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2019年  第37卷  第12期

西北水环境青年学者论坛专栏
亚硝酸盐反硝化聚磷过程中NO和N_2O的累积特征
冯鑫, 赵剑强, 代伟, 赵倩
2019, 37(12): 1-5. doi: 10.13205/j.hjgc.201912001
摘要:
实验采用厌氧/缺氧/好氧(An/A/O)序批式反应器(SBR),研究亚硝酸盐反硝化聚磷过程中NO和N_2O的积累和释放特征,以及不同pH值(6. 61和7. 37)对NO和N_2O产生量的影响。结果表明:试验条件下,亚硝酸盐反硝化聚磷过程存在高浓度NO和N_2O的积累,积累的NO对亚硝酸盐还原过程和NO还原过程均有明显的抑制作用。液相积累的NO导致溶解氧(DO)的升高,且NO和DO存在显著相关,推测一部分NO在反硝化过程中通过歧化反应生成N_2和O_2。pH值为6. 61和7. 37下,反硝化过程NO的释放因子分别为0. 86%和0. 58%,N_2O总产生量分别为30. 65,21. 24 mg/L。NO积累可能与厌氧期电子积累有关,N_2O积累主要与游离亚硝酸(FNA)抑制N_2O还原酶Nos活性有关。高pH值可有效减少NO和N_2O的产生和释放。
C/S对生物氮转移途径的影响
张宇浩, 李晓玲, 陈莹, 赵泰淇
2019, 37(12): 6-11. doi: 10.13205/j.hjgc.201912002
摘要:
电子供体是生物脱氮必不可少的要素,且不同种类的电子供体对于生物氮转移途径存在影响。以乙酸盐和硫化钠同时作为电子供体,以NO3--N作为电子受体,通过不断降低C/S改变异养和自养反硝化菌的活性,研究电子供体种类在异养反硝化和自养反硝化的混养状态下对生物脱氮的影响。当n(C)/n(S)=4∶1、n(C)/n(S)=2∶3时,有少量NH4+-N的产生,出水分别为1. 7,4. 9 mg/L。在n(C)/n(S)=4∶1中S2-去除率可达到98. 58%,同时随着电子供体增多,呈现白色悬浮物状态的硫逐步增多。pH、氧化还原电位(ORP)可判断系统内剩余物质的大致存在形态,因此系统内pH和ORP可间接为生物脱氮途径提供指示依据。研究发现,系统内过量的电子供体对生物脱氮效果更好;同时在有限的电子受体(NO3--N)情况下,高电子供体有可能导致反硝化过程向硝酸盐异化还原成铵过程转变。
厌氧氨氧化污泥异养反硝化的影响因素分析
李泽兵, 刘帅, 张鹤, 徐佳莹, 高翔, 曹建平, 张艳梅, 王东亮
2019, 37(12): 12-16. doi: 10.13205/j.hjgc.201912003
摘要:
以无机基质培养的厌氧氨氧化污泥为对象,研究污泥投量、DO、BOD5/N和粒径等因素对其反硝化降解NO3--N活性的影响。通过高通量测序技术获得细菌的种群结构状况,其中主要的厌氧氨氧化菌为Candidatus Brocadia fulgida和Candidatus Brocadia caroliniensis。批式实验结果表明:DO是厌氧氨氧化污泥异养反硝化最重要的限制性因素,ρ(DO)=0. 12 mg/L是实现反硝化反应的界限;碳源浓度对厌氧氨氧化污泥异养反硝化的影响较小,碳源充足时,厌氧氨氧化污泥的异养反硝化活性受细菌数量限制,碳源不足时,混合菌群也可以充分利用原水碳源反硝化;从粒径角度分析得出,相对于底物扩散,微量氧对厌氧氨氧化污泥反硝化的限制更大。
S/N对自养硝酸盐异化还原成铵过程的影响
芦昭霖, 李晓玲, 苟文均, 张莉平
2019, 37(12): 17-21. doi: 10.13205/j.hjgc.201912004
摘要:
采用SBBR反应器,以硝酸盐和硫化钠为基质,探索了4种进水S/N对自养硝酸盐异化还原成铵过程的影响。结果表明:在n(S)/n(N)≤1. 3时,系统主要进行硫自养反硝化过程; n(S)/n(N)≥1. 5时,系统内同时存在硫自养反硝化过程和硝酸盐异化还原成铵过程,在n(S)/n(N)=1. 5∶1时产铵最高; ORP对系统内的反应进程和反应类型有一定的指示作用。当发生完整的硫自养反硝化过程时,ORP会出现硝酸盐膝点和亚硝酸盐膝点。同时存在硫自养反硝化过程和硝酸盐异化还原成铵过程时,硝酸盐膝点和亚硝酸盐膝点重合。出现硝酸盐异化还原成铵过程的原因可能是硫化物浓度的增加,抑制反硝化作用,从而驱动部分电子从S~(2-)到NH_4~+。
