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城市河道表层水及沉积物中微塑料的污染现状与污染行为

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环境科学 2020年第8期41卷 3612-3620页

作者：赵昕陈浩贾其隆沈忱思朱弈李磊聂云汉叶建锋东华大学环境科学与工程学院上海201620 上海市环境科学研究院上海200233

河流是微塑料从陆地向海洋传输的关键路径,在近年来得到了越来越多的研究重视.但实际上,目前关于城市不同区域河道表层水及沉积物中微塑料的污染现状及污染行为研究仍十分有限,相关问题依然不甚清晰.本文以上海市中心城区及郊区城镇区域... 详细信息

河流是微塑料从陆地向海洋传输的关键路径,在近年来得到了越来越多的研究重视.但实际上,目前关于城市不同区域河道表层水及沉积物中微塑料的污染现状及污染行为研究仍十分有限,相关问题依然不甚清晰.本文以上海市中心城区及郊区城镇区域的8条河道作为研究对象,共采集16个河道表层水及沉积物样品,采用高速摄像仪和傅立叶红外变换光谱仪鉴定样品中微塑料的丰度、尺寸、颜色、形状和类型等特征.结果表明,上海市城市河道表层水中微塑料的平均丰度为(7.5±2.8)个·L^-1,而沉积物中微塑料的平均丰度(以湿重计)则达到了(1575.5±758.4)个·kg^-1.微塑料尺寸越小丰度越高.其中,低于500μm、纤维状、透明色和聚酯类的微塑料始终在上海市城市河道中占据主导地位,但沉积物中的微塑料分布更具多样性.相对于国内外其他城市河道中的微塑料污染,上海市城市河道中的微塑料污染较为严重.不同城市河道中,微塑料的形状和聚合物类型分布受到来源(主要为洗衣废水、个人护理产品和塑料废弃物等)、水动力学条件和本身理化性质等各种因素的较大影响.还进一步讨论了城市河道中微塑料的污染行为(来源、传输与归趋),并解析了各种环境因子对其造成的潜在影响.

关键词：微塑料城市河道污染丰度形状分布聚合物组成污染行为

基于溶解性有机物分子指纹特征解析城市河道污染来源与机制

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环境科学 2023年第8期44卷 4353-4363页

作者：朱弈叶建锋孙晓楠胡曙煜陈勋唐建飞陈浩同济大学环境科学与工程学院上海200092 上海市环境科学研究院上海200233

溶解性有机物(DOM)是河道污染物的重要组成部分,是构成黑臭的主要原因.在我国城市黑臭水体治理攻坚新形势下,针对广泛存在的复合污染源信息不明确的难题,进一步从分子层面解析河道DOM成分是深入探究河道污染来源、成因和形成机制,从而... 详细信息

溶解性有机物(DOM)是河道污染物的重要组成部分,是构成黑臭的主要原因.在我国城市黑臭水体治理攻坚新形势下,针对广泛存在的复合污染源信息不明确的难题,进一步从分子层面解析河道DOM成分是深入探究河道污染来源、成因和形成机制,从而实现高效治理的关键环节.以某大型城市的中心城区河道作为研究对象,分别选取了受4个分流制和合流制排水系统的放江污水严重影响的共5个河道断面,应用傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)分别对各点位旱天和雨天时的表层水和沉积物样品中DOM分子式、元素组成和群组成分进行全谱解析与数据分析.结果表明:①城市河道DOM虽然以CHO和木质素类化合物为主,但人为源有机物(脂肪类和蛋白质类化合物)以及CHOS等杂原子化合物的较高占比揭示了河道受人为污染的现状,同时带来DOC、TN和NH_(4)^(+)-N的升高;②C_(17)H_(28)O_(3)S和C_(18)H_(30)O_(3)S等表面活性剂类化合物普遍存在于所有城市河道中,可以作为生活污水污染的标志物;③雨天时降雨、地表径流的输入和水力扰动等因素共同导致了河道中CHO和木质素类化合物的占比增加,蛋白质类和脂肪类化合物占比降低,表层水中DOC、TN和NH_(4)^(+)-N浓度升高,沉积物中指标浓度、蛋白质类和脂肪类化合物占比降低.④合流制排水系统的受纳河道中比分流制排水系统中存在更高丰度的多杂原子化合物和稠环芳烃类化合物,可能受到更多的生活污水与径流污染,尤其是餐厨废水.这项研究为新阶段下明晰关键污染成因提供了新思路,为后续进一步实现水体污染精准防治提供了数据基础.

