基于溶解性有机物分子指纹特征解析城市河道污染来源与机制

溶解性有机物(DOM)是河道污染物的重要组成部分,是构成黑臭的主要原因.在我国城市黑臭水体治理攻坚新形势下,针对广泛存在的复合污染源信息不明确的难题,进一步从分子层面解析河道DOM成分是深入探究河道污染来源、成因和形成机制,从而实现高效治理的关键环节.以某大型城市的中心城区河道作为研究对象,分别选取了受4个分流制和合流制排水系统的放江污水严重影响的共5个河道断面,应用傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS)分别对各点位旱天和雨天时的表层水和沉积物样品中DOM分子式、元素组成和群组成分进行全谱解析与数据分析.结果表明：(1)城市河道DOM虽然以CHO和木质素类化合物为主,但人为源有机物(脂肪类和蛋白质类化合物)以及CHOS等杂原子化合物的较高占比揭示了河道受人为污染的现状,同时带来DOC、 TN和NH⁺₄-N的升高;(2) C₁₇H₂₈O₃S和C₁₈H₃₀O₃S等表面活性剂类化合物普遍存在于所有城市河道中,...     

城镇流域水体-沉积物中溶解性有机质的荧光特性及影响因素:以宁波市小浃江为例

我国快速城镇化过程对流域水体和沉积物的溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)含量和成分产生了重要影响,探究水体-沉积物中DOM的分布特性及影响因素具有重要意义.本研究选取长三角典型城镇地区宁波市北仑区小浃江流域为研究对象,利用三维荧光光谱技术,结合PARAFAC(平行因子分析)模型及相关性分析,对小浃江流域水体及沉积物DOM光谱特性进行研究,分析DOM荧光组分特征及来源.结果表明:①小浃江水体-沉积物DOM主要包括4种组分:C1、C2、C3和C4,其中C1为陆源类腐殖质,分子量较大; C2为陆源类腐殖质,由生物降解产生,分子量较小; C3为类蛋白物质,包括类色氨酸,对微环境的变化敏感; C4为陆源类腐殖质.②小浃江水体DOM受新生内源和陆源输入共同影响,腐殖化程度较弱,腐殖质含量较低.沉积物以陆源或土壤源输入为主,内源贡献较小,DOM具有一定的腐殖化特征,腐殖质的浓度水平高于水体中腐殖质含量.③冗余分析(redundancy analysis,RDA)表明,水体DOM各组分相关性较高的环境因子主要为农田、城镇;而沉积物DOM各组分相关性较高的环境因子为城镇、农田、湿地.其中,城镇对沉积物中类腐殖质C4和类腐殖质的浓度参数Fn(355)影响最大.     

二龙湖表层水体有色溶解有机物的光学特性及来源

CDOM（colored dissolved organic material,有色溶解有机物）的光学特性可反映水体中内源物质与外源物质的比例,为了解二龙湖受到上游来水所含污染物的影响,利用荧光区域一体化技术和荧光指数分析水体中CDOM的荧光特性,进而判定水体污染状况,并结合CDOM荧光组分与水质参数之间的关系,探讨了不同季节二龙湖水体中CDOM光学特性在时空分布上的差异性以及CDOM的组成与来源.结果表明:①水相中CDOM表现出明显的季节性差异.其中,光谱斜率S_g（275~295 nm）和E_{250 nm:365 nm}〔a_CDOM（250）/a_CDOM（365）〕均表现为丰水期>平水期>枯水期,SUVA_{254 nm}表现为枯水期>平水期>丰水期.②水体中的荧光组分以外源组分R3（富里酸类物质）和R5（腐殖酸类物质）为主,在枯水期、丰水期和平水期分别占总荧光强度的70.0%、60.4%和51.3%.③在丰水期、枯水期、平水期,FI_{310 nm}平均值均大于0.8,FI_{370 nm}平均值均小于1.4,表明在3个水文期,微生物活动带来的内源CDOM在二龙湖南部较为明显.④ρ（DOC）（dissolved organic carbon,溶解性有机碳）与CDOM的荧光组分R2（色氨酸类组分）、R4（可溶性微生物副产物组分）和R5（腐殖酸类组分）均具有较好的相关性,相关系数（R）分别为0.71、0.80、0.73,表明DOC主要源于微生物代谢的可溶性副产物及浮游植物的降解.研究显示:水体中CDOM主要组成为内源的色氨酸与微生物蛋白质类副产物以及外源的富里酸类与腐殖酸类有机物;同时,由于冰冻、降水、生活污水排放、农业废水和水生植物等因素,导致湖泊中的CDOM的组分与来源十分复杂.      

