基于稳定氢同位素的太原市大气单环芳烃来源

采集太原市城北和城南区域环境空气和5类污染源挥发性有机物样品,测定样品中典型单环芳烃稳定氢同位素（δD）组成,基于同位素质量平衡原理计算单环芳烃从源到环境空气受体的δD初始混合值,探讨单环芳烃来源.结果表明,柴油挥发源、溶剂挥发源、汽油挥发源（97^#）、汽油挥发源（95^#）、机动车尾气（97^#）、机动车尾气（95^#）和民用燃煤源中单环芳烃δD范围依次为：（-138.7‰~-115.5‰）、（-147.0‰~-121.0‰）、（-150.8‰~-117.6‰）、（-131.8‰~-113.8‰）、（-171.2‰~-120.0‰）、（-138.9‰~-102.7‰）和（-168.3‰~-142.3‰）,民用燃煤源中单环芳烃δD显著贫重氢同位素（D）组成,机动车尾气源与汽油挥发源中苯的δD相比显著贫D,可用于探索污染物转化过程;城北和城南环境空气中δD范围为（-131.7‰~-115.1‰）和（-131.9‰~-74.9‰）,δD初始混合值为-138.4‰和-173.9‰,体现了其来源差异.     

电场与MnxCey催化剂在苯氧化反应中的协同效应及机理探究

挥发性有机物（VOCs）大量排放已成为日益严重的环境问题,为了实现VOCs的高效去除,本文采用自蔓延燃烧合成法制备了一系列锰铈复合氧化物催化剂,将稳恒直流电场引入典型VOCs气体苯的催化氧化过程,并基于不同电场条件下催化剂的理化性质表征结果进行机理分析.实验结果表明,Mn_xCe_y催化剂对含苯废气的去除有良好的效果,稳恒直流电场显著促进了催化剂的活性,其中Mn₁Ce₃的催化性能最佳,电流为5 mA时,Mn₁Ce₃催化剂在155℃可达到50%的苯转化率,在202.4℃可达到90%的苯转化率,对应的转化温度T₅₀和T₉₀比传统方法分别降低了62.4℃和48.3℃,且电场中的反应活化能由52.32 kJ·mol^-1降低至32.31 kJ·mol^-1.根据实验现象及表征结果,发现协同效应与活性位点的快速持续再生及活性氧物种的转化有关,由此提出苯在Mn_xCe_y催化剂上的氧化机理及电场协同催化的反应模型.     

Performance of different macrophytes in the decontamination of and electricity generation from swine wastewater via an integrated constructed wetland-microbial fuel cell process

Plants constitute a major element of constructed wetlands(CWs).In this study,a coupled system comprising an integrated vertical flow CW(IVCW) and a microbial fuel cell(MFC) for swine wastewater tre atment was developed to research the effects of macrophytes commonly employed in CWs,Canna indica,Acorus calamus,and Ipomoea aquatica,on decontamination and electricity production in the system.Because of the different root types and amounts of oxygen released by the roots,the rates of chemical oxygen demand(COD) and ammonium nitrogen(NH_4~+-N) removal from the swine wastewater differed as well.In the unplanted,Canna indica,Acorus calamus,and Ipomoea aquatica systems,the COD removal rates were 80.20%,88.07%,84.70%,and 82.20%,respectively,and the NH_4~+-N removal rates were 49.96%,75.02%,70.25%,and 68.47%,respectively.The decontamination capability of the Canna indica system was better than those of the other systems.The average output voltages were 520±42,715±20,660±27,and 752±26 mV for the unplanted,Canna indica,Acorus calamus,and Ipomoea aquatica systems,respectively,and the maximum power densities were 0.2230,0.4136,0.3614,and0.4964 W/m~3,respectively.Ipomoea aquatica had the largest effect on bioelectricity generation promotion.In addition,electrochemically active bacteria,Geobacter and Desulfuromonas,were detected in the anodic biofilm by high-throughput sequencing analysis,and Comamonas(Proteobacteria),which is widely found in MFCs,was also detected in the anodic biofilm.These results confirmed the important role of plants in IVCW-MFCs.     