关键词：溶解性有机物(DOM) 傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS) 城市河道元素组成群组成分

宜昌市东山运河微塑料污染评估及年排放量估算

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环境科学 2024年第3期45卷 1448-1456页

作者：丁爽李卫明张续同刘子健高雅坤李映成王芳炜三峡大学水利与环境学院宜昌443002 三峡大学三峡水库生态系统湖北省野外科学观测研究站宜昌443002

微塑料作为一种新兴的污染物受到世界的广泛关注.城市是微塑料污染产生的重点区域,而城市水体则是微塑料向其他淡水环境传输的重要载体.以宜昌市城区东山运河为研究对象,于2022年7月和10月分别通过现场采样、显微镜观察和傅里叶红外光... 详细信息

微塑料作为一种新兴的污染物受到世界的广泛关注.城市是微塑料污染产生的重点区域,而城市水体则是微塑料向其他淡水环境传输的重要载体.以宜昌市城区东山运河为研究对象,于2022年7月和10月分别通过现场采样、显微镜观察和傅里叶红外光谱测定等方法,鉴定和分析了东山运河水体中微塑料的赋存特征和潜在污染来源,并依据风险指数(H)、污染负荷指数(PLI)模型和比例流量法定量评估了水体中微塑料的生态风险和年排放量.结果表明,东山运河表层水中微塑料的平均丰度为(7 295±1 051) n·m^(-3)(7月)和(5 145±762.6) n·m^(-3)(10月);其中,纤维状(27.63%~63.23%)、尺寸<0.5 mm(75.68%~96.2%)和彩色(22.73%~61.83%)的微塑料占据主导地位,材质以PE(30.1%)和PET(26.33%)为主;两种模型的评估结果显示,东山运河生态风险指数属于Ⅲ类,总体污染负荷属于Ⅰ类,部分点位污染负荷达Ⅱ类;通过估算得出东山运河每年向长江输送微塑料约3.37 t.总体而言,宜昌市东山运河微塑料污染程度属于中等,其污染来源可能是洗衣废水、个人护理产品和塑料废弃物等.

关键词：微塑料(MPs) 城市河道污染赋存生态风险排放量

黄河兰州段城市河道表层沉积物重金属空间分布特征及来源解析

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环境科学 2023年第5期44卷 2562-2573页

作者：李军李旭李开明焦亮臧飞毛潇萱潘文惠米璇兰州城市学院城市环境学院兰州730070 西北师范大学甘肃省绿洲资源环境与可持续发展重点实验室兰州730070 兰州大学草地农业科技学院兰州730020 兰州大学资源环境学院甘肃省环境污染预警与控制重点实验室兰州730000

为研究黄河流域城市河道表层沉积物重金属污染特征和来源,以黄河兰州段为研究区,采集46个表层沉积物样品并测定了重金属Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg和Pb的含量.分别采用单因子污染指数(Pi)、地累积指数(Igeo)和沉积物污染指数(SPI)对这... 详细信息

为研究黄河流域城市河道表层沉积物重金属污染特征和来源,以黄河兰州段为研究区,采集46个表层沉积物样品并测定了重金属Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg和Pb的含量.分别采用单因子污染指数(Pi)、地累积指数(Igeo)和沉积物污染指数(SPI)对这8种重金属污染特征和生态风险进行了评估,并利用相关性分析方法(CA)、正定矩阵因子分解法(PMF)和主成分分析/绝对主成分分数法(PCA/APCS)相结合的手段解析了表层沉积物中重金属的来源.结果表明,表层沉积物重金属平均含量除As之外,其余7种重金属的平均含量均高于兰州市和甘肃省土壤元素背景值;空间上,各重金属元素含量高值集中于河道拐弯处;单因子污染指数和地累积指数结果均表明,表层沉积物以Cr污染为主,Cd和Ni污染次之;沉积物污染指数结果表明,重金属生态风险等级为自然-低风险级别.研究区表层沉积物中Cr、Ni、Zn、As、Cd和Pb等重金属的主要来源为工农业混合源、自然源以及工业和交通活动复合源,贡献率分别为77.6%、11.4%和11%.

