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水环境中含硫有机微污染物：污染现状、去除技术及机理分析

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环境化学 2024年

作者：金丽丽孔博宁陆俊杰黄辉任洪强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

含硫有机微污染物在国内外自然水体中高频检出，其主要包含生产生活中广泛应用的含硫医药和农药，具有难降解性及生物毒性，已形成较高环境风险.本文系统总结了含硫有机微污染物的种类及典型污染物理化性质，全面综述了其在水环境中的... 详细信息

含硫有机微污染物在国内外自然水体中高频检出，其主要包含生产生活中广泛应用的含硫医药和农药，具有难降解性及生物毒性，已形成较高环境风险.本文系统总结了含硫有机微污染物的种类及典型污染物理化性质，全面综述了其在水环境中的来源、环境风险及污染现状，采用文献计量学方法重点分析了含硫有机微污染物的去除技术及机理，并从优化污染物高精确度检测手段、完善复合污染物风险评估方法、开发高选择性的污染控制技术、建立效价官能团-环境效应数据库、加强区域水循环体系协同治理5个方面展望了未来研究的热点趋势，以期为水环境中含硫有机微污染物的有效削减及风险防控提供参考.

关键词：含硫有机微污染物环境风险污染现状去除技术去除机理

球磨法制备铁改性生物炭吸附水溶液中磷酸盐研究

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环境科学学报 2024年第5期44卷 37-47页

作者：高兴霍守亮同济大学环境科学与工程学院污染控制与资源化研究国家重点实验室上海200092 中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京100012

采用吸附法降低水体中磷酸盐浓度是目前治理和控制水体富营养化的常见手段之一.生物炭(BC)作为一种廉价的化学稳定型吸附材料,尤其适用于对阳离子型污染物的吸附与去除,但生物炭表面负电性和有限的吸附位点限制了其对磷酸盐的吸附性能.... 详细信息

采用吸附法降低水体中磷酸盐浓度是目前治理和控制水体富营养化的常见手段之一.生物炭(BC)作为一种廉价的化学稳定型吸附材料,尤其适用于对阳离子型污染物的吸附与去除,但生物炭表面负电性和有限的吸附位点限制了其对磷酸盐的吸附性能.本研究使用球磨法将氧化铁负载于玉米秸秆生物炭得到一种具备高效除磷性能的复合材料.使用X射线衍射光谱仪、扫描电子显微镜、氮气吸附-解吸、傅里叶红外光谱仪、X射线电子能谱、Zeta电位仪对复合材料进行了表征检测,采用系列批次实验考察了材料对水溶液中正磷酸盐(PO_(4)^(3-))的吸附性能和吸附机制.结果表明,球磨处理成功将氧化铁(Fe_(2)O_(3))负载至生物炭表面,极大地提高了生物炭比表面积(210 m^(2)·g^(-1))、Zeta电势和含氧官能团种类和数量.溶液初始pH和吸附剂投加量是影响磷酸盐去除率的关键因素.Langmuir方程能更好地拟合等温吸附过程:当溶液pH=5.0,投加量为2.0 g·L^(-1)时,制备的球磨氧化铁改性生物炭达到对磷酸盐的理论最大吸附量(45.03 mg·g^(-1)).吸附动力学过程更加符合假二级动力学方程,表明化学过程主导整个吸附过程.共存离子(Cl^(-)、NO_(3)^(-)和SO_(4)^(2-))对磷酸盐吸附性能的影响可忽略不计.连续6次的吸附-解吸实验结果说明球磨氧化铁负载生物炭具备较好的化学稳定性和可循环使用性.系列表征分析结果显示:主要的吸附机制包括表面络合、金属-磷桥接和配位吸附.本研究为水体中磷素控制提供了一种可行策略,也为高效吸附材料的制备提供了新的思路.

关键词：生物炭球磨法吸附磷酸盐

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

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黄河流域城市群土地利用变化与生态风险评价

中国环境科学 2024年第2期44卷 984-991页

作者：卿希李巍陆中桂北京师范大学环境学院水环境模拟国家重点实验室北京100875

选取黄河流域5个国家级城市群作为研究对象,结合6种土地利用类型回溯1990~2020年的土地利用变化,并采用生态风险指数分析评价区域生态风险及其演化特征.研究发现,过去30年在城市群地区,除耕地外草地减少最为明显,分别减少了16778km^(2)... 详细信息

选取黄河流域5个国家级城市群作为研究对象,结合6种土地利用类型回溯1990~2020年的土地利用变化,并采用生态风险指数分析评价区域生态风险及其演化特征.研究发现,过去30年在城市群地区,除耕地外草地减少最为明显,分别减少了16778km^(2)和7976km^(2),低风险区面积总体占比增加了7.1%且高风险区面积占比基本稳定,生态风险总体状况呈向好态势;但是,几字弯都市圈的高风险区占比增加约5%且相较其它城市群面积最大,作为兰西城市群核心的兰州市高风险区进一步扩大,中原和山东半岛城市群过去10年均有新的中高风险区出现.对此,建议制定并完善黄河流域城市群国土空间差异化管控对策,针对已存在和潜在高风险区开展土地利用和生态风险协同管控,同时进一步加强耕地、草地、林地等的保护和修复.

