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基于分子生物学的微生物修复技术在石油污染环境中的应用

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生物工程学报 2024年第3期40卷 739-757页

作者：叶振城苏亦凡杨云锋清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室北京100084

日益增长的人类活动和工业生产带来的石油污染已成为严重的环境问题。微生物修复技术绿色环保,在石油污染修复中备受关注。分子生物学技术的应用使微生物修复技术发生了迅猛变革,并为高效降解菌剂的开发提供了资源,但目前还存在物种注... 详细信息

日益增长的人类活动和工业生产带来的石油污染已成为严重的环境问题。微生物修复技术绿色环保,在石油污染修复中备受关注。分子生物学技术的应用使微生物修复技术发生了迅猛变革,并为高效降解菌剂的开发提供了资源,但目前还存在物种注释结果不够全面和精确、检测灵敏度有限等缺点。其他微生物修复技术在提高石油污染物的降解效率以及减少其对环境的危害等方面也具有相当大的潜力,特别是生物表面活性剂和生物刺激剂,修复周期较短,修复成本相对较低,在未来可以大规模应用。另外,分子生物学与其他微生物修复技术的结合成为降解石油污染物的有效工具。本文总结了分子生物学手段在石油污染环境中的应用,梳理了近年来微生物修复石油污染方法的研究进展,讨论了现有微生物修复技术的修复效果,并对未来微生物修复技术的发展方向进行了展望。

关键词：石油污染微生物修复分子生物学生物表面活性剂生物刺激联合修复

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

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大气烷基硝酸酯的实地测量

化学学报 2024年第3期82卷 323-335页

作者：李春萌毕哲王海潮陆克定中国计量科学研究院环境计量中心中山大学大气科学学院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国家环境保护大气臭氧污染防治重点实验室

烷基硝酸酯(ANs)是对流层大气中重要的污染物,其收支过程对大气氮、碳的分布,光化学循环以及二次有机气溶胶生成等具有重要影响.大气ANs种类繁多,浓度低且化学性质活泼,因此ANs的准确测量是大气监测领域的巨大挑战.概述了大气ANs化学机... 详细信息

烷基硝酸酯(ANs)是对流层大气中重要的污染物,其收支过程对大气氮、碳的分布,光化学循环以及二次有机气溶胶生成等具有重要影响.大气ANs种类繁多,浓度低且化学性质活泼,因此ANs的准确测量是大气监测领域的巨大挑战.概述了大气ANs化学机理,系统梳理并总结了ANs单物种和总量的实地测量技术进展,主要包括气相色谱电子捕获技术、质谱技术、荧光光谱技术和吸收光谱技术.研究表明吸收光谱技术具有结构简单易维护的特征,是具有较大发展潜力的ANs总量测量方法,质谱技术在ANs分物种测量方面具有其独特优势,但物种化的标准源和标定技术是亟待突破的关键瓶颈.最后,系统归纳了不同环境类型的ANs浓度分布特征,并对ANs化学研究难点和发展趋势进行展望.

关键词：烷基硝酸酯化学机理单物种测量总量测量实地测量

城市河流CH_(4)和N_(2)O产生及排放研究进展

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环境科学 2024年第8期45卷 4932-4945页

作者：李轩苑心门聪杨静怡左剑恶清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室北京100084 北京科技大学能源与环境工程学院工业典型污染物资源化处理北京市重点实验室北京100083 清华大学深圳国际研究生院深圳518055

甲烷(CH_(4))和氧化亚氮(N_(2)O)是备受关注的温室气体.近年来,城市河流已经成为不可忽视的CH_(4)和N_(2)O排放源,亟需予以关注.探究城市河流CH_(4)和N_(2)O产生及排放的时空特征、机制和影响因素对城市碳减排具有重要意义.通过梳理近2... 详细信息