关键词：城市河道沉积物重金属污染特征来源解析

再生水河道浮游微生物多样性季节变化分析:以北运河为例

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环境科学 2022年第8期43卷 4097-4107页

作者：袁训超王敏郭逍宇吴东丽首都师范大学资源环境与旅游学院北京100048 中国气象局气象探测中心北京100081

浮游微生物作为分解者在城市水生生态系统发挥重要作用,但外界环境变化显著影响其在污染物降解和转化过程的作用.以高度人工化的北运河为研究区域,利用16S rRNA高通量测序结果分析了浮游微生物群落结构的季节变化,以揭示以再生水为主要... 详细信息

浮游微生物作为分解者在城市水生生态系统发挥重要作用,但外界环境变化显著影响其在污染物降解和转化过程的作用.以高度人工化的北运河为研究区域,利用16S rRNA高通量测序结果分析了浮游微生物群落结构的季节变化,以揭示以再生水为主要补给水源的城市河道浮游微生物多样性季节变化机制及其与环境因子的响应关系.结果表明,浮游微生物群落多样性和群落结构组成存在显著的季节变化.季节性降雨和再生水补给物理扰动过程引起的水体扩散能力增强是夏季α多样性显著高于春季的直接原因,同时减弱了夏季浮游微生物群落多样性空间分化程度.季节性径流和温度是影响高度人工化城市河道水文水质季节变化的主要原因,由于季节性径流和温度变化引起的NO~-_(2)-N和TP变化是河道浮游微生物多样性变化的主要原因.春季季节性断流导致的北运河水体还原性状态,使得春季水体中富集的细菌大都为厌氧菌,如与溶解性有机物降解有关的拟杆菌门(Bacteroidetes)和与反硝化过程有关的纤细菌门(Gracilibacteria)等.而夏季季节性径流和频繁降雨以及河道闸坝、闸门开闭频率增高引起的水体复氧能力增强,一方面显著缓解河道营养物质污染,另一方面使得夏季水体中富集的细菌大多为好氧菌或兼性厌氧菌,如具有嗜高温特性的蓝藻(Cyanobacteria)和绿弯菌门(Chloroflexi)等自养微生物,以及在污染物降解转化过程中有重要作用的酸杆菌门(Acidobacteria)和芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)等.研究结果对以再生水为补给水源的城市河道污染治理和生态修复有实际指导意义.

关键词：再生水城市河道微生物多样性季节变化环境解释

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城市河道水质多级净化技术研究

中国农村水利水电 2023年

作者：杨朝彬中电建生态环境集团有限公司

随着人们对美好生活需要的日益增长，城市河道水环境成为提升城市品位、改善居民生活质量的重要组成部分。各地区在水环境治理方面开展了大量的工作，整体水环境质量不断提升，但部分河道水质仍存在超标现象，在流域内实施了截污治污、... 详细信息

随着人们对美好生活需要的日益增长，城市河道水环境成为提升城市品位、改善居民生活质量的重要组成部分。各地区在水环境治理方面开展了大量的工作，整体水环境质量不断提升，但部分河道水质仍存在超标现象，在流域内实施了截污治污、河道清淤、生态补水等工程措施基础上，需对流域内水质超标河道进行水生态综合治理，进一步提升河道水质。本研究通过现状调查摸清本底及水质提升需求，对流域内内源污染、点源污染、面源污染、大气干湿沉降污染等污染负荷分析，得出日均污染负荷，按既定的水质目标和设计水量、水文条件，计算水体所能容纳污染物的最大量，对比日均污染负荷和水体水环境容量，得出水体水环境自净容量提升需求。研究范围河道污染负荷主要来自于污水处理厂尾水和上游河道来水，河段主要污染物控制因子为COD、NH3-N、TP，结合生态湿地净化原理及净化效率、生态塘库沉水植物净化作用、生态河道对水体中氮、磷的净化能力，以复合型生态湿地为水质净化核心功能区以生态塘库及生态河道作为污染物降解和转化辅助措施，按区位空间条件及现状实际，提出实施生态湿地、生态塘库、生态河道多级净化复合型生态处理措施，通过多级净化，提升河道水环境自净容量，实现城市河道水质提升。该技术路线优势明显，适用性强，通过多种生态措施组合、低成本提升水环境自净容量，实现水质考核目标，并为其他区域提供可借鉴的治理思路，各区域可结合实际本底、空间条件和水质目标进一步分析研究，通过河道水质多级净化治理思路，发挥水生态建设的积极作用。

关键词：城市河道水质多级净化

城市河道底泥中微生物组成及其转化氮、硫污染物的潜力

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环境污染与防治 2022年第4期44卷 425-430页