Cytotoxicity of the soluble and insoluble fractions of atmospheric fine particulate matter

Inhaled atmospheric fine particulate matter(PM_(2.5)) includes soluble and insoluble fractions,and each fraction can interact with cells and cause adverse effects.PM_(2.5) samples were collected in Jinan,China,and the soluble and insoluble fractions were separated.According to physiochemical characterization,the soluble fraction mainly contains watersoluble ions and organic acids,and the insoluble fraction mainly contains kaolinite,calcium carbonate and some organic carbon.The interaction between PM_(2.5) and model cell membranes was examined with a quartz crystal microbalance with dissipation(QCM-D) to quantify PM_(2.5) attachment on membranes and membrane disruption.The cytotoxicity of the total PM_(2.5) and the soluble and insoluble fractions,was investigated.Negatively charged PM_(2.5) can adhere to the positively charged membranes and disrupt them.PM_(2.5)also adheres to negatively charged membranes but does not cause membrane rupture.Therefore,electrostatic repulsion does not prevent PM_(2.5) attachment,but electrostatic attraction induces remarkable membrane rupture.The human lung epithelial cell line A549 was used for cytotoxicity assessment.The detected membrane leakage,cellular swelling and blebbing indicated a cell necrosis process.Moreover,the insoluble PM_(2.5) fraction caused a higher cell mortality and more serious cell membrane damage than the soluble fraction.The levels of reactive oxygen species(ROS) enhanced by the two fractions were not significantly different.The findings provide more information to better understand the mechanism of PM_(2.5) cytotoxicity and the effect of PM_(2.5) solubility on cytotoxicity.     

基于野外原位抽注试验和同位素技术的含水层反硝化速率研究

反硝化作用是地下水硝酸盐污染去除最重要的过程.由于水文地质条件和水文地球化学环境的复杂性和不确定性,精准测定含水层反硝化速率是反硝化过程的研究难点.选取潮白河冲洪积扇中部中国环境科学研究院地下水创新野外基地作为研究区,基于野外原位试验和15N同位素示踪法提出一种含水层反硝化速率的测定方法.该方法综合体现了研究区实际水文地质条件和水文地球化学环境对反硝化作用的影响,并充分考虑了硝酸盐在含水层中稀释弥散作用对计算结果的影响.结果表明:①潮白河冲洪积扇中部某地地下26~28 m处于还原环境,含水介质以粉细砂为主,ρ（NO₃-N）平均值为2.77 mg/L.②地下26~28 m反硝化速率在349.52~562.99 μg/（kg·d）（以N计,下同）之间,平均值为450.31 μg/（kg·d）.通过与研究区含水介质、采样深度和硝酸盐背景值相似的国内外案例对比研究,初步评估结果处于合理区间.③测试结果具有一定不确定性,主要来自忽略中间产物NO₂-和NO的计算方法、扰动采样方法、N₂O的操作规范程度及采样频率等方面.研究方法为测定含水层硝酸盐速率研究提供了新的思路,研究结果可为地下水中硝酸盐转化过程机理研究、地下水硝酸盐污染修复及风险管控提供关键的理论支撑数据.      

石期河流域地下水化学特征及物质来源分析

为明确典型岩溶溶丘洼(谷)地区域地下水化学特征及其成因,以石期河流域为研究对象,运用Gibbs图、Piper图、端元分析及离子比例系数等方法,对地下水水化学特征及物质来源进行了定性和定量分析.结果表明,研究区内地下水pH值介于6.06～8.07之间,Ca~(2+)、 Mg~(2+)和HCO~-_3是地下水中的主要离子,其质量浓度范围分别为2.61～108.7、 0.54～27.61和8.1～370.74mg·L~(-1),符合岩溶水高钙弱碱性特征;地下水物质成分中, Ca~(2+)和Mg~(2+)主要受到碳酸参与的灰岩和白云岩风化作用的控制, Na~+主要来源于硅酸盐岩的溶解,同时, Ca~(2+)和Na~+在地下水流动过程中进行阳离子交替吸附作用; K~+、 Cl~-和NO~-_3主要受到农业化肥施放和生活废水排放的影响.此外,大气降水作为该区域地下水的主要补给来源,对当地地下水化学特征和物质来源也有一定的影响.     

