废物资源化的战略方向——废弃物复合材料

本文提出了一个地区多种废物就近集中,制成废弃物复合材料的战略观点。本文通过分析废弃物复合材料的三个理论基础,即堆砌理论、界面理论和复合理论,从理论上证明了这种观点的可行性。文章又通过介绍分析废弃物复合材料的一些应用例子,再从实践上证明了这种观点的可行性。     

亚稳平衡态吸附(MEA)理论——传统吸附热力学理论面临的挑战与发展

传统吸附热力学是建立在吸附密度（吸附量，mol/m^2)为热力学状态函数的基础之上的。MEA理论指出，实际反应的吸附密度具有非状态函数的本质，在这个新的基础之上推导所得的MEA不等式指出；传统定义的吸附反应平衡常数具有热力学非常数性，它从根本上受反应过程（如可逆性，动力学）的影响，因此无法用来准确描述实际反应的平衡特征。只有建立可以描述亚稳平衡态吸附的理论体系，才有可能准确表征实际吸附反应的平衡限度，本文综述了MEA理论的宏观热力学原理以及应用该理论解决实际环境科学问题的3个范例。一是用MEA理论解释了国际上界面吸附领域中长期悬而未解的“固体浓度效应”问题，二是用MEA理论发现了环境生物地球化学中磷循环所遵循的一个基本原理和规律。三是用MEA原理改造地球化学与土壤化学中常用的固液分配系数（Kd)的定义（即重新定义Kd)。这3个范例分别代表了由MEA概念所引发的新的研究方向，最后介绍了从分子水平实验验证和发展MEA理论的最新结果以及用XAFS（X光精细结构吸收光谱）所发现的金属离子在水合金属氧化物表面上吸附的微观机制，这一发现可以统一解释金属离子在水合金属氧化物表面上静电吸附。离子交换吸附，非离子交换吸附，外层表面络合物，内层表面络合物，表面沉淀等作用力的本质以及这些作用之间的过渡与联系。     

污染物与蒙脱石层间域的界面反应及其环境意义

系统地评述了无机、有机阳离子、农药分子、细菌等环境污染物在蒙脱石层间域中的吸附、脱附、氧化还原、催化降解等界面反应机理 ,并指出它们的环境化学行为对环境的影响和意义     

光照与通气方式对蓝、绿藻竞争生长和磷的水-沉积物界面过程的影响

室内模拟研究了太湖普遍存在的浮游藻类蓝藻(铜绿微囊藻)和绿藻(四尾栅藻)在不同光照和通气条件下的生长过程,以及该过程对水体理化性质以及水-沉积物界面磷交换过程的影响.研究结果表明,实验条件下(光照:2500lx;温度:27℃),蓝藻(铜绿微囊藻)具有绝对的竞争优势,成为水体中优势藻类.铜绿微囊藻在通空气和通氮气条件下均可以生长繁殖,在通氮气条件下需要较长时间的适应期,但达到的最大生物量远高于通空气条件.实验过程中,上覆水可溶性无机磷(DIP)浓度的变化为:无光环境＞有光环境,通氮气环境＞通空气环境,这种变化与有无藻类生长过程密切有关.有光条件下,藻类生长对磷的需求刺激了沉积物中生物可利用磷(AAP)的释放,同时也刺激了沉积物各种不同形态磷之间的相互转化.通氮气条件下,沉积物中磷的释放以Fe-P为主,Ca-P含量有所提高;通空气条件,Fe-P含量变化不大,Ca-P在有光组略有下降,但无光组变化不大;各试验组中有机磷和残渣磷的变化量基本相同;各试验组TP含量的变化不大.     

滇池福保湾底泥内源氮磷营养盐释放通量估算

在滇池福保湾采集柱状芯样,室内静态模拟沉积物NH4 -N和P3-4-P的释放.结果表明,底泥NH4 -N和PO3-4-P的释放速率分别为22.941～163.117 mg·(m2·d)-1和0.90～2.06 mg·(m2·d)-1,不同区域释放速率差异极大.相对较低的释放速率与湖湾接纳高浓度污水使上覆水与沉积物孔隙水间浓度势减弱有关.通过Peeper(原位渗析膜采样器)法获取间隙水-上覆水剖面样品分析,并根据Fick扩散定律计算出福保湾底泥NH4 -N和pO3--P的释放速率分别为2.85～81.96 mg·(m2·d)-1和0.118～0.265 mg·(m2·d)-1.比较2种方法,利用Fick定律计算出的界面氮磷释放通量明显小于柱样模拟方法.经面积加权,按静态释放计算出福保湾底泥NH4 -N和PO3-4-P的年释放通量分别为(49.9±8.8)t和(0.79±0.53)t.     