不同淹水环境下湖泊沉积物DOM的特征与来源

为揭示水位的空间差异对于湖泊沉积物溶解性有机质（DOM）特性的影响与作用途径,采用紫外可见光谱（UV-Vis）和三维荧光光谱结合平行因子分析（EEM-PARAFAC）,探究东洞庭湖不同淹水环境对沉积物DOM的组成与来源的影响.结果表明,DOM中类蛋白组分［类色氨酸C2与类酪氨酸C3,（72.95±8.94）%］高于类腐殖酸组分［C1,（27.05±8.94）%］.季节淹水下DOM具有更高的类蛋白组分和更低的类腐殖酸组分,而常年淹水下的DOM芳香性（SUVA₂₅₄）与疏水组分（SUVA₂₆₀）更高,在空间上表现为：湖中段>入湖段>出湖段,更有利于污染物迁移.通过对荧光参数FI （1.93）、BIX （0.91）和HIX （1.57）的计算发现,沉积物DOM具有内源为主和陆源较弱的混合特征.这可能受到人为输入与沉积物特性影响,季节淹水区沉积物裸露增强污水排放的直接作用,且黏粒和总氮（TN）含量与FI呈显著正相关,说明沉积物高营养成分和黏粒含量影响DOM的内源成分（FI>1.9）;而常年淹水区具有外来径流输入,pH和C/N与HIX和C1呈显著正相关,说明沉积物DOM由于常年淹水的碱性环境（pH>7.5）和径流输入比季节淹水区具有更高的陆源成分（HIX=1.38±0.57）.上述结果有助于揭示湖泊水文与人类活动过程中沉积物DOM对水质与污染响应的相关理论,为沉积物污染防治提供科学依据.     

合流制管网溢流污染过程中溶解性有机污染物演替特征分析

合流制管网溢流（Combined Sewer Overflows,CSOs）是我国城镇地表水环境日益突出的瞬时污染源,明确其重要污染物溶解性有机质（Dissolved Organic Matter,DOM）的组分和来源对CSOs污染控制具有导向性意义.本研究以北运河上游沙河水库流域为对象,连续采集CSOs过程的样品,通过峰值法、特征参数法和平行因子法等解析CSOs中DOM的三维荧光光谱特征,发现CSOs中DOM主要有类色氨酸（S、T）、类富里酸（A）和类酪氨酸（D）,代表内源输入的类色氨酸（S、T）和类酪氨酸（D）占比超过4/5.特征参数法和平行因子法的结果均表明DOM的腐殖化程度较低,生物活性较强,主要为微生物降解生成的和沉积物自身在冲刷和水力输运作用下释放的内源污染,建议CSOs污染控制主要应从内源输入的角度进行,着重控制管道沉积物中污染物的释放.     

