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我国城市污水处理工艺中活性污泥的功能群落结构解析

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环境科学 2024年

作者：郭宇新齐嵘肖淑敏窦殿程苏高新高嘉中国科学院生态环境研究中心工业废水无害化与资源化国家工程研究中心天津城建大学环境与市政工程学院天津市水质科学与技术重点实验室

作为在城市污水处理领域里广泛使用的生物处理工艺，对碳、氮和磷等目标污染物进行高效稳定地去除是工艺运行控制与优化的终极目标。功能种群通过合理的组成和分布，并且动态响应关键工艺调控参数的变化则是处理工艺能否达到目标的关键... 详细信息

作为在城市污水处理领域里广泛使用的生物处理工艺，对碳、氮和磷等目标污染物进行高效稳定地去除是工艺运行控制与优化的终极目标。功能种群通过合理的组成和分布，并且动态响应关键工艺调控参数的变化则是处理工艺能否达到目标的关键。对我国6个大型城市19个典型城市污水生物处理工艺进行夏季和冬季系统采样后，通过MiSeq高通量测序并与全球污水处理厂16S rRNA全长基因序列数据库（MiDAS）对比分类。结果表明，我国城市污水处理工艺中显著存在着基本相同的核心种群：有29个属在全部38个工艺中均能观测到，而1901个属仅在1个或少数（工艺数n环境下均具有较强生存能力的芽孢杆菌（Bacillus和Lysinbacillus），具有底物发酵功能的厌氧发酵菌（Intestinibacter和Thermomonas）和兼性厌氧发酵菌(Entercoccus)，好氧/厌氧的异养菌(Ferruginibacter、IMCC26207和Hyphomicrobium)；具有反硝化功能的Rhodoplanes、Ottowia和Iamia，疑似具有反硝化功能的Paracoccus等功能种属，而工艺形式、进水水质变化、季节性温度变化可以在一定程度上改变以上最优势属的丰度。硝化种属主要由Nitrosomonas和Nitrospira构成，Rhodobacter和Paracoccus是污水处理工艺中的主要优势反硝化功能种属，Tetrasphaera作为优势聚磷种属广泛地分布在我国各个类型污水处理工艺的活性污泥中，聚糖原种属则以Candidatus＿Competibacter和Defluviicoccus为主，丝状菌的优势种属是Candidatus＿Microthrix，Candidatus＿Promineofilum和Trichococcus。尽管此次我国采样污水处理工艺之间的地理距离大于1000km，工艺间各运行参数不尽相同，特别是与丹麦地处不同大洲，但再次验证了城市污水生物处理工艺的活性污泥中广泛存在核心种群，并且具有相似的组成与生态功能。

关键词：活性污泥微生物群落核心功能种群污水生物处理种群结构

某大型纳滤工艺地表水厂优化运行及不可逆膜污染分析

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给水排水 2024年第6期50卷 50-56,67页

作者：姚家隆郭驭严炜峰杜雨尘俞开昌王小[亻毛] 黄霞太仓市自来水有限公司太仓215400 清华大学环境学院北京100084 北京碧水源科技股份有限公司北京102206

依托江苏省某大型纳滤工艺地表水深度处理工程,围绕纳滤工艺在实际工程应用中的运行优化方法、膜污染情况及能耗和碳排放计算开展研究。该纳滤工程采用国产疏松型纳滤膜,产水高锰酸盐指数低于0.5 mg/L,总硬度(CaCO_(3)计)为77~107 mg/L... 详细信息

