典型环境微界面及其对污染物环境行为的影响

环境微界面是影响污染物转移转化的最基本要素之一,污染物的非均相微界面作用过程也是认识和解决环境问题的重要基础.因此,对环境微界面及其作用机制的深入研究与探索,对环境科学与技术的发展具有重要意义.本文以已有相关研究为基础,初步总结和归纳了典型环境微界面所涉及的主要内容、基本过程及其对污染物环境行为的影响.从典型微界面的交互作用、污染物在微界面间的转移、污染物在微界面的反应等方面,阐述了污染物的微界面环境行为,介绍了基于环境微界面过程的污染控制与净化原理及技术特征.同时,对环境界面问题的研究重点和方向作了简要展望.     

特别选题:环境微界面过程与污染控制序

长期以来,人们主要关注的是污染物的均相环境过程,这一点在大气污染化学和水污染化学的研究中尤其明显。然而近年来,人们开始关注环境中的非均相反应过程,从相对微观的尺度思考和探索环境的微界面问题,并从不同的视角不断认识和揭示这一过程在环境污染及其控制中的作用和意义。1997年,由荷兰科学家L.K.Koopal教授发起设立了Interfaces Against Pollution两年一次的系列国际会议,形成了全球范围内有关科学研究组织和科学家探讨和交流环境界面问题的重要平台。中国科学院生态环境研究中心汤鸿霄院士在我国首次提出环境微界面的概念,并于2003年主编了《环境科学学报》之“环境微界面过程研究论文专辑”,为该专辑作序并发表了“环境纳米污染物与微界面水质过程”的研究论文,对环境纳米微界面问题给出了全面和准确的内涵,进而开启了我国在此方面的系统性研究工作。基于汤鸿霄院士提出的环境微界面内涵和思想,2006年中国科学院生态环境研究中心组织了“环境微界面过程与污染控制”创新研究群体,得到国家自然科学基金委员会的资助。群体的研究目标是深入探索污染物在环境微界面的转移转化机制与控制原理,力争在复杂条件下微界面的定量化表征、污染物在环境微界面的转移转化规律及复合效应、基于微界面原理的环境过程调控等方面取得科学与技术突破。该研究群体的建立及深入开展相关的研究工作,将有力推动我国环境微界面理论和技术的研究进展,也将不断培养本研究方向的专业化高级人才。在过去的2年里,该研究群体在不同环境微界面特征及过程表达、污染物在典型介质和界面变化行为的原位观测、水/气/土/生物微界面上污染物的转移转化规律、基于微界面过程的水、气、固等环境的污染控制等方面取得预期研究进展。本专栏所组织的稿件,即试图从不同角度反映我们所关注的环境微界面研究领域,并通过前期研究所获得的一些具体的科学数据和结果,对环境微界面过程给出进一步的认识。然而,由于本群体的研究工作还不够深入,这样一个专栏所发表的内容不论是对环境微界面的概念与内涵,还是在探索与创新上,都还是初步的和不成熟的。或者说,本专栏所反映的只是一个有待发展和完善的科学思路。由于本专栏作者水平有限,这些论文定有不少谬误之处,敬请读者批评指正。 衷心感谢《环境科学学报》编辑部为我们提供这样一个重要的平台和机会,感谢他们为本专栏组稿、编辑和出版所做出的辛苦努力！     

环境微界面过程的原位和在线研究方法

环境微界面过程是污染物在各环境要素中迁移转化的基本过程,也是研究污染控制方法的基础.发展原位和在线研究方法,对于揭示污染物在环境微界面的迁移转化规律和进行污染控制过程的研究具有重要意义.本文基于环境微界面过程的基本特征,在针对多相环境催化的原位研究方法基础上,分析了用于环境微界面过程的原位和在线研究方法所面临的挑战和相应对策,主要介绍了红外光谱、拉曼光谱和质谱等技术在气固环境微界面过程原位研究中的应用,提出了发展环境微界面过程原位和在线研究方法体系的构想.     

有机污染物界面行为调控技术及其应用

污染物的多介质/多界面行为影响其赋存状态、迁移转化及生物生态效应.阐明污染物界面行为及其调控技术原理,是准确认识污染物源汇机制、预测其生物有效性、发展污染控制新材料与新技术的重要基础.本文介绍了典型有机污染物的多介质界面行为及其微观机制,表面活性剂调控有机污染物固-液界面分配行为及生物有效性的基本原理,重点阐述了污染物界面行为调控技术在难降解有机废水吸附处理、土壤有机污染缓解与修复中的应用.     

微塑料与农田土壤中典型污染物的复合污染研究进展

作为一种新型环境持久性污染物,微塑料除自身能够对生态系统产生不良影响外,其也可与周围环境中的共存污染物形成复合污染,从而产生更高的生态风险和健康风险.基于农业生态系统视角,聚焦重金属、农药和抗生素这3种农田土壤典型污染物与微塑料的复合污染,综述了重金属、农药和抗生素在微塑料上的吸附-解吸行为,探讨了微塑料的结构与性质、污染物的理化性质以及环境条件对重金属、农药和抗生素在微塑料上吸附-解吸行为的影响,阐述了微塑料对农田土壤中重金属、农药和抗生素生物有效性的影响及内在机制,指出了当前研究存在的问题和不足并对未来研究方向进行了展望,可为微塑料与农田土壤典型污染物复合污染的生态风险评估提供科学参考.     