城市河道表层水及沉积物中微塑料的污染现状与污染行为

河流是微塑料从陆地向海洋传输的关键路径,在近年来得到了越来越多的研究重视.但实际上,目前关于城市不同区域河道表层水及沉积物中微塑料的污染现状及污染行为研究仍十分有限,相关问题依然不甚清晰.本文以上海市中心城区及郊区城镇区域的8条河道作为研究对象,共采集16个河道表层水及沉积物样品,采用高速摄像仪和傅立叶红外变换光谱仪鉴定样品中微塑料的丰度、尺寸、颜色、形状和类型等特征.结果表明,上海市城市河道表层水中微塑料的平均丰度为(7.5±2.8)个·L~(-1),而沉积物中微塑料的平均丰度(以湿重计)则达到了(1 575.5±758.4)个·kg~(-1).微塑料尺寸越小丰度越高.其中,低于500μm、纤维状、透明色和聚酯类的微塑料始终在上海市城市河道中占据主导地位,但沉积物中的微塑料分布更具多样性.相对于国内外其他城市河道中的微塑料污染,上海市城市河道中的微塑料污染较为严重.不同城市河道中,微塑料的形状和聚合物类型分布受到来源(主要为洗衣废水、个人护理产品和塑料废弃物等)、水动力学条件和本身理化性质等各种因素的较大影响.还进一步讨论了城市河道中微塑料的污染行为(来源、传输与归趋),并解析了各种环境因子对其造成的潜在影响.     

城郊与城镇河流中溶解性有机质与重金属的相关性

溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)在水体环境中广泛存在,对重金属在水环境中的环境行为有重要影响.本研究为探讨DOM与重金属的相关性,以宁波市城郊流域樟溪和城镇流域芦江为例,利用三维荧光技术分析不同城镇化梯度下河流水体溶解性有机质(DOM)的结构组成特征,分析DOM各项参数与重金属之间的相关性.结果表明,城镇化程度较高的河流水体具有较高的DOC、有色溶解性有机质(CDOM)和荧光溶解性有机质(FDOM)浓度;城郊流域与城镇流域水体中DOM均含有4个荧光峰,类富里酸荧光峰A和C以及类蛋白荧光峰B和T,且城镇流域水体荧光峰B和T的强度显著高于城郊流域,DOM腐殖化程度与芳香性也具有同样的趋势;城镇流域水体中重金属As、Cu和Mn浓度显著高于城郊流域.DOM与重金属的相关性结果表明,城镇河流中DOM与Cu、Cr、Mn、As、Zn和Pb都存在显著的正相关关系,而城郊河流中DOM只与Mn、Pb和Cu呈显著正相关,与其它重金属相关性不明显.总之,城镇化水平影响河流水体中CDOM的浓度和性质,而CDOM浓度和性质与重金属的行为密切相关.     

鄱阳湖沉积物溶解性有机质光谱特征

目前针对鄱阳湖流域沉积物溶解性有机质(DOM)光谱特征的研究仍较少,因此基于紫外-可见光谱和三维荧光光谱技术,并结合平行因子分析法(PARAFAC),对鄱阳湖沉积物中DOM的物质组成和来源特征进行了解析.结果表明,鄱阳湖沉积物DOM的腐殖化程度较高,是陆源输入和藻类、浮游生物等内源产生的混合型,且以陆源输入为主.与碟形湖区相比,通江水域沉积物DOM的有色溶解性有机质浓度更高、 DOM粒径更大且芳香性及腐殖化程度更高.通过PARAFAC共解析出3个类腐殖质组分(C1、 C2、 C4)和1个类蛋白组分(C3).与碟形湖相比,腐殖质组分均表现为通江水域更高,其中C1组分在两区域的占比均为所有组分中最高,前者为42%,后者为46%.空间分布上,4个组分荧光强度总体上呈现东高西低的趋势,高值主要分布在都昌和南矶湿地水域附近,分析主要与丰水期水位上涨、大量植物被淹死亡和人类活动有关.主成分分析结果表明,湖区不同沉积物DOM荧光组分差异较小,但以碟形湖区沉积物DOM腐殖化程度略高.     

