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Alternate disinfection approaches or raise disinfectant dosages for sewage treatment plants to address the COVID-19 pandemic? From disinfection efficiency, DBP formation, and toxicity perspectives

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FRONTIERS OF ENVIRONMENTAL SCIENCE & ENGINEERING 2024年第9期18卷 115-0页

作者： Liao, Xiaobin Liu, Xinyue He, Yueyun Tang, Xueping Xia, Ruanjunjie Huang, Yongjun Li, Wenhua Zou, Jing Zhou, Zhenming zhuang, mazhan Huaqiao Univ Inst Municipal & Environm Engn Coll Civil Engn Xiamen 361021 Peoples R China Xiamen Inst Environm Sci Xiamen 361021 Peoples R China Huaqiao Univ Coll Biomed Sci Xiamen 361021 Peoples R China

During the COVID-19 pandemic, most sewage treatment plants increased disinfectant dosages to inactivate pathogenic viruses and microorganisms more effectively. However, this approach also led to the production of more disinfection by-products (DBPs). To ensure both disinfection efficiency and a reduction in DBP formation, new disinfection protocols are required. In this study, the disinfection efficiency, DBP amounts, and toxicity changes resulting from ozone (O3), ultraviolet (UV), chlorine (Cl2), and their combined processes were examined. The results demonstrated that the O3/UV/Cl2 combination achieved the highest disinfection efficiency. Chlorination produced the most DBPs, whereas UV treatment reduced the formation of trihalomethane (THM), halogenated ketones (HKs), haloacetic acids (HAA), dichloroacetonitrile (DCAN) and N-nitrosodimethylamine (NDMA) by 45.9%, 52.6%, 82.0%, 67.95%, and 47%, respectively. O-3 also significantly reduced their production by 99.1%, 91.1%, 99.5%, 100%, and 35%. Intracellular organic matter (IOM) was identified as the primary DBP precursors, producing 2.94 times more DBPs than extracellular organic matter (EOM). The increased DBP formation during chlorination was attributed to IOM leakage and cell membrane damage, which was verified using scanning electron microscopy (SEM). The toxicities of DBPs were evaluated for six disinfection methods, revealing inconsistent results. The overall toxicities were assessed using zebrafish embryo experiments. Both evaluations indicated that chlorination alone was the least favorable method. In addition, the toxicities followed a sequence: Cl-2 approximate to O-3/Cl-2 > O-3 > O-3/UV/Cl-2 > UV > UV/Cl-2. These findings can serve as a reference for sewage treatment plants in selecting appropriate disinfection methods to manage the COVID-19 epidemic from comprehensive perspective.

关键词： Sewage bacteria Disinfection by-products Toxicity Ozonation UV Chlorination BY-PRODUCT FORMATION WASTE-WATER DEGRADATION UV CHLORINATION INACTIVATION UV/CHLORINE BACTERIA OZONE SUBSTANCES

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厦门集美杏林湾水库底泥重金属污染状况评价

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华侨大学学报（自然科学版） 2024年第2期45卷 262-270页

作者：唐雪平李静庄马展李飞周真明厦门市环境科学研究院福建厦门361021 华侨大学土木工程学院福建厦门361021

为了研究厦门市集美区杏林湾水库底泥重金属污染状况,利用相关性分析、地积累指数法、潜在生态风险指数法和污染负荷指数法,对杏林湾水库底泥中重金属污染特征和生态风险进行评价。结果表明:底泥中Zn,Cu,Ni,Cr,Pb,Cd,Hg,As质量比平均值... 详细信息

为了研究厦门市集美区杏林湾水库底泥重金属污染状况,利用相关性分析、地积累指数法、潜在生态风险指数法和污染负荷指数法,对杏林湾水库底泥中重金属污染特征和生态风险进行评价。结果表明:底泥中Zn,Cu,Ni,Cr,Pb,Cd,Hg,As质量比平均值分别为270.00,76.94,38.88,88.38,48.13,0.41,0.07,3.85 mg·kg^(-1),除了As和Pb质量比平均值低于背景值外,Cd,Cu,Zn,Ni,Cr,Hg质量比平均值分别达到背景值的13.67,6.52,4.61,2.99,3.03,2.33倍;Zn,Cu和Cr变异系数均大于50%,尤其是Cu和Cr,变异系数均超过100%,其空间分布不均匀,受人为因素影响较大;Zn和Cu的质量比空间分布呈现沿水流方向逐渐减小的特征,Ni和Cr的质量比空间分布呈现从后溪汇入处至入海口处逐渐增加,从九天湖排洪渠和董任排洪渠交汇处至入海口处逐渐减小的特征,Pb,Hg,As的质量比空间分布较为均匀,Cd的质量比空间分布随着水流方向起伏较大;底泥中重金属污染主要来自周边人类活动排放和上游支流汇入;除Pb,As为无污染状态外,Zn,Cu,Ni,Cr,Cd和Hg均呈现不同程度的污染,且Cd的污染程度最高;杏林湾水库底泥重金属潜在生态风险整体处于强至很强之间。