耐冷好氧反硝化菌脱氮技术研究进展
张艺冉, 李再兴, 孙悦, 周石磊
2019, 37(12): 22-28. doi: 10.13205/j.hjgc.201912005
摘要:
耐冷好氧反硝化菌因其独特的生长特性与同步异养硝化好氧反硝化的功能,为解决天然水体中氮素的去除提供了新的技术思路。综述了好氧反硝化作用机理研究进展,包括耐冷好氧反硝化菌的富集-驯化-筛选方法,已分离的耐冷好氧反硝化菌的类群及其生长特性,耐冷好氧反硝化菌的生物脱氮影响因素及其应用领域。耐冷好氧反硝化菌在低温环境生物脱氮方面具有明显的优势。因此,对耐冷好氧反硝化菌的脱氮作用机理和实际工程应用进行展望。
白洋淀冰封期沉积物中氮赋存形态及分布特征
李再兴, 孙悦, 张艺冉, 郭朋朋, 周石磊
2019, 37(12): 29-33. doi: 10.13205/j.hjgc.201912006
摘要:
为研究白洋淀冰封期沉积物中氮的赋存形态及分布特征,初步探究氮素演变规律,于2019年1月采集白洋淀北部、中部、南部淀区的表层沉积物,采用氮连续分级浸提方法,将沉积物中的氮分为离子交换态氮(IEF-N)、弱酸可浸取态氮(WAEF-N)、强碱可浸取态氮(SAEF-N)和强氧化剂可浸取态氮(SOEF-N)。结果表明:白洋淀冰封期沉积物总可转化态氮含量为3415. 256~5683. 580 mg/kg,平均值为4439. 975 mg/kg;空间分布上存在明显的差异,并呈现中部淀区>南部淀区>北部淀区的趋势,其中位于中部淀区的文化苑采样点总可转化态氮的含量最高,这主要与淀区不同的生态功能有关。3个分区中沉积物各形态氮的含量顺序均为WAEF-N>SOEF-N>SAEF-N>IEF-N,表明白洋淀沉积物受沉积环境和有机质等多重因素的影响。总之,白洋淀沉积物在冰封期较高的总可转化态氮含量和氮形态组成显示出底泥沉积物接纳了大量的可溶性污染物成为内源污染源,可能会在冰封稳定期、融冰期后的一段时间增加白洋淀氮释放风险。
给水厂铝污泥作为屋顶绿化基质应用的关键问题分析
韦杰文, 韩柳, 赵晓红, 潘颖, 袁春博
2019, 37(12): 34-40. doi: 10.13205/j.hjgc.201912007
摘要:
屋顶绿化(roof greening)作为"海绵城市"生物滞留设施之一,是景观好、效果佳的城市雨水管控措施。使用给水厂铝污泥配制屋顶绿化基质,可缓解污泥填埋的用地压力,取得污泥资源化和减量化效果,进而阐明此类生物滞留设施应用中的主要关键问题:1)铝污泥是否存在铝和重金属的浸出; 2)铝污泥是否能直接用作种植基质; 3)铝污泥应如何处理并搭配其他基材制成轻型改良基质; 4)以铝污泥改良基质制成的屋顶绿化设施对雨水的滞蓄净化效果。结果表明:在土壤pH约为7的景观应用上,铝污泥中铝和重金属的浸出量极少,对环境构成威胁甚微;铝污泥初期含水率为80%,性状不稳定,不宜直接作为屋顶绿化设施的种植基质使用,需干燥至60%以下;为满足屋顶绿化规范要求,还应搭配其他轻质、保水、保肥的基材(如椰糠、泥炭、腐殖土等)使用;在铝污泥(40%,体积分数,下同)、椰糠(35%)、珍珠岩(25%)的改良基质中栽种地被植物,植物生根率为100%,覆盖率长期维持75%以上,生长状况良好;在中雨标准(20 mm/h)和暴雨标准(45 mm/h)的降雨模拟中,设施雨水持蓄率分别达到89. 5%和37. 1%,对各类污染物有一定的去除效果,更弥补了传统生物滞留设施对磷去除效果较差的缺点。
基于ABR技术的干旱半干旱地区农村污水处理技术研究
师旭军, 张国珍, 武福平, 周添红
2019, 37(12): 41-48. doi: 10.13205/j.hjgc.201912008
摘要:
以典型的西北干旱半干旱地区农村污水为研究对象,采用改良设计的ABR技术作为前处理,筛选出ABR+IVCW-HF污水处理系统,研究其对处理西北农村生活污水的运行效果,结果表明:在不同HRT、有机负荷、温度条件下筛选出的改良ABR,最优工况下出水ρ(SS)平均为24. 57 mg/L,ρ(COD)为144. 89 mg/L,满足GB 18981—2002《农田灌溉水质标准》;后经IVCW-HF系统深度净化后,COD、TN、NH3-N、TP出水平均浓度分别为30. 38,23. 17,2. 12,1. 05mg/L,满足GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准。
