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核壳结构Fe0@Fe3O4复合材料活化过硫酸盐降解土壤中菲

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环境科学学报 2024年

作者：廖用开钟雅琪沈悦林姗娜曹鸿健蔡超中国科学院城市环境研究所城市环境与健康重点实验室中国科学院大学

纳米零价铁用作过硫酸盐（PS）活化剂具有反应活性高和环境友好等优点，但因高表面能衍生的易钝化问题极大限制了纳米零价铁在场地污染土壤修复中的实际应用.本研究采用“液相还原+共沉淀”两步法成功制备了核壳结构零价铁/四氧化三铁... 详细信息

纳米零价铁用作过硫酸盐（PS）活化剂具有反应活性高和环境友好等优点，但因高表面能衍生的易钝化问题极大限制了纳米零价铁在场地污染土壤修复中的实际应用.本研究采用“液相还原+共沉淀”两步法成功制备了核壳结构零价铁/四氧化三铁复合材料（Fe0@Fe3O4），并用于活化过硫酸盐降解土壤中菲.结果表明，Fe0@Fe3O4/PS体系处理60 min后，菲的降解率可达63.93%，显著高于Fe0/PS（52.95%）、Fe3O4/PS（29.16%）、Fe2+/PS（44.88%）体系的降解效率.在Fe0@Fe3O4投加量为5%、PS浓度为126 mmol·L-1、土水比为1∶2(m/V, g·L-1)的条件下对菲的降解效果最佳，降解率在60 min内可达68.80%. Fe0@Fe3O4/PS体系在较广泛的pH范围（3～11）内均表现出一致的菲降解效能.电子顺磁共振（EPR）谱和自由基淬灭实验证实了Fe0@Fe3O4/PS体系中同时存在SO4·-、HO·、O2·-，其中，SO4·-对菲的降解起主要作用.Fe0@Fe3O4/PS体系修复的土壤电导率和溶解性有机碳含量明显升高，土壤pH、氧化还原电位及有机碳含量均显著降低，而土壤总氮和总磷含量无明显变化.此外，Fe0@Fe3O4/PS体系修复的土壤中部分重金属的环境风险发生变化，重金属Co、Ni、Cu的DTPA提取态含量分别增加了8.50、1.40和1.30倍，Zn和Pb的DTPA浸提态含量分别下降了21.57%和71.94%，而As和Cd的DTPA提取态含量无显著变化.研究成果可为Fe0@Fe3O4/PS体系在土壤修复中的推广应用及化学氧化技术发展提供科技支撑.

关键词： Fe @Fe O 过硫酸盐菲土壤修复硫酸根自由基

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炭基和磷基复配材料钝化修复土壤镉污染

环境工程学报 2021年第7期15卷 2379-2388页

作者：欧阳婷婷蔡超林姗娜李云驹张又弛中国科学院城市环境研究所中国科学院城市环境与健康重点实验室厦门361000 中国科学院大学北京100049 云南磷化集团有限公司国家磷资源开发利用工程技术研究中心昆明650600

生物炭和磷基材料是常用土壤重金属钝化材料,但单一施用均存在一定不足。为了更好发挥生物炭和磷基材料的作用,开展了炭基和磷基复配材料修复重金属镉(Cd)污染土壤研究。制备了猪粪生物炭(B)、浮选尾矿(F)、黄磷渣(H)、猪粪炭-浮选尾矿... 详细信息

生物炭和磷基材料是常用土壤重金属钝化材料,但单一施用均存在一定不足。为了更好发挥生物炭和磷基材料的作用,开展了炭基和磷基复配材料修复重金属镉(Cd)污染土壤研究。制备了猪粪生物炭(B)、浮选尾矿(F)、黄磷渣(H)、猪粪炭-浮选尾矿复配材料(BF)和猪粪炭-黄磷渣复配材料(BH)5种钝化材料,并探讨了这些材料对溶液中Cd^(2+)吸附-解吸特性和对土壤Cd污染的钝化修复效果。结果表明,BF和BH对Cd^(2+)的吸附均能在6 h内达到平衡,吸附速率高于F而低于B或H。5种钝化材料对Cd^(2+)的吸附能力排序为:H>BH>B>BF>F。将5种材料以1%或5%比例施入污染土壤后,土壤Cd有效态含量降低幅度均可达70%以上;Cd有效态含量降低幅度均随材料施用比例增加而增加。复配材料BF和BH未表现出加和效应,其钝化效果介于单一生物炭处理和单一磷基材料处理之间。炭基和磷基复配材料能够有效吸附和钝化Cd,其中含黄磷渣的复配材料较含浮选尾矿的材料具有更好的Cd钝化效果。本研究结果可为复配修复土壤材料的开发提供参考。