依托江苏省某大型纳滤工艺地表水深度处理工程,围绕纳滤工艺在实际工程应用中的运行优化方法、膜污染情况及能耗和碳排放计算开展研究。该纳滤工程采用国产疏松型纳滤膜,产水高锰酸盐指数低于0.5 mg/L,总硬度(CaCO_(3)计)为77~107 mg/L。同时在采取一系列优化改进措施缓解膜污染问题后,纳滤系统电耗由0.239 kW·h/m^(3)降低至0.194 kW·h/m^(3)。结果表明选择适宜的阻垢剂类型和投加方式对膜污染的控制效果最为明显。研究发现纳滤膜在长期运行后均存在一定程度的不可逆污染。受到进水格网和膜元件位置的影响,其中无机污染以AlPO_(4)为主,主要发生在系统后段,并且可能与腐殖酸、富里酸存在相互作用,形成腐殖酸/富里酸-Al-P络合物。纳滤工艺在实际应用中需注意磷酸盐类阻垢剂的使用,同时应尽可能降低进水中残余铝的浓度。

关键词：饮用水深度处理纳滤工程工艺优化不可逆膜污染能耗

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塑料中高关注物质（SVHCs）的赋存分布、物质流及环境释放研究进展

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环境科学 2024年

作者：刘俊宙陈嘉喆景侨楠张少轩陈安娜陆蓉静刘建国北京大学环境科学与工程学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室北京大学碳中和研究院

各类塑料制品中广泛分布的塑料添加剂赋予塑料以阻燃、增塑和抗氧化等优异功能，但其中已有100多种因其潜在的环境和健康危害性被列入欧盟高关注物质（SVHCs）候选清单.以上SVHCs普遍分布在各类塑料及各行业产品中，比较集中分布在PVC和... 详细信息

各类塑料制品中广泛分布的塑料添加剂赋予塑料以阻燃、增塑和抗氧化等优异功能，但其中已有100多种因其潜在的环境和健康危害性被列入欧盟高关注物质（SVHCs）候选清单.以上SVHCs普遍分布在各类塑料及各行业产品中，比较集中分布在PVC和PUR等类塑料和包装、汽车、建材、电子电器和纺织等行业中.在不同功能的SVHCs中，增塑剂和阻燃剂用量最高，品类相对集中，一直是国内外化学品风险评估和风险管理关注的重点.现有研究已建立起塑料制品中SVHCs物质流分析方法，揭示出PBDEs、HBCD和PAEs等典型阻燃剂和增塑剂类SVHCs在塑料制品全生命周期普遍存在的环境和健康风险；大量SVHCs随塑料产品寿命终结进入废物阶段，揭示了各类含SVHCs塑料废物环境无害化管理的重要性.除在产品使用周期发生的环境释放外，各种形式的塑料泄露所产生的塑料碎片，构成了环境中各种SVHCs的长期释放源，对生态环境和人体健康造成持久威胁.未来亟需重视各类塑料制品中大量潜在有害化学品的识别及其全生命周期环境释放与风险评估研究，尤其包括塑料中有害化学品排放系数测算、动态物质流分析方法的优化，以及塑料泄露途径有害化学品释放机制研究等.

关键词：塑料中的化学品高关注物质(SVHCs) 赋存与分布物质流分析(MFA) 环境释放

富营养化湖泊藻华腐解产生的溶解性有机质动态变化及其环境效应

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环境科学 2024年第3期45卷 1539-1552页

作者：张瑾陈明滢郝智能钟寰何欢雷沛南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室南京210023 南京师范大学环境学院南京210023 中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室北京100085 中国科学院大学北京100049 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

富营养化和有害藻华是湖泊面临的主要环境问题,富营养化湖泊藻华在后期会发生衰亡和腐解并产生大量藻源溶解性有机质(DOM),影响水体DOM的质量和活性,并对关键元素的生物地球化学循环产生重要调控作用.为探究不同富营养化程度湖泊水体藻... 详细信息

