岩溶多重介质环境与岩溶灾害

岩溶多重介质环境涉及到气候、土壤、植被、岩性及水-岩相互作用多项内容。在岩溶多重介质环境中,水-岩相互作用不断地改变岩溶多重介质环境的结构与功能。在岩溶化高度成熟地区,水-岩相互作用强烈,致使岩溶多重介质环境重建。岩溶灾害的时空演变是在岩溶多重介质环境中进行的,研究岩溶多重介质环境,可分析岩溶灾害发生和发展的规律,及其破坏性和预防与治理措施。     

重金属污染物在非均质储层中运移的环境预测模型

根据多孔介质溶质运移理论,建立了煤矸石中淋溶重金属在非均质多孔介质中运移的数学模型,并以淋溶元素Hg为例,采用所建立的数学模型模拟其在非均质多孔介质中的运移过程,预测了污染物的浓度分布范围和发展趋势。模拟结果表明:随着时间的延长,重金属Hg在地下环境中污染的范围逐渐扩大,而在低渗区浓度等值线发生曲折,浓度增长变缓慢。所建立的数值模型可为固体废物场址的选择以及污染的控制提供决策依据。     

土壤气相抽提过程中多孔介质扰动的数值分析

基于质量守恒与流体达西定律推导水气二相流动的连续性微分方程,进而结合饱和度~相对渗透率~毛细压力耦合关系构建二相流动数学模型,并建立多孔介质孔隙度变化与水气二相饱和度之间的数学关系,最终实现多孔介质扰动时空变化的定量表征.案例模拟分析结果表明:对于特定场地而言,抽提影响带的空间形态与抽提真空度密切相关,抽提真空度越大,影响半径及影响带内的气流速度越大,本案例中抽提真空度在11kPa和31kPa时的抽提影响半径分别达到8.5m和9m;在抽提过程中,孔隙度及渗透率随时间呈现先增加后稳定的显著变化,达到稳定所需的时长及其变幅则与离抽提段的空间距离成反相关,抽提压力为0.7′105Pa、特征参数 =0.8的情景模拟显示:距离抽提段1m的P1点在约40min后孔隙度达到稳定、增幅为0.0387,而较远的P4点,距抽提段水平距离为3m,约在60min后达到稳定、增幅为0.0031,相应地,P1和P4点介质渗透率分别从1.18×10-11m2增加至2.22×10-11与1.25×10-11m2;在相同抽提压力下,孔隙度增幅与关键参数 值成正相关,抽提压力为0.9×105Pa、 =0.1和0.8时的孔隙度最大增幅分别约为0.009和0.055;相同参数 条件下,孔隙度增幅与抽提压力成正相关, =0.8、抽提压力为0.7×105Pa时的孔隙度最大增幅则达到0.066.     

污染场地健康风险评价中多介质模型的优选研究

综合考虑了参数不确定性、模型不确定性对风险评价结果可信度的影响差异和国内实际污染场地健康风险评价中对已有模型的不当选择可能带来的负面效应,提出相对于参数不确定性的控制,针对目标情景的适当模型选择应成为提高风险评价结果可信度的更重要环节.本研究选取了模型理论架构上符合案例情景的美国环境保护署研发的3MRA、MMSOILS和美国劳伦斯伯克力国家实验室研发的CalTOX 3个被广泛使用的污染场地健康风险评价多介质模型,并与蒙特卡洛模拟相结合,载入污染厂址案例,并对特定受体进行了风险评价,由此定量分析了参数不确定性和模型选择不确定对评价结果可信度的影响程度,并通过对比3个模型的内在架构分析了不确定性的可能来源,最后总结提出了“6步综合评价模式”,该模式能有效提高污染场地健康风险评价的可信度及经济可行性.     

北京地区二噁英类的环境多介质迁移和归趋模拟

以二噁英类为研究对象,利用LevelⅢ多介质逸度模型模拟计算了稳态假设下二噁英类在北京地区空气相、水相、土壤相和沉积物相中的浓度分布及各相间的迁移通量.结果表明:二噁英类在空气和土壤相中的模拟输出浓度(以I-TEQ计,全文同)范围分别为0.32～0.34 pg/m3和0.33～1.14 ng/kg,而相应环境相中的实测值分别为0.33 pg/m3和1.48 ng/kg,二者吻合较好,验证了该模型在北京地区的适用性;北京地区二噁英类的主要迁移过程为空气相—土相沉降和空气相—水相沉降.土壤和大气降解是二噁英类的主要消亡途径,二者占总降解量的99.1%.土壤相是二噁英类的最大储库,其占总量的97.8%.      