关键词：土壤修复生物炭磷矿废弃物复配材料镉污染钝化修复

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一株多环芳烃降解菌的筛选及其降解特性

环境工程学报 2020年第6期14卷 1668-1678页

作者：高秀荣林姗娜孙安琪廖用开张又弛蔡超中国科学院城市环境研究所中国科学院城市环境与健康重点实验室厦门361000 中国科学院大学北京100049 华侨大学化工学院厦门361000

微生物修复是治理土壤多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)污染的主要方法,而高效降解菌筛选是微生物修复技术的重要基础。从北京焦化厂土壤中筛选分离得到一株PAHs降解菌Q3,通过生理生化和16S rDNA等分析手段鉴定其为Rho... 详细信息

微生物修复是治理土壤多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)污染的主要方法,而高效降解菌筛选是微生物修复技术的重要基础。从北京焦化厂土壤中筛选分离得到一株PAHs降解菌Q3,通过生理生化和16S rDNA等分析手段鉴定其为Rhodococcus rhodochrous。结果表明:该菌株对芘的耐受能力较强,可降解初始浓度为200 mg·L-1的芘;该菌株具有降解广谱性,可利用苯并[a]芘、苯并[b]荧蒽、二苯并[a,h]蒽、苯并[g,h,i]苝等9种PAHs为唯一碳源进行代谢,特别是对苯并[a]芘等高环PAHs具有较好的降解效果;此外,该菌株可有效降解模拟液中的混合PAHs,并且对野外被PAHs长期污染的土壤具有较好的强化修复效果。投加菌株处理后的处理组与对照组相比,土壤PAHs总去除率提高了24%。以上结果表明该菌株对环境中被PAHs污染的土壤具有较好的强化修复潜力,可为PAHs污染土壤的微生物修复技术提供技术参考。

关键词：多环芳烃降解菌筛选降解特性土壤修复

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蚶江镇人大:精准评议落实见效

人民政坛 2024年第3期 30-31页

作者：林富榕林姗娜不详

3月26日上午,石狮市蚶江镇人大组织人大代表对镇市场监督管理所的评议整改工作开展“回头看”。开展工作评议是人大监督方式之一。自2023年6月以来,蚶江镇人大聚焦民生热点,按照评议准备、评议调查、评议会议、评议整改等4个环节及有关... 详细信息

3月26日上午,石狮市蚶江镇人大组织人大代表对镇市场监督管理所的评议整改工作开展“回头看”。开展工作评议是人大监督方式之一。自2023年6月以来,蚶江镇人大聚焦民生热点,按照评议准备、评议调查、评议会议、评议整改等4个环节及有关要求,组织对蚶江镇市场监督管理所进行工作评议,有效促进被评议单位依法行政、转变作风、改进工作。

关键词：工作评议市场监督管理民生热点依法行政蚶江转变作风有效促进石狮市

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污泥生物炭输入对稻田土壤砷迁移转化的影响

污泥生物炭输入对稻田土壤砷迁移转化的影响

田间条件下猪粪炭与黄磷渣配施对土壤镉污染的修复效果

中国土壤学会土壤环境专业委员会第十九次会议暨“农田土壤污染与修复研讨会”第二届山东省土壤污染防控与修复技术研讨会

作者：林姗娜侯艳伟池海峰蔡超中国科学院城市环境研究所华侨大学化工学院环境科学与工程系

水稻是我国最主要的粮食作物。土壤中的砷容易被水稻根系吸收并在籽粒中累积,最终经食物链进入人体,危害人体健康。近年来,城市市政污泥经热解制备为污泥生物炭(Sewage Sludge Biochar,SSBC)作为土壤调理剂施用已成为废弃物资源化利用... 详细信息