辽河保护区水体溶解性有机质空间分布与来源解析

以辽河保护区水体为研究对象,使用三维荧光光谱技术（EEMs）结合平行因子模型（PARAFAC）探究辽河保护区水体溶解性有机质（DOM）的组成成分、主要来源及DOM的空间分布特征.同时,结合水体理化性质指标,运用统计学分析方法研究影响DOM的主要因素.结果表明,辽河保护区表层水中DOM含有3种荧光组分,分别为陆源及海洋源类腐殖C1（λ_Ex/λ_Em=245,315 nm/415 nm）、类富里酸C2（λ_Ex/λ_Em=260,355 nm/470 nm）及类色氨酸C3（λ_Ex/λ_Em=225,280 nm/340 nm）.辽河保护区DOM以类腐殖质物质C1与C2为主要成分（占总组分荧光强度的78%）,以类蛋白质组分C3为次要组分（占总组分荧光强度的22%）.从组分及空间分布上看,DOM类腐殖质组分总荧光强度表现为上游>下游>中游,类蛋白质组分的荧光强度则表现为中游>下游>上游,与周边环境因素及人为扰动因素具有密切关系.DOM来源受内源释放和外源输入共同影响,具有自生源特征和腐殖化特征.通过相关性分析可知,C1、C2与DOC呈显著正相关关系;C3与TP呈正相关关系,与TN呈负相关关系.     

两个水库型湖泊中溶解性有机质三维荧光特征差异

应用三维荧光光谱技术(3D-EEM),研究了两个典型水库型湖泊(长寿湖和大洪海)水体中溶解性有机质(DOM)的荧光光谱特征,结合沿岸生态系统差异,讨论其对两个湖泊中DOM性质及来源的影响.结果表明,沿岸生态系统的差异性(尤其是人为干扰)是导致两个水体DOM地球化学特征存在明显差异的重要原因.两湖水体中DOM均存在4个荧光峰,且长寿湖样本中类蛋白物质含量更高;而大洪海水体中腐殖化程度较高的组分(C峰)含量较高.相关性分析表明,两湖DOM样本中类蛋白和类腐殖组分来源不同,而A、C峰代表的类腐殖组分存在共源性.通过荧光参数分析显示,沿岸以森林系统为主的大洪海水体DOM陆源性更强,腐殖化程度高;而长寿湖受两岸农田、果园的输入以及人为排放影响,其水体DOM具有明显的自生源特征,新生DOM含量较高,其荧光特征也反映了该区域水体受人为干扰较大.与其他不同湖泊对比,进一步表明沿岸生态系统类型及人为土地利用是决定水体DOM来源和特性的关键因素.     

水环境中PFOA和PFOS的质量浓度分布及其生态毒性

全氟辛酸类物质（PFOA）以及全氟辛烷磺酸类物质（PFOS）是不易降解、具有持久性的污染物,环境中存在的这些痕量物质对水生生物和人体造成潜在威胁.根据目前国内外已有的研究结果,系统论述了水环境中PFOA和PFOS的来源、毒性及其在部分国家和地区的污水处理厂、湖泊、河流、海岸带以及自来水中的污染现状.根据德国对污水处理厂...     

城市河流沉积物镉污染的潜在生态风险评价——以重庆市清水溪为例

针对目前河流污染问题的严重性,采用Hakanson潜在生态风险指数法,通过分析清水溪流域18个采样点沉积物中典型重金属污染物镉的含量,定量确定了清水溪沉积物中重金属镉的污染程度和潜在生态风险程度。结果表明：清水溪流域镉污染非常严重,上游比下游污染严重,而且在新桥到高滩岩段受到重金属镉的高强度污染,对周围环境存在着极高的镉生态风险。在清水溪干流采样点沉积物中镉的质量浓度范围在0．38～1．48mg·kg^-1之间,平均值0．85mg·kg^-1,各支流沉积物中镉的质量浓度范围为0．51～1．08mg·kg^-1。对于清水溪各支流镉的污染程度与潜在生态风险程度由高到低的排序为杨家沟〉金竹沟〉芭蕉沟〉关井沟〉石碾盘沟。     

城市河流污染治理的新观念探讨

目前所采取的传统河流治理方法耗资巨大,污染容易复发,是典型的资金推动型治理措施,而直接净化技术是河流水质治理领域中非常具有生命力的技术,对中国的河流治理迅速走出和摆脱高投入低效益的困境具有重要的意义.     