关键词：底泥重金属污染特征生态风险杏林湾水库

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Development of source profiles and their application in source apportionment of PM2.5 in Xiamen, China

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Frontiers of Environmental Science & Engineering 2016年第5期10卷 177-189页

作者： Ningning Zhang mazhan zhuang Jie Tian Pengshan Tian Jieru Zhang Qiyuan Wang Yaqing Zhou Rujin Huang Chongshu Zhu Xuemin Zhang Junji Cao Key Laboratory of Aerosol Chemistry and Physics Institute of Earth Environment Chinese Academy of Sciences Xi'an 710061 China Xiamen Environmental Monitoring Central Station Xiamen 361012 China IER Environmental Protection Engineering Technique Co. Ltd. Shenzhen 518055 China Laboratory of Atmospheric Chemistry Paul Scherrer Institute (PSI) 5232 Villigen Switzerland Centre for Atmospheric and Environmental Studies Xiamen Huaxia University Xiamen 361024 China Institute of Global Environmental Change Xi'an Jiaotong University Xi'an 710049 China

Ambient PM2.5 samples were collected at four sites in Xiamen, including Gulangyu （GLY）. Hongwen （HW）, Huli （HL） and Jimei （JM） during January, April, July and October 2013. Local source samples were obtained from coal burning power plants, industries, motor vehicles, biomass burning, fugitive dust, and sea salt for the source apportionment studies. The highest value of PM2.5 mass concentration and species related to human activities （SO42- , NO3 , Pb, Ni, V, Cu, Cd, organic carbon （OC） andelemental carbon （EC）） were found in the ambient-samples from HL, and t-he highest and lowest loadings of PM2.5 and its components occurred in winter and summer, respectively. The reconstructed mass balance indicated that ambient PM2.5 consisted of 24% OM （organic matter）, 23% sulfate, 14% nitrate, 9% ammonium, 9% geological material, 6% sea salt, 5% EC and 10% others. For the source profiles, the dominant components were OC for coal burning, motor vehicle, biomass burning and sea salt; SO42 for industry; and crustal elements for fugitive dust. Source contributions were calculatedusing a chemical mass＇balance （CMB） model basedon ambient PM2.5 concentrations and the source profiles. GLY was characterized by high contributions from secondary sulfate and cooking, while HL and JM were most strongly affected by motor vehicle emissions, and biomass burning and fugitivedust, respectively. The CMB results-indicated that PM2.5 from Xiamen is composed of 27.4% secondary inorganic components, 20.8% motor vehicle emissions, 11.7% fugitive dust, 9.9% sea salt, 9.3% coal burning, 5.0% biomass burning, 3.1% industry and 6.8% others.

关键词： PM2.5 Source profile Source apportionment CMB Xiamen

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厦门大气PM_(2.5)中元素特征及重金属健康风险评价

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环境化学 2016年第8期35卷 1723-1732页

作者：庄马展厦门市环境监测中心站厦门361022

通过在厦门市鼓浪屿、洪文和湖里进行冬夏两季的PM_(2.5)环境样品采集,利用能量色散X射线荧光分析仪分析了其中16种元素(Al、Si、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Cd、Sn、Sb、Ba和Pb)的浓度,对其时空变化特征和重金属的健康风险评... 详细信息