引江济淮工程对派河水环境的影响
孙康茜, 刘花台, 曹文志, 杨盛昌, 陈吉春, 张萍
2019, 37(12): 49-54. doi: 10.13205/j.hjgc.201912009
摘要:
引江济淮工程是淮河流域水资源战略配置及巢湖和淮河水环境综合治理的重要措施,并列入国家加快推进的172项重大水利工程。引江济淮工程派河段是按照丰、枯水期严格设计的,派河水质不仅直接影响巢湖口的水质,还将间接影响淮河水质。结合派河现状水文、水质条件,采用明槽恒定均匀流公式预测了引江济淮工程对派河规划年水文情势的影响,预测结果表明:工程实施后,派河水位将升高1. 01~2. 32 mm,流速将增大0. 24~0. 33 m/s,流量将增大76~103 m3/s;采用一维稳态稀释、降解综合模型对工程实施后派河国控断面水质的变化进行预测,以枯、丰水期的污染物背景浓度值为基础,考虑了枯、丰水期输水方向的变化,水质预测结果表明工程实施后水质将有较大改善。
派河流域滨岸带植物群落物种多样性和群落相似性分析及滨岸缓冲带模型构建
黄晓敏, 杨盛昌, 彭建, 郑志翰, 童姝瑾
2019, 37(12): 55-59. doi: 10.13205/j.hjgc.201912010
摘要:
通过野外踏查和样带、样方调查法,利用物种多样性指数和群落相似性指数,对派河流域滨岸带不同植物群落结构及其与水质联系进行分析比较,从而构建出适合派河治污的缓冲带模型。结果表明:该流域滨岸带植物物种组成共有92科204属254种,其中主要生活型植物为草本植物。整条流域、不同河段和不同岸坡高度的植物群落的多样性指数大小存在差异,且数值普遍较低。由于所处生境差异和人为因素的影响,不同河段和不同坡面高度的群落相似性均不同。滨岸缓冲带的宽度及其植物搭配的复杂程度对于河道水质的改善具有重要作用。综上可知,派河流域滨水带植物组成较为丰富,但各群落物种丰富度偏低,不同空间位置的群落异质性较大,滨岸缓冲带模型可构建为在不同岸坡高度错落分布一定宽度的乔灌草搭配模型来改善派河水质。
表流人工湿地中芦苇对重金属的吸收和累积
葛光环, 寇坤, 陈爱侠, 储玖琳
2019, 37(12): 60-63. doi: 10.13205/j.hjgc.201912011
摘要:
为了研究人工湿地植物中重金属的累积和分布,对中试规模湿地植物(芦苇)中6种重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn进行取样和分析。结果表明:湿地芦苇中Zn、Cu和Cr的质量分数沿着湿地入口的前3个采样点显示出下降趋势,即在离进水较近的约30 m区域内,芦苇对重金属的吸收最明显。芦苇各部位中Cu的分布显示为根>茎>叶;其他5种重金属的分布为根>叶>茎,则根中重金属质量分数远大于茎和叶。芦苇根易于富集Cd和Cu,对Cr的富集能力较弱;芦苇中除Cr以外,其他5种重金属由根向叶的迁移能力大于由根向茎的转移能力,且Cu和Zn从芦苇根向地上部位的迁移能力较强。
水体环境中纳米塑料的危害与检测研究进展
赵传靓, 闫仪, 苏俊堂, 李环宇, 王博文, 钟玥, 胡博, 杨利伟
2019, 37(12): 64-70. doi: 10.13205/j.hjgc.201912012
摘要:
近年来,塑料在水环境中的迁移转化和不良影响引起了极大关注。最近研究表明,塑料材料能够破碎成纳米塑料并在环境中积累。纳米塑料可以表现出与本体材料差异明显的物理和化学性质。因此,需要分析和消除纳米塑料可能对环境造成的风险和危害。针对水体环境中纳米塑料新兴污染进行了综述,重点论述纳米塑料对水生生物和人类健康的影响,以及在水环境介质中检测纳米塑料所面临的挑战,最后对未来研究趋势进行了展望,为今后纳米塑料的相关研究提供参考。
水污染防治
不同水体硬度条件下Cu~(2+)对不同生长阶段斑马鱼的毒性
廖伟, 刘大庆, 冯承莲, 金小伟, 刘娜, 白英臣, 吴丰昌
2019, 37(12): 71-74. doi: 10.13205/j.hjgc.201912013
摘要:
以斑马鱼为研究对象,开展了不同硬度水质条件下Cu2+对不同生长阶段斑马鱼的毒性研究。结果表明:同等水质条件下,Cu2+对不同阶段斑马鱼的毒性顺序为成鱼>幼鱼>仔鱼;同一阶段的受试斑马鱼,水质硬度与Cu2+对斑马鱼毒性呈负相关(R2>0. 90),硬度为50,125,250 mg/L时,96h-LC50几何平均值分别为0. 20,0. 24,0. 35 mg/L。通过Cu2+对斑马鱼仔鱼、幼鱼、成鱼和全生命周期平均急性毒性与水体硬度对数拟合计算得到的硬度斜率分别为0. 301、0. 471、0. 279和0. 359。研究结果可为重金属的生物有效性和生态风险评估提供理论依据。
