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基于APCS-MLR和PMF的污灌与工业复合区农田土壤重金属来源解析

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环境科学 2024年第8期45卷 4812-4824页

作者：刘德新孟凡磊段海静李一蒙马建华河南大学地理与环境学院开封475004 河南大学黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室开封475004 河南大学土壤重金属污染控制与修复工程研究中心开封475004

基于开封市污灌与工业复合区农田表土样品,测定8种重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As和Hg)含量,利用绝对因子得分-多元线性回归(APCS-MLR)模型和正定矩阵因子分解(PMF)模型,结合相关性分析和系统聚类分析对土壤重金属来源和贡献率进行... 详细信息

基于开封市污灌与工业复合区农田表土样品,测定8种重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、As和Hg)含量,利用绝对因子得分-多元线性回归(APCS-MLR)模型和正定矩阵因子分解(PMF)模型,结合相关性分析和系统聚类分析对土壤重金属来源和贡献率进行解析.结果表明:①研究区ω(Cr)、ω(Ni)、ω(Cu)、ω(Zn)、ω(Cd)、ω(Pb)、ω(As)和ω(Hg)平均值分别为52.19、25.00、42.03、323.53、1.79、53.45、9.43和0.20 mg·kg^(-1),其中Cr、Ni和As低于潮土背景值,Cu、Zn、Cd、Pb和Hg高于潮土背景值.②8种重金属有4种来源:自然源、农业污水灌溉源、工业大气沉降源和交通运输源,Cr和Ni主要为自然源,Cu、Zn、Cd和Pb主要为农业污水灌溉和交通运输,As主要为自然源和农业污水灌溉,Hg主要为工业大气沉降.③APCS-MLR和PMF源解析结果表明工农业活动是研究区土壤重金属的主要来源.研究区9个采样小区APCS-MLR平均贡献率为76.01%(自然源和农业污水灌溉源)、22.71%(工业大气沉降源和交通运输源)和1.28%(未知源),PMF平均贡献率为59.66%(自然源和农业污水灌溉源)和40.34%(工业大气沉降源和交通运输源),其中LZ、XZ、NLT、PT、YLZ和BC的两种模型源解析结果基本一致,WL在APCS-MLR模型更优,SG和QT在PMF模型更优.研究结果可为土壤重金属污染防治和环境修复提供科学依据.

关键词：污灌与工业复合区农田土壤绝对因子得分-多元线性回归(APCS-MLR) 正定矩阵因子分解(PMF) 源解析

基于APCS-MLR模型的开封市公交站周边灰尘重金属源解析及健康风险评估

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环境科学 2024年第6期45卷 3502-3511页

作者：段海静申浩欣彭超月任翀王艳锋刘德新王玉龙郭瑞超马建华河南大学地理与环境学院开封475004 河南大学黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室开封475004 河南大学土壤重金属污染控制与修复工程研究中心开封475004

为揭示城市交通系统对城市生态环境质量的影响,选择受交通影响扰动较强的环境指示物——公交站地表灰尘作为研究对象,利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)和电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-ASE)分别测定灰尘中8种重金属(V、Cr、Co、Ni... 详细信息

为揭示城市交通系统对城市生态环境质量的影响,选择受交通影响扰动较强的环境指示物——公交站地表灰尘作为研究对象,利用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)和电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-ASE)分别测定灰尘中8种重金属(V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb)含量,应用地累积指数和污染负荷指数法分析灰尘重金属的污染程度和空间分布特征,通过定性(相关性分析、主成分分析)和定量[绝对因子得分-多元线性回归模型(APCS-MLR)]相结合的方法开展公交站附近地表灰尘重金属来源探讨,应用克里格空间插值法明晰重金属不同来源的空间分布特征,利用美国环境保护署提出的健康风险评价模型来评价人体健康风险.结果表明,开封市公交站地表灰尘重金属ω(V)、ω(Cr)、ω(Co)、ω(Ni)、ω(Cu)、ω(Zn)、ω(Cd)和ω(Pb)平均值依次为:68.36、59.73、5.81、19.34、40.10、208.32、1.01和49.46 mg·kg^(-1),灰尘中重金属(Cd、Zn、Pb、Cu、Cr)含量平均值均高于开封市周边灰尘背景值,分别是背景值的3.37、2.70、2.01、1.95和1.28倍;8种重金属的地累积指数顺序为:Cd>Zn>Pb>Cu>Cr>V>Ni>Co,其中Cd、Zn、Cu和Pb属于轻度污染水平,其他元素为无污染;源解析结果显示,Cr、Co和Ni为自然源元素,Cu、Zn、Pb和Cd为交通源元素,V则来源于工业-自然混合源.APCS-MLR结果表明,4种来源的平均贡献率依次为自然源为34.17%,交通源为29.84%,工业-自然混合源为14.64%,未知源为21.35%,其中交通源贡献率空间分布规律与交通量及公交线路密集度分布趋势一致.由健康风险评价可知,儿童的总致癌风险指数和总非致癌风险指数均高于成人,Cr为主要的非致癌因子,Cd为主要的致癌因子,自然源和交通源分别对非致癌风险和致癌风险的贡献率最高.

