中国环境基准研究重点方向探讨

环境基准是环境标准的科学依据,在国家环境质量评价和风险管理体系中处于基础地位。它主要是依据特定对象在环境介质中的暴露数据,以及与环境要素的剂量效应关系数据,通过科学判断得出的,涉及环境化学、毒理学、生态学、流行病学、生物学和风险评估等前沿学科领域。国家环境基准研究是一个长期的系统工程,本文基于环境基准研究的学科特点和国际前沿,结合国家科技需求和相关领域的研究现状,综合分析并提出了未来中国环境基准研究的重点研究方向:1)环境基准的理论与方法学;2)环境基准基础数据库;3)基准目标污染物的筛选甄别和优先排序技术;4)水体营养物基准;5)生物测试与毒性评价技术;6)人体暴露评价理论与相关技术;7)环境基准的审核和校对;8)环境基准与标准转化理论及其对环境管理支撑技术。本文从环境基准学科发展的角度,阐述了与环境基准研究紧密相关的8个重点研究方面的国内外研究进展、关键科学问题以及未来重点研究内容。同时指出,这些重要的研究方向是环境基准研究的根本,未来环境基准的长期战略发展必将是建立在各个重要方向长足发展的基础之上,环境基准研究也必带动这些方向的共同蓬勃发展,为环境地球化学、毒理学、生态学等学科领域发展注入活力。     

优化模型在污泥处理厂选址中的应用

在我国大中城市,污水处理厂的不断兴建使污泥处理问题应运而生。采用混合整数优化模型可以解决污泥处理厂的科学选址问题,达到科学布点、合理运输、节省投资费用的目的。在传统厂群规划模型的基础上将目标规划、周密的约束条件等融于其中,并采用对于线形规划和非线性规划问题适用的LINGO软件进行求解。根据东莞市拟建的36个污水处理厂污泥产生预测情况,对污泥处理厂的设置进行了分析预测,详细对比了建一个、两个、三个污泥处理厂的运输费用、投资费用、运行费用等,最终确定兴建两个规模均为800t/d的处理厂,其位置分别位于东莞市厚街镇和常平镇,为厂址选择和规模提供了科学依据和保障。     

基于模型反演确定邛海湖泊营养物的参照状态

湖泊营养物基准参照状态的科学合理确定是营养物基准制定的重要技术基础之一。以四川邛海为例,将系统动力学模型耦合多种数学模型,对湖泊营养物的产生、分布及输移进行系统模拟,并结合系统反演方法获得湖泊近几十年不同水文条件下的各营养物浓度演化过程及湖泊富营养化水平。结果表明,经过试验校准的系统仿真模型能够较真实地反映湖泊历史富营养化变化过程,据此确定了湖泊营养物基准参照状态：TP浓度为0.008~0.015 mg/L;TN浓度为0.286~0.323 mg/L;Chl-a浓度为2.140~4.211 μg/L;透明度(SD)为1.862~2.731 m。     

沉积物电缆细菌的生长特征及其对物质循环影响的研究进展

沉积物-水界面物质循环主要受铁锰化合物和微生物氧化还原过程的影响. 微生物氧化还原通常发生在细胞周质空间和外膜表层,或通过微生物纳米导线、细胞被膜等机制发生在细胞间. 近年来,电缆细菌介导的长距离电子传递机制的发现,使得微生物氧化还原反应的发生距离从纳米级扩展到厘米级. 本文重点综述了电缆细菌的生理特性及其对沉积物-水界面物质循环的影响,总结了电缆细菌的环境效应及未来的研究方向. 电缆细菌主要栖息于高硫化物含量、高电导率和低生物扰动的咸水沉积物中,在淡水沉积物中较少见. 电缆细菌对硫化物的氧化是一种反向硫酸盐还原过程,使得表层沉积物处于偏碱性的环境中,并利用多种电子受体来实现硫氧化,从而在与其他微生物的竞争中获得优势. 电缆细菌通常以O₂为电子受体将H₂S和FeS氧化为硫酸盐,并在沉积物-水界面处形成一层铁氧化物保护层,在吸附间隙水中磷的同时也阻止了其他物质的释放. 电缆细菌能够通过溶解FeS间接地促进硝酸盐异化还原作用,进而影响沉积物氮循环. 未来有必要加强微尺度电缆细菌对物质循环的影响和电缆细菌与其他细菌的协作关系研究,建议创新电缆细菌的纯化培育条件并开展其在硫污染沉积物修复中的应用,从而为水生态环境保护工作的开展提供技术支持.      