再生水系统的可靠性:内涵及其保障措施
崔琦, 陈卓, 李魁晓, 时玉龙, 巫寅虎, 王文龙, 吴乾元, 吴光学, 胡洪营
2019, 37(12): 75-79. doi: 10.13205/j.hjgc.201912014
摘要:
面对日益增长的社会经济可持续发展需求,污水再生利用已成为缓解水资源短缺和改善水环境质量问题的有效措施。随着集中式再生水系统应用规模的不断扩大和再生水利用途径的逐渐拓展,保障再生水系统的可靠性,即安全稳定高效运行显得越来越重要。目前,针对再生水系统可靠性的研究十分有限,尚未形成统一的认识和评价方法。面对再生水系统水质保障的复杂性和现有评价指标的局限性,提出了再生水系统可靠性的概念,并从冗余度、鲁棒性、弹韧性等多个维度详细阐释了再生水系统可靠性内涵、评价指标体系和保障措施。今后,需进一步深入探讨再生水系统可靠性评价方法,为构建安全可靠经济的再生水系统提供技术支撑。
A~2/O生活污水处理系统中抗生素抗性基因的分布及去除
谢辉, 包樱钰, 李菲菲, 温东辉, 陈吕军
2019, 37(12): 80-89. doi: 10.13205/j.hjgc.201912015
摘要:
生活污水处理系统是抗生素抗性基因(ARGs)重要的"汇"和"源"。为探究ARGs在生活污水处理系统包括污水、污泥处理单元全流程的分布变化和去除效率,选取了河北省某A2/O生活污水处理系统,使用普通PCR技术、实时荧光定量PCR技术对污水、污泥处理工艺沿程各单元的胞内、胞外ARGs的丰度变化及去除效果进行研究。在污水处理系统中对tet C、sul II、erm B、bla PSE-1 4种ARGs、Ⅰ型整合子Int I1以及16S r DNA进行了检测。在总进水中,总胞内ARGs和胞外ARGs绝对丰度分别为1. 30×108copies/m L和2. 09×102copies/m L,总胞内ARGs和胞外ARGs相对丰度分别为3. 16×10-2和5. 29×10-1。最终出水的总胞内ARGs和胞外ARGs绝对丰度去除log值分别达到2. 10log和-3. 20log,总胞内ARGs和胞外ARGs相对丰度去除log值分别达到-0. 21log和0. 60log。泥区废液总回流液的回流会增大总进水胞外ARGs负荷。相关性研究表明,Ⅰ型整合子Int I1可能会促进tet C、erm B、bla PSE-1的传播,水质因子可能会影响ARGs的分布与扩散。
我国典型钢铁企业地下水污染特征及防治对策分析
孟祥帅, 吴萌萌, 陈鸿汉, 杨晓东, 何亚平
2019, 37(12): 90-97. doi: 10.13205/j.hjgc.201912016
摘要:
我国钢铁企业数量众多、工序复杂,地下水常受到有机物、重金属等有毒有害物质的影响。目前针对钢铁联合企业地下水污染特征及防治对策研究较少。以我国不同地区5家典型钢铁企业为例,评价各案例中场地地下水脆弱性及选址合理性,识别各企业地下水特征污染源,分析污染方式及程度,提出对污染防治对策的几点认识。结果表明:历史上钢铁企业选址往往忽略水文地质条件因素,跑冒滴漏、装置泄漏及淋滤作用是地下水的主要污染方式,加强选址论证、地下管线防护、固废处置及废水利用是保护钢铁工业地下水的重要措施。
坡度对低影响开发道路水文参数的影响
张敬玉, 王建龙, 涂楠楠, 靳俊伟, 苏定江
2019, 37(12): 98-103. doi: 10.13205/j.hjgc.201912017
摘要:
近年来,海绵城市在我国得到快速发展,其中低影响开发道路是重要建设内容之一。坡度是影响低影响开发道路雨水控制利用效果的关键因素之一,尤其是山地城市道路纵坡普遍较大,目前尚缺乏系统研究。针对上述问题,在实验室搭建了1∶1物理模型,通过人工模拟降雨实验,系统研究了坡度对低影响开发道路雨水径流总量控制率、峰值削减率、径流系数等水文参数的影响。实验结果表明:低影响开发(LID)道路场次雨水径流总量和峰值流量受坡度影响较大,其削减率分别为7. 5%~73. 2%和4. 5%~52. 6%;径流系数受重现期影响较大,在低重现期时为0. 20~0. 66,在大纵坡和高重现期时均接近1。LID道路在纵坡<5%和重现期<10 a时雨水径流总量和峰值削减效果较明显,在大纵坡和高重现期时雨水外排总量和峰值削减效果较差。上述研究成果可为山地城市低影响开发城市道路设计提供技术支撑。