关键词：灰尘重金属污染评价源解析健康风险公交车站

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巯基改性生物炭对Cd污染土壤的钝化修复及土壤微生物响应

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环境科学 2024年

作者：焦志强葛世纪郑文秀柳金辉陈铭孔雨可王洋洋河南大学地理与环境学院河南省土壤重金属污染控制与修复工程研究中心 .河南大学环境与规划国家级教学示范中心

为探究畜禽粪便生物炭对Cd污染土壤的钝化修复效果及其土壤环境效应，以牛粪生物炭（BC）和巯基改性牛粪生物炭（SBC）为钝化材料，Cd污染土壤为修复对象，利用室内土壤培养实验，研究BC及SBC对土壤理化性质、Cd生物有效性和微生物群落... 详细信息

为探究畜禽粪便生物炭对Cd污染土壤的钝化修复效果及其土壤环境效应，以牛粪生物炭（BC）和巯基改性牛粪生物炭（SBC）为钝化材料，Cd污染土壤为修复对象，利用室内土壤培养实验，研究BC及SBC对土壤理化性质、Cd生物有效性和微生物群落结构的影响，并利用结构方程模型（SEM）解析BC和SBC对土壤微生物群落的影响路径. 结果表明，与CK相比，BC和SBC均提高了土壤pH值、速效钾、速效磷及有机质含量，但降低了土壤碱解氮含量. BC对土壤Cd的钝化效果较差，最高钝化效率仅为14.97%；而SBC则可显著降低土壤Cd有效态含量（P0.05）. SEM分析显示，SBC处理中土壤速效磷、速效钾、有机质及pH值是影响土壤Cd有效态的关键因子，而土壤有机质及Cd有效态是影响土壤微生物群落组成的关键因素. 总体而言，SBC可高效钝化土壤Cd污染并提高土壤中优势菌群的丰度，在Cd污染土壤钝化修复中具有一定的应用潜力.

关键词： Cd污染畜禽粪便改性生物炭结构方程模型微生物响应

部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜的制备及油水分离性能研究

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膜科学与技术 2024年第1期44卷 45-55页

作者：张紫莹肖芬盛明鑫董永全重金属污染物控制与资源化国家地方联合工程研究中心南昌330063 南昌航空大学环境与化学工程学院南昌330063

聚四氟乙烯(PTFE)是一种强疏水的氟碳材料,很难用相转化成膜。本文将PTFE粉体分散在聚偏氟乙烯(PVDF)溶液中得到PTFE悬浮液,首先用干湿相转化法制得PTFE/PVDF中空纤维膜胚;然后在氮气气氛下进行部分碳化,制得部分碳化PTFE/PVDF中空纤维... 详细信息

聚四氟乙烯(PTFE)是一种强疏水的氟碳材料,很难用相转化成膜。本文将PTFE粉体分散在聚偏氟乙烯(PVDF)溶液中得到PTFE悬浮液,首先用干湿相转化法制得PTFE/PVDF中空纤维膜胚;然后在氮气气氛下进行部分碳化,制得部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜.用热重分析法、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜研究了PTFE/PVDF中空纤维膜胚的碳化工艺、膜碳化前后表面元素和微观结构变化情况;最后测试了膜的亲疏水变化和油水分离性能.结果表明:PTFE/PVDF中空纤维膜胚中的PVDF在360~450℃时发生C-H断裂,PTFE保持原结构,可以得到部分碳化PTFE/PVDF中空纤维膜.经部分碳化工艺制得的中空纤维膜孔径减小,形成连续、完整的微孔结构.当PTFE含量为40%时,碳化后制得的膜接触角达到102°,疏水性提高;对10%的模拟含油废水的渗透通量达到30 L/(m^(2)·h)(跨膜压差:0.1 MPa)、分离效率达到80%,呈现出较好的油水分离性能和商业应用价值.

