Linear Superposition in Total Maximum Daily Loads Applications: The Steady‐State Response Matrix Revisited1

Abstract: The steady‐state response matrix has historically proved a valuable tool in computing the water quality response to loadings and in providing insight into the relative impact of individual loading sources. The insight obtained may be is particularly useful in modern applications of increasingly complex water quality models to problems involving multiple point and nonpoint sources, such as in the assessment of total maximum daily loads (TMDLs). Where appropriate and the underlying equations linear, the steady‐state response matrix can be used to synthesize the results of more complicated models and present them in a way easily understood by policy makers. A straightforward method is presented for generating the response matrix using complex models, and example applications discussed. Example applications include a simple demonstration; incorporation of the method into the Mississippi Department of Environmental Quality’s STREAM model used in TMDL development; a TMDL modeling study of the Grand Calumet River and Indiana Harbor Canal, Indiana, using CE‐QUAL‐ICM; and a TMDL modeling study of the Big Sunflower River, Mississippi, using the Water Analysis Simulation Program model.     

应用环境多介质逸度模型研究废旧电器拆解区多溴联苯醚的迁移及归趋

利用Level(Ⅲ)逸度模型模拟了浙东某废旧电器拆解区域多溴联苯醚(PBDEs)3种同系物在大气、水体、土壤和沉积物中的分布及迁移通量.在稳态假设条件下3种PBDEs同系物在环境介质中浓度的模型模拟值与实测值吻合较好,验证了模型的可靠性,通过参数灵敏度分析表明PBDEs的基本性质如蒸气压、正辛醇/水分配系数、在介质中的半衰期是影响化合物在环境相中浓度分布的主要因素.研究发现,在废旧电器拆解区大气中PBDEs对下风向的地区可能造成一定程度的污染;当环境系统达到平衡时,在废旧电器拆解区PBDEs主要蓄积在土壤和沉积物中,占所有环境介质中PBDEs的95%以上,土壤和沉积物是PBDEs污染的重要二次污染源;PBDEs在介质间的迁移以大气-土壤和水体-沉积物途径为主;废旧电器拆解区土壤中降解是PBDEs在环境中消减最主要途径.研究结果将为废旧电器拆解区PBDEs污染的风险评估和控制提供依据.     

模拟巢湖流域氯菊酯的迁移转化和生态风险

近年来,随着大量使用拟除虫菊酯类杀虫剂,导致的环境问题已得到广泛关注.为认识巢湖流域氯菊酯在环境中的赋存状态、迁移转化、环境归趋和生态风险,本研究结合多介质归趋模型和物种敏感性分布模型(SSD),模拟了稳态假设下氯菊酯在巢湖生态系统各环境介质中的浓度分布、迁移通量和去除途径,并通过灵敏性分析和不确定性分析对各输入参数进行了评价.进一步构建污染物的SSD模型,评价了氯菊酯在稳态条件下的潜在生态风险,预测了保护系统中95%的物种时允许最大年输入量.结果表明,氯菊酯在大气相、水体相、沉积物相中的浓度分别为3.99×10~(-16)、5.63×10~(-11)和1.95×10~(-5)mol·m~(-3),沉积物是氯菊酯的最大储库;大气中的氯菊酯主要以挥发形式进入,通过空气颗粒物干沉降消减;水体中的氯菊酯主要以平流输入为主进入,通过底泥沉降消减;沉积物中的氯菊酯主要以底泥沉降形式进入,通过底泥再悬浮和掩埋消减.此外,SSD模型预测的HC5浓度为0.97 ng·L~(-1),假设稳态下预测的水体浓度远低于该值,仅对巢湖流域0.77%的物种产生影响,当年输入量低于78.2 t的情况下,巢湖水体中95%的物种不会受到氯菊酯的威胁.     