关键词：黄河流域城市群生态风险土地利用协同管控

基于机器学习的纳滤膜预测筛选模型构建与评估

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哈尔滨工业大学学报 2024年第6期56卷 8-15页

作者：徐达梁徐杭镔靳心瑶刘超费兆轩姚杰张子峰李圭白梁恒城市水资源与水环境国家重点实验室(哈尔滨工业大学) 哈尔滨150090

纳滤净水技术是应对水资源危机和水质安全保障的核心技术之一。然而,纳滤膜性能长期受渗透性与选择性制约,亟需开发高性能纳滤膜。纳滤膜制备过程涉及水相单体质量分数、水相添加剂质量分数、油相单体质量分数、聚合时间等因素,传统的... 详细信息

纳滤净水技术是应对水资源危机和水质安全保障的核心技术之一。然而,纳滤膜性能长期受渗透性与选择性制约,亟需开发高性能纳滤膜。纳滤膜制备过程涉及水相单体质量分数、水相添加剂质量分数、油相单体质量分数、聚合时间等因素,传统的试误实验法需消耗大量的人力、物力与财力。依据纳滤膜制备参数,构建基于机器学习的纳滤膜预测筛选模型。结果表明,XGBoost机器学习模型可有效预测纳滤膜纯水通量与截留性能,对纯水通量和截留性能的R~2评价指标分别为0.84和0.90。采用SHAP值法对XGBoost机器学习模型中的输入参数进行量化分析,发现水相单体质量分数与基膜类型对纯水通量有最高的绝对平均SHAP值,分别为2.77与2.59,而面向纳滤膜截留性能的关键参数绝对平均SHAP值相对接近。单体子结构特征分析结果显示,亲水性子结构特征与支链型子结构特征有助于提升纳滤膜纯水通量,胺基则促进纳滤膜的截留性能。构建的纳滤膜预测筛选模型有助于关键参数的识别与优化,为纳滤膜的开发提供理论与技术指导。

关键词：纳滤膜机器学习性能预测 XGBoost模型

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扫频雷达双频连续波伪信号干扰效应

北京航空航天大学学报 2024年第9期50卷 2843-2851页

作者：赵宏泽魏光辉潘晓东杜雪卢新福陆军工程大学电磁环境效应国家重点实验室石家庄050003

为掌握典型雷达双频电磁辐射伪信号干扰的效应规律,揭示双频伪信号干扰效应机理,以某型Ku波段扫频测距雷达为试验对象,开展双频连续波伪信号干扰效应试验,分别揭示了二阶互调射频干扰、二阶互调低频干扰和三阶交互调低频干扰效应机理,... 详细信息

为掌握典型雷达双频电磁辐射伪信号干扰的效应规律,揭示双频伪信号干扰效应机理,以某型Ku波段扫频测距雷达为试验对象,开展双频连续波伪信号干扰效应试验,分别揭示了二阶互调射频干扰、二阶互调低频干扰和三阶交互调低频干扰效应机理,并确定了伪信号电平随干扰场强的变化规律,解释明了伪信号的形态特征和产生位置。试验结果表明:当干扰频差为540~660 MHz时,带外双频二阶互调信号会造成脉冲型伪信号干扰,伪信号产生的位置随机;当干扰频差小于5 MHz时,双频二阶互调信号和三阶交互调信号均会造成冲激型伪信号干扰,伪信号产生的位置固定。

关键词：扫频雷达双频干扰电磁辐射伪信号干扰二阶互调

几种典型纳米材料对土壤-植物体系中砷镉积累的阻控效应

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环境化学 2024年第9期43卷 3070-3079页

作者：王瑶瑶顾雪元南京大学环境学院污染控制与资源化国家重点实验室南京210023

纳米材料(NPs)已成为近年来农业领域对污染控制具有较好前景的新兴技术.本研究针对农田蔬菜中砷(As)和镉(Cd)复合污染问题,比较了4种代表性NPs(ZnO、CeO_(2)、SiO_(2)、S)在As/Cd单一和复合污染场景下对小白菜中重金属的富集和毒性效应... 详细信息