土壤环境微界面过程与污染控制

土壤环境微界面是土壤组分(矿物和有机质)、植物根系、微生物等微界面的集合体和动态变化的连续体.土壤胶体微界面可理解为土壤固/液界面的双电层结构.这些动态变化的异质微界面,按其表面结构特点可分为硅氧烷型表面、水合氧化物型表面和有机物表面.环境污染物在土壤胶体微界面的迁移转化是污染物在土壤固-液界面反应的动态平衡过程,包括吸附/解吸、沉淀/溶解、络合/螯合、氧化/还原等反应.植物根际是植物与土壤组分和微生物相互作用的活跃区域,根际微界面决定着污染物向植物根系的运输、植物吸收及转运,为污染物经土壤向食物链传递的主要通道.根际微生物在重金属离子的吸附和氧化、还原、转化,以及有机污染物的降解和转化中起重要作用.这些异质微界面相互关联、相互作用,在土壤环境中构成微界面的连续体,决定着污染物在土壤环境中的赋存形态、生物有效性和向其它环境介质(如水体和植物)的迁移,因而在土壤污染控制和污染土壤修复中具有特别重要的意义.土壤环境微界面过程的研究已成为环境科学的研究前沿,值得引起土壤环境科学工作者的重视,并进行系统而深入的研究.     

颗粒尺寸对纳米氧化物环境行为的影响

随着纳米技术迅猛发展,纳米颗粒的环境行为和生态效应越来越受到关注.纳米氧化物作为环境中的重要组成,广泛存在于水体、大气、土壤以及沉积物中,其大比表面积和高表面活性,控制和影响着环境中一些污染物和营养元素的形态、迁移、转化和生物有效性.纳米尺寸是纳米颗粒特有属性,颗粒尺寸大小调控和决定纳米氧化物的结构及物理化学特性,从而在较大程度上影响其与相关元素的界面反应性和环境地球化学行为.综述了纳米氧化物的尺寸对吸附、(还原)溶解、(催化)氧化、聚集和迁移等环境行为的影响,讨论了尺寸效应的作用机制,最后展望了环境中纳米金属氧化物尺寸效应有关的研究热点和方向.     

机器学习在微塑料识别与环境风险评估中的应用研究进展

微塑料是一种新型污染物,可以在环境中长期存在并造成生态风险.目前,微塑料污染已成为全球性的重大环境问题.借助新的技术途径,提高微塑料识别的简便性和可靠性,并系统分析各类环境介质中微塑料的污染特征,明确微塑料的环境效应,对科学准确评价微塑料污染的环境风险具有重要意义.机器学习技术通过学习和解析大量数据建立结果评估或预测模型,目前已广泛应用于微塑料领域的相关研究.机器学习的应用可以提高视觉和光谱识别微塑料的自动化程度和识别效率,为微塑料污染溯源提供方法支撑并有助于揭示微塑料的复杂环境效应机制.通过综述机器学习技术在微塑料识别与环境风险评估中的应用研究进展,概括了机器学习在上述方向的应用特点和局限性,为机器学习在相关方向的发展和应用提出建议与展望.     

塑料制品中微塑料的释放行为及在环境中的迁移规律研究进展

塑料制品的管理及处置不善是导致微塑料污染的关键因素,微塑料不仅会与环境中多种污染物相互吸附,也极易被大型藻类、动物、植物等生物摄入富集,具有巨大的环境风险。城市作为塑料制品的主要生产以及消费主体,是微塑料污染的重要源头。塑料制品会受到各种环境因素的影响,如温度、光照、机械力、水力作用等,发生老化、裂解、剥离进而迁移至自然环境,存在潜在的污染风险。掌握微塑料从塑料制品中的释放行为以及在环境介质中的迁移规律,对评估城市源微塑料污染风险十分重要。综述了城市生活用品、垃圾、基础设施中微塑料的释放行为,阐述了微塑料在水、砂及土壤介质中的迁移规律,为微塑料污染的风险评估及防控提供依据。今后可在环境因素对城市塑料设施中微塑料释放、迁移的影响,以及微塑料与城市水环境中污染物的相互作用行为2个方面进行深入研究。     

流域复合污染控制的研究与发展趋势

流域环境的复合污染及其所导致的生态与健康风险,是当前国内外研究的重要课题.与发达国家不同,我国流域复合污染呈现大量常规污染物与微量有毒有害物质共存的突出特征,在污染成因、生态响应和控制途径上更具复杂性.本文综合论述了本方面的国内外研究进展,从流域环境问题研究的系统性和整体性、复合污染的生态与健康效应、解决流域环境问题的集成技术体系构建、流域环境保护与经济发展的协调模式等方面,阐述了需要研究的重要科学问题和技术发展方向.     