江苏内河船舶防污现状与对策研究

在研究分析江苏省船舶运输现状和特点、内河船舶污染现状和存在问题的基础上，提出了江苏省内河船舶防污措施及政策建议。     

安徽中北部河流沉积物的特征与多环芳烃分布

通过对安徽省中北部6条河流沉积物样品的粒径、矿物组分和有机质含量的测试,并应用气相色谱质谱联用仪测定了样品中萘、二氢苊、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、、苯并[a]芘和二苯并[a,h]蒽等12种多环芳烃的含量,分析了研究区河流沉积物的特征和多环芳烃分布。研究结果表明:位于安徽省中北部的淮河南北岸支流沉积物粒径和矿物组分具有不同特征;就PAHs总量来看,北岸支流平均值为313.3ng/g,南岸支流平均为112.8ng/g,差异比较明显,南岸支流沉积物中大多数多环芳烃的平均含量都低于北岸支流(蒽和菲除外,二苯并[a,h]蒽未检出);而有机质的含量,南北岸支流总体无明显差异(含量在0.55%至1.83%之间),但单条河流的分布呈沿水流方向自中上游至下游逐渐降低。     

三峡水库主要入库河流氮营养盐特征及其来源分析

以2004～2005年的三峡水库3条主要入库河流(长江、嘉陵江、乌江)中的水文、水质的调查数据为依据,研究了三峡水库入库河流中主要的水文变化特征、氮营养盐的季节性分布规律及其形态组成.结果表明,3条入库河流的流量、流速呈现季节性变化,三峡水库入库河流的主要水文特征值已处于水华暴发的危险范围内,很容易发生水华.3条入库河流中总氮含量年均值都在1.55～2.15 mg/L之间,总体偏高,乌江武隆断面的总氮浓度最高,嘉陵江北碚断面次之,长江朱沱断面最低,并且3条河流丰水期水体中总氮含量均高于枯水期,说明非点源对氮污染影响较大;溶解态无机氮(DIN)是总氮的主要存在形式,而其中又以硝酸盐氮(NO3--N)为主,平均占到DIN的70%以上.氮素污染多以还原态氨氮(NH4 -N)的形式排入水体,经过硝化作用,NH4 -N氧化成亚硝酸盐氮(NO2--N),然后再氧化成稳定的NO3--N,并且消耗掉水体中大量的氧.入库河流水体中的NO3--N主要来自农田径流、城市污水、城市径流以及淹没土壤的释放,NH4 -N的来源主要是城市污水、工业废水以及少量的生活垃圾和船舶废水.     

洱海入湖河流白鹤溪主要排污口及其污染负荷解析

对洱海西部入湖河流白鹤溪主要排污口进行调查,采用等标污染负荷法对各个排污口排污情况进行分析。结果表明:白鹤溪在丰水期与枯水期等标污染负荷相当,南支的等标污染负荷大于北支,最主要的污染因子为总氮和总磷。白鹤溪最主要的排污口为南3排污口,其次为北2排污口,总氮总磷是其主要污染因子,高锰酸盐指数在北2排污口也占有较大比例。各个排污口的污染因子在丰水期与枯水期差异较大。以排污口形式进入白鹤溪的污染负荷是白鹤溪污染负荷的主要来源。     

