华东师范大学学报(自然科学版)

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• 太原市景观水体微塑料赋存特征及风险评估

  张彤, 孔书麟, 严广寒, 黄民生, 余意, 陈永恩, 卢珂

  为探究太原市景观水体微塑料的分布特征及生态风险, 于丰水期 (8月) 和枯水期 (11月) 采集了6个公园水体的表层水样, 利用体视显微镜和傅里叶变换红外光谱仪分析微塑料丰度、形态及聚合物组成, 并结合水质参数进行相关性分析及生态风险评估. 结果表明, 枯水期的微塑料丰度 ((17.79±8.41) items/L) 高于丰水期 ((7.75±4.30) items/L), 滨河郊野公园水体因邻近污水处理厂排污口, 丰度显著高于其他区域; 形状特征以纤维状 (79.35%~88.62%)、蓝色 (60.69%~78.64%) 和小粒径 (0.02~2 mm, 84.80%~91.10%) 为主; 主要聚合物成分包括人造丝、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯, 表明城市生活污水和纺织品纤维脱落是主要污染源; 微塑料分布受水文条件与氮磷浓度共同影响, 丰水期的丰度与水温呈负相关 (p<0.05), 枯水期的丰度与氨氮 (${\mathrm{NH}}_4^+ $-N)、硝氮 (${\mathrm{NO}}_3^- $-N)、总磷 (TP) 等呈显著正相关 (p<0.01); 生态风险具有显著的季节性和空间差异, 枯水期森林公园、龙潭公园和晋祠公园水体采样点因高毒性聚合物 (聚丙烯腈和聚氨酯) 积累, 潜在生态风险指数 (Potential Ecological Risk Index, PERI) 显著升高, 风险等级可达Ⅳ—Ⅴ级. 本研究可为北方城市景观水体中微塑料污染状况及风险评估提供参考.

• 太湖流域重点行业工业废水中微塑料赋存特征与风险评估研究

  胡杨杨, 刘畅, 曹承进, 李俊豪, 吴流星, 朱锐云, 黄民生, 何岩, 都皓辰, 王磊, 严欣霖

  微塑料造成的环境污染是当前面临的重大环境问题之一, 工业源是微塑料的重要排放来源之一. 本研究着眼于工业废水中微塑料污染问题, 调研太湖流域重点行业工业废水中微塑料的分布特征. 结果显示, 太湖流域重点工业行业 (印染、化工、电镀行业) 中微塑料平均丰度为236.5~1348.0 items/L, 各类行业的微塑料主要以纤维状、尺寸小于1 mm的聚对苯甲酸乙二醇酯、聚丙烯和聚乙烯为主. 污水处理厂混合废水中微塑料平均丰度为84.2 items/L, 微塑料形状分布均匀, 以尺寸小于1 mm的聚丙烯和聚对苯甲酸乙二醇酯为主. 混合废水和工业废水在微塑料组成上有统计学上的相似性, 其实际关联性较弱. 印染和化工废水的微塑料风险为极度危险, 电镀和混合废水的微塑料风险为危险, 亟需重视工业废水中的微塑料污染问题.

• 水体中微塑料和抗生素相互作用及复合毒性的研究进展

  赵永乐, 张妍

  微塑料和抗生素这两种新污染物已成为当今研究的热点, 从多个中英文数据库收集了我国水体中微塑料和抗生素的丰度、种类等数据, 系统阐述了微塑料和抗生素的分布特征、吸附机制及对生物的危害. 结果显示, 水库中微塑料丰度最高 (4.70~27.5 个/L, 平均12.08 个/L), 其次为河流 (平均8.83 个/L), 湖泊最低 (平均6.19 个/L). 河流中抗生素平均浓度达102.93 ng/L, 高于湖泊 (平均34.37 ng/L) 和水库 (平均43.91 ng/L). 范德华力普遍存在于微塑料与抗生素分子之间, 极性较大的微塑料更容易与抗生素形成氢键和静电作用, 含特殊官能团的微塑料可形成π-π相互作用. 老化使微塑料表面暴露更多的含氧官能团, 显著提升吸附量. 微塑料-抗生素复合物被生物摄入后, 可在器官发生积累效应, 抑制生长, 长期胁迫还会改变生物结构并增加抗性基因传播. 建议严格管控排放源, 推广生物可降解塑料的使用, 完善塑料回收体系, 并加强真实环境中吸附过程与复合毒性研究.