HRT对A2O工艺中典型多环麝香迁移转化的影响

研究了不同水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)条件下佳乐麝香(galaxolide,HHCB)与吐纳麝香(tonalide,AHTN)在A2O工艺各池水相和泥相中的变化情况.采用固相萃取与气相质谱联用的方法对水相与泥相中目标物的质量浓度进行检测.结果表明,HRT主要影响HHCB在A2O工艺中的生物降解和随剩余污泥排放的比重,影响AHTN随剩余污泥排放的比重.随着HRT的增大,HHCB、AHTN在厌氧池中的去除率与去除贡献率逐渐减小,而缺氧池与好氧池的去除率与去除贡献率相对增大.2种目标物在4个HRT工况(6、8、10、12 h)下的总去除率分别为73.93%、73.05%、75.14%、76.00%和48.76%、44.27%、57.17%、62.9%.A2O工艺对HHCB的去除效果较好,而对AHTN的去除效果较差.HRT的增大对HHCB的去除影响不大,而对AHTN的去除有促进作用.     

城市不同功能区PAHs多介质累积规律研究

以上海市为例,分析了城市地表灰尘、土壤和行道树叶片累积PAHs的水平差异,探讨了形成这种累积规律的原因与机制.结果发现,同一功能区内,地表灰尘和土壤中PAHs含量较高,分别为8 992～141 723 ng·g-1(均值为54 964 ng·g-1)、9 306～146 689 ng·g-1(均值为56 883 ng·g-1);而悬铃木叶片和小叶黄杨叶片内含量较低,且悬铃木叶片中的含量普遍高于小叶黄杨叶片,含量分别为2 423～32 883 ng·g-1(均值为12 983 ng·g-1)、1 498～19 418 ng·g-1(均值为7 612 ng·g-1).不同功能区之间,地表灰尘和土壤中PAHs总量存在显著差异,而悬铃木叶片和小叶黄杨叶片对PAHs的累积水平相似.灰尘和土壤中PAHs组分构成具有明显的功能区差异,且高环PAHs含量占主导地位.植物叶片中PAHs组分构成在不同功能区具有相似性,且低环组分占绝对优势,高环组分含量很少.这种累积规律与PAHs的理化性质,以及各介质累积PAHs的主要途径和方式密切相关.     

大型城市污水处理厂处理工艺对微塑料的去除

污水处理厂出水是自然水体中微塑料(MPs)的重要来源.本文以上海市两个大型污水处理厂(WWTP)为研究对象,分析了进水及各处理工艺出水中MPs的数浓度、形态变化及相应的去除率差异,计算了MPs在污水处理厂的归趋.结果表明,WWTP1和WWTP2进水中MPs数浓度分别为(226. 27±83. 00)个·L-1和(171. 89±62. 98)个·L-1; WWTP1对MPs的去除效率为63. 25%,略大于WWTP2的处理效率(59. 84%);两个污水处理厂一级处理工艺对MPs的去除率占整个处理工艺的70%～80%.从污水处理厂的处理工艺来看,一级处理工艺和二级处理工艺分别将污水中(48. 10%±1. 62%)和(12. 97%±0. 05%)的MPs转移到污泥中.从整体来看,污水处理厂中的最终有(38. 82%±1. 55%)的MPs随出水进入到自然水体,剩余(61. 18%±1. 55%)的MPs进入到污泥中.本研究表明,上海市污水处理厂对MPs的去除率较低,即使在处理后依旧有大量的MPs随出水进入到自然水体,仍会对生态系统造成巨大的风险.本研究提供了平原河网地区大型城市污水处理厂MPs去除及归趋的基础数据,可为进一步的MPs去除工艺设计提供参考.     

土壤中有机污染物迁移行为的研究方法

土壤中的有机污染物可能影响土壤的正常功能,甚至造成地下水、大气和食物链的污染,对人类健康和环境质量产生威胁。研究有机污染物在土壤中的迁移行为,对于了解其进入土壤后的归趋,评价土壤环境质量,进行污染防治具有重要意义。本文分类介绍了研究土壤中有机污染物迁移行为的各种方法,认为建立条件控制良好的模拟实验体系是进行此类研究的重要手段。     

环境科学的非线性理论及其意义

在前人和本课题研究成果的基础上,通过综合分析和理论推断,提出了环境科学的非线性理论概念,并以若干实测阐述了非线性理论在环境科学研究和污染控制中的推导意义。