富营养化和有害藻华是湖泊面临的主要环境问题,富营养化湖泊藻华在后期会发生衰亡和腐解并产生大量藻源溶解性有机质(DOM),影响水体DOM的质量和活性,并对关键元素的生物地球化学循环产生重要调控作用.为探究不同富营养化程度湖泊水体藻华腐解过程,对藻华腐解过程中水体DOM总量、生物有效性、相对分子质量和组分的动态变化进行分析,并探讨了藻华腐解引发的环境效应.结果表明,藻华腐解显著提高DOM浓度、生物有效性和各荧光组分强度.随着腐解的进行,DOM浓度逐渐降低,而相对分子质量逐渐增大.在分子水平上,超高分辨率质谱结果显示腐解过程中不饱和烃和脂肪族化合物优先被微生物利用,并生成木质素、缩合烃和高O/C值的单宁酸等惰性分子.藻华腐解过程中细菌群落主要优势种从变形菌门(46%)逐渐变为拟杆菌门(42%).此外,藻华腐解还导致水体CO_(2)和CH_(4)排放显著升高1.2~5倍,且排放量可以由DOM光学指标a254预测.该结果为全面揭示藻华腐解过程中DOM特征的动态变化,以及湖泊富营养化治理和环境效应预测提供理论依据和科学支撑.

关键词：溶解性有机质生物有效性相对分子质量藻华腐解温室气体

义乌岩口水库富营养化综合评价及水环境容量分析

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环境科学 2024年

作者：黄振华邵志平史新明何怡郑效旭王靖霖姜参参田哲徐圣君王东升庄绪亮中国科学院大学浙江大学环境与资源学院长三角(义乌)生态环境研究中心中国科学院生态环境研究中心

河流和湖库等水体中氮、磷等营养元素大量累积，是目前水体富营养化的主要原因之一，由此引发的“水华”等问题的频繁周期性暴发造成了较大的生态风险。水体富营养化评价与水环境容量分析是综合评估水体富营养化程度的重要环节，同时也... 详细信息

河流和湖库等水体中氮、磷等营养元素大量累积，是目前水体富营养化的主要原因之一，由此引发的“水华”等问题的频繁周期性暴发造成了较大的生态风险。水体富营养化评价与水环境容量分析是综合评估水体富营养化程度的重要环节，同时也是当前管理水环境的重要参考依据。通过2020年5月至2022年3月对岩口水库流域多项理化指标进行逐月监测，开展富营养化综合评价以及主要污染物（高锰酸盐、总氮和总磷）的水环境容量计算。结果表明，岩口水库及上游河流的水质呈现出较明显的季节性变化规律，且夏季水库表层、中层和深层水体水质指标之间有显著差异。通过水环境容量分析表明，氮、磷是岩口水库流域水体管理的重点。综合营养状态指数法显示，上游河流的富营养化程度明显改善，处于中营/寡营养状态，水库表层水体在春、夏季出现轻度富营养化状态。最后，提出了未来岩口水库流域水体污染和富营养化防治的工作重心。研究可为岩口水库水质评价与保护、水污染物防控以及水环境可持续发展提供了重要支撑。

关键词：水库水体富营养化水环境容量综合营养状态指数水环境可持续发展

全氟烷基酸在大型溞体内的竞争富集作用及机制

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中国环境科学 2024年第1期44卷 489-498页

作者：肖璐张尚伟程浩于丹凤姜晓满胡蝶旋文武夏星辉北京师范大学珠海校区理工实验平台广东珠海519087 北京师范大学环境学院水沙科学教育部重点实验室北京100875 北京师范大学环境与生态前沿交叉研究院广东珠海519087 中南林业科技大学环境科学与工程学院湖南长沙410004

全氟烷基酸(PFAAs)是一类在水环境中广泛存在的有机污染物,具有潜在的生物累积性和多种生物毒性.为探究长链PFAAs与其短链替代品在浮游动物大型溞体内的竞争富集作用,通过比较典型长链PFAAs存在和不存在两个暴露条件下短链PFAAs在大型... 详细信息

