·Cl引发萘的大气氧化机制及动力学

氯自由基(·Cl)内陆来源的新发现增强了其对转化大气有机污染物的贡献,因此,需要更深入地研究·Cl引发有机污染物的转化机制和动力学.萘(Nap)是一种重要的化学品,也是城市大气浓度最高的多环芳烃,前人针对羟基自由基(·OH)引发Nap的大气氧化开展了研究.然而,目前对于·Cl引发Nap的大气氧化机制还不清楚.本研究通过量子化学计算(ωB97XD/6-311++G(3 df,2pd)//ωB97XD/6-31 +G(d,p))和动力学模拟相结合的方法研究了·Cl引发Nap的大气氧化机制与动力学,发现·Cl主要加成到Nap分子的C5位置,形成加成中间体·C10H8Cl(R1).随后,O2加成到R1的C2和C6位置生成过氧自由基(RO2·)R1-2OO-s/a和R1-6OO-s/a(s/a=syn/anti,syn表示O2加成方向和·C1加成方向相同,anti表示O2加成方向和·C1加成方向相反).这4种RO2·的环化、氢迁移和氯迁移反应均很难(能垒＞20 kcal· mol-1)发生.因此,在低NO浓度条件下,RO2·主要和HO2·反应生成氢过氧化合物(QOOH)和烷氧自由基(RO ·)R1-2O-s/a和R1-6O-s/a;在高NO浓度条件下,RO2·将主要与NO反应生成RO· (R1-2O-s/a和R1-6O-s/a)和有机硝酸酯(C10 H8 ClNO3).生成的RO·进一步通过单分子环化反应生成双环产物R1-21O-s/a和R1-61O-s/a.重要的是,生成的有机氢过氧化合物和有机硝酸酯的水生毒性比其母体化合物Nap更强,表明·Cl引发Nap反应增加了Nap释放的环境风险.揭示的机制对理解大气Nap化学及Nap释放导致的环境风险具有重要意义.     

纳米银的迁移转化对环境微生物毒性的影响

纳米银(AgNPs)因其优越的抗菌、导电、催化等性能,被广泛应用于工业领域和日常生活中,成为当前产量和用量最高的纳米材料之一。但纳米银产品在生产、运输、洗涤、侵蚀、废弃的过程中,不可避免地会被释放到自然环境中。在复杂环境因素影响下,纳米银本身的赋存状态发生转化,并对生态环境构成严重威胁。因此,探究纳米银在环境中的迁移转化过程及其对生态环境的潜在风险成为相关领域的研究热点。针对纳米银研究现状中存在的不足,综述了天然有机质、pH值、溶解氧、离子强度、光照等环境因素对纳米银迁移转化行为以及其对微生物毒性效应的影响,并进一步深入探讨了纳米银的毒理机制,旨在为纳米银的环境行为特征研究以及风险评估提供理论基础。     

铁循环微生物对环境中重金属的影响研究进展

铁循环微生物包括铁氧化菌(Fe(Ⅱ)-oxidizing bacteria,FeOB)和铁还原菌(Fe(Ⅲ)-reducing bacteria,FeRB),在由它们介导Fe²⁺(Fe³⁺)氧化(还原)的过程中,往往也伴随着一系列重金属元素的迁移转化,对重金属在环境中的生物有效性和迁移性方面有重要作用.本文综述了环境中的铁循环微生物,针对铁循环微生物驱动重金属迁移转化的作用机制,分别从铁氧化菌氧化亚铁生成铁矿物对重金属的固定,铁还原菌介导铁矿物还原溶解及次生矿物生成,以及铁循环微生物代谢耦合重金属形态转化方面进行阐述;进一步通过研究实例综述了铁循环微生物对环境中砷、镉、铬、铜、铅等重金属的作用及修复潜力;未来的研究可关注特定微生物的成矿机制,生物成矿对重金属固定的调控,以及重金属复合污染场地的铁循环微生物修复应用等方面.本文以期为基于铁循环微生物的重金属污染修复提供理论指导和应用依据.     