关键词：油水分离非溶剂致相分离-碳化聚四氟乙烯中空纤维膜

厌氧氨氧化污泥中氮代谢与重金属抗性基因的分布及关联性

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中国环境科学 2024年

作者：瞿才燕唐溪成思源关惠泽唐崇俭中南大学冶金与环境学院国家重金属污染防治工程技术研究中心

厌氧氨氧化菌群的重金属抗性是其在重金属胁迫下保持较高脱氮性能的关键，而污泥形态对重金属抗性有较大影响。为揭示不同聚集形态污泥中氮代谢和重金属抗性之间的相互作用，本文基于宏基因组分析了颗粒污泥、絮状污泥和生物膜中氮代谢... 详细信息

厌氧氨氧化菌群的重金属抗性是其在重金属胁迫下保持较高脱氮性能的关键，而污泥形态对重金属抗性有较大影响。为揭示不同聚集形态污泥中氮代谢和重金属抗性之间的相互作用，本文基于宏基因组分析了颗粒污泥、絮状污泥和生物膜中氮代谢基因和重金属抗性基因的丰度分布及关联性。基因丰度分析揭示了颗粒污泥中氮代谢基因总丰度和重金属抗性基因总丰度均高于絮状污泥(分别高24.5%和5.5%)和生物膜(分别高57.9%和16.7%)，表明颗粒污泥具有最高的氮代谢潜力和重金属抗性。相关性网络分析进一步显示颗粒污泥网络的平均度分别比絮状污泥网络和生物膜网络高63.0%和54.4%，表明颗粒污泥中氮代谢基因和重金属抗性基因之间相关性最强。因此，颗粒污泥是厌氧氨氧化工艺处理重金属氨氮废水的最佳污泥聚集形态。

关键词：重金属抗性氮代谢厌氧氨氧化污泥形态

四种竹材制浆性能及其在过滤基材中的应用研究

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中国造纸 2024年第7期 40-48页

作者：张艳曾靖山胡自豪李海龙华南理工大学造纸与污染控制国家工程研究中心

本研究以细叶龙竹、大叶龙竹、吊丝竹和甜竹4种3年生竹材为研究对象，对其微观结构、纤维形态、化学组分、纸浆及纸张性能进行了表征，以评估其在过滤基材中的应用潜力。结果表明，4种竹材平均纤维长度均在2 mm以上；综纤维素、木质素... 详细信息

本研究以细叶龙竹、大叶龙竹、吊丝竹和甜竹4种3年生竹材为研究对象，对其微观结构、纤维形态、化学组分、纸浆及纸张性能进行了表征，以评估其在过滤基材中的应用潜力。结果表明，4种竹材平均纤维长度均在2 mm以上；综纤维素、木质素和灰分含量分别为65%～73%、18%～26%和1%～3%；经硫酸盐蒸煮的纸浆细浆得率为30%～41%。竹浆滤材与针叶木闪急干燥浆滤材相比，竹浆滤材具有更高的松厚度和挺度，基于纸张松厚度、孔径、透气度、过滤效率、过滤阻力及品质因子评价，甜竹浆滤材过滤性能较好，品质因子达5.66，优于针叶木闪急干燥商品浆滤材。

关键词：竹浆纤维空气过滤基材透气度

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典型锡矿开采加工活动集中区域农田土壤重金属污染评价与源解析

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环境科学 2024年第8期45卷 4847-4859页

作者：张浙贾智彬伍思扬程亮王春荣胡健卢然生态环境部环境规划院重金属污染防治研究中心北京100012 中国矿业大学(北京)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北京100085

研究典型矿业开采加工活动集中区域农田土壤重金属污染状况与源解析,是推动矿山集中开采区农田土壤生态修复和农田保护的重要前提.通过采集西南地区某矿业开采区周边农田土壤,检测其重金属含量,并运用地累积指数法、综合污染指数法、克... 详细信息

研究典型矿业开采加工活动集中区域农田土壤重金属污染状况与源解析,是推动矿山集中开采区农田土壤生态修复和农田保护的重要前提.通过采集西南地区某矿业开采区周边农田土壤,检测其重金属含量,并运用地累积指数法、综合污染指数法、克里金插值法、健康风险评价法和PMF受体模型对重金属的污染状况、分布规律、健康风险和来源进行研究.结果表明,农田土壤中8种重金属除Ni外其他均值超过了当地土壤背景值.地累积指数评价结果为:Cd和Hg处于极度污染,Pb和As为中污染-重污染,Cr、Zn、Ni和Cu污染程度较轻.健康风险评价中经口摄入为主要暴露途径,且对人体构成健康风险,构成非致癌健康风险的主要元素为As,致癌风险则为As、***模型解析得出:含铁矿石的风化自然源贡献率为28.02%,主要因子为Ca和Fe;农业源贡献率为3.02%,主要因子为Pb和As;工业和大气沉降综合源贡献率为33.09%,主要因子为Hg;成土母质源贡献率为17.27%,主要因子为Ca;采矿与冶炼等矿业活动源贡献率为18.60%,主要因子为Zn和Cd.