水稻是我国最主要的粮食作物。土壤中的砷容易被水稻根系吸收并在籽粒中累积,最终经食物链进入人体,危害人体健康。近年来,城市市政污泥经热解制备为污泥生物炭(Sewage Sludge Biochar,SSBC)作为土壤调理剂施用已成为废弃物资源化利用同时实现土壤改良的一种新技术。目前关于SSBC输入对稻田土壤砷的迁移转化研究还不够深入系统。本实验利用城市污泥热解制备污泥生物炭,采用室内盆栽试验考察SSBC输入对水稻土壤砷赋存形态的影响及其变化规律。室内盆栽实验结果表明,土壤孔隙水中砷浓度随水稻生长时间呈先增加,并第18天孔隙水中砷浓度最高达0.29±0.03 mg/L。之后孔隙水中砷浓度逐渐降低,在第144天降低至0.04±0.01 mg/L。水稻田淹水条件可能是导致其变化的主要原因之一。淹水厌氧条件下,土壤的含氧量迅速降低,与铁氧化物结合固定的砷被微生物作为电子受体进行新城代谢,造成As(V)向As(Ⅲ)转化,并进入土壤溶液中,导致土壤孔隙水中砷含量升高。随着淹水时间增加,淹水所造成的还原环境会促进砷的甲基化,导致孔隙水中有机砷含量由31.77±1.36μg/L(第37天)显著(P<0.05)增加至47.66±7.78μg/L(第73天),而无机砷含量则由51.66±11.44μg/L显著(P<0.05)降低至31.90±3.98μg/L。污泥生物炭输入后可显著降低土壤孔隙水中砷浓度(P<0.05),同时降低土壤中砷的生物有效性。SSBC丰富的空隙结构和表面活性氧化物对砷的吸附作用被认为是主要原因之一。此外,水稻土壤理化性质的改变,也会影响孔隙水中砷含量。SSBC输入土壤后,有机质含量显著增加(P<0.05)。而有机质中最主要的组分--腐殖酸,其包含的有机官能团能与砷酸盐或亚砷酸盐结合形成络合物,从而砷的化学和生物反应活性以及生物有效性降低。相较于对照组(CK),施加5%SSBC处理组(B5)水稻茎叶部分砷含量均显著降低(P<0.05)。与CK组相比,在水稻生长前期(幼苗期和分蘖期)输入SSBC可显著降低砷在水稻根部的累积,进入拔节和抽穗期,各处理组间水稻根部砷含量无显著差异。综上所述,SSBC输入显著提高土壤有机质含量,同时可显著降低水稻土中砷生物有效性,促进土壤孔隙水中无机砷转化为有机砷。在水稻生长前期减少植株对砷的累积。上述研究成果将为污泥资源化利用和水稻土壤砷污染风险管控提供科技支撑。

关键词：污泥生物炭水稻土砷迁移转化

来源： cnki会议评论

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环境化学 2023年第4期42卷 1293-1303页

作者：刘昭侯艳伟蔡超张又弛林姗娜邓晟宁李云驹华侨大学化工学院环境科学与工程系厦门361021 中国科学院城市环境与健康重点实验室中国科学院城市环境研究所厦门361021 云南磷化集团有限公司国家磷资源开发利用工程技术研究中心昆明650600

为探究猪粪炭和黄磷渣配施对田间土壤镉(Cd)污染的修复效果,本研究以镉污染水稻田为研究对象,探讨两种钝化材料单施和配施对土壤理化性质、Cd有效态含量、Cd化学形态及水稻不同部位Cd含量的影响.结果表明猪粪炭与黄磷渣配施处理下土壤C... 详细信息

为探究猪粪炭和黄磷渣配施对田间土壤镉(Cd)污染的修复效果,本研究以镉污染水稻田为研究对象,探讨两种钝化材料单施和配施对土壤理化性质、Cd有效态含量、Cd化学形态及水稻不同部位Cd含量的影响.结果表明猪粪炭与黄磷渣配施处理下土壤Cd有效态含量降低幅度最大,达90.49%,单施猪粪炭和单施黄磷渣处理下土壤Cd有效态含量分别降低了69.95%和15.77%.化学形态分析结果表明,相比对照,配施处理下土壤中易迁移的可交换态Cd比例降低了51.21%,而土壤中难迁移的铁锰氧化物结合态和有机结合态Cd比例分别增加了39.73%和38.15%.各处理对水稻生物量都没有负面影响,但水稻各部位Cd含量相比对照均显著降低.配施处理下水稻各部位中Cd含量均低于对照及单施处理,其中水稻籽粒中Cd含量降幅为78.31%,降低至0.05 mg·kg^(−1),远低于国家标准食品污染物限量标准值(<0.2 mg·kg^(−1)).生物炭与黄磷渣配施显著降低水稻土中Cd有效态含量和水稻籽粒中Cd的积累量,对Cd污染水稻田钝化修复效果优于单施处理,本研究结果可为土壤Cd污染的修复提供科学依据.

