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城镇污水处理厂抗生素抗性基因的环境传播途径与机制

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给水排水 2024年第5期50卷 153-160页

作者：李俊谊孙喆强志民贲伟伟中国科学院生态环境研究中心饮用水科学与技术重点实验室北京100085 中国科学院大学资源与环境学院北京100190 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085

城镇污水处理厂是抗生素抗性基因(ARGs)发生转移、传播的重要场所,同时也是环境中ARGs污染的主要来源。对城镇污水处理厂中ARGs向环境介质中的传播途径、影响因素与传播机制进行了综述。结果表明,ARGs可通过出水排放、污泥土地施用、再... 详细信息

城镇污水处理厂是抗生素抗性基因(ARGs)发生转移、传播的重要场所,同时也是环境中ARGs污染的主要来源。对城镇污水处理厂中ARGs向环境介质中的传播途径、影响因素与传播机制进行了综述。结果表明,ARGs可通过出水排放、污泥土地施用、再生水灌溉、气溶胶逸散等途径迁移至环境介质(如受纳水体、土壤、空气)中;ARGs在环境介质中的扩散和存留行为受介质理化性质影响;ARGs在环境介质中主要通过可移动遗传元件(MGEs)介导的水平基因转移(HGT)传播耐药性。

关键词：城镇污水处理厂抗生素抗性基因环境介质传播途径传播机制

腈纶废水有机物的紫外高级氧化去除机制及反应动力学模拟

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环境科学学报 2024年第3期44卷 61-70页

作者：胡月张文珍李彦刚胡俊王辉李文涛强志民浙江工业大学环境学院杭州310014 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085 北京城市排水集团有限责任公司北京100022 中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院北京100083

紫外高级氧化工艺(UV-AOP)可高效去除工业废水中的难降解有机物,然而,实际废水中成分复杂的有机物的降解去除机制和反应动力学研究还比较缺乏,限制了相关工艺的规模化应用.以某石化企业腈纶废水为对象,探究了UV/H_(2)O_(2)及VUV/UV/H_(2... 详细信息

紫外高级氧化工艺(UV-AOP)可高效去除工业废水中的难降解有机物,然而,实际废水中成分复杂的有机物的降解去除机制和反应动力学研究还比较缺乏,限制了相关工艺的规模化应用.以某石化企业腈纶废水为对象,探究了UV/H_(2)O_(2)及VUV/UV/H_(2)O_(2)工艺对废水有机物的降解去除机制并开展反应动力学分析.结果表明,腈纶废水有机物芳香性低,主要荧光组分为富里酸类和腐殖酸类物质.两种UV-AOP均可高效降解去除腈纶废水有机物,且相同处理条件下VUV/UV光源对有机物的去除效率略优于UV光源,原因在于VUV辐射的引入增加了反应体系中HO·的生成(增加了H_(2)O途径并强化了H_(2)O_(2)途径).在投加200 mg·L^(-1)H_(2)O_(2)、反应120 min后(UV剂量为23.4 J·cm^(-2)),UV/H_(2)O_(2)和VUV/UV/H_(2)O_(2)对酸性废水中COD的去除率分别为80.4%和91.3%.不同处理条件下腈纶废水有机物去除的单位能耗为0.154~0.193 kWh·g^(-1)COD,且处理后废水对费氏弧菌的发光抑制率都明显低于初始值,表明两种工艺在实际腈纶废水处理中具有较好的应用前景.基于废水有机物去除的拟一级动力学规律和自由基浓度稳态假设模型,计算得到了有机物(以DOC计)在UV辐射和HO·氧化作用下的反应速率常数,分别为1.83×10^(-6)cm^(2)·mJ^(-1)和1.24×10^(7)L·moL^(-1)·s^(-1).在此基础上,开发了可准确模拟腈纶废水有机物去除的计算流体动力学(CFD)模型,为工艺实际应用时的效能评估和参数优化提供了支持.