• 水环境中SSRIs的污染特征与生态毒性研究进展

  张羽彤, 周焕然, 吴玲玲

  选择性血清素再摄取抑制剂 (Selective Serotonin Reuptake Inhibitors, SSRIs) 是一类典型的抗抑郁药物, 因使用量大且在环境中难以降解, 已通过多种途径进入水体, 并在污水处理厂进出水、地表水及饮用水中被频繁检出, 因而受到广泛关注. 环境中存在的SSRIs可干扰水生生物正常生理功能, 诱发潜在的毒性效应, 进而可能通过饮用水或者食物链对人类健康构成威胁. 本文综述了SSRIs在水环境中的污染水平、来源与环境行为及其对不同水生生物的毒性作用, 旨在为新污染物的防控和水生生态系统的保护提供参考.

• 水力扰动和水位变化对苦草 (Vallisneria natans) 生长及水体水质影响的实验研究

  郁梦媛, 邱长能, 黄民生, 张彤, 周耀, 余意, 易阳阳

  苦草 (Vallisneria natans) 是生态修复中常用的沉水植物, 然而水力扰动与水位变化对其生长及其水体水质的影响尚不明确. 通过设置不同水位 (45 cm和80 cm) 及扰动时长 (4 h和8 h) 的控制实验, 探究单一及复合水动力胁迫对苦草生理生化特性及水质的影响. 结果表明, 高水位短时扰动 (80 cm水位, 4 h扰动) 能显著提升水体溶解氧含量至9.1 mg/L (较无扰动组提高11.0%), 有效降低总氮 (1.85 mg/L) 、氨氮 (0.20 mg/L) 和硝态氮 (0.19 mg/L) 浓度, 并维持苦草最低的氧化胁迫水平 (过氧化物酶活性为5.73 U/(g·min), 超氧化物歧化酶活性为17.6 U/g) 及最高叶绿素含量 (8.98 mg/g), 证实适度扰动可通过增强水体混合进而优化光能利用效率并促进植物生长. 双因素方差分析表明, 水位与扰动的交互作用显著影响五日生化需氧量、总氮等指标 (p<0.05). 本研究提出了“高水位 (≥80 cm) 结合短时扰动 (≤4 h)”的优化调控策略, 为城市景观水体生态修复中沉水植物恢复并与水环境协同改善提供了理论依据, 对浅水湖泊生态系统稳态维持具有重要的实践意义.

• 富铁基质人工湿地在低碳氮比废水处理中的应用研究进展

  王静, 何岩

  人工湿地通常作为污水厂尾水排入自然水体前的最后一道屏障, 其如何有效处理“碳源缺乏、高营养负荷”的尾水是亟需解决的瓶颈问题. 富铁基质因具有强吸附性、氧化还原性、生物亲和性的独特优势可为上述问题的有效解决提供新思路. 本文评述了富铁基质在人工湿地中的研究方向与热点, 并基于尾水湿地着重探讨了不同类型富铁基质对低碳氮比废水的净化效果, 同时揭示了富铁基质驱动微生物耦合铁-氮循环脱氮, 协同表面吸附、化学沉淀、配体交换和共沉淀除磷的增效机制. 并针对富铁基质人工湿地长期运行后可能出现的铁钝化与堵塞、铁死亡、反硝化副产物积累等问题, 从材料研发、系统优化、机理探究等方面对未来研究给予建议, 以期为提高污水厂尾水人工湿地净化效率及长期稳定运行提供有力支持.

• 3种植物提取物对福寿螺毒杀效果比较研究

  张彤, 赵龙苑, 严广寒, 孔书麟, 黄民生, 郁梦媛, 易阳阳

  为探究马利筋(Asclepias curassavica L.)、垂序商陆 (Phytolacca acinosa R.) 和水毒芹 (Cicuta virosa L.) 提取物对福寿螺 (Pomacea canaliculata) 的毒杀活性、生理损伤及环境毒性效应, 通过浸杀法系统评估其在不同剂量和处理时间下的毒杀效果, 并检测肝脏关键生理指标变化及水质残毒. 结果表明, 3种植物提取物均呈现剂量-时间依赖性毒杀效果, 其中, 马利筋毒力最强 (48 h亚致死浓度 LC50为0.270 mL/L), 是垂序商陆 (0.819 mL/L) 的3.03倍、水毒芹 (1.071 mL/L) 的3.97倍. 福寿螺肝脏生理指标检测显示, 马利筋和水毒芹诱导的毒性损伤最显著, 总蛋白、丙二醛、过氧化氢酶等反映机体健康状态的物质含量下降, 乙酰胆碱酯酶、谷胱甘肽S-转移酶、丙氨酸氨基转移酶等与肝脏的解毒功能密切相关的酶活性上升. 水质残毒结果显示, 马利筋对发光菌抑制率最高 (LC75浓度下达到75%), 垂序商陆的生态风险最低 (LC75浓度下抑制率为56%). 与传统化学杀螺剂相比, 马利筋和垂序商陆提取物均具有较高的生态安全性, 更适合生态友好型防控应用, 具有作为植物源杀螺剂的开发应用潜力.