关键词：猪粪炭黄磷渣配施钝化镉水稻田

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生物炭基土壤调理剂对污染土壤中油白菜吸收镉的影响

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生物炭基土壤调理剂对污染土壤中油白菜吸收镉的影响

降雨对磷基材料修复镉铅污染土壤稳定性的影响研究

中国土壤学会土壤环境专业委员会第二十次会议暨农田土壤污染与修复研讨会

作者：张又弛林姗娜王宏陈佳俐孙健蔡超中国科学院城市环境研究所

生物炭是城乡固体废弃物热裂解产物,具有较好的重金属吸附能力,在土壤重金属污染修复领域具有良好的应用前景。利用生物炭与其他材料制备复合土壤调理剂,能够发挥协同作用,提高镉污染修复效果。但是,复合土壤调理剂的组分种类和配比会... 详细信息

生物炭是城乡固体废弃物热裂解产物,具有较好的重金属吸附能力,在土壤重金属污染修复领域具有良好的应用前景。利用生物炭与其他材料制备复合土壤调理剂,能够发挥协同作用,提高镉污染修复效果。但是,复合土壤调理剂的组分种类和配比会影响其对镉离子的吸附性能,高效、低成本、环境友好的生物炭基复合土壤调理剂仍有待研发。本研究选取猪粪炭(PMBC)为研究对象,分别与腐殖酸材料(HM)和含磷材料(钙镁磷肥(Ca P)、磷矿浮选废弃物(FP)和磷矿擦洗废弃物(SP))复配,制备四种复合土壤调理剂,包括猪粪炭与腐殖酸质量比1:1制备的BC-H型调理剂、猪粪炭与腐殖酸和含磷材料质量比5:3:2制备的BC-H-Ca P型、BC-H-FP型和BC-H-SP型调理剂,探讨不同生物炭基复合土壤调理剂对旱地土壤镉污染的修复效果,为镉污染土壤修复提供科学支撑。等温吸附实验结果表明:五种修复材料均能吸附镉离子,猪粪炭对镉离子的饱和吸附量为33.3 mg/g,腐殖酸材料次之,为18.7 mg/g,钙镁磷肥、磷矿浮选废弃物和磷矿擦洗废弃物对镉离子的饱和吸附量分别为11.7 mg/g、6.99 mg/g和5.60 mg/g。当利用猪粪炭与腐殖酸材料、含磷材料制备复合调理剂,不同复配方式影响调理剂对镉离子的吸附,BC-H-Ca P型调理剂对镉离子的吸附量及其溶液平衡p H最高,BC-H-SP型调理剂对镉离子的吸附量及其溶液平衡p H最低。腐殖酸材料的有机络合机制和含磷材料的沉淀与共沉淀机制对猪粪炭吸附镉离子机理起到补充强化作用,同时猪粪炭和钙镁磷肥对溶液平衡p H的显著提升促进了材料对镉离子的吸附。当复合土壤调理剂应用于镉污染土壤修复中,种植油白菜的田间小区实验结果表明:相比对照实验组,施加猪粪炭或者复合土壤调理剂后土壤p H、有机质含量和阳离子交换量均呈现升高趋势,不同土壤调理剂处理组间没有显著差异。施加土壤调理剂会降低土壤有效态镉含量,BC-H-FP型和BC-H-SP型复合土壤调理剂对氯化钙浸提态镉含量的降低效果最好,分别降低46.4%-53.8%和40.2%-44.4%。对于油白菜,施加土壤调理剂会促进油白菜生长,尤其是猪粪炭-腐殖酸-含磷材料复合调理剂处理组中,油白菜可食部位和根部生物量显著增加。当土壤调理剂输入污染土壤后,能降低油白菜对镉的吸收,复合土壤调理剂处理组中油白菜对镉吸收量降低幅度高于猪粪炭处理组。在四种复合土壤调理剂中,猪粪炭与腐殖酸材料及磷矿浮选废弃物组成的BC-H-FP型调理剂对于油白菜镉含量的降低效果最好,油白菜可食部位从对照组的2.45±0.18 mg/kg降为1.59±0.18 mg/kg(1.7 t/ha处理组)和1.68±0.21mg/kg(3.4 t/ha处理组)。综上所述,猪粪炭与腐殖酸材料、含磷材料制备复合土壤调理剂,发挥了对镉离子的协同固持作用,降低土壤镉污染带来的食品安全危害风险。但是不同复合调理剂在镉溶液体系和污染土壤体系中作用效果存在差异,复合土壤调理剂各种组分间相互作用及其与土壤中镉离子的反应机理仍待深入研究。