老龄垃圾渗滤液中溶解性有机物在SAARB和MBR处理过程的转化特征

生物法是常用的垃圾渗滤液处理工艺,然而垃圾渗滤液中有机物组成极为复杂,在生物处理过程有机物被完全去除、新产生、减少、保留和增加的5种情形不明.本文采用了超高分辨质谱电喷雾电离傅立叶变换离子回旋共振质谱从分子层面研究老龄垃圾渗滤液中溶解性有机物（DOM）分别在矿化垃圾床（SAARB）和膜生物反应器（MBR）处理过程的转化特征.结果表明,老龄垃圾渗滤液含有5000多个DOM分子式,主要由CHO、CHON、CHOS和CHONS类物质组成,分子组成十分复杂.经过SAARB和MBR处理后,出水中DOM数量分别小幅降低至4909和4864种,SAARB和MBR作为生物法对老龄垃圾渗滤液中有机物分子去除特性相似,被完全去除和减少的物质组成主要为生物可利用性较高的脂肪族类物质（H/C ≥ 1.5）、高度不饱和物质和酚类物质（0.50 ≥ AI,H/C<1.5）,这部分DOM表现出还原饱和的化学特性.新产生、保留和增加的部分物质主要是传统意义上指代的难降解有机物,其主要是高度不饱和物质和酚类物质（0.50 ≥ AI,H/C<1.5）以及芳香指数更高的多酚类物质（0.66 ≥ AI>0.50）,表现为氧化不饱和和还原不饱和的化学特性.本文揭示了老龄垃圾渗滤液在生物处理过程中DOM分子层面的转化特征,为老龄垃圾渗滤液在生物法高效处理提供理论参考.     

有机固废堆肥中产臭及除臭技术的微生物作用机制研究进展

持续推进有机固废资源化安全处置是国家环境管理的重要任务,也是落实"无废城市"发展路线的重要一环.堆肥是通过生物转化实现有机固废资源化利用的重要技术手段.然而,堆肥过程中会产生大量组分复杂的恶臭气体,已成为适应国家发展需求的资源化技术瓶颈.对有机固废堆肥恶臭气体的主要组成、生成转化的途径及核心微生物、生物除臭技术进行综述,结果表明:①堆肥中以NH₃、H₂S等含氮、硫类化合物为主要恶臭物质.②氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌及硫酸盐还原菌在恶臭气体生成转化途径中发挥主导作用,由ureC、amoA、napA、nosZ及dsrA等多个功能基因驱动完成;pH、温度等环境条件会影响微生物的活性,并作用于物质转化过程,最终影响到恶臭气体的产生.③原位添加微生物菌剂和异位生物反应器处理中的微生物将恶臭物质作为营养组分进行吸收降解,是绿色减排的重要技术.      

处理氨气生物滴滤塔中氮转化途径及生物相分析

为了探究除氨生物滴滤塔中氮转化途径及其生物相特征,以氨气(NH_3)作为研究对象,在填料塔空塔停留时间为5.7 s,循环液喷淋强度为637 L/(h?m~2)条件下,进行了平均进气浓度分别为5.21、11.06和17.32 mg/m~3(以N为计)的3组试验,NH_3平均去除率分别为93.86%、95.12%、96.13%,且出气浓度均低于1 mg/m~3(以N为计)。在3组试验过程中,对进气、出气以及循环液中各种化学形态N元素分别进行了检测,通过N质量平衡分析了生物滴滤塔中氮转化途径,结果表明进气中的NH_3-N经液相吸收后,很大一部分被微生物利用后直接氧化成NO_3~--N、NO_2~--N,少部分N元素被反硝化脱除,还有一部分N元素被转化为N_(org)。应用Illumina平台高通量测序技术对生物滴滤塔内生物膜中的生物种属进行了分析,结果显示优势菌属为芽孢杆菌属Bacillus、产黄杆菌属Rhodanobacter、慢生根瘤菌属Bradyrhizobium、肠球菌属Enterococcus、类芽孢杆菌属Paenibacillus等,生物滴滤塔内微生物群落主要利用硝化菌群将NH_4~+-N氧化成硝氮和亚硝氮,并利用反硝化菌群将硝氮和亚硝氮反硝化成N_2。     

