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环境工程学报
中国科学院生态环境研究中心
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中国科学院生态环境研究中心

曲久辉

月刊

1673-9108

cjee@rcees.ac.cn

010-62941074

100085

北京市2871信箱

环境工程学报/Journal Chinese Journal of Environmental EngineeringCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊的办刊宗旨为：“积极促进国内环境污染治理技术与设备的研究、开发与应用”。本刊正在成为连接国内外环境污染治理技术与设备领域科研人员、技术开发与推广人员以及广大用户的信息纽带与桥梁。
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    曝气位置对铁碳-沸石人工湿地污染物去除和温室气体排放的影响及微生物群落分析

    王珣郦郝庆菊王晓静苟永祥...
    2166-2175页
    查看更多>>摘要：为探究曝气位置与铁碳-沸石填充体积比对人工湿地污水净化及温室气体排放的影响,根据曝气位置和铁碳-沸石填料体积比不同构建了 8个人工湿地,其中全程曝气处理分别为:F8T2(80％沸石+20％铁碳)、F6T4(60％沸石+40％铁碳)、F4T6(40％沸石+60％铁碳)、以及对照组F(100％沸石);半程曝气人工湿地分别对应为:F8T2-P、F6T4-P、F4T6-P和F-P.对人工湿地系统出水水质、温室气体和微生物群落进行分析测定.结果表明,与全程曝气相比,半程曝气显著提升了各人工湿地上层水中DO的含量(P＜0.05),COD和NO3--N去除率均达到94.5％以上,F8T2-P、F6T4-P和F4T6-P出水中NH4+-N平均质量浓度分别显著降低了 50.40％、54.18％和51.00％(P＜0.05).曝气位置对铁碳-沸石人工湿地CH4排放影响并不显著,但显著减少了 N2O的排放(P＜0.05).相较于全程曝气人工湿地,F8T2-P、F6T4-P和F4T6-P中N2O排放通量分别显著降低了 44.03％、35.62％和44.54％(P＜0.05).添加铁碳增加了 pmoA、nosZ、nir和nirK基因丰度,降低了mcrA基因丰度,这些基因与反硝化过程和温室气体排放有关;同时,F8T2-P、F6T4-P 和 F4T6-P 中优势菌属 Micropruina、Propionicicella、Nitrospria,Thauera、Denitratisoma、Dechloromonas 有利于硝化和反硝化反应的进行.半程曝气且铁碳与沸石体积比为2∶8的人工湿地,具备最佳的污染物去除和温室气体减排潜能.

    人工湿地铁碳微电解曝气位置温室气体排放微生物群落

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    好氧颗粒污泥对页岩气返排水中的典型多环芳烃的去除、解毒作用及机制

    孙靖蕾卢培利丁阿强刘阳...
    2176-2188页
    查看更多>>摘要：页岩气开发是我国重大能源战略的关键组成部分,返排水的处理是该行业面临的主要挑战.目前,在返排水中普遍存在的多环芳烃由于具有高环境风险而备受关注.本研究采用具有页岩气返排水处理能力的好氧颗粒污泥探究其对典型多环芳烃萘和菲的处理能力及其行为特征,并通过HPLC和GC-MS分析降解过程中的中间产物探究降解路径,及好氧颗粒污泥对多环芳烃毒性的缓解效应.结果显示,该好氧颗粒污泥对萘和菲的去除率达到93.8％和91.3％,并能保持长期稳定.生物降解是该好氧颗粒污泥系统长期稳定去除典型多环芳烃的主要途径,对萘和菲的去除贡献率分别达到64.1％和72.2％.受限于吸附容量,吸附作用仅在初期发挥短期贡献,且具有不同的吸附机制:萘的吸附过程主要表现为多分子层的化学吸附,而菲的吸附表现为物理吸附和静电力作用下的化学吸附.伴随着萘和菲的去除,含萘和菲的废水经该好氧颗粒污泥处理之后生物毒性显著降低,分别降至1％和16％.萘降解生成的中间体包括2,4-二甲基苯甲醛、2,4-二叔丁基苯酚和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚),而菲的降解中间体则包括萘、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、2,4-二甲基苯甲醛、2,4-二叔丁基苯酚和2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚),这些中间体最终转化为水杨酸和邻苯二甲酸,通过三羧酸循环实现矿化并缓解毒性.上述结果暗示处理页岩气返排水的好氧颗粒污泥系统能够对返排水中的多环芳烃进行有效去除进而缓解其毒性效应,为好氧颗粒污泥技术应用于页岩气返排水处理提供了技术支撑.