纳米材料(NPs)已成为近年来农业领域对污染控制具有较好前景的新兴技术.本研究针对农田蔬菜中砷(As)和镉(Cd)复合污染问题,比较了4种代表性NPs(ZnO、CeO_(2)、SiO_(2)、S)在As/Cd单一和复合污染场景下对小白菜中重金属的富集和毒性效应的抑制效应和机制.结果表明,在Cd环境中,ZnO NPs通过提高土壤pH和Zn2+抑制了植物对Cd的吸收;在As环境中,溶解性有机碳增加导致孔隙水和植物体中As含量下降.此外,ZnO NPs还可以显著促进植物生长,增强地上部SOD、POD抗氧化酶活性,降低MDA水平,提高了植物对重金属的抗性.CeO_(2) NPs同样可以促进植物生长,降低了根部MDA水平,但对植物对As和Cd吸收的抑制能力程度不如ZnO NPs,主要降低了植物根中金属的积累量.SiO_(2) NPs虽然一定程度上抑制了植物根对Cd的吸收,但显著促进了复合污染中地上部分As累积.而S NPs导致土壤明显酸化,抑制了植物地上部的生长,并导致小白菜根中Cd含量显著升高.综合来看,ZnO和CeO_(2)具有较好的阻控效果,SiO_(2)和S纳米材料则需要谨慎使用,结果可以为As-Cd复合污染提供“因土配方”的纳米技术参考.

关键词：土壤修复纳米材料砷镉蔬菜

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土壤中Sb(Ⅲ)和Sb(Ⅴ)的有效提取与测定

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同济大学学报（自然科学版） 2024年第8期52卷 1270-1277页

作者：陈皓刘硕勋陈玲杨超同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室上海200092 同济大学环境科学与工程学院上海200092

锑的各种形态中三价锑和五价锑的毒性较高,在城市土壤锑组成中占比也较高。研究了萃取方式、萃取剂、萃取条件、色谱分离流动相条件等因素对土壤中价态锑提取和分析的影响,建立了完整的土壤价态锑萃取-分析方法。研究推荐以柠檬酸溶液... 详细信息

锑的各种形态中三价锑和五价锑的毒性较高,在城市土壤锑组成中占比也较高。研究了萃取方式、萃取剂、萃取条件、色谱分离流动相条件等因素对土壤中价态锑提取和分析的影响,建立了完整的土壤价态锑萃取-分析方法。研究推荐以柠檬酸溶液为萃取剂,70℃恒温振荡萃取的方式提取价态锑,萃取液以乙二胺四乙酸二钾+邻苯二甲酸为流动相,经色谱分离后利用电感耦合等离子体质谱仪对不同价态的Sb进行分析。所建立的方法检出限低,准确性精密度好,可用于实际土壤样品中价态锑的有效提取与测定。

关键词：价态锑道路土壤试剂萃取液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用法

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我国城市水源水库水质风险成因及对策

湖泊科学 2024年第1期36卷 1-16页

作者：朱广伟许海朱梦圆肖曼国超旋邹伟张运林秦伯强中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室/湖泊与流域水安全全国重点实验室南京210008

我国城市水源中约40%为湖泊或水库,且大部分为水库,因此水源水库的水质状况对我国城市安全极其关键。本文综述了我国水源水库水质问题研究进展,分析了22个代表性水源水库的周年水质状况。结果发现,当前我国城市水源水库水质风险类型主... 详细信息

我国城市水源中约40%为湖泊或水库,且大部分为水库,因此水源水库的水质状况对我国城市安全极其关键。本文综述了我国水源水库水质问题研究进展,分析了22个代表性水源水库的周年水质状况。结果发现,当前我国城市水源水库水质风险类型主要是异味问题、藻类水华、铁锰超标、有机质偏高、营养盐超标等。引发水源水库水质问题的主要原因包括流域开发强度过大、库底淤积及内源释放、生态系统结构失衡、气候与水文异常变化等。针对上述主要问题,提出了构建在线水质监测预警体系、控制流域土地开发强度、构建面源拦截及流域净化系统、疏浚底泥、优化生态系统结构、实施应急曝气与控藻工程、完善流域生态保护法律法规等多种水源水库水质安全保障技术措施。鉴于水源水库水质及水生态对暴雨、高温热浪等极端气象响应敏感而复杂,在当前极端天气事件频发、强度不断增加的气候背景下,还应加强水库生态学基础研究,以深入理解水源水库水质对气候变化的响应机制,提高水库水安全保障科技支撑能力,满足我国城市高质量发展的水资源需求。

关键词：水源地水库嗅味物质藻类水华生物操纵水安全