全氟烷基酸(PFAAs)是一类在水环境中广泛存在的有机污染物,具有潜在的生物累积性和多种生物毒性.为探究长链PFAAs与其短链替代品在浮游动物大型溞体内的竞争富集作用,通过比较典型长链PFAAs存在和不存在两个暴露条件下短链PFAAs在大型溞体内的生物富集,考察PFAAs在大型溞体内的吸收速率常数(ku)、排出速率常数(ke)和稳态生物浓缩系数(BCFss)等指标的变化规律,探讨典型长链PFAAs与其短链替代品的竞争富集作用机制.结果表明,PFAAs在大型溞体内的ku和BCFss值分别与全氟碳原子数、膜−水分配系数和蛋白质结合系数显著正相关,且长链PFAAs对短链PFAAs的生物富集具有明显抑制作用,导致短链PFAAs的BCFss值降低56%~80%.长链与短链PFAAs在蛋白质结合点位的竞争作用可能是短链PFAAs生物富集受到抑制的机制之一.

关键词：全氟化合物(PFAS) 生物富集竞争作用大型溞脂肪酸结合蛋白新污染物

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氯气的大气化学

科学通报 2024年

作者：藏琪谭照峰陆克定张远航北京大学环境科学与工程学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室

氯气（molecular chorine, Cl2）是大气中重要的活性氯化合物之一,除了对人体健康产生直接危害,还通过影响大气氧化性对大气复合污染和全球气候变暖产生非线性作用. Cl2通过光解反应,产生Cl自由基,后者可以氧化挥发性有机物（volatile o... 详细信息

氯气（molecular chorine, Cl2）是大气中重要的活性氯化合物之一,除了对人体健康产生直接危害,还通过影响大气氧化性对大气复合污染和全球气候变暖产生非线性作用. Cl2通过光解反应,产生Cl自由基,后者可以氧化挥发性有机物（volatile organic compounds, VOCs）、硫酸二甲酯（dimethyl sulfate, DMS）等大气痕量物质,引发自由基链循环过程. Cl2作为主要的活性氯物种,其光解对Cl自由基的贡献显著,有研究表明可以达到85%.本文综合实验室模拟、外场观测和模型模拟的研究结果,总结了全球范围内Cl2的时空分布,结果表明在极地、海岸、城市等典型大气环境中普遍观测到较高浓度的Cl2.本文进一步梳理了现有Cl2生成机制,指出城市污染大气的Cl2的来源过程与非均相化学有关,在我国城市大气高颗粒物和高前体物并存条件下,其生成过程可能极为重要.最后,本文探讨了Cl2对我国大气氧化性和二次污染生成的影响,并简要讨论了该领域的未来发展方向.

关键词：氯气氯化学大气自由基非均相反应臭氧

2010-2022年陕西省人为源大气氨排放清单及未来减排潜力

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环境科学研究 2024年第8期37卷 1680-1693页

作者：高可心马正权郑怡贾宏涛努尔麦麦提·艾尔肯麦麦提·斯马义王国航黄梓豪苏麦耶·亚森玛依努尔·莫沙苏麦亚·乌斯曼新疆农业大学资源与环境学院新疆乌鲁木齐830052 新疆农业大学新疆土壤与植物生态过程重点实验室新疆乌鲁木齐830052

为了解陕西省人为源氨(NH_(3))的排放特征,基于排放因子法和“自上而下”的县级活动水平收集方法,建立2010-2022年陕西省及其地级市的人为源NH_(3)排放清单,运用STIRAT模型、基于LSTM滑动窗口的BP神经系统模型和情景模拟法,预测2023-203... 详细信息