    页岩气返排水好氧颗粒污泥多环芳烃吸附生物降解生物毒性

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    阴极穿透式反应器耦合电活化高锰酸钾体系同步去除多重耐药细菌及抗性基因

    张晓晖孙威卞静谢沐杉...
    2189-2201页
    查看更多>>摘要：抗生素耐药性的问题已在全球范围内引起广泛关注,特别是在水环境中的传播.为了应对这一挑战,本研究建立了阴极穿透式反应器,探究了电活化高锰酸钾(PM)对抗生素去除、多重耐药大肠杆菌灭活以及抗性基因削减的效果和作用机制.探究了 PM投加量、电流密度、初始pH及实际水体和水体中常见物质(HA、Cl-、HCO3-、HPO42-)对多重耐药大肠杆菌灭活的影响.结果表明,当PM浓度仅为7μmol·L-1、电流密度为12.55 mA·cm-2、初始pH为5时,电阴极-高锰酸钾体系具有明显的协同消毒效果,反应15 min时大肠杆菌去除率可达4.92 log.同时对该细菌携带的抗性基因具有显著的去除效果,对5种抗性基因实现高达3.89 log的对数去除率(99.99％),并且可同时高效去除水中抗生素,可达96.4％的盐酸四环素去除率.利用扫描电镜可观察到处理后的细菌受到严重损伤,细胞膜完整性受到破坏.通过细胞表征进一步发现细胞膜上的脂质被氧化,同时胞内物质逐渐释放并被降解,大肠杆菌完全失活.通过活性锰物种检测和掩蔽实验分析该体系中起主要消毒作用的活性物种为Mn(Ⅲ)aq.该体系在实际水体中表现出优异的多重耐药大肠杆菌去除能力.Cl-对多重耐药大肠杆菌的灭活几乎没有影响,HA、HCO3-、HPO42-对其灭活存在抑制作用.以上研究结果可对遏制抗生素耐药性在水环境中的传播提供参考.

    耐药细菌消毒抗性基因高锰酸钾电化学

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    序批式生物膜法对污水中污染物的去除性能及其对磷的富集性能

    高鹏飞丁燕燕黄博刘缘...
    2202-2209页
    查看更多>>摘要：序批式生物膜法在去除污染物的同时可富集污水中的磷.现有文献主要针对原污水中有机物和氮已得到有效去除的情况,以人工配制低含磷污水进行的实验室研究.基于此,采用经初沉后的实际城市污水,探究了该工艺同步去除污染物与富集磷的可行性.结果表明,该工艺在适宜的环境与操作条件下能有效去除进水中的多种污染物,同时具有磷富集性能:当水温大于22.5℃,好氧/厌氧的HRT为5h/3h,DO为6.5mg·L-1时,有机物、氨氮、总氮及磷的去除率分别高于83.8％、93.8％、93.4％、97.0％,富集液中PO43--P可达42.1 mg·L-1.温度和DO是影响工艺性能的主要因素.在实验条件下,温度对氨氮的去除有明显影响,而对有机物、磷的去除与磷的富集影响较小;较高的DO有利于有机物、氨氮和磷的去除.该工艺在好氧阶段表现出稳定的同步硝化反硝化现象,且不受高DO的影响,总氮去除主要受氨氮去除的制约.