作者：张肖静位登辉张红丽马冰冰张涵郑州轻工业大学材料与化学工程学院河南郑州450002

城市河道是城市生态系统的重要组成部分。以淮河流域某城市河道为研究对象,在了解其污染物分布特征的基础上,分析了底泥中的微生物组成,分别测定了厌氧氨氧化、硫酸盐还原氨氧化、异养反硝化、硫自养反硝化和硫酸盐还原等氮、硫转化过... 详细信息

城市河道是城市生态系统的重要组成部分。以淮河流域某城市河道为研究对象,在了解其污染物分布特征的基础上,分析了底泥中的微生物组成,分别测定了厌氧氨氧化、硫酸盐还原氨氧化、异养反硝化、硫自养反硝化和硫酸盐还原等氮、硫转化过程的潜力。结果表明:(1)底泥中微生物以变形菌门为主,相对丰度为30%左右,同时包含与氮、硫循环密切相关的浮霉菌门、疣微菌门等。(2)底泥具有反硝化、厌氧氨氧化、硫酸盐还原等氮、硫转化的潜力。异养反硝化、硫自养反硝化、厌氧氨氧化、硫酸盐还原氨氧化的总氮平均转化速率分别为0.0108、0.0015、0.0071、0.0020 mg/(g·h),这些过程对总氮转化的贡献分别为50.5%、7.0%、33.2%、9.3%。(3)有待进一步强化底泥硫酸盐还原氨氧化或硫自养反硝化的潜力,从而促进氮、硫污染物的高效转化。

关键词：城市河道黑臭氨氮有机物硫酸盐

城市河道硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合作用机制研究

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城市河道硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合作用机制研究

作者：翁蕊华东师范大学

学位级别：硕士

城市河道经黑臭整治后仍存在较高氮营养盐的普遍性问题,硫作为河道生态系统中重要的组成元素,其对河道氮转化过程的影响作用不容忽视,传统化能自养的“厌氧氨氧化”和“硫自养反硝化”如何参与其中的氮转化是一项值得探讨的工作。本研... 详细信息