关键词： VUV/UV/H_(2)O_(2) 工业废水单位能耗急性毒性反应速率常数计算流体动力学(CFD)

滤池反冲洗水回用对自来水厂水质及净水效果的影响

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中国给水排水 2024年第15期40卷 1-8页

作者：段书乐蒋才芳董慧峪梁虹蒋菱强志民中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085 广西绿城水务股份有限公司广西南宁530029

滤池反冲洗水是自来水厂生产废水的主要组成部分,已被水厂广泛回用。为了探讨反冲洗水直接回用对水厂各工艺段水质和各单元工艺净水效果的影响,通过对南方某大型水厂的实地调研,采用周期内监测、污染负荷计算和健康风险评估的手段综合... 详细信息

滤池反冲洗水是自来水厂生产废水的主要组成部分,已被水厂广泛回用。为了探讨反冲洗水直接回用对水厂各工艺段水质和各单元工艺净水效果的影响,通过对南方某大型水厂的实地调研,采用周期内监测、污染负荷计算和健康风险评估的手段综合比较了反冲洗水回用前后的水质和净水效果差异,明确了在5.0%的回用比例(反冲洗水与原水的体积比)下,反冲洗水回用会明显增加水厂工艺进水的浊度和Al3+负荷(其所占混合水负荷的比例高达70.7%和41.4%),但会降低农药类微污染物的暴露风险。与未回用相比,回用降低了混凝-沉淀工艺对UV254和溶解性有机碳(DOC)的去除,但增加了对无机物指标、CODMn和农药类微污染物的去除。此外,揭示了滤池是DOC、CODMn和农药类微污染物发生积累的关键单元,证实了反冲洗水回用不会造成出厂水水质超标。这一发现可为保障水厂供水水质安全的前提下提升水资源利用率提供重要的参考。

关键词：滤池反冲洗水回用自来水厂水质净水效果

模型模拟结合便携测量预测紫外高级氧化工艺对水中微污染物的去除（英文）

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Engineering 2024年第6期 87-95页

作者：黄妍妍李梦凯孙喆李文涛 James R.Bolton 强志民 Key Laboratory of Drinking Water Science and Technology Research Center for Eco-Environmental Sciences Chinese Academy of Sciences University of Chinese Academy of Sciences Department of Civil and Environmental Engineering University of Alberta State Key Laboratory of Environmental Aquatic Chemistry Research Center for Eco-Environmental Sciences Chinese Academy of Sciences

The degradation of micropollutants in water via ultraviolet（UV）-based advanced oxidation processes（AOPs） is strongly dependent on the water matrix. Various reactive radicals（RRs） formed in UV-AOPs have different reaction selectivities toward water matrices and degradation efficiencies for target micropollutants. Hence, process selection and optimization are crucial. This study developed a facilitated prediction method for the photon fluence-based rate constant for micropollutant degradation(k'p,MP) in various UV-AOPs by combining model simulation with portable measurement. Portable methods for measuring the scavenging capacities of the principal RRs（RRSCs） involved in UV-AOPs(i.e., HO·, SO4·-, and Cl·) using a mini-fluidic photoreaction system were proposed. The simulation models consisted of photochemical, quantitative structure–activity relationship, and radical concentration steady-state approximation models. The RRSCs were determined in eight test waters, and a higher RRSC was found to be associated with a more complex water matrix. Then, by taking sulfamethazine,caffeine, and carbamazepine as model micropollutants, the k'p,MPvalues in various UV-AOPs were predicted and further verified experimentally. A lower k'p,MPwas found to be associated with a higher RRSC for a stronger RR competition; for example, k'p,MPvalues of 130.9 and 332.5 ***–1, respectively, were obtained for carbamazepine degradation by UV/H2O2in the raw water(RRSC = 9.47 × 10～4s-1) and sand-filtered effluent(RRSC = 2.87 × 10～4s-1) of a drinking water treatment plant. The developed method facilitates process selection and optimization for UV-AOPs, which is essential for increasing the efficiency and cost-effectiveness of water treatment.

关键词：

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双波长紫外协同强化消毒及对光、暗复活影响

环境科学 2024年

作者：周添红梁源夫孙喆李梦凯王佳乐李文涛贲伟伟张国珍强志民兰州交通大学环境与市政工程学院中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室

C波段紫外线（UV-C）可有效灭活水中病原微生物，远UV-C（200～230 nm）和常规UV-C（250～280 nm）可分别损伤病原微生物的蛋白质和核酸，同时辐照有望实现病原微生物的协同灭活。然而由于现有实验装置难以满足研究需求，相关研究十分... 详细信息

C波段紫外线（UV-C）可有效灭活水中病原微生物，远UV-C（200～230 nm）和常规UV-C（250～280 nm）可分别损伤病原微生物的蛋白质和核酸，同时辐照有望实现病原微生物的协同灭活。然而由于现有实验装置难以满足研究需求，相关研究十分有限。因此，搭建了配装KrCl准分子灯和低压汞灯的细管流光反应系统，可单独/同时输出稳定的222 nm（远UV-C）和254 nm（常规UV-C）辐照。之后利用该装置探究了双波长UV-C对大肠杆菌（E. coli）的协同灭活作用，以及对光、暗复活的影响。结果表明，双波长UV-C协同灭活E. coli作用显著，协同系数最高可达2.2。此外，双波长UV-C辐照明显减弱E. coli的光复活作用，最大对数复活率从254 nm单独辐照的50.8%降低为36.1%，同时，在黑暗条件下，未发现复活现象且呈现暗凋零现象，说明双波长UV-C辐照可降低光、暗复活风险，确保水质生物安全，研究可为高效和安全的水消毒技术研发提供理论依据。