多溴联苯醚及其衍生物在土壤中的分布、转化和生物效应研究进展

多溴联苯醚（polybrominated diphenyl ethers,PBDEs）作为一种良好的溴系阻燃剂被大量地添加到工业产品中,随着产品的使用、回收和废弃处理会进入各种环境介质中,是一类分布十分广泛的持久性有机污染物.PBDEs的衍生物羟基化多溴联苯醚（hydroxylated polybrominated diphenyl ethers,OH-PBDEs）和甲氧基化多溴联苯醚（methoxylated polybrominated diphenyl ethers,MeO-PBDEs）,由于具有比母体化合物更大的毒性效应和更复杂的环境行为也受到人们广泛关注.通过对PBDEs及其衍生物在土壤中的分布特征、转化规律及生物效应研究的最新进展进行综述发现,PBDEs在土壤中的分布浓度随离工业区距离增加而减小,且大多数污染地区土壤中以高溴代PBDEs为主,偏远地区土壤中则以低溴代PBDEs为主.进入土壤的PBDEs在动物、植物体内及微生物作用下均可发生脱溴代谢转化产生低溴代PBDEs,也可发生羟基化生成OH-PBDEs和甲氧基化生成MeO-PBDEs,与此同时,OH-PBDEs和MeO-PBDEs之间也会发生相互转化.PBDEs及其衍生物作为一种环境内分泌的干扰物对大部分的植物、动物都有显著的毒性效应,对植物而言能够抑制植物种子萌发、幼苗生长、损伤细胞结构以及影响植物代谢活动等;对动物而言能够影响动物的内分泌功能、妨碍动物生殖系统的发育以及对神经系统产生毒性等.目前,关于PBDEs及其衍生物在土壤生态系统中环境化学行为和生态毒性的报道十分有限,探讨土壤中PBDEs的代谢转化过程和毒性效应可为全面深刻地认识PBDEs的环境行为和潜在生态风险提供科学参考.      

一株高效1,4-雄烯二酮降解菌的筛选、鉴定及其降解转化特性研究

从养殖场废水中筛选出1株1,4-雄烯二酮（ADD）高效降解菌株ADD3,经过16S rDNA序列同源性分析,鉴定该菌株为芽孢杆菌（Bacillus sp.）.通过单因素实验研究了不同实验条件对菌株ADD3降解特性的影响,采用高效液相色谱与质谱联用技术（UPLC-MS/MS）和高效液相色谱与四级杆飞行时间高分辨率质谱联用技术（UPLC-QTof-MS）鉴定转化产物.结果表明：菌株ADD3通过共代谢方式转化ADD,在MH肉汤培养基中降解500 μg·L^-1 ADD的半衰期为3.6 h;葡萄糖、乙酸钠、蔗糖和淀粉对菌株ADD3降解ADD均有一定的促进作用,其中,最佳碳源为淀粉,最佳浓度为1000 mg·L^-1;最佳pH和温度分别为7和40℃.实验中共鉴定出5种产物,降解机理主要包括加氢还原、脱氢氧化和羟基化,TP1（雄烯二酮）为主要产物.研究结果可为探索微生物转化ADD的机理、优化去除ADD的研究提供参考,并为构造相关工程菌提供一些基础数据.     

我国污染场地中新污染物的环境行为和修复进展

新污染物在土壤中具有生物毒性、环境持久性和生物积累性等特征,广泛存在于我国污染场地中。对污染场地土壤中新污染物的研究现状、迁移转化机制和修复进程方面的研究进行综述,对典型新污染物在土壤中的来源和生物毒性进行详细讨论,并展望我国污染场地新污染物修复的未来,以期对今后新污染物检测—代谢途径—土壤修复技术全链条深入研究、新污染物治理的理论依据和实际应用的发展提供参考。     

泡沫强化多孔介质中纳米零价铁迁移试验

通过批量模拟试验考察了纳米零价铁(NZVI)在水、十二烷基硫酸钠(SDS)溶液与SDS泡沫3种流体中的沉降性能,以及3种流体输送作用下NZVI在多孔介质中的迁移分布特性.结果表明:NZVI在SDS溶液中的稳定性远大于其在水中的稳定性;搅拌速度为3000r/ min时,NZVI在泡沫中的分布较均匀且泡沫对NZVI携带量较大;NZVI对泡沫稳定性影响不大.水、SDS溶液、SDS泡沫分别作为输送流体时,NZVI迁移的最大距离分别为0.8m,7.9m和2.1m,SDS溶液和泡沫均显著促进了其在多孔介质中的运移.当NZVI由SDS溶液和泡沫输送时,其在介质中的分布范围(33.5%和42.5%)大于水(12.8%);由于重力作用,SDS溶液携带NZVI的迁移主要集中在垂向上,水平迁移能力有限;而泡沫受重力影响较小,其携带的NZVI在水平和垂直方向上的分布更为均匀.可见泡沫作为NZVI的输送流体具有明显优势.