关键词：锡(Sn)矿农田土壤重金属健康风险评价源解析

基于多种评估方法的垃圾中转站周边土壤重金属污染及生态风险

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环境化学 2024年

作者：段海静任翀申浩欣彭超月王艳锋刘德新王玉龙马清霞马建华河南大学黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室河南大学土壤重金属污染控制与修复工程研究中心河南大学地理与环境学院

选取我国北方某市内11个垃圾中转站周围土壤为研究对象，分析其Cd、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni元素含量，基于中国潮土背景值和土壤污染风险筛选值，分别采用内梅罗综合污染指数(NIPI)和改进型内梅罗综合污染指数(INI)评价重金属污染程度，潜... 详细信息

选取我国北方某市内11个垃圾中转站周围土壤为研究对象，分析其Cd、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni元素含量，基于中国潮土背景值和土壤污染风险筛选值，分别采用内梅罗综合污染指数(NIPI)和改进型内梅罗综合污染指数(INI)评价重金属污染程度，潜在生态风险指数(RI)和改进型潜在生态风险指数(NIRI)评价重金属生态风险.结果表明，研究区Ni、Cu、Pb、Cr、Zn、Cd元素平均含量分别为23.08、26.63、24.08、44.64、97.68、0.32 mg·kg-1. NIPI评价结果显示，以中国潮土背景值为参比时，各垃圾中转站总体上为重金属中度污染区；以风险筛选值为参比时，研究区10个垃圾中转站均处于安全无污染的水平，总体上不存在污染风险. INI评价结果显示，以中国潮土背景值为参比时，73%占比的垃圾中转站污染程度为未污染至中度污染；以风险筛选值为参比时，不仅其评价污染等级远高于中国潮土背景值，且各垃圾站受污风险程度排序与NIPI评估结果完全相反. RI评价结果显示，以中国潮土背景值为参比时，7个垃圾站为中度生态风险，4个为强生态风险；以风险筛选值为参比时，11个垃圾站均为轻微生态风险. NIRI评价结果显示与RI相似，以中国潮土背景值为参比时，研究区各垃圾中转站生态风险程度严重，以风险筛选值为参比时，所有样点的NIRI均低于30，研究区土壤重金属均为轻微生态风险.综合上述评价结果表明，INI不适合以风险筛选值为参比进行土壤重金属污染评估，RI和NIRI评估结果排序基本一致，五福路、刘寺、五顷四生活垃圾中转站生态风险最高，晋安路、吹古台、铁南新村垃圾中转站生态风险最低，表明中国潮土背景值和风险筛选值均适用于这两种评价方法.研究结果可为土壤重金属污染评价方法的选择提供参考建议.

关键词：土壤重金属垃圾中转站改进型内梅罗综合污染指数改进型潜在生态风险评价

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正渗透处理垃圾渗滤液的研究及工程实践进展

化工进展 2024年

作者：蒋兰英李振陈聪国家重金属污染防治工程技术研究中心中南大学冶金与环境学院水环境与农产品安全湖南省重点实验室

正渗透（FO）是一种“复活”的膜分离技术。FO过程中水的过膜自发传递及水压低的特点使其具备了低能耗、污染小的独特优势。本文在对FO的分离基本原理，膜材料、汲取液的研究前沿，以及产业发展现状进行简要介绍的基础上，汇总了全球有... 详细信息

正渗透（FO）是一种“复活”的膜分离技术。FO过程中水的过膜自发传递及水压低的特点使其具备了低能耗、污染小的独特优势。本文在对FO的分离基本原理，膜材料、汲取液的研究前沿，以及产业发展现状进行简要介绍的基础上，汇总了全球有关FO处理垃圾渗滤液的研发现状，包括组合工艺的开发、膜污染的防治、汲取液的选择和回收、有价物的回收、工艺技术经济分析，以及工程实践等。通过分析指出，FO+生物电化学系统（BES）在水回收的能耗、物耗方面优势显著，有良好的发展前景。间歇性渗透弛豫（IOR）反冲洗能有效去除膜污染，且过程不需要额外能量和化学试剂，易于操作，值得进一步的探讨。FO的技术经济特性对其在垃圾渗滤液处理中的应用非常关键，需要更加详细的了解。此外，现有商业FO膜的选择性普遍不高，导致了汲取液的污染和垃圾渗滤液处理过程效率的下降，有效控制膜的选择性仍然需要关注。期待随着研究的不断深入，最大程度发挥出FO的优势，为垃圾渗滤液处理行业可持续发展提供有效途径。

关键词：正渗透垃圾渗滤液处理工程