关键词：紫外线消毒双波长协同作用微生物复活

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循环海水养殖系统固相反硝化工艺研究进展

环境保护科学 2024年第1期50卷 9-18页

作者：王鹰瀚孙喆王磊强志民中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085 中国科学院大学资源与环境学院北京100190 北京海洋馆水族维生设备部水质检测和控制中心北京100081

循环海水养殖系统(Recirculating mariculture system,RMS)中来自食物残渣、动物排泄物、腐烂生物体中的含氮物质,经水处理过程的化学氧化作用与微生物的硝化作用逐渐形成硝态氮(NO_(3)^(-)-N),并随水体循环不断累积,严重影响水质并威... 详细信息

循环海水养殖系统(Recirculating mariculture system,RMS)中来自食物残渣、动物排泄物、腐烂生物体中的含氮物质,经水处理过程的化学氧化作用与微生物的硝化作用逐渐形成硝态氮(NO_(3)^(-)-N),并随水体循环不断累积,严重影响水质并威胁养殖动物的健康。固相反硝化工艺因具有良好的脱氮效果、无需精确的碳源投加、能避免液相碳源的二次污染与运输储存困难等优点,近年来已逐渐应用于RMS的脱氮处理。文章综述了固相反硝化工艺机理,不同固相反硝化工艺应用于RMS的脱氮效果;总结了溶解氧、盐度、水力停留时间对不同固相反硝化工艺脱氮效果与菌群特性的影响;对固相反硝化工艺应用于RMS中进行了展望,以期为未来RMS固相反硝化工艺的研究与应用提供有益参考。

关键词：循环海水养殖系统固相碳源反硝化菌群特性

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长江流域饮用水中全氟和多氟烷基化合物的污染特征及人体健康风险评估

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净水技术 2024年

作者：吴胜念董慧峪付蔚章丽萍许谦强志民中国矿业大学<北京>化学与环境工程学院中国科学院生态环境研究中心饮用水科学与技术重点实验室中国科学院大学南开大学环境科学与工程学院广西绿城水务股份有限公司

为探究长江流域饮用水中全氟和多氟烷基化合物(PFASs)的污染特征及其对人体造成的潜在风险，研究利用超高效液相色谱-三重四极杆质谱对长江流域沿线城市饮用水中22种PFASs进行了分析，并评估了研究区饮用水中PFASs对人体健康造成的风险... 详细信息

为探究长江流域饮用水中全氟和多氟烷基化合物(PFASs)的污染特征及其对人体造成的潜在风险，研究利用超高效液相色谱-三重四极杆质谱对长江流域沿线城市饮用水中22种PFASs进行了分析，并评估了研究区饮用水中PFASs对人体健康造成的风险。结果表明，长江流域饮用水中总PFASs质量浓度为1.2～67.9 ng/L。PFASs在长江下游的污染程度比上中游高，主要污染物为全氟丁烷磺酸(PFBS)和全氟辛酸(PFOA)。PFASs来源解析表明全氟戊酸(PFPeA)、全氟己酸(PFHxA)、全氟庚酸(PFHpA)和PFOA为同一来源，全氟己烷磺酸(PFHxS)和PFBS为另一来源。风险评估结果表明长江流域饮用水中PFASs对各年龄段人群健康造成的风险处于可接受水平。

关键词：长江流域全氟和多氟烷基化合物污染特征来源解析人体健康风险评估

中试紫外/氯工艺对饮用水中微量有机污染物及消毒副产物的削减

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环境工程学报 2024年第3期18卷 709-717页

作者：刘丽忠李一繁尤立陈榕汶王亮王平董慧峪李文涛强志民东华理工大学水资源与环境工程学院南昌330013 中国科学院生态环境研究中心饮用水科学与技术重点实验室北京100085 中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室北京100085 绍兴市上虞区供水有限公司绍兴312300 东华理工大学南昌330013

针对水源微污染等问题,在某饮用水厂开展紫外/氯高级氧化工艺深度处理滤后水的中试研究,探究不同工艺条件下水中微量有机污染物(TrOCs,traceorganiccontaminants)的去除及消毒副产物(DBPs,disinfectionbyproducts)的控制机制。结果表明... 详细信息