关键词：生物炭复合土壤调理剂镉污染磷矿废弃物旱地土壤

来源： cnki会议评论

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环境污染与防治 2023年第3期45卷 285-291,299页

作者：张又弛黄杨华邓晟宁刘丽清刘昭林姗娜蔡超中国科学院城市环境研究所福建厦门362100 福建农林大学生命科学学院福建福州350002

通过模拟加速老化实验和土柱淋溶实验,探究降雨对磷基材料修复镉铅污染土壤效果稳定性的影响。结果表明:模拟降雨加速老化对土壤中有效镉含量的影响不显著,但是加速老化12 a后,土壤中有效铅由(2.74±0.35)mg/kg增加到(3.66±0.39)mg/kg... 详细信息

通过模拟加速老化实验和土柱淋溶实验,探究降雨对磷基材料修复镉铅污染土壤效果稳定性的影响。结果表明:模拟降雨加速老化对土壤中有效镉含量的影响不显著,但是加速老化12 a后,土壤中有效铅由(2.74±0.35)mg/kg增加到(3.66±0.39)mg/kg(模拟自然降雨)和(3.59±0.19)mg/kg(模拟酸雨)。在添加磷基材料的土壤中,模拟降雨加速老化后,镉和铅有效性变化不显著。在土柱淋溶实验体系中,模拟4个月降雨当量的酸雨淋溶后,所有处理组的滤出液镉离子和铅离子始终低于0.1μg/L。对照组的表层(0~5 cm)土壤pH显著低于其他剖面层;不同剖面层土壤的镉、铅有效性和赋存形态变化较小,5~10 cm剖面层土壤的酸可溶态镉比例高于表层土壤。在添加磷基材料F、F700的处理组中,土壤pH、镉和铅的有效性与赋存形态在垂向上大多不存在显著差异,但底层(10~15 cm)土壤的酸可溶态镉和铅比例高于其他剖面层。综上所述,磷基材料能够有效固持土壤中镉和铅,削减降雨对重金属的活化-释放作用。

关键词：磷基材料稳定化复合污染酸雨长期稳定性

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基于机器学习的重金属毒性及生态风险预测

中国环境科学 2024年第12期44卷 7001-7010页

作者：李国锋于金秋王宏池海峰林姗娜蔡超中国科学院城市环境研究所城市环境与健康重点实验室福建厦门361021 中国科学院大学北京100049

以土壤典型重金属镉(Cd),铜(Cu),铅(Pb)和锌(Zn)为研究对象,蚯蚓为土壤模式生物,采用文献法搜集已发表论文中重金属对蚯蚓繁殖的半数有效浓度(EC_(50))与所对应的土壤理化性质数据共113组,分析不同数据间关联性,揭示土壤理化因子对重金... 详细信息

以土壤典型重金属镉(Cd),铜(Cu),铅(Pb)和锌(Zn)为研究对象,蚯蚓为土壤模式生物,采用文献法搜集已发表论文中重金属对蚯蚓繁殖的半数有效浓度(EC_(50))与所对应的土壤理化性质数据共113组,分析不同数据间关联性,揭示土壤理化因子对重金属生物毒性的影响规律.利用随机森林(RF),梯度提升决策树(GBDT),极限梯度提升(XGBoost),K近临(KNN)和支持向量机(SVR)5种机器学习算法构建机器学习模型,研选最佳模型并开展我国土壤重金属潜在生态风险阈值预测.结果表明,重金属在不同类型土壤中毒性存在显著差异,重金属对蚯蚓的繁殖毒性强弱趋势表现为Cd>Cu>Pb≈Zn.不同土壤理化性质对重金属生物毒性的影响规律不同,其中土壤pH值是影响重金属Pb和Cd的主要因素,对重金属蚯蚓繁殖毒性变化的贡献率分别为57.2%和69.0%;阳离子交换量和有机质含量则分别是重金属Cu和Zn生物毒性的主要影响因子.从模型拟合优度和预测精度对比分析基于土壤理化因子构建的重金属生物毒性机器预测模型的性能,XGBoost模型对Cd,Cu和Zn的生物毒性预测表现较好,而RF模型对Pb的生物毒性预测更准确,训练集和测试集的R^(2)分别达0.939和0.886.利用研选的重金属生物毒性预测模型开展我国34省土壤中重金属生态风险阈值预测,结果发现不同区域土壤潜在生态风险存在明显差异.研究结果可为基于土壤理化性状的重金属生态毒性和潜在生态风险的准确预测与合理评估提供了新的策略.

关键词：机器学习土壤重金属理化性质生物毒性生态风险评价