CellSense生物传感器毒性分析系统应用研究

介绍了一种基于大肠杆菌(Escherichia coli)的CellSense生物传感器毒性分析系统,对其毒性分析条件进行了初步优化,并探讨了其在重金属离子生物急性毒性分析中的应用性能.结果表明,以p-苯醌为电子传递介质时,基于大肠杆菌的CellSense生物传感器具有良好的毒性分析特性,测试得Hg2+、Cu2+、Zn2+和Ni2+四种金属离子的EC50分别为1.1、6.5、66.0和119.0μg·mL-1;呼吸基质的pH低于6.0和盐度(NaCl)高于3%(w/w)时,对E.coli的活性产生一定的抑制作用.     

盐分梯度驱动含水层胶体释放过程中的孔隙尺寸排阻效应研究

滨海含水层中地下水流动、胶体与溶质的协同运移具有复杂性,而含水层孔隙结构中胶体运移所诱发的孔隙尺寸排阻(size exclusion)效应对整体运移过程影响深远.本研究采用长江口砂质含水层,基于土柱渗透试验,分析盐分梯度驱动胶体运移的过程,利用Hydrus-1D和Acualntrusion Transport对溶质运移的穿透过程进行数值模拟并获取溶质运移参数,以探究胶体释放诱发的孔隙尺寸排阻效应与盐分梯度之间的响应关系,揭示孔隙排阻效应与含水层相关水文地质参数的响应机制.结果表明,海水入侵使地下水离子强度增大,同时抑制胶体释放;反之,淡水驱替时则促进胶体的释放.胶体释放峰值及总量与该过程的盐分梯度呈正相关,当0.5%～1.5%的NaCl溶液被淡水洗脱的过程中,胶体浓度穿透曲线的零阶时间矩从77.79 mg增至220.52 mg,释放峰值从209.7μg·mL^-1增至688.5μg·mL^-1,释放量显著增大.数据表明在胶体颗粒释放后,介质孔隙结构改变,所释放的带负电胶体颗粒与固体基质表面的静电斥力诱发了尺寸排阻效应,使胶体颗粒选择性地通过部分孔...     

微塑料对环境介质中氮循环的影响研究进展

微塑料作为一种新污染物,在全球范围内引发了广泛关注.微塑料在威胁生物体健康的同时,也会通过定殖微生物等途径影响氮素正常的循环过程,但相关研究仍相对匮乏.本文在简述当前微塑料污染现状的基础上,介绍了微塑料对污泥、水、沉积物和土壤4种环境介质中氮循环的影响研究进展,并重点分析了微塑料作用下不同环境介质中氮转化过程的响应及作用机制.结果表明:当前微塑料影响氮循环的研究主要集中于污泥和土壤,对水环境和沉积物中的研究相对较少;环境介质和微塑料的聚合物类型、浓度、粒径等因素都会导致微塑料对氮循环的影响产生明显差异.进一步分析发现,微塑料主要通过影响氮转化相关的微生物、酶活性和功能基因以及改变氧通量等来影响硝化和反硝化等过程,其中,微生物受塑料添加剂释放的影响较大,微塑料自身也可能作为有机底物促进相关功能菌的生长;硝化和反硝化过程中关键酶及功能基因也会对微塑料的影响产生响应,进而影响氮循环过程.此外,微塑料能够通过改变沉积物的孔隙度增加氧通量,增强硝化作用.在后续研究中应重点关注微塑料参与氮循环的环境驱动机制,阐述其在潜流带等地球关键带中的作用路径,为全面评估微塑料对生态环境健康的影响提供支持.      

Effect of media heights on the performance of biological aerated filter

The optimum media height of carbon oxidation and nitrification in a down-flow biological aerated filter was determined, and the distribution of the heterotrophic and nitrifying populations through studying the changes of organic carbon contents and ammonia concentration at different media height was got. The results showed that as a down flow BAF with granular media, the active layer of nitrifiere was deeper than heterotrophs in BAF. And the optimum media height for the removal of SS, CODcr and NH4^＋ -N was 40 cm,60cm and 80 cm respectively. The removal efficiency of SS, CODcr and NH4^＋ -N was 79.1%, 63.9% and 96.4% respectively under theinfluent CODcr and NH4^＋ -N of 122.1 mgCODcr/L and 14.84 mgNH4^＋ -N/L, the influent flux of 15.8 L/h, air to liauid ratio of 3 : 1.     

咸水中胶体迁移-沉积对砂介质渗透性损失的

采用室内土柱试验,研究咸水中胶体迁移引起砂介质渗透性变化的特征,通过胶体迁移-沉积作用的分析对砂介质渗透性损失的机理进行了探讨.结果表明:砂介质渗透性随孔隙体积数变化的动态特征符合Boltzmann函数;砂介质渗透性总的损失率为37.4%;渗透系数的损失量随孔隙体积数的增加而增加.胶体在砂介质中的穿透曲线呈“S”型,其中的2个拐点将曲线分成开始穿透、快速穿透和平稳穿透3个阶段,但并没有完全穿透,其迁移过程中发生了沉积. 胶体沉积作用是砂介质渗透性降低的主要原因.