环保疏浚底泥干化技术研究

环保疏浚过程中产生的大量污染底泥堆放在底泥堆场,不能快速干化,长时间占用土地资源,增加工程投资。在总结分析国内外环保疏浚底泥干化技术的基础上,系统地介绍不同底泥干化技术及其应用现状,并分析存在的问题,探讨了今后的发展趋势。     

巢湖及其入湖河流表层沉积物营养盐和粒度的分布及其关系研究

为识别巢湖及其入湖河流的主要污染特征及其来源,测定了巢湖及其入湖河流34个采样点表层沉积物总氮(TN)、总磷(TP)、无机磷(IP)、有机磷(OP)及有机质(OM)浓度,分析了TN、TP、IP、OP、OM浓度及粒度分布间的相关性。结果表明,巢湖西半湖区沉积物营养盐浓度明显高于东半湖区,巢湖中部沉积物营养盐浓度明显偏低。南淝河沉积物营养盐浓度明显高于其他入湖河流,并在流经合肥市的下游处达到最高值。相关性研究表明,沉积物中TOC与TN,TN与OM,TP与IP表现出显著相关性,表明沉积物中氮主要以有机氮的形态存在,与有机氮相比,沉积物中无机氮浓度相对恒定,沉积物中磷主要以无机磷的形态存在;TN与TP、IP也表现出显著相关性,表明沉积物中氮磷来源具有同源性。随着沉积物粒径的增大,沉积物粒径与TOC、TN、TP、IP的相关性变差。     

基于模型推断法确定邛海总磷总氮浓度的参照状态

将流域入湖的氮磷负荷分为点源和非点源两部分,基于SCS模型和USLE模型,分别计算了流域入湖的溶解态和颗粒态非点源负荷,根据沿湖城镇、湖滨居民点生活污水及养殖废水排放,计算了入湖的点源负荷。通过出湖河流、湖内取水和渔产捕捞,计算了出湖的营养物负荷。通过计算的出、入湖负荷和现有的湖泊水体氮磷浓度数据,基于湖泊氮磷质量守恒,计算了氮磷的净沉降速度。根据计算的逐年入湖氮磷负荷和所建的湖泊氮磷质量守恒模型,逆推逐年的湖泊水体氮磷浓度,确定湖泊氮磷浓度的参照状态。应用建立的模型推断出邛海TP、TN浓度的参照状态分别为0.018和0.239 mg/L。构建的湖泊氮磷参照状态推断模型,所需资料少,概念清晰,在资料缺乏的其他湖泊流域具有推广应用价值。     

基于优化模型的抚仙湖营养物标准技术经济评估方法

在对美国水质标准经济分析研究的基础上,结合我国环境管理的实际情况,构建湖泊营养物标准的技术经济评估框架。计算标准建议值条件下的湖泊营养物容量及入量湖,得到削减量。通过不确定性优化模型对削减量进行分配,核算湖泊富营养化控制成本,并假设标准执行后,对流域经济造成的影响进行评估。将该方法应用于抚仙湖营养物标准的技术经济评估系统,结果表明,通过优化模型对削减量进行分配的削减成本较原规划低,通过构建的技术经济评估框架对该成本进行评估,标准执行后,对流域经济影响适中。     

湿地营养物基准制定方法研究

湿地是自然界最具生物多样性和较高生产力的生态系统,对维持地球生态系统健康和调节气候、保持生物多样性等具有重要作用。然而由于受到不合理开发和人类活动的影响,湿地及其周边氮磷营养盐过量富集,导致湿地物种组成退化、生物多样性降低、湿地萎缩、湿地结构和功能受损等问题。目前,世界各国都高度重视湿地的生态保育和建设项目控制,由于我国在该领域起步相对较晚,生态保育和调控的理论及技术手段急需提升。湿地营养物基准是营养物在湿地中产生的生态效应不危及湿地水生态系统和或下游水体功能和用途的最大可接受浓度或限值,基准指标包括原因变量（水体和沉积物中的氮磷浓度）、生物反应变量（生物量）和支持变量（水文、传导率和粒度等）。湿地营养物基准是湿地富营养化识别、评价、管理以及湿地生态系统恢复的重要依据,也是控制下游水体营养物负荷,保护下游水体的重要支撑。     

改进的TLI指数法及其在巢湖营养状态评价中的应用

对巢湖2000—2008年的监测数据运用SPSS做统计分析,得出叶绿素a与总氮、总磷和透明度的相关系数。通过得出的权重结果,分析出与26个湖泊的差异性,构建了改进的综合营养状态指数(TLI)评价方法,并提出评价的4个步骤。以巢湖为例,运用该方法对湖泊的营养状态进行评价,且对巢湖的富营养化程度做了年际和年内变化的综合评价,评价结果显示各营养物指标的相关关系在近30年有了较大变化,巢湖的富营养化现象已日益严重,已从轻度富营养化状态转变为中度富营养化状态。