京津冀西北典型流域地下水化学特征及补给源分析

为揭示京津冀西北典型流域地下水循环特征,运用环境同位素和水化学技术等方法分析张家口市不同流域水体氢氧同位素特征、水化学特征及时空变化特征、地表地下水转化关系。结果表明：地表水化学类型主要为HCO₃-Mg·Na和HCO₃·Cl-Na型;地下水化学类型不同时期表现出不同的类型,水化学类型更为多样,主要以HCO₃-Mg·Na型、HCO₃·Cl-Na型、HCO₃·Cl-Na·Mg为主。地表河水和地下水中离子均主要来源于岩石风化作用;张北和桑干河流域地下水中离子偏向于蒸发浓缩作用控制。张家口市各流域地表地下水δ¹⁸O、δD组成较为接近,表明了当地地表水和地下水均受到大气降水的补给。大气降水和地表河水对地下水的补给比例均值分别为37.74%和62.26%,以地表河水的补给为主要方式。     

水动力对沉积物-水界面氧通量产生机制的影响

选取三峡库区支流御临河为研究对象,测量了5个水动力条件（平均流速为0.00,0.03,0.07,0.12,0.20m/s）下沉积物-水界面（SWI）氧通量的变化及水动力条件对SWI氧通量产生机制的影响.结果表明,随着平均流速的升高,SWI氧通量增加,由0.00m/s时的1.197mmol/（m²·h）增加为0.20m/s时的43.981mmol/（m²·h）,溶解氧穿透深度增加,氧进入沉积物更深处并被微生物和还原性物质所利用,沉积物耗氧量上升;当平均流速较低时,沉积物耗氧量以生物耗氧量为主,在0.00m/s与0.03m/s时生物耗氧量为氧通量的85.3%与57.7%;当水体平均流速较高,化学耗氧量与其他耗氧量中的化学过程耗氧量在氧通量中的比重逐步提高.     

东平湖DOM荧光特征及与氢氧同位素指标的相关性

本研究在运用三维荧光光谱示踪平水期东平湖DOM荧光特征的基础上,进一步分析其与氢氧同位素指标的相关性,并在此基础上尝试对大气降水的DOC贡献进行估算,以期为东平湖的污染控制及治理提供依据.结果表明,东平湖平水期DOM主要由类蛋白组分（C1和C4）和类腐殖质组分（C2和C3）构成,以类酪氨酸组分C1为主,C1所占比重将近50%.平水期东平湖DOM同时受陆源、内源及大气降水的影响,但以内源输入为主;外源输入中大气降水补给与大汶河输入所占比例相当;大气降水中的溶解性有机碳输入可能会对东平湖DOM产生不可忽视的影响,需进一步系统研究.氢氧稳定同位素与溶解态有机碳以及类腐殖质荧光之间呈显著相关关系,可以在一定程度上指示DOM的变化趋势.     

北山地区大气降水中水化学及稳定同位素特征

为揭示甘肃北山地区大气降水的水化学及同位素特征,利用2012~2019年度采集的97件大气降水样品,采用相关性分析,富集因子,气团后向轨迹分析等多种方法对北山地区稳定同位素变化特征及其影响因素,降水中主要离子变化特征,不同离子来源及贡献,水汽来源进行了分析.结果表明,北山地区区域降水线的斜率与截距均高于张掖地区大气降水线;该区降水中稳定同位素比率明显受季节性,温度和高程效应的影响,在年尺度下,降雨量效应不明显;该区降水中氘盈余变化较大,雨季降水中氘盈余显著小于旱季降水中氘盈余值;北山地区大气降水的水化学型主要为HCO₃·SO₄-Ca和HCO₃-Ca型,降水中离子浓度具有明显的季节性变化,降雨量的增加对离子浓度具有一定的稀释作用;Na⁺受海源和陆源物质的双重影响;绝大部分的Ca²⁺,K⁺,HCO₃^-和部分Mg²⁺来源于陆源,SO₄^2-与NO₃^-的主要来自于人类活动输入;区内冬夏季水汽来源基本一致,来源于西北方向的季风源是北山地区最主要的水汽来源.研究成果可为我国高放废物地质处置库选址和性能评价以及未来地下处置库建设提供依据,也有助于丰富西北干旱区的水文循环过程研究.