) n/kg、(0.42±0.28) n/m³和(613.24±410.04) n/kg。不同水期的调查结果对比表明,降雨会显著降低入海河口水体、岸滩底泥和近岸底泥中的微塑料含量;空间上的分析表明,人类活动极易影响微塑料的分布。在各类环境介质中,粒径<0.5 mm的小粒径微塑料占比最大;纤维状微塑料更易赋存在水体中,碎片状和颗粒状微塑料更易传输到沉积物中;而微塑料的颜色在传输过...     

不同粒径聚苯乙烯微塑料对黄粉虫的生物毒性研究北大核心CSCD

废弃塑料在自然条件下会通过物理化学和生物分解等作用被分解为尺寸更小的微塑料(MPs),因MPs在环境中的广泛分布及潜在的生态健康风险,其在近期受到了广泛关注。有研究报道,黄粉虫(Tenebrio molitor)能够摄食聚苯乙烯(PS)泡沫塑料,并对PS的降解能力和降解率较高,但关于不同粒径聚苯乙烯微塑料对黄粉虫生物毒性的研究较少。采用黄粉虫为受试生物,通过向黄粉虫喂食不同比例的聚苯乙烯微塑料与麸皮的组合以及不同粒径PS小球,测定试验周期内黄粉虫生物学指标及生物组织内抗氧化酶水平等参数,探究并分析不同粒径与不同摄食比例的微塑料对黄粉虫生命体征和组织水平生物毒性的影响作用。结果表明：(1)粒径会影响黄粉虫对PS的摄食,进而影响其生物利用度;(2)25%的高密度苯乙烯(HDPS)与麸皮掺杂饲养会抑制黄粉虫的生长发育;(3)有麸皮饲养的条件下,黄粉虫摄食PS对其自身生理毒性的影响较小,但还是会对其存在一定的细胞损伤。本研究结果可为后续利用黄粉虫降解废弃塑料与微塑料污染研究提供依据。     

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...     

纳米氧化锌颗粒胁迫对氨氧化细菌共代谢去除磺胺嘧啶的影响

为了探究纳米氧化锌颗粒(nZnO)胁迫下氨氧化细菌(AOB)共代谢去除抗生素能力的变化规律,本研究选择了一种广泛使用的磺胺类抗生素磺胺嘧啶(SDZ)作为实验对象,通过考察不同浓度的nZnO胁迫下富集AOB污泥中氨氮浓度、SDZ浓度、胞外聚合物(EPS)、关键酶活性及活性氧(ROS)的变化特征,探究nZnO赋存对富集AOB污泥及其共代谢降解去除SDZ能力的影响.结果表明,一定浓度范围(0～25 mg·L^-1)内,nZnO对水中氨氮的转化存在浓度抑制效应,随着nZnO浓度的升高,氨氧化速率逐渐降低;nZnO处理后AOB中的关键功能酶—氨单加氧酶和羟胺氧化还原酶的活性均显著下降,50 mg·L^-1 nZnO处理组酶活下降的最为显著;nZnO刺激下产生了大量的ROS,并且ROS的产量与nZnO浓度呈正比;在0～25 mg·L^-1 nZnO的范围内,SDZ的去除率随着nZnO浓度的升高而逐渐降低,但50 mg·L^-1 nZnO实验组的SDZ去除率达到最高,甚至超过了空白对照组.     

室温低氨氮基质单级自养脱氮颗粒污泥启动效能与污泥特性

室温低氨氮基质条件下单级自养脱氮工艺的启动和稳定运行是该工艺应用于市政污水处理的前提和基础.本研究在气升式反应器中接种久置的PN/A(partial nitritation and ANAMMOX)颗粒污泥,控制温度在(23±2)℃,pH在7. 7～8. 0,以氨氮浓度为70 mg·L~(-1)的人工无机配水为基质,考察单级部分亚硝化-厌氧氨氧化实现室温启动效能.通过逐级缩短HRT(1. 1 h→0. 9 h→0. 7 h→0. 5 h)提升氮负荷[1. 53 kg·(m~3·d)~(-1)→1. 87 kg·(m~3·d)~(-1)→2. 40 kg·(m~3·d)~(-1)→3. 36kg·(m~3·d)~(-1)],逐步恢复AOB、AMX菌活性以及微生物协同效能.经过95 d运行调控,反应器成功启动,NH_4~+-N和TN去除率达85%和69%.根据各阶段污泥性能,严格控制溶解氧,有效抑制NOB.污泥适应环境后,颗粒粒径随负荷提升逐渐增大,最终平均粒径达1. 30 mm.成熟的自养颗粒污泥轮廓光滑清晰,扫描电镜显示,颗粒污泥内部形成空腔,表面有孔隙,污泥形态以球菌为主,并有少量杆菌及短杆菌. EPS主要成分为蛋白质(81. 48%),泥水分离效果较好.