针对水源微污染等问题,在某饮用水厂开展紫外/氯高级氧化工艺深度处理滤后水的中试研究,探究不同工艺条件下水中微量有机污染物(TrOCs,traceorganiccontaminants)的去除及消毒副产物(DBPs,disinfectionbyproducts)的控制机制。结果表明,紫外/氯工艺可高效去除滤后水中的异丙甲草胺、多菌灵、吡虫啉等农药,上述基础工况下其总体去除率为87.1%。提高紫外剂量对各类农药去除率的提升效果优于增大加氯量。水中全氟化合物(PFCs,perfluorinated compounds)的去除效率一般,其中全氟辛酸(PFOA,Perfluorooctanoic acid)去除率(46.4%)相对最高,而部分工况下全氟己酸(PFHxA,perfluorocaproic acid)等出现浓度升高的情况,说明在紫外/氯高级氧化过程中可能存在长链PFCs向短链PFCs转化的降解途径。紫外/氯高级氧化过程伴随着一定量的三氯甲烷(TCM,trichloromethane)等DBPs的生成(≤8.8μg·L^(-1)),但工艺出水的消毒副产物生成势(DBPsFP,formation potential of DBPs)下降明显,且加氯量越高消毒副产物的生成势越低,其最低值(12.9μg·L^(-1))相较于处理前降幅达到66.3%。对滤后水中常规有机物指标进行分析,发现紫外/氯工艺可以强化去除滤后水中的芳香性和荧光性有机物,工艺出水的比紫外吸光度(SUVA)降至1.0 L·(mg·m)^(-1)以下,3类荧光组分的去除率在41.8%~71.6%。相关性分析结果表明,紫外/氯处理过程中DBPs的生成及后续DBPsFP的大小主要取决于水中荧光性/芳香性有机物组分的含量。

关键词：紫外/氯饮用水农药全氟化合物消毒副产物消毒副产物生成势

水源水Fe(Ⅵ)与Mn(Ⅶ)预氧化对天然有机物的组成特征及消毒副产物生成势的影响

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环境化学 2024年第4期43卷 1138-1149页

作者：韩港胜侯嫔储文斌王艳段书乐强志民刘丁伟许谦蒋菱蒋才芳董慧峪中国矿业大学化学与环境工程学院北京100083 中国科学院生态环境研究中心饮用水科学与技术重点实验室北京100085 广西绿城水务股份有限公司南宁530031 南京大学污染控制与资源化研究国家重点实验室南京210023

溶解有机物(DOM)普遍存在于地表水源中,是饮用水消毒副产物的重要前驱物.本研究考察了Fe(Ⅵ)与Mn(Ⅶ)预氧化对浙江东部某水源水中DOM的组成特征及消毒副产物生成势的影响.运用三维荧光光谱(3D-EEMs)分析了两种氧化剂在不同的浓度梯度下... 详细信息

溶解有机物(DOM)普遍存在于地表水源中,是饮用水消毒副产物的重要前驱物.本研究考察了Fe(Ⅵ)与Mn(Ⅶ)预氧化对浙江东部某水源水中DOM的组成特征及消毒副产物生成势的影响.运用三维荧光光谱(3D-EEMs)分析了两种氧化剂在不同的浓度梯度下对水样进行预氧化后,水样DOM的荧光光谱特性、荧光特征参数和荧光组分等的变化情况,及氯化后消毒副产物(DBPs)的生成情况.结果表明,水源水水样DOM的来源主要为陆源与内源混合且具有一定的腐殖质化程度,Mn(Ⅶ)和Fe(Ⅵ)预氧化不仅对荧光DOM具有较好的降解效果,对腐殖质类DOM也具有一定的降解作用.在DBPs的生成势方面,Mn(Ⅶ)预氧化对三氯甲烷(TCM)生成势的变化呈现出先增强后减弱的现象,对二氯乙腈(DCAN)的生成势具有一定的减弱作用.而Fe(Ⅵ)预氧化对三氯丙酮(1,1,1-TCP)、溴氯乙腈(BCAN)、二溴乙腈(DBAN)和DCAN的生成势均具有明显的降低作用,对二氯一溴甲烷(DCBM)、二溴一氯甲烷(DBCM)和三溴甲烷(TBM)生成势的变化呈现出先增强后减弱的现象.研究结果推动了水源水氧化消毒工艺的发展并为相关研究提供理论指导.

关键词：溶解有机物三维荧光光谱预氧化氯消毒消毒副产物

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