为了解陕西省人为源氨(NH_(3))的排放特征,基于排放因子法和“自上而下”的县级活动水平收集方法,建立2010-2022年陕西省及其地级市的人为源NH_(3)排放清单,运用STIRAT模型、基于LSTM滑动窗口的BP神经系统模型和情景模拟法,预测2023-2035年人为源和畜禽养殖的NH_(3)排放变化趋势,量化分析不同发展结构和排放控制措施对NH_(3)排放影响的差异性。结果表明:①2022年陕西省NH_(3)排放总量为24.48×10^(4)t,畜禽养殖和氮肥施用是该省NH_(3)排放的主要贡献者,贡献率分别为63.2%和19.5%,其他人为源贡献率为17.3%。2022年陕西省人为源NH_(3)排放量最高和最低的城市分别为榆林市和铜川市,对全省排放总量的贡献率分别为23.7%和2.1%。②2010-2022年陕西省人为源NH_(3)排放总量呈明显下降趋势,年均下降率为2.9%,NH_(3)排放量时间变化趋势主要受畜禽养殖活动的影响。③2023-2035年陕西省NH_(3)排放总量在粗放发展状态下呈增长态势,2035年排放量较2020年增长约110%。基于2020年控制政策下的基准发展模式,人为源和畜禽养殖NH_(3)排放量均于2030年左右达到高峰(分别为33.01×10^(4)和18.90×10^(4)t),与“碳达峰”时间一致,其2035年排放量较2020年分别增加39.9%和18.3%;在绿色发展情景下,2035年人为源NH_(3)排放量较2020年下降14.42×10^(4)t;在GAINS模型建立的政策加强(PR)减排情景下,2035年人为源和畜禽养殖的NH_(3)排放量较2020年分别下降36.4%和16.9%~37.8%。研究显示,当前NH_(3)排放控制措施支持陕西省2030年前完成“碳达峰”目标,但之后的减排效果不明显;PR情景假设中,通过建设低排放房舍、粪便覆盖储存和低NH_(3)施用等多种减排措施相互组合可以提高减排效果,从而达到重点控制畜禽养殖源NH_(3)排放的目的。

关键词： NH_(3)排放清单 STIRPAT情景模拟 BP神经网络 NH3减排潜势

碳达峰情景下中国民用航空机场大气污染物及碳排放清单研究

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环境科学学报 2024年第7期44卷 428-437页

作者：徐鑫尤倩张峥张苾菂伯鑫王昭桐北京化工大学环境科学与工程系北京100029 北京化工大学北化中国工业碳中和研究院北京100029 首都经济贸易大学管理工程学院北京100070

基于2021—2022年中国民航局发布的机队配置数据和飞机起飞降落的航班数据,利用国际民航组织(ICAO)提供的标准排放量模型,自下而上编制了2021年及2022年中国内地(不含港澳台地区)民用航空机场高分辨率LTO循环过程的大气污染物及碳排放清... 详细信息

基于2021—2022年中国民航局发布的机队配置数据和飞机起飞降落的航班数据,利用国际民航组织(ICAO)提供的标准排放量模型,自下而上编制了2021年及2022年中国内地(不含港澳台地区)民用航空机场高分辨率LTO循环过程的大气污染物及碳排放清单(HC、NO_(x)、CO、PM、SO_(2)、CO_(2)),并开展了污染物排放特征分析.此外,对民用航空机场开展了“碳达峰”情景下不同低碳路径的分析研究,设定并分析了基准情景、飞机性能优化情景和替代燃料情景,以期寻求“碳达峰”情景下机场减污降碳的最佳路径.结果表明,2022年中国民航机场LTO循环NO_(x)、CO、HC、SO_(2)、PM和CO_(2)排放量分别为7.80×10^(4)、6.17×10^(4)、0.51×10^(4)、0.23×10^(4)、0.06×10^(4)、1079.60×10^(4) t,相比于2021年,2022年中国民航飞机LTO循环大气污染物及碳排放总量降低了26.41%.2021年华东地区的CO_(2)排放量最高,在总排放量中占比达25.94%,而2022年中南地区的CO_(2)排放量最高,占总排放量的27.03%.与其他两个情景相比,替代燃料情景到2030年累计碳排放量为16784.48×10^(4) t,减排效率最高,达到28.35%.因此,“碳达峰”情景下民用航空机场减污降碳的最佳路径为选用替代燃料技术.研究结果有助于厘清中国民用航空机场大气污染物及碳的排放特征,为机场实时监管提供数据支持,并为探索有效的航空业减污降碳实施路径提供新思路.

关键词：民用航空机场 LTO循环排放清单减污降碳碳达峰