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    持久性污染物的环境界面化学与控制技术原理研究取得重要进展

    日期 2003-05-13   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

    --阐明了中国东部17条河流水体颗粒物的基本特性与分布规律;揭示了我国严重地方病大骨节病的环境地球化学成因等   本文提要:持久性污染物对环境的危害是全球面临的重大环境问题之一。持久性污染物通过食物链对人体健康产生危害。有关污染物的环境界面化学过程研究也是当前环境化学的前沿领域之一,具有挑战性。同时,对持久性污染物的环境界面过程有关机理的深入了解也已成为新的控制技术的理论基础。中国科学院生态环境研究中心的单孝全研究员、汤鸿霄院士、王子健研究员,清华大学的钱易院士和北京大学的陈静生教授等科研人员经过十余年坚持不懈的研究,通过国家自然科学基金委员会和中国科学院的连续资助,在持久性污染物的环境界面化学与控制技术原理方面取得了重要进展,获得了2002年度国家自然科学奖二等奖。   "持久性污染物的环境界面化学与控制技术原理研究"探索了持久性污染物在水体颗粒物、水体/沉积物、土壤/土壤溶液/植物根系等若干重要的界面过程的规律,并在对环境微界面上持久性污染物的迁移转化过程原理进行深入研究的基础上,发展了持久性污染物的若干新控制技术原理,从而形成了从基础研究到控制技术原理的较为完整的学术体系。该成果在国际重要学术期刊上发表论文83篇,其中48篇论文被他人引用263次。出版"水体颗粒物和难降解有机物的特性与控制技术原理"上下册。该项研究中提出了某些新的学术见解、新的方法学,解决了国际学术界的某些长期争论的问题,获得国际学术界的承认与好评,在国际上产生了一定的影响。主要成果如下: 首次证明了恒定容量模式、扩散层模式和三层模式等三种表面络合模式均能很好地描述持久性污染物在天然河流沉积物表面的吸附行为,实验测定数值与模式拟合值的误差均小于15%,且这种吸附行为与pH值密切相关。从而较好地解决了国际学术界关于污染物在天然沉积物表面吸附行为的模式研究中存在的猜测与争论。获得美国科学信息研究所的SCI引用经典论文奖。 在广泛采样、实验测定水体颗粒物化学成分、矿物结构、粒度分布、表面电性及表面吸附等参数与收集资料的基础上,阐明了中国东部17条主要河流水体颗粒物的基本特性与分布规律,建立了可供查询检索的数据库,补充并修正了国际河流水体颗粒物数据库由于缺乏中国数据所带来的不确定性。 提出了将腐殖酸多官能团作用基团与游离金属离子反应的平均作用作为单一反应位点的表面络合模式,研究了水体中重金属与腐殖酸反应的机理。基于铅在水/沉积物界面过程的动力学,阐明了水体中相当一部分铅不能被沉积物所固定的学术观点,为正确评价铅的长期生态毒性风险奠定了基础。上述有关学术见解已被视作普遍规律而为国际同行接受。 学术界曾就土壤的不同矿物相能否选择性分离问题,争论了10余年。争论的焦点是分级萃取能否将不同的矿物相逐一分离?分离过程是否会引起金属元素在各矿物相之间的再分配?本研究巧妙地用多种天然单矿物和从土壤中分离提取的腐殖酸合成模拟土壤,有说服力地揭示了萃取剂的非选择性和痕量元素在萃取过程中的再分配问题。并阐明了土壤与金属元素的性质以及相互反应决定再吸附与再分配。解决了环境界面化学的一起长期争论。 详细地研究了根际土壤的特性、干湿土壤的差别、土壤物理化学性质及其相互反应、土壤中金属元素形态、植物根系分泌的低分子量有机酸等诸多因素对生物可利用性的影响,从而较好地阐明了为什么近20年来所建立的现有方法学均不能预测生物可利用性的原因。 基于土壤/土壤溶液/植物根系界面过程,阐明了硒的存在形态与生物吸收利用的关系,揭示了中国低硒带硒的环境地球化学规律,证明硒的存在形态不易被植物吸收利用,进而妨碍人体内含硒谷胱苷肽过氧化酶的合成,从而揭示了我国严重地方病大骨节病的环境地球化学成因。 根据难降解有机污染物结构与生物降解性的关系,研究了难降解有机污染物在人工处理系统中的行为、去除效果、阻碍因素,构建了包括高级化学氧化预处理的新型生物反应器及固定化细胞技术的厌氧-好氧相结合的处理持久性有机污染物的技术原理,从而有效地提高了本来不易被生物降解的高浓度有机有毒组分的生物可处理性,为持久性有机污染物的深度处理奠定了理论基础,并建立了相应的工艺技术。 比较系统地研究了颗粒物相互絮凝作用及高效控制技术原理、表面颗粒吸附及高效澄清过滤技术原理、颗粒物与分离膜的作用与高效过滤技原理、溶气气浮工艺中的颗粒物絮凝作用原理、颗粒物与痕量污染物相互作用的水质动态模式。基于以上研究, 阐述了颗粒物与重金属、有机污染物和藻类等相互作用及界面化学规律,并发展了无机高效絮凝剂的生产和相应反应器的技术原理。



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