城市河道经黑臭整治后仍存在较高氮营养盐的普遍性问题,硫作为河道生态系统中重要的组成元素,其对河道氮转化过程的影响作用不容忽视,传统化能自养的“厌氧氨氧化”和“硫自养反硝化”如何参与其中的氮转化是一项值得探讨的工作。本研究在对经黑臭整治工程后的河道现状调研的基础上,结合高通量测序、荧光定量PCR、宏基因组学和宏转录组学技术,系统评定了不同外部调控下硫自养反硝化与厌氧氨氧化的耦合潜力,并通过构建河道实验模拟体系,进一步研究不同外部调控(底泥投加硝酸钙、间歇曝气、硫代硫酸钠投加和黄铁矿投加)下硫自养反硝化与厌氧氨氧化过程的耦合作用关系,解析其中的微生物作用机制,确定相对优化的调控策略,以期为阐明水圈微生物驱动氮硫循环的基础理论提供有益补充,同时也为解决城市污染河道经治理消除黑臭后凸现的高氮营养盐问题提供技术支撑。主要的研究结果如下:(1)经黑臭整治后城市河道水环境DO含量较高(3.26-6.78 mg/L),p H值为7.32-7.54,COD和COD浓度分别为4.80-8.82 mg/L和33.90-42.33 mg/L;上覆水主要氮形态为硝态氮,总氮浓度和总磷浓度分别为2.01-4.27 mg/L和0.15-0.41 mg/L,远高于富营养化的限值;上覆水中硫酸盐含量较高、硫化物含量较低。底泥间隙水中主要氮形态为氨氮,总氮含量为26.60-72.33 mg/L,底泥中AVS(酸可挥发性硫)浓度为2356.15-4042.54 mg/kg。经黑臭整治后城市河道底泥中微生物以氮转化、硫转化以及降解有机物的功能菌群为主导,主要包括与硫氧化相关的Thiobacillus菌属、与反硝化相关的norank＿f＿Steroidobacteraceae、Dechloromonas和norank＿f＿Anaerolineaceae菌属以及与有机物降解相关的norank＿f＿Bacteroidetes＿vadin HA17和norank＿f＿norank＿o＿SBR1031菌属。此外,荧光定量PCR结果表明河道底泥中厌氧氨氧化菌hzs B功能基因含量为4.64ⅹ10-1.76ⅹ10 copies/g dry sediment。(2)硝酸钙介导下硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合的最佳剂量为NO-N/AVS=0.4,总氮去除率可达到90%以上,稳定时氨氮浓度为14.10±0.10 mg/L,分析认为该体系中硝酸钙与AVS的剂量比条件有助于刺激硫自养部分反硝化的发生,可为厌氧氨氧化提供反应基质亚硝氮,进而促进了硫自养部分反硝化与厌氧氨氧化过程耦合脱氮。微生物分析表明,NO-N/AVS比为0.4体系中与硫自养反硝化相关的Thiobacillus(硫杆菌属)和Sulfurimonas(硫单胞菌属)及与厌氧氨氧化相关的OLB14菌属的相对丰度均呈现同步显著增加的趋势。宏转录组测序结果也显示反硝化脱硫菌Thiobacillus和Sulfurimonas及厌氧氨氧化菌Candidatus Brocadia和Candidatus Jettenia在体系中具有活性表达,它们的相对丰度分别为0.12%、0.06%、1.78%和0.07%,进一步说明体系中存在硫自养反硝化和厌氧氨氧化。另外,该体系中与硫氧化相关的功能基因sox B、与反硝化相关的功能基因nar G和nir S及与厌氧氨氧化相关的功能基因hzs B的数量较高,说明该体系增强了硫氧化、反硝化和厌氧氨氧化微生物的活性。宏基因组测序结果也表明,在NO-N/AVS比为0.4体系中与反硝化和硫氧化过程相关的基因的相对丰度明显增加,特别是膜结合硝酸盐还原酶基因nar GHI的相对丰度较高(0.187%),证实了体系中存在较强的硫自养部分反硝化过程。(3)典型硫-铁矿物介导下存在硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合过程,但是由于体系中底泥内源氨氮向上覆水释放的影响作用以及较低的硝酸盐含量,使得二者的耦合过程与课题组前期研究结果相比相对较弱。通过高通量测序分析,发现常见的硫自养反硝化菌Thiobacillus为体系中的优势菌属;宏转录测序结果却表明具有活性表达的Thiobacillus相对较少,其在硫代硫酸钠组和黄铁矿组的相对丰度分别为0.020%和0.009%,但同时也发现这两个体系中存在具有活性表达的厌氧氨氧化菌Candidatus Scalindua,其相对丰度分别为0.008%和0.014%。此外,荧光定量PCR结果表明功能基因hzs B、nir S的丰度比显著增加,而功能基因sox B和nar G的丰度比变化较小;在宏基因组测序结果中也发现存在这些功能基因的表达,但不同的是,体系中Nar GHI基因的相对丰度较nir S基因和sox B基因增加得多,且在宏基因组测序中未检测到Hzs基因。这些不一致的结果说明微生物技术存在一定的局限性,因此建议结合同位素示踪技术等更为全面地分析耦合过程。(4)不同外部调控对河道模拟体系中

关键词：城市河道硫自养反硝化厌氧氨氧化硝酸钙硫代硫酸钠

城市河道沉积物中残留医用抗生素对反硝化潜势的抑制作用及机制

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环境科学学报 2019年第11期39卷 3877-3887页

作者：朱晓萌代彬彬严亚贵州省水利科学研究院贵阳550001 贵州省水利水电勘测设计研究院贵阳550001

研究了南明河贵阳城区段中沉积物的5种残留医用抗生素对沉积物反硝化潜势的影响,并采用荧光定量PCR及高通量测序方法检测了5种反硝化过程中的关键功能基因丰度以及编码nirS基因的细菌群落结构,探讨了抗生素残留影响反硝化潜势的微生物... 详细信息

研究了南明河贵阳城区段中沉积物的5种残留医用抗生素对沉积物反硝化潜势的影响,并采用荧光定量PCR及高通量测序方法检测了5种反硝化过程中的关键功能基因丰度以及编码nirS基因的细菌群落结构,探讨了抗生素残留影响反硝化潜势的微生物学机制.结果表明,南明河沉积物中5种目标抗生素中,诺氟沙星(norfloxacin,NFX)的浓度最高((537.13±212.69) ng·g^-1),并且对沉积物中反硝化潜势有显著抑制效果(p城市河道沉积物中的残留抗生素可能会削弱河道的反硝化脱氮能力从而加重河流氮污染状况,为评估抗生素污染的微生态效应提供了依据.

关键词：抗生素污染城市河道反硝化作用沉积物反硝化细菌 nirS