甑皮岩洞穴遗址地下水的水-气界面H2S气体的产生机理

桂林甑皮岩洞穴遗址是我国新石器时代洞穴遗址的典型代表。污染物进入到以裂隙介质为主地下水所形成的还原环境后,其性质可能会改变从而侵蚀遗址文化层。本文通过采集地下水水-气界面的H₂S和CH₄气体,结合硫酸盐的硫同位素δ³⁴S-SO₄^2-、溶解有机碳（DOC）、化学需氧量（COD）、硫酸盐还原菌（SRB）等指标,研究遗址地下水水-气界面侵蚀性气体H₂S的产生机理。结果表明：甑皮岩水体SO₄^2-浓度范围为0.57~131.00 mg/L,其空间分布不均匀,来源主要受到大气降水、硫化物矿物的氧化及微生物硫酸盐还原的影响;丰富的有机质为硫酸盐还原提供能量,DOC与COD浓度存在空间差异,高值均位于人类活动强烈的径流上游区;SRB普遍参与硫酸盐还原作用,气温、降水和有机质决定SRB数量在时空上表现为雨季 > 旱季、地表水 > 地下水;气温较高促进H₂S的形成,SRB与环境的还原程度均影响H₂S和CH₄浓度。H₂S性质不稳定易氧化为硫酸,若继续聚集将加剧遗址的化学侵蚀。建议增加污染物的运移和反应产物的监测,关注遗址的保存环境。     

藻屑堆积对沉积物-水界面污染物的释放效应

为探索不同密度藻屑堆积对沉积物-水界面污染物的释放效应,设置了对照组(无藻屑添加)、2个藻屑添加组(分别为1倍组(加入0.06 g干藻,约6 g·m~(-2),以干重计)、20倍组(加入1.2 g干藻,约120 g·m~(-2),以干重计)),于(16±1)℃避光培养.结果表明,实验前4 d,20倍组藻屑分解耗氧剧烈并释放出大量溶解性有机质(DOM)及氮、磷营养盐.其中,溶解氧(DO)浓度迅速下降至1.4 mg·L~(-1)以下,上覆水中类色氨酸类物质荧光强度在第4 d最高(0.8 RU)且高于空白组,对荧光强度的贡献比例高达51.7%,为DOM的主要成分,说明藻屑分解释放大量类色氨酸物质.释放的溶解性无机氮(DIN)、溶解性总磷(DTP)以氨氮(NH_4~+-N)、正磷酸盐(PO_4~(3-)-P)为主要形态.随后实验阶段上覆水中SR值、E250/E360值降低,E253/E203值增加,说明藻屑在降解过程中腐殖化程度逐渐增加,取代基种类减少,导致释放的DOM以类腐殖质为主.因此,20倍组类色氨酸类物质逐渐被降解,导致荧光强度逐渐降低,类腐殖质荧光强度增加,对荧光强度的贡献比例高达62.7%.而对照组与1倍组污染物释放培养期间无显著性差异,DOM及氮、磷营养盐释放浓度均低于20倍组.因此,120 g·m~(-2)藻屑密度堆积情况下可造成水体明显缺氧至厌氧,导致大量氮、磷营养盐及溶解性有机物释放至上覆水中,成为水体富营养化的重要营养源.     

芜湖市沉积物-水体PAHs扩散行为研究

为研究芜湖市不同功能区景观水体多环芳烃（PAHs）在沉积相-水相之间的扩散行为,于2017年2月选择芜湖市25处景观水体采集沉积物和水样品,对美国环保署（EPA）列为优先控制污染物的16种PAHs进行检测,运用逸度方法、响应系数进行分析.分别考虑有机碳（OC）、BC_CTO（化学热氧化法测定的黑碳）和BC_Cr（湿化学氧化法测定的黑碳）在不同浓度（实测值、最低值、平均值、最大值）情况下对PAHs在沉积相-水相间扩散的影响.结果表明,中低环（2~4环）PAHs表现出向水相扩散,沉积物作为PAHs的二次污染源,高环（5~6环）PAHs表现出向沉积相扩散,沉积物作为PAHs的汇;随着OC和黑碳（BC）含量的增加,PAHs倾向于向沉积相扩散,且倾向程度是BC_Cr > BC_CTO > OC,表明BC在PAHs的沉积物-水扩散过程中起重要的作用.响应系数结果表明中低环PAHs的逸度分数（ff）对OC、BC_CTO和BC_Cr浓度变化的敏感度较弱,高环PAHs的ff对OC、BC_CTO和BC_Cr浓度变化的敏感度较强,且敏感度强弱依次是BC_Cr > BC_CTO > OC.沉积相-水体的扩散过程研究揭示了PAHs在水环境中迁移扩散的重要机理,可为环境污染的科学治理提供依据.     

三峡库区消落带沉积物-水界面汞的扩散特征

通过模拟实验研究了三峡库区消落带沉积物-水界面汞及甲基汞的扩散。结果表明,三峡库区消落带浅水沉积物中的甲基汞占总汞的比例为0.41%±0.29%,深水沉积物中的甲基汞占总汞的比例为0.74%±0.52%。深水沉积物比浅水沉积物具有更高的甲基汞产率。随着淹水时间的延长,沉积物中甲基汞的含量呈指数增长。沉积物中的甲基汞生成动力学方程符合零级反应方程。沉积物中无机汞的扩散以Freundlich修正式拟合效果最好,相对好氧的环境更有利于沉积物中无机汞的释放。相应地,甲基汞的扩散以抛物线扩散方程拟合效果最好,黑暗厌氧的环境更有利于沉积物中甲基汞的释放。三峡库区消落带沉积物-水界面无机汞的扩散通量为154.65±47.12~160.23±56.19 ng/(m~2·d),甲基汞扩散通量为7.61±3.39~7.79±4.56 ng/(m~2·d)。随着淹水时间的增加,孔隙水无机汞及甲基汞向上覆水体的释放通量均表现为先增加后减小的趋势。沉积物中的甲基汞对上覆水体甲基汞含量的贡献率为1.5%~14.3%,释放量为0.28~0.85 kg/a。而沉积物中的汞对上覆水体汞含量的贡献率为0.20%~1.70%,释放量为5.64~17.55 kg/a。