• 污水处理新技术助力实现碳中和: 路径、机制与展望

  周启星, 王辉, 程思雯

  污水处理行业作为关键碳排放源, 其减污降碳协同转型对实现碳中和目标具有重要战略意义. 系统综述了支撑污水处理领域实现碳中和的各类新兴技术, 聚焦生物强化、资源回收与能源自给、新型功能材料、自然与混合系统、数字化协同耦合模式等核心方向, 阐释了不同技术路径的减碳机制与应用价值. 研究发现, 生物强化技术通过革新微生物代谢路径削减温室气体排放与能耗; 资源回收技术将有机污染物转化为清洁能源, 推动处理系统实现能源自给并形成碳汇效应; 新型功能材料通过靶向捕集温室气体、强化电子传递等方式进一步降低碳排放强度; 自然与混合系统依托生态循环实现碳的主动固定与能量再生; 数字化协同耦合模式则通过全流程智能调控, 推动污水处理厂从碳排放主体转型为碳资产生产者. 当前新兴技术规模化应用面临微生物调控困难、监测体系不完善、碳核算标准滞后及经济成本与环境效益失衡等瓶颈. 未来需从技术研发、政策机制、产业生态层面协同发力, 通过强化功能微生物调控、构建模块化技术体系、完善碳交易政策与绿色金融工具等措施, 推动污水处理行业从传统能源消耗端升级为资源产出中枢, 为全球碳中和实践提供系统性解决方案.

• 污泥炭生物滴滤池除臭性能及其微生物机制研究

  孙晓

  恶臭已成为制约污水处理厂可持续发展的关键瓶颈, 生物滴滤池 (Biological Trickling Filters, BTFs) 因能耗低、易维护被广泛采用, 但其除臭性能高度依赖填料特性. 以竹炭填料作为对照组, 系统评估了市政污泥热解炭 (污泥炭) 填料的除臭性能, 并比较了二者在常温 (25℃) 和相对低温 (15℃) 条件下对NH3、H2S及臭气浓度的去除效果. 同时, 结合微生物高通量测序分析, 揭示了污泥炭除臭的微生物机制. 研究结果表明: 污泥炭BTF在25℃条件下, 对NH3、H2S和臭气浓度的去除率分别达到88.4%、96.1%和87.8%, 与竹炭除臭水平基本相当; 当温度降低至15℃条件下, 污泥炭BTF的除臭效果相较于竹炭平均降低6.3%. 此外, 微生物解析表明污泥炭中富集的马赛菌属 (Massilia) 和微枝形杆菌属 (Microvirga) 等反硝化-硫氧化菌通过gln、glt基因驱动的谷氨酸合成途径与dsr、sox基因驱动的硫自养反硝化途径协同降解恶臭组分. 综合分析表明, 污泥炭可替代高成本竹炭作为BTF除臭填料, 不仅为BTF低成本除臭提供新视角, 而且也为市政污泥资源化提供了新途径.

• 碳源对含氮废水生物反硝化的影响研究进展

  汪翰林, 李佳乐, 董一慧, 孙占学, 王军澳, 黄钰歆

  硝酸盐作为稳定的氮污染物, 广泛存在于水体中, 其含量过高会对生态环境和人类健康造成危害. 异养反硝化技术因其经济高效的特点, 被广泛应用于含氮废水处理. 在该过程中, 碳源作为电子供体至关重要, 当系统内碳源不足时, 需投加外部碳源以保障反硝化效果. 液相碳源反硝化速率高, 因其无需水解或仅需简单转化即可被微生物直接利用, 电子供体转移迅速、路径简单, 反应速度快, 但控制精度要求高, 过量投加易导致出水有机碳超标及二次污染. 固相碳源反硝化速率相对较低, 需先经水解或酶解为小分子有机物方可被利用, 碳源缓慢释放, 电子供体转移路径复杂而更持久稳定, 可减少碳源浪费与二次污染风险. 微生物群落方面, 液相碳源成分单一, 易使依赖该碳源的微生物成为优势菌群, 降低群落多样性. 固相碳源释碳过程复杂, 能富集多样化的功能菌群, 群落多样性更高. 在设备与成本方面, 液相碳源需高精度控制系统, 设备成本较高. 固相碳源流程简单、无需复杂投加设备, 天然材料价格低廉, 合成聚合物成本较高, 可能存在堵塞问题.