多相催化技术的固液微界面调控原理及应用进展

多相催化氧化是一种很有前景的水深度处理技术,实际水环境中微量难降解有机污染物的去除通常受到水中共存物质如天然有机物（NOM）的影响.因此,在多相催化体系中,基于污染物与氧化媒介在催化剂表面的作用及转化过程调控催化剂的表面性质,对于复杂环境中污染物的高效靶向去除至关重要.本文主要综述了以过氧化氢、臭氧和光为媒介的多相催化氧化技术的固液微界面调控原理,以及基于固液微界面调控的水处理应用进展.重点阐述了催化剂表面性质对氧化媒介和目标污染物在表面分解和转化的影响,以及不同类型有机污染物在催化剂表面的作用原理.在此基础上,我们提出通过不同的手段极化催化剂表面,使表面电子分布不均匀,形成氧化位点和还原位点,使目标污染物失电子氧化同时活化表面吸附氧化媒介形成更多吸附态·OH,是促进复杂水环境中目标污染物高效去除的关键途径.     

土壤环境承载力评价体系构建与应用

为了解土壤环境对污染物的容纳能力和对人类活动的承载能力,达到有效遏制土壤污染的加重趋势和实现土壤环境风险全面管控的目的,基于土壤环境质量评价,通过区域土壤污染物输入-输出通量分析和污染风险特征分析,以土壤净化缓冲功能为核心构建全面反映土壤性质、污染演变趋势和风险特征的土壤环境承载力综合评价指标体系,并提出基于评价指标的安全系数核算方法.以北京市建设用地为研究对象开展区域尺度的土壤重金属环境承载力定量评价,验证评价指标体系与方法的科学可行性.结果表明,北京市Cu、Zn、Pb和Cd的土壤环境承载力差异明显,Cd元素土壤环境承载力较其他元素低.明确土壤环境承载力概念与内涵、完善土壤环境承载力评价框架、构建土壤环境承载力信息数据库和开展土壤环境承载力核算试点等4个方面对土壤污染的有效防治具有重要意义.     

我国水生生态系统优先控制有机污染物的研究现状

介绍了我国对水生生态系统各相中各类环境优先控制有机污染物的分布、迁移转化规律及其归宿等方面的研究成果,着重论述了多环芳烃、多氯联苯和有机氯农药等在沉积物中的分布特征及污染来源判别的研究状况,同时指出了我国目前对于环境优先控制有机污染物研究的薄弱环节和今后努力的方向.      

Phytoremediation and its models for organic contaminated soils

Soil pollution has been attracting considerable public attentions over the last decades.Sorts of traditional physiochemical methods have been used to remove th organic pollutants from soils.However,the enormous costs and low efficiencies associated with these remediation technologies limit their availabilities.Phytoremediation is an emerging technology that uses plants to cleanup pollutants in soils.As overwhelmingly positive results have been shown,phytoremediation is a most economical and effective remediation technique for organic contaminated soils.In this paper phytoremediation and its models for organic contaminated soils are viewed.The mechanisms of phytoremediation mainly include the direct plant uptake of organic pollutants,degradation by plant-derived degradative enzymes,and stimulated biodegradation in plat rhizosphere.Phytoremediation efficiency is close related to physicochemical properties of organic pollutants, environmental characteristics,and plant types.It is no doubt that soil amendments such as surfactants improve the solubilities and availabilities of organic pollutants in soils.However,little information is available about effects of soil amendments on phytoremediation efficiencies.Phytoremediation models have been developed to imulate and predict the environmental behavior of organic pollutants,and progress of models is illustrated.In many ways phytoremediation is still in its initial stage,and recommendations for the future for the future research on phytoremediation are presented.     

Phytoremediation and its models for organic contaminated soils

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳｏｉｌｓａｒｅａｓｉｎｋｆｏｒｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｏｆｃｏｎｃｅｒｎｆｏｒｈｕｍａｎａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｈｅａｌｔｈａｎｄｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ .Ｓｏｍｅｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓａｒｒｉｖｉｎｇｉｎｓｏｉｌｓｃａｎｂｅｒａｐｉｄｌｙｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄ ,ｗｈｉｌｓｔｇｒｅａｔａｍｏｕｎｔｏｆｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｓｕｃｈａｓｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ (ＰＯＰｓ)ｍａｙｐｅｒｓｉｓｔｉｎｓｏ…     

从产权理论角度试论富余排污量交易制度

通过阐述产权理论的基本观点 ,分析了环境资源的产权特性 ,指出了建立与污染物排放总量控制政策相配套的富余排污量交易制度对明确环境资源的产权关系、促进外部不经济的内部化、实现资源的有效配置、激励企业积极进行污染的治理、降低污染防治的交易成本、以及有效促进环境质量的改善和提高的重要意义。富余排污量交易制度能为实现城市环境和经济的同步可持续发展奠定宏观基础 ,其应成为现代环境保护制度的一个重要研究发展方向