通过在厦门市鼓浪屿、洪文和湖里进行冬夏两季的PM_(2.5)环境样品采集,利用能量色散X射线荧光分析仪分析了其中16种元素(Al、Si、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Cd、Sn、Sb、Ba和Pb)的浓度,对其时空变化特征和重金属的健康风险评价进行了研究.结果表明,Al、Si、Ca、Ti和Fe等地壳元素浓度较高,其浓度值冬高夏低.受区域功能和排放影响,所测元素浓度湖里点最高(2.12μg·m-3),鼓浪屿最低(1.15μg·m-3).富集因子计算结果表明,地壳元素中Ca富集因子为43,与建材类物质输入有关.受工业排放、机动车和船舶排放影响,重金属元素富集因子普遍高于100,特别是Cu、Zn、Cd、Sn和Sb的富集因子高达103—***源解析结果表明,厦门PM_(2.5)中元素来自于地壳源、机动车源、工业源、船舶源和燃煤源.重金属元素的暴露剂量、非致癌风险和致癌风险等计算结果显示,Zn暴露剂量最大(儿童:1.23×10-7mg·(kg·d)-1,成人:0.53×10-7mg·(kg·d)-1),Mn非致癌暴露风险最高(儿童:1.20×10-3,成人:5.18×10-4),Cr致癌暴露风险最高(儿童:1.80×10-7,成人:7.76×10-8).相应的暴露风险为冬高夏低,湖里点最高,鼓浪屿最低.总体来看,重金属的非致癌暴露风险和致癌暴露风险均远小于判断标准,表明厦门PM_(2.5)中重金属元素不存在明显的非致癌和致癌健康风险.

关键词： PM2.5 重金属元素富集因子健康风险评价厦门

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厦门一次典型臭氧污染过程与成因分析

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环境科学与技术 2022年第9期45卷 118-125页

作者：庄马展厦门市环境科学研究院福建厦门361021

文章基于大气超级站和常规空气监测站的实时在线数据,从臭氧前体物的分布、光化学反应、气象条件和区域传输等方面,对2020年5月13日厦门发生的一次典型臭氧污染过程与成因进行分析。结果表明,污染日(O_(3)-8h为172μg/m^(3))气温较非污... 详细信息

文章基于大气超级站和常规空气监测站的实时在线数据,从臭氧前体物的分布、光化学反应、气象条件和区域传输等方面,对2020年5月13日厦门发生的一次典型臭氧污染过程与成因进行分析。结果表明,污染日(O_(3)-8h为172μg/m^(3))气温较非污染日高1~2℃,紫外辐射显著增强,相对湿度降低9%~32%,风速升高1m/s,有利于本地臭氧光化学生成。污染期间,大气环境VOCs以烷烃、卤代烃、醛酮类和芳香烃为主,表明溶剂挥发、工业源和机动车排放源等贡献。非污染日和污染日的风速和O_(3)呈正相关性,R^(2)分别为0.295和0.675;后向轨迹模型和天气形势分析,结果表明:11-12日扩散条件较差,夜间残留O_(3)浓度较高,而13日受来自长三角地区携带O_(3)及其前体物气团入海后回流向福建沿海地区传输的影响,叠加了本地光化学生成臭氧,导致臭氧轻度污染超标。

关键词：臭氧 VOCs 污染特征形成机制厦门

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厦门大气细颗粒PM_(2．5)化学成分谱特征研究

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现代科学仪器 2007年第5期24卷 113-115页

作者：庄马展厦门市环境监测中心站厦门361004

2005年采集厦门市两季节大气细颗粒物,分析其主要化学成分。结果表明:冬夏两季二次离子SO_4^(2-)、NO_3^-与NH_4^+占PM_(2.5)质量的42.20%和53.19%,总碳TC浓度冬季占41.90%,夏季25.11%;Al、Si、Ca、Fe等主要地壳元素仅占约7%;海盐离子... 详细信息

2005年采集厦门市两季节大气细颗粒物,分析其主要化学成分。结果表明:冬夏两季二次离子SO_4^(2-)、NO_3^-与NH_4^+占PM_(2.5)质量的42.20%和53.19%,总碳TC浓度冬季占41.90%,夏季25.11%;Al、Si、Ca、Fe等主要地壳元素仅占约7%;海盐离子均约占3%。严重的二次离子污染和碳污染是厦门市大气细颗粒物的污染特征。

关键词：细颗粒物源解析地壳元素水溶性离子总碳

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仪器设备管理与实验室认可

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现代科学仪器 2005年第5期22卷 85-87页

作者：庄马展厦门市环境监测中心站厦门361004

通过深入领会《实验室认可准则》技术要素,指导实验室的日常仪器设备管理,推动检测实验室通过国家认可。

关键词：实验室认可仪器设备检测管理

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九龙江流域地表水锰的污染来源和迁移转化机制

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环境科学学报 2018年第8期38卷 2955-2964页

作者：陈能汪王德利鲁婷王芬芳姜艳林国辉庄马展福建省海陆界面生态环境重点实验室厦门大学环境与生态学院厦门361102 近海海洋环境科学国家重点实验室厦门大学海洋与地球学院厦门361102 厦门市环境监测中心站厦门361012

锰是人体必需微量元素,但近年来河流湖库等地表水锰超标现象时有发生,威胁供水安全.本文于2016—2017年在福建省九龙江流域开展水系沿程梯度调查及机理实验,结合历史监测资料综合研究,探明九龙江锰含量的时空分布与迁移转化规律,揭示九... 详细信息