    序批式生物膜法城市污水同步去除/富集磷运行性能

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    颗粒活性炭强化葡萄酒生产废水与剩余污泥厌氧共消化的影响

    马芷萱南亚萍余涛廖驰...
    2210-2218页
    查看更多>>摘要：葡萄酒生产废水和剩余污泥厌氧共消化具有均衡底物营养、缓减毒物抑制和增加菌群多样性等优点.为进一步提高产甲烷效率,研究考察颗粒活性炭(5～20 g·L-1)对中温(35±1)℃厌氧共消化系统产甲烷性能、微生物活性和微生物群落结构的影响.批次实验结果表明,最佳颗粒活性炭投加量为10g·L-1,相应累计产甲烷量可达283.9 mL·g-1(以VS计),比空白组高41.3％,GAC主要通过刺激污泥胞外聚合物分泌和有机物降解提高累积产甲烷量.在GAC投加量为10 gL-1 下,运行80d的半连续运行实验中发现,稳定期间共消化产甲烷速率为(293.9±3.3)mL·(g·d)-1(以TCOD计),最大比产甲烷活性为119.4 mL·(g·d)-1(以VSS计),辅酶F420含量和电子传递活性相比未添加GAC分别提高了 29.5％和16.7％,并且GAC可通过加速丙酸和丁酸降解和调节pH等途径提高系统稳定性能.此外,GAC促进了互营VFAs氧化细菌Syntrophomonas和具有胞外电子传递功能细菌Pseudomonas和Desulfovibrio的丰度,以及可作为电子受体参与直接种间电子转移的产甲烷菌Methanobacterium的丰度,从而强化了细菌和产甲烷菌的种间电子传递,提高有机物代谢速率.以上结果表明,添加GAC可有效提高葡萄酒生产废水和剩余污泥的共消化性能,提高整个消化系统的处理效率.

    葡萄酒生产废水剩余污泥厌氧共消化颗粒活性炭种间电子传递

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    铁锰污泥基生态陶粒的制备及其对水中磷酸盐的去除性能

    隗合新赵光宇汪健军张瑞峰...
    2219-2228页
    查看更多>>摘要：采用高岭土、除铁锰滤池反冲洗污泥、生物质、氧化钙等材料成功制备出铁锰污泥基生态陶粒,并探究了该陶粒的结构特征以及对水中磷的吸附性能.结果表明,铁锰污泥的添加量为30％,焙烧温度为900 ℃时所制备的陶粒综合性能最佳.当初始磷的质量浓度为3.0mg·L-1,陶粒投加量为7.45 g·L-1,陶粒对磷酸盐的去除率达96.79％.吸附动力学结果表明,该陶粒对水中磷的去除过程符合准二级动力学;颗粒内扩散模型显示,磷酸盐的吸附速率同时受表面扩散和颗粒内扩散的影响;吸附等温实验表明Freundlich模型能更好地描述磷酸盐吸附过程.FTIR、XPS等表征发现铁锰污泥基陶粒,主要通过其表面羟基将水中磷有效去除.

    陶粒磷吸附铁锰污泥

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    微囊藻强化假单胞菌产胞外超氧自由基及其机制

    倪蓉王茜张长禄吴佳萍...
    2229-2236页
    查看更多>>摘要：生物源超氧自由基是天然水体中活性氧的重要来源,以天然水体中广泛存在的微囊藻和假单胞菌为研究对象,考察种间电子传递对天然水体中生物源超氧自由基生成的影响及机制.研究发现在天然水体中藻的存在可显著提升假单胞菌产生胞外超氧自由基的生成量,且这种上升趋势伴随着光照节律而变化,但该现象并非由菌藻密度及水体本底物质变化引起,而是由于细菌与藻类之间物质交换造成的.此外,随着培养时间的延长,胞外超氧自由基的产生量上升导致细菌密度降低,这是由于超氧自由基的大量生成造成细菌外部氧化压力急剧上升,使得细菌出现表面皱缩,进入衰亡阶段.为进一步探究微囊藻强化假单胞菌产生胞外超氧自由基的机制,对与超氧自由基生成直接相关的还原性辅酶Ⅰ(NADH)和还原性辅酶Ⅱ(NADPH)进行分析,发现在菌藻共存体系中NAD(P)H含量在胞外超氧自由基上升阶段显著上升,说明藻类通过光合作用产生的NAD(P)H可外泌到胞外进而影响细菌的电子传递,导致超氧自由基的产生.此外,NAD(P)H的增加还会影响细菌的抗氧化系统,降低细菌对超氧自由基的清除能力,从而导致超氧自由基在细菌体外的积累.这一发现揭示了一种新的菌藻互作机制,对理解环境微生态平衡和污染物降解具有重要意义.