甲烷(CH_(4))和氧化亚氮(N_(2)O)是备受关注的温室气体.近年来,城市河流已经成为不可忽视的CH_(4)和N_(2)O排放源,亟需予以关注.探究城市河流CH_(4)和N_(2)O产生及排放的时空特征、机制和影响因素对城市碳减排具有重要意义.通过梳理近20年国内外文献关于城市河流CH_(4)和N_(2)O溶存浓度与排放通量实测数据,总结了当前城市河流CH_(4)和N_(2)O排放的时空特征;估算得到2018年北京市城市河流的CH_(4)和N_(2)O排放量(以CO_(2)-eq计)分别为234.63 Gg和59.53 Gg,估算得到2018年上海市城市河流的CH_(4)和N_(2)O排放量(以CO_(2)-eq计)分别为159.86 Gg和260.24 Gg,表明城市河流是不容忽视的CH_(4)和N_(2)O排放源;整理了城市河流中CH_(4)和N_(2)O的产生/消耗过程与输入/输出过程;从河流内部理化性质、河流外部水文及植被条件、城市化进程的角度,分析了城市河流CH_(4)和N_(2)O产生与排放过程的主要影响因素;最后提出了城市河流CH_(4)和N_(2)O排放核算与减排的未来研究重点,为今后城市河流的温室气体减排提供理论支持.

关键词：城市河流碳排放甲烷(CH_(4)) 氧化亚氮(N_(2)O) 时空特征产排机制影响因素

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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

喹诺酮类抗生素对氢氧化细菌脱氮性能的影响途径与机理研究

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北京大学学报（自然科学版） 2024年第3期60卷 539-547页

作者：王希菘石刚丁凌云张曜宇张善发 Maurycy Daroch 陶虎春张丽娟北京大学深圳研究生院环境与能源学院深圳市重金属污染控制与资源化重点实验室深圳518055 深圳技术大学健康与环境工程学院深圳518118

针对一株氢氧化细菌***17进行污水生物脱氨氮研究,并应用分子生物学技术解析两种典型喹诺酮类抗生素及其混合物对TH17氨同化的影响途径和机理。结果表明,低浓度(5µg/L)喹诺酮类抗生素对TH17脱氮性能具有促进作用,浓度升高则出现抑制作... 详细信息

针对一株氢氧化细菌***17进行污水生物脱氨氮研究,并应用分子生物学技术解析两种典型喹诺酮类抗生素及其混合物对TH17氨同化的影响途径和机理。结果表明,低浓度(5µg/L)喹诺酮类抗生素对TH17脱氮性能具有促进作用,浓度升高则出现抑制作用,混合抗生素削弱了高浓度抗生素对TH17脱氮性能的抑制作用。在5µg/L喹诺酮类抗生素胁迫下,TH17氨同化基因表达上调,氨同化酶和抗氧化系统酶活性提升。同时,TH17抗性基因表达上调,增加了细胞的抗生素耐受性。进一步地,TH17胞内氨基酸、嘌呤和生物素代谢等通路显著上调,为氮代谢提供能量、底物和辅酶,最终提升了氨同化性能。研究结果从基因、酶和代谢物分子水平上揭示了低浓度喹诺酮类抗生素对TH17脱氮性能的影响途径与机理,可为污水生物脱氮新技术的开发和应用提供理论支撑。

关键词：氢氧化细菌氨同化抗生素代谢组学

污泥热水解厌氧消化滤液处理工程溶解性有机物

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中国环境科学 2024年第2期44卷 699-707页

作者：岳文慧刘吉宝郭建宁魏源送隋倩雯中国科学院生态环境研究中心环境模拟与污染控制国家重点联合实验室北京100085 中国科学院生态环境研究中心水污染控制实验室北京100085 中国科学院大学北京100049 深圳信息职业技术学院广东深圳518172

以典型的污泥热水解厌氧消化滤液处理工程为对象进行现场调查.结果表明,滤液中氨氮和COD的浓度分别高达(2034±465),(4128±276) mg/L,滤液中溶解性有机物(DOM)主要是大分子难降解有机物,大于1000Da的DOM占80.6%.现有“生物预处理+两级A... 详细信息

以典型的污泥热水解厌氧消化滤液处理工程为对象进行现场调查.结果表明,滤液中氨氮和COD的浓度分别高达(2034±465),(4128±276) mg/L,滤液中溶解性有机物(DOM)主要是大分子难降解有机物,大于1000Da的DOM占80.6%.现有“生物预处理+两级AO-MBR”滤液处理工艺总体上可实现高效脱氮(TN去除率94.9%)和部分COD去除(69.9%).脱氮主要依赖生物预处理单元(去除贡献率为79.9%),而DOM去除主要依赖MBR工艺的膜过滤(去除贡献率为184.7%).膜过滤截留的DOM依次为高分子聚合物>腐植酸类物质>低分子有机酸和中性物质,出水DOM主要以腐植酸和富里酸类物质为主,且腐殖化程度增高.现有的水洗、酸洗和碱洗对膜的有机污染均有一定的清洗效果,但清洗液中DOM类型差异明显.