锰是人体必需微量元素,但近年来河流湖库等地表水锰超标现象时有发生,威胁供水安全.本文于2016—2017年在福建省九龙江流域开展水系沿程梯度调查及机理实验,结合历史监测资料综合研究,探明九龙江锰含量的时空分布与迁移转化规律,揭示九龙江锰的污染来源、超标成因与调控机制.结果表明,溶解锰高值及超标站位集中在北溪上游矿区支流和干流部分水库,且主要发生在枯水期;上游矿区支流颗粒锰含量最高,随后从上游到下游沿程递减,且与总悬浮颗粒物(TSM)和pH显著正相关(p7.8)环境促进亚热带红壤颗粒富集锰,大量富锰颗粒进入pH逐渐下降的河流下游和电站库区后向溶解锰转化,从而导致锰超标.河流下游及库区pH值下降的主要原因包括酸沉降、酸性废水排放、富营养化条件下有机物分解等.研究结果为我国地表水锰污染防控、饮用水安全保障与流域水环境综合管理提供科学依据.

关键词：锰污染溯源富营养化水质管理饮用水源九龙江

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厦门市燃气、燃油公交车污染物排放对比分析

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上海环境科学 2018年第6期37卷 268-270页

作者：庄马展周海锋欧健厦门市环境监测中心站

通过固定式遥感监测筛选,发现燃气公交车排放的氮氧化物比燃油车高,进而使用CCBC循环工况法及移动式遥感监测法对CNG、LNG、柴油3种燃料的公交车排放污染物比对分析发现,燃气公交车氮氧化物的排放值较柴油公交车高,而CO、PM的排放相对... 详细信息

通过固定式遥感监测筛选,发现燃气公交车排放的氮氧化物比燃油车高,进而使用CCBC循环工况法及移动式遥感监测法对CNG、LNG、柴油3种燃料的公交车排放污染物比对分析发现,燃气公交车氮氧化物的排放值较柴油公交车高,而CO、PM的排放相对柴油公交车低。为推动机动车污染减排,提升城市空气质量,建议城市加快开展公交车的纯电动化。

关键词：燃气燃油公交车尾气排放污染物氮氧化物厦门市

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厦门市工业源VOCs治理技术及区域性治理效果评估

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环境工程学报 2021年第6期15卷 1956-1965页

作者：金月正金磊吴义诚高攀峰刘建福苏国新庄马展傅海燕厦门理工学院环境科学与工程学院环境生物技术福建省高校重点实验室厦门361024 厦门海洋职业技术学院厦门361100 厦门市环境科学研究院厦门361006

选取厦门市8大重点监测行业370家企业的439套废气处理系统进行了调研,对不同VOCs治理技术在不同行业的应用情况及实际净化效果进行分析,并结合GIS平台,对厦门市的VOCs治理效果进行了区域性评估。结果表明:活性炭吸附、UV光解、UV光解+... 详细信息

选取厦门市8大重点监测行业370家企业的439套废气处理系统进行了调研,对不同VOCs治理技术在不同行业的应用情况及实际净化效果进行分析,并结合GIS平台,对厦门市的VOCs治理效果进行了区域性评估。结果表明:活性炭吸附、UV光解、UV光解+活性炭、等离子+UV光解、燃烧类工艺及其他类(低温等离子法、冷凝回收法、生物法)等6类治理技术对VOCs的平均去除率分别为79.6%、73.7%、71.9%、69.2%、82.1%、68.6%;燃烧类工艺对苯系物去除率最高,其次是活性炭吸附工艺,UV光解及其组合工艺对苯系物的去除率较低;UV光解及其组合工艺在设备管理及企业工艺选取方面尚存在问题,整体处理效果较差,但该工艺适用于低浓度有机废气的处理,例如在汽修行业的去除率较高(80%左右);燃烧类工艺及活性炭吸附工艺处理效果较好,燃烧类工艺的去除率较高,且对工况的适应性较强,可用于高浓度VOCs(>1000 kg·d^(-1))和高进口风量(>20000 m^(3)·h^(-1))条件下的废气治理;其他类相关工艺由于成本较低,虽处理效率不高,但可根据实际情况选择应用。厦门市域各二级行政区对VOCs 8大重点监测行业区域治理效果排序为:思明区>湖里区>海沧区>翔安区>集美区>同安区。

关键词：挥发性有机物(VOCs) 治理工艺去除率地理信息系统效果评估

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