低温热水解处理对污泥流变特性的影响
曹秀芹, 柳婷, 江坤, 仇付国, 付昆明, 刘建伟
2019, 37(12): 104-108. doi: 10.13205/j.hjgc.201912018
摘要:
流变特性对污泥处理至关重要,广泛应用于厌氧消化反应器、泵送运输、热交换器及污泥脱水等的设计。系统研究了低温热水解预处理对污泥流变特性的影响,结果表明:热水解过程中COD增溶与热历时呈对数关系。热水解48h后污泥的流变曲线均符合Power law模型,流动性显著增强。低剪切速率范围内热水解污泥的黏度较原污泥有所降低,但在高剪切速率范围内黏度却略有增加。热水解后污泥极限黏度的增大与s COD(溶解性化学需氧量)的释放呈线性关系,表明污泥流变有望成为评价热水解效率的新工具。热处理造成的污泥极限黏度、流变指数(n)的增大及稠度系数(k)的降低与温度均呈直线关系。当热水解温度为80℃时,n值增大、k值降低与热历时均呈良好的对数关系。
食藻虫联合高效菌剂处理富营养化水体
丁灿, 周其胤, 贺振洲, 赵军, 高寒
2019, 37(12): 109-112. doi: 10.13205/j.hjgc.201912019
摘要:
为探究富营养化水体高效治理技术,采用单因子试验和L16(44)正交试验,研究食藻虫联合高效菌剂治理富营养化水体的可行性和规律性。结果表明:当m(食藻虫)∶m(高效菌剂)=5∶1,pH值为7. 0,反应时间为2 h,反应温度为35℃时,水体中TN、TP去除率最高,分别达到46. 62%和48. 86%。食藻虫联合高效菌剂处理富营养化水体时具有去除率高,设备简单,操作方便等优点。
Fe-Mn-Ce/GAC催化剂制备及其在生物制药废水深度处理中的应用
彭娟, 杨永哲, 杨宏勃, 李亚国, 邹俊轶, 吕露遥
2019, 37(12): 113-119. doi: 10.13205/j.hjgc.201912020
摘要:
通过在活性炭上负载铁、锰和铈离子的方法,制备Fe-Mn-Ce/GAC催化剂,并研究其在非均相臭氧催化氧化反应(heterogeneous catalytic ozonation process,HCOP)和尾气利用-非均相臭氧催化氧化反应(ozone reuse-HCOP,ORHCOP)深度处理生物制药废水中的催化性能。结果表明:HCOP工艺中,在反应时间为120 min,初始pH为9,催化剂投加量为2 g/L,催化剂粒径为0. 15~0. 35 mm条件下,COD和NH4+-N平均去除率分别可达80. 78%和94. 35%[出水浓度分别为(57. 03±0. 57),(0. 38±0. 06) mg/L]。OR-HCOP工艺中,ρ(COD)和ρ(NH4+-N)进水分别为(294. 46±2. 11),(5. 99±0. 06) mg/L,尾气催化氧化后分别降至(103. 63±3. 20),(0. 97±0. 08) mg/L,臭氧催化氧化后进一步降至(39. 42±4. 71),(0. 32±0. 02) mg/L,平均去除率分别可达86. 62%和94. 59%,且可回收臭氧57. 47%。在HCOP最佳工艺条件下,Fe-Mn-Ce/GAC至少可循环使用6次。
两级串联水力旋流器原位处理疏浚泥水
王云超, 杨月明, 聂小保
2019, 37(12): 120-125. doi: 10.13205/j.hjgc.201912021
摘要:
采用两级串联水力旋流器进行疏浚泥水原位处理技术在实现高效固液分离的同时,出水SS满足GB 8978—1996《污水综合排放标准》Ⅲ级标准,可直接排入水体。实验条件下,一、二级水力旋流器最佳锥角分别为8°和5°,一级水力旋流器最佳分流比为0. 12。PAM的混凝作用一方面可以提高二级水力旋流器固液分离效率,降低二级出水SS;另一方面可以提高一级水力旋流器底流体积浓度,降低一级分流比。二级水力旋流器PAM投加量为4 mg/g干污泥时,出水ρ(SS)为(301. 5±54. 1) mg/L,满足GB 8978—1996排放标准;一级水力旋流器PAM投加量为1 mg/g干污泥时,分离效率为60%时,分流比由0. 15降至0. 05。该技术有望在疏浚泥水原位处理中得到推广应用。