关键词：污泥厌氧消化溶解性有机物(DOM) 腐殖质有机组分三维荧光光谱

基于生态系统服务的生态安全格局构建与生态韧性评估——以长株潭城市群为例

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生态学报 2024年第11期44卷 4650-4661页

作者：孙梓渊王赛鸽陈彬湖南工商大学资源环境学院长沙4102052 北京师范大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点实验室北京100875

构建生态安全格局对于保障区域生态安全、优化国土生态空间具有重要意义,科学评估生态韧性是城市高质量发展的重要议题之一。以长株潭城市群为研究对象,基于“源地识别-阻力面构建-廊道提取”的生态安全格局构建模式,定量评估固碳释氧... 详细信息

构建生态安全格局对于保障区域生态安全、优化国土生态空间具有重要意义,科学评估生态韧性是城市高质量发展的重要议题之一。以长株潭城市群为研究对象,基于“源地识别-阻力面构建-廊道提取”的生态安全格局构建模式,定量评估固碳释氧、土壤保持和水源涵养三项生态系统服务功能以识别源地,结合自然和人为因素构建阻力面,使用Linkage Mapper工具基于最小成本路径理论识别生态廊道,提出了一套基于生态安全格局构建过程的生态韧性评估框架,并结合Fragstats和Conefor Sensinode软件对其进行综合评价。研究结果显示:(1)长株潭城市群共55块生态源地,面积为7747.75km^(2),占城市群总面积的27.58%,东部和南部源地较为集中,西部较分散,林地是生态源地的主要组成部分;生态廊道共113条,廊道总长度为1458.97km,平均长度为12.91km,主要分布于研究区西部和北部。(2)结合生态源地和生态廊道构建了长株潭城市群“一心一环”生态安全格局,可有效缓解长株潭城市群中部生态用地“空心化”的格局。(3)研究区55块生态源地的韧性指数介于0.1265—0.4682之间,空间上呈现出东高西低,南高北低的特征;113条生态廊道的韧性指数介于0.0027—0.8002之间,韧性指数较高的廊道主要分布在研究区东部和南部,韧性指数较低的廊道分布在西部、中部和北部。西部和中部或将成为影响长株潭城市群生态安全的关键区域,在城市规划过程中应重点关注。研究结果对优化城市空间布局、维护区域生态安全和促进区域一体化发展具有重要意义,并为区域生态韧性的评估提供了新的思路。

关键词：生态安全格局生态系统服务生态韧性

观澜河流域水体中20种邻苯二甲酸酯的分布特征与生态风险

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北京大学学报(自然科学版) 2024年

作者：董艳冉张彦丽朱有长崔思涵李典宝许楠深圳市重金属污染控制与资源化重点实验室北京大学深圳研究生院环境与能源学院

以深圳市观澜河为例，分析20种邻苯二甲酸酯（PAEs）在水体中的污染水平、来源和时空分布特征，同时对其生态风险进行评价。结果显示， 2021年旱季和雨季观澜河水体中∑20PAEs浓度范围分别为30.29～9755.87 ng/L和359.87～27247.01 n... 详细信息

以深圳市观澜河为例，分析20种邻苯二甲酸酯（PAEs）在水体中的污染水平、来源和时空分布特征，同时对其生态风险进行评价。结果显示， 2021年旱季和雨季观澜河水体中∑20PAEs浓度范围分别为30.29～9755.87 ng/L和359.87～27247.01 ng/L，平均浓度分别为2550.73 ng/L和5262.87 ng/L，雨季的污染程度高于旱季。干流∑20PAEs浓度显著低于支流（p 污染比污水厂上游河段更为严重。PAEs中邻苯二甲酸二异辛酯（DEHP）和邻苯二甲酸二异丁酯（DIBP）分别为旱季和雨季含量最高的物质，且DEHP的浓度占比在污水厂下游河段显著高于污水厂上游河段（p < 0.05）。来源解析表明，观澜河中PAEs的来源复杂，包括塑料、化妆品和个人护理品等。生态风险评估发现， PAEs对藻类的生态风险最高。大部分采样点的生态风险商值都大于1，表明PAEs在观澜河水体中的生态风险较高，需引起重视，尤其要关注DEHP的生态风险问题。

关键词：邻苯二甲酸酯观澜河时空分布来源解析生态风险评估