    菌藻共存体系胞外超氧自由基铜绿微囊藻假单胞菌

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    典型藻源有机质在紫外/氯体系中的转化及消毒副产物的生成

    任鹏飞张欣然宋子龙周建华...
    2237-2245页
    查看更多>>摘要：含藻水源中藻源有机质(AOM)导致消毒副产物(DBPs)的生成严重威胁供水安全.为此,该研究系统考察了AOM及其代表性蛋白类组分藻蓝蛋白在紫外/氯(UV/C12)体系中的DBPs生成规律,并进一步解析了自由基诱导的藻蓝蛋白转化路径.结果表明,相比单独氯化处理,在紫外剂量为280 mJ·cm-2和投氯量为6 mg·L-1的条件下,在UV/C12体系中,由AOM转化生成三氯甲烷(TCM)、二氯乙腈(DCAN)和三氯硝基甲烷(TCNM)的浓度分别增加了59.3％、160.7％和143.6％.UV/C12体系对藻蓝蛋白也同样表现出DBPs生成的促进效应,且DBPs生成量与氯投加量和反应时间正相关.相比pH=6.0,在pH=8.0时TCM和DCAN生成势有所增加.傅里叶变换磁回旋共振质谱(FT-ICR-MS)表征结果表明,藻蓝蛋白中脂质类结构和木质素类结构占主导地位并在紫外/氯体系中变化最为显著.相比单独氯化,紫外/氯体系中生成了更多的氯代副产物,脂质和不饱和碳氢类化合物是氯代副产物的重要前体结构.

    藻源有机质紫外/氯消毒副产物傅里叶变换磁回旋共振质谱

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    温度梯度作用下非饱和黏土中热湿运移及重金属离子时空分布

    贺勇李旺强邹艳红娄伟...
    2246-2254页
    查看更多>>摘要：以某重金属污染场地粉质黏土为研究对象,采用自主研制的一维非饱和土热-水-化耦合试验系统开展温度梯度作用下非饱和黏土中热湿运移及重金属离子迁移试验.试验结果表明:试样两端施加一定温度差后,土体中水分由高温侧向低温侧运移,土体内部水分场重新分布.土样的初始含水率对土体水分场分布的影响最为显著,当初始含水率为12％时,离子运移效果显著,土体高温侧含水率降低了 79.3％,低温侧升高了 40.5％.同时,随着土样两端温度梯度的增大或土样干密度的降低,水分运移效果越显著.在温度梯度作用下,非饱和黏土中重金属离子随液态水一同迁移,其中,高温端重金属离子浓度减少量为28.4％～54.7％,低温端浓度增加量为19.5％～37.6％.此外,重金属离子的迁移效果也与离子种类和离子初始浓度相关.

    非饱和黏土重金属污染温度梯度重金属离子热湿运移

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    基于PBTK模型评估北方地区膳食镉暴露人体健康风险

    张田李艳玲杨阳陈卫平...
    2255-2263页
    查看更多>>摘要：镉(Cd)是一种有毒重金属,可通过食物链传递到人体,对人体健康构成威胁.基于生理学的毒物动力学(PBTK)模型是量化人类暴露于环境元素的有用工具.基于PBTK模型,结合大面积区域调查数据,预测北方某小麦主产区居民因食用受Cd污染的食物而可能出现的尿镉(U-Cd)水平.研究结果显示,区域内57.8％小麦籽粒Cd含量超过国家食品安全限量标准(0.1 mg·kg-1).区域人群中约35.1％的个体Cd摄入量超过JECFA的推荐安全值(0.8 μg·(kg·d-1)),高达70.8％的个体超过EFSA的推荐值(0.36 μg·(kg·d-1)).PBTK模型模拟结果显示,随着年龄增长,区域人群U-Cd含量呈上升趋势.70岁女性和男性U-Cd含量分别达到1.60 μg·g-1肌酐和0.80 μg·g-1肌酐.70岁女性U-Cd含量是男性的两倍且超过EFSA推荐的U-Cd含量安全限值(1 μg·g-1肌酐).PBTK模型的应用能够预测不同暴露人群中U-Cd的累积水平,对于制定有效的区域Cd污染防治策略具有重要意义,并为食品安全风险评估提供科学依据.

    镉(Cd)膳食暴露尿镉(U-Cd)毒物动力学模型健康风险

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