典型城市不同河流沉积物中抗生素抗性基因的时空分布特征:以石家庄为例

河流是抗生素抗性基因（ARGs）的重要储库.然而,目前有关河流中ARGs的研究多集中在其时空分布,而较少对同一区域城市和农村河流中ARGs的种类和丰度进行比较.鉴于此,以石家庄市不同河流为例,分别在2020年12月和2021年4月,选取了2条农村河流和3条城市河流,布设了15个采样点,采集了各个样点的沉积物,运用宏基因组测序技术分析了各样点沉积物中ARGs的种类和丰度,比较了城市和农村河流沉积物中ARGs的时空差异.结果表明:①在城市和农村河流中分别检出162种（4 776 ±4 452,丰度,下同）和79种ARGs（1 043 ±632）,ARGs种类和丰度均呈城市 > 农村的趋势;②在城市河流中磺胺类（SAs,27 %）、氨基糖苷类（AGs,26 %）和多药类（MDs,15 %） ARGs的相对丰度最高;而在农村河流中MDs类ARGs的相对丰度最高（65 %）,且城市河流中ARGs的复杂程度高于农村河流.③城市河流中SAs、AGs、MDs、四环素类（TCs）、利胆醇类（PNs）、大环内酯类（MLS）、β-内酰胺类（β-lactams）和二氨基嘧啶类（DAPs）ARGs间呈显著正相关（P < 0.01）,而糖肽类（GPs）ARGs与各类ARGs呈显著负相关（P < 0.05和P < 0.01）;而在农村河流中MDs和SAs类ARGs呈显著正相关（P < 0.05）,氨基香豆素类（ACs）ARGs与肽类（PTs）、利福霉素类（RMs）和磷霉素类（FMs）ARGs呈显著负相关（P < 0.05和P < 0.01）;④在时间分布上,城市河流12月和4月分别检出162种（4 776 ±4 452）和148种（5 673 ±5 626）ARGs;而农村河流12月和4月分别检出79种（1 043 ±632）和46种（467 ±183）ARGs;⑤RDA分析结果表明,城市和农村河流中的ARGs均呈时间分布差异;相关分析表明城市河流主要与工业企业数量显著相关,而农村河流则主要与牧业产值显著相关.总体而言,通过比较城市和农村河流中ARGs的时空异质性,识别其主要社会影响因子,可为后续河流中ARGs风险管控提供数据支撑.     

夏季高原河流CDOM光学特性、组成及来源研究

对高原河流有色溶解有机物(CDOM)光学特性、组成及来源进行研究,有利于更好的了解高原河流水体生态环境,为高原河流生态系统中溶解有机物(DOM)循环过程的研究提供数据参考.利用2017年夏季无定河和湟水流域河流的实测数据对CDOM的吸收特性、荧光特性、水质参数以及它们之间关系进行分析,进而对高原干旱地区河流CDOM光学特性及其组成与来源进行研究.研究结果表明:两流域河流中CDOM吸收系数随波长的增加呈衰减趋势,但吸收光谱曲线差别较大;两流域CDOM在440 nm处的吸收系数[a(440)]与溶解有机碳(DOC)具有显著相关性(p0.01),而与叶绿素a浓度(Chla)不存在相关性.无定河a(440)与Chla浓度的相关性说明其河流现场产生(生物活动)作用较小.通过对比分析S_(275-295)、SUVA_(254)发现,无定河分子量和芳香性程度均大于湟水,且湟水与无定河CDOM的分子量变化要高于其它河流的研究.根据CDOM三维荧光光谱分析发现,类腐殖质荧光峰是两流域河流CDOM荧光的主要贡献者;通过荧光指数FI、腐殖化指数HIX、生物源指数BIX的研究发现,湟水以陆源输入为主,腐殖化程度高,无定河以陆源输入为主的同时存在一定的自生成分,人为生产活动干扰是其陆源输入的主要影响因素.通过冗余分析发现,湟水DOC、Chla、pH对类腐殖质荧光峰及荧光强度影响较大(p0.01);无定河DOC、电导率(EC)、浊度(Tur)与类腐殖质荧光峰及荧光强度显著正相关(p0.01).