基于单极冷冻法的南疆咸水淡化及应用
杨玉辉, 王兴鹏, 李朝阳, 董晓梅
2019, 37(12): 126-131. doi: 10.13205/j.hjgc.201912022
摘要:
为了探索南疆咸水冷冻淡化可行性,以农田排水作为淡化原水,采用室内模拟单极冷冻试验方法,研究了冷冻温度、容器面积对脱盐率、钠吸附比等参数的影响,讨论了较优冷冻参数组合与南疆咸水结冰灌溉可行性。结果表明:相同温度时,容器面积与成冰速率呈正相关,与脱盐率呈负相关;相同容器面积时,冷冻温度与成冰速率呈负相关,与脱盐率呈正相关;冰层厚度与冰中含盐量、钠吸附比呈明显正相关,且厚度达21 cm后含盐量会急剧升高;从脱盐率角度考虑,T1脱盐率与其余处理间(T2、T3、T4、T5)差异达显著水平(P>0. 05),D1与D2脱盐率差异未达显著水平,但与其余处理间(D3、D4、D5)差异达显著水平;南疆以农田排水作为原水的结冰灌溉在理论上具有可行性,冰层厚度宜为18 cm左右。该结论可为南疆冷冻法淡化技术试验开展及应用提供数据参考,同时为咸水资源化利用提供新的切入点。
胜利油田某废液站压裂返排液特性分析
祝威, 葛福想, 韩霞, 袁士焱, 谷梅霞, 李小兵
2019, 37(12): 132-136. doi: 10.13205/j.hjgc.201912023
摘要:
石油开采过程中产生了大量具有高COD、高黏度以及高稳定性的压裂返排液。针对胜利油田某废液站压裂返排液,采用气相色谱-四级杆飞行时间质谱联用仪(GC/TOF/MS)、激光剥蚀-等离子体质谱仪(LA/ICP/MS)以及X射线衍射仪等测定了压裂返排液样品的一般特性、有机组分与无机组分,研究了石油类物质及悬浮固体沉降特性,完善了油田压裂返排液特性的认知。研究结果表明:该压裂返排液样品所含成分复杂,ρ(TOC)和ρ(COD)分别为2715. 7,9960. 0 mg/L,需进行破胶、脱稳预处理;悬浮固体粒径中值为107. 3μm,油水密度差为0. 011 g/cm3。沉降8 h后,石油类物质和悬浮固体去除率分别为28.52%和7.38%,需采用高效混凝沉降技术处理。
苯酚在Z型光催化材料Bi_2WO_6/SnS_2作用下的降解分析
苑承禹, 邹学军, 董玉瑛, 崔玉波
2019, 37(12): 137-143. doi: 10.13205/j.hjgc.201912024
摘要:
以苯酚作为目标降解物,研究了Z型Bi_2WO_6/SnS_2的光催化性能。通过水热法合成Z型Bi_2WO_6/SnS_2,并采用XRD、DRS、FTIR、PL、SEM、XPS等手段对样品进行了表征,通过光催化降解苯酚实验发现40%Bi_2WO_6/SnS_2对含酚废水的降解率可达92. 5%。较高的降解率归因于宽窄带隙材料的复合提高了光生电子-空穴的分离,因此产生更多的光生电子-空穴对,提供了更多的反应活性位,从而实现对苯酚的高效降解。
顶空气相色谱法测定水中吡啶的影响因素分析
李雪原, 杨银, 李铭敏, 童祯恭, 江立文
2019, 37(12): 144-148. doi: 10.13205/j.hjgc.201912025
摘要:
采用顶空气相色谱法对水中吡啶进行测定,探讨了溶液初始pH值、NaCl浓度、顶空平衡温度和平衡时间等因素对吡啶溶液峰面积的影响。结果表明:随着溶液初始pH值和ρ(NaCl)的增大,吡啶溶液峰面积均先上升,最终分别于pH为7. 0,ρ(NaCl)为300 g/L时趋于平稳;吡啶溶液峰面积随着顶空平衡温度和平衡时间的升高均先缓慢增加,随后迅速上升至临界值后再明显下降,其相应的临界值分别为85℃和40 min。通过正交实验确定各个因素影响吡啶溶液峰面积的主次顺序为:溶液pH值>顶空平衡温度>顶空平衡时间>ρ(NaCl),其相应的最优顶空条件分别为pH 7. 0,85℃,10min,300 g/L。此方法的检出限为0. 0012 mg/L,平均加标回收率为98. 8%~102. 4%,RSD为2. 20%~4. 68%(n=5)。
大气污染防治
CFD模拟对SCR系统流场及性能的优化
邹红果, 啜广毅, 张丽丽, 孟德润, 张宏博
2019, 37(12): 149-152. doi: 10.13205/j.hjgc.201912026
摘要:
某660 MW电厂SCR系统烟道布置特殊,系统投运后出现了大范围积灰和氨逃逸过高的情况,采用CFD模拟验证对系统流场进行全面诊断,发现是导流装置设计不合理造成的。进一步通过CFD模拟优化提出导流板优化改造方案,对喷氨格栅和第1层催化剂上游的导流板布置进行了优化设计。优化方案使整个系统的流场分布更加均匀,消除了低流速涡流区,氨氮比分布也更加均匀,使系统运行更加稳定。大大改善了原有积灰及氨逃逸的问题,改造后在NOx达标排放的前提下,喷氨量比改造前降低了10%。
山西省SO_2时空变化特征及影响要素分析
刘涛涛, 王勇辉, 刘西刚
2019, 37(12): 153-160. doi: 10.13205/j.hjgc.201912027
摘要:
以山西省各环境监测站点的SO_2浓度日均值为数据基础,结合风速、降水量、气压、气温、人均GDP、原煤产量、工业产值、火力发电量、NO、O_3、CO等自然、人文相关指标,利用空间插值和主成分分析法对SO_2时空变化进行解析。结果表明:1) 2015年1月—2018年12月山西省SO_2浓度整体较高,年均分别为61,66,56,32μg/m3,平均每年下降13μg/m3。季节变化呈"冬春高,夏秋低"的变化趋势。月变化呈"U"形,7—8月空气质量均>20μg/m3。2)空间分布结果显示为"中南高,北部低",其中晋中市、临汾市、太原市污染较为严重,平均每年下降13,19,23μg/m3,超标日数主要集中在晋中市。3)主成分分析表明,SO_2浓度为7. 27~14. 9μg/m3,其中降水和风速对其贡献度最大,且随着浓度的增加其影响力逐渐减小。风速、降水、温度为影响山西省SO_2浓度时空变化的自然因素,人均GDP、工业产值、火力发电量为主要的人为因素。时空变化及影响要素分析表明:污染物主要集中于经济水平相对较高、工业发展速度较快和人口相对密集地区,人类活动对SO_2浓度贡献度较大,但气象要素对污染物时空变化和位移影响不可或缺,其中风速和降水对大气中的SO_2等污染物抑制性较强。
固废处理与处置
基于Web of Science数据库的丁醇发酵的研究趋势分析
王芳霞, 高明, 王永林, 汪群慧
2019, 37(12): 161-166. doi: 10.13205/j.hjgc.201912028
摘要:
随着化石燃料对环境影响的日益加剧及其储存量的逐渐减少,开发基于生物质资源的清洁型可再生能源已成为世界各国研究的热点。利用文献计量的方法,对Web of Science中Science Citation Index-Expended数据库在1994—2018年间收录的有关产丁醇发酵的7371篇研究型论文进行了统计分析。结果表明:产丁醇发酵相关研究整体呈上升趋势,其中美国发文量位居榜首,中国次之。中国科学院发文遥遥领先于其他研究机构,但中国在国际主流期刊的发文量低,影响力小。自2004年始,针对生物丁醇及生物质燃料的研究得到极大推进,说明开发生物丁醇这种极具潜力的新一代液体燃料已成为当前研究热点。
含砷工业污泥特性及处置技术研究进展
丁嘉琪, 王鑫, 王琳玲, 陈静
2019, 37(12): 167-172. doi: 10.13205/j.hjgc.201912029
摘要:
含砷工业污泥是采用化学沉淀法处理工业含砷废水产生的一类危险废物,这类固体废物具有总砷含量高且浸出毒性大的特点。近年来,含砷工业污泥的污染和处置问题已引起了国内外学者的广泛关注。归纳了3类常见含砷工业污泥的来源、组成特性和环境风险,并从处置效果、作用机理和经济成本等方面评述了稳定化/固化和资源化利用2种处置技术对不同类型含砷污泥的适用性,进而针对现有处置技术存在的研究和实践上的不足展望了含砷污泥安全处置相关的未来研究方向。
小型一体化技术在海岛生活垃圾处理中的应用方案
陈峰, 陈丹, 胡勇有
2019, 37(12): 173-176. doi: 10.13205/j.hjgc.201912030
摘要:
生活垃圾小型一体化处理技术是将"预破碎、高温好氧生物干化、焚烧、热能利用、烟气净化"等过程有机结合而成的一种生活垃圾处理及利用的新技术,是一种针对偏远海岛产生的高含水率、高有机质含量、易腐烂、低热值、不便于长距离运输的生活垃圾进行就地化焚烧处理及利用的新方法和新工艺,从根本上解决海岛生活垃圾处理的难题,进而改善海岛的生态环境。
餐厨垃圾厌氧消化过程氨氮抑制及缓解办法综述
孟伟, 查金, 张思梦, 邵峥, 祁光霞, 任连海
2019, 37(12): 177-182. doi: 10.13205/j.hjgc.201912031
摘要:
"湿热预处理+厌氧消化"是我国餐厨垃圾处理的主流工艺路线。经湿热预处理后,固形物的C/N下降,导致厌氧消化反应器出现氨氮抑制而不能稳定运行,严重时甚至出现运行失败。因此,寻找并提出有效缓解氨氮抑制的方法和途径,对于餐厨垃圾厌氧消化的正常稳定运行具有重要意义。通过文献调研阐明了餐厨垃圾厌氧消化出现氨氮抑制的微生物机理,总结了缓解氨氮抑制的相关方法,包括提高物料C/N、运行参数优化、氨氮去除和微生物驯化,提出了未来缓解氨氮抑制的研究方向,为餐厨垃圾处理的实际工艺改进提供科学思路。
温度和pH对厌氧微生物转化合成气定向产乙酸的影响
陈铭, 刘超, 王雯, 刘广青
2019, 37(12): 183-187. doi: 10.13205/j.hjgc.201912032
摘要:
通过间歇实验研究不同恒定pH(9和10)和温度(室温20℃和中温37℃)对微生物转化CO/H_2/CO_2定向制乙酸的转化率、产物组分、选择性、长期稳定性的影响。结果表明:pH为9相比于pH为10更有利于微生物转化合成气定向产乙酸,中温和室温条件均适于微生物转化合成气定向制取乙酸。实验优化条件下得到的乙酸浓度分别为7326. 7mg/L(pH 9,中温)和7149. 6 mg/L(pH 9,室温),占总挥发性有机酸(TVFA)的比例分别为77. 2%和83. 8%。根据间歇实验结果,采用连续实验来考察合成气产酸的稳定运行与合成气通入负荷对合成气定向转化乙酸的影响。结果表明:随着合成气通入量的增加,CO和H_2的转化率均在90%以上;但中温反应器在运行过程中会有甲烷的生成,并且随着通气量的增长,甲烷含量不断增加。因此,室温pH恒定为9的发酵条件更适宜微生物利用合成气定向制取乙酸,在此条件下微生物转化合成气高效定向制取乙酸具有长期稳定运行的可行性。
贮存钻井岩屑危害性分析及处理工程实践
杨庭, 杨勇, 郭兵, 肖成磊, 白鹤, 王新新, 谢江浩
2019, 37(12): 188-193. doi: 10.13205/j.hjgc.201912033
摘要:
石油开采过程产生的钻井岩屑在贮存池暂存形成贮存钻井岩屑,会导致体系更加复杂,处理难度增大。以长时间贮存岩屑处理项目为依托,分析贮存钻井岩屑的来源、危害以及长期贮存后石油烃组分的变化,结合岩屑性质设计1套以"破胶+絮凝+分离"为核心的固液分离预处理工艺和水回用处理工艺,并进行工程实施。结果表明:长期贮存后,岩屑总石油烃中C29—C36组分的比例显著提高;固液分离预处理工艺对贮存岩屑的含油量去除率可达75%以上,处理后的岩屑含油率降低至5%以下,满足后续生物处理要求;固液分离产生的废水经过处理后,ρ(石油类)<10 mg/L,ρ(COD)<100 mg/L,ρ(TN)<10 mg/L,ρ(TSS)<100 mg/L,满足预处理回用水的要求;整套处理工艺能够稳定运行。针对该工程项目实施过程中存在的一些实际问题提出解决方案。工程项目的成功实施可以为贮存钻井岩屑处理提供借鉴和参考。
响应曲面法优化沼渣快速堆肥研究
华冠林, 丁京涛, 孟海波, 沈玉君, 董珊珊, 李睿
2019, 37(12): 194-199. doi: 10.13205/j.hjgc.201912034
摘要:
采用Box-Behnken设计,以碳氮比(C/N)、通风量、初始含水率为3因素,设计了17组堆肥实验,建立回归模型,以抗生素降解率和氮、磷、钾总含量为响应值,确定沼渣快速堆肥的最优工艺。结果表明:3因素对响应值F1抗生素降低率的影响显著性排序为:通风量>C/N>初始含水率,对响应值F2(总养分含量)的影响显著性顺序为:通风量>初始含水率>C/N。综合考虑,为同时确保抗生素降解率较高且氮磷钾总含量较高,最优工艺条件为C/N为30,通风量为1. 13 L/(min·kg),初始含水率为65. 54%。验证实验结果与预测值吻合,响应曲面法用于沼渣快速堆肥工艺优化具有可行性。
工业废盐中有机物脱除和资源化技术进展
李强, 戴世金, 郑怡琳, 牛冬杰, 唐武, 金顺龙, 陈彧, 赵由才, 林顺洪
2019, 37(12): 200-206. doi: 10.13205/j.hjgc.201912035
摘要:
工业废盐的资源化逐渐成为其处理处置的发展趋势,而废盐中有机物的去除是实现这一目标的关键点和难点。介绍了我国工业废盐中有机物的产生环节及其特点,针对含机物的工业废盐的处理处置需求,总结了热解碳化、高温熔融和氧化法3种有机物去除方式,并比较了各工艺路线的适用条件和应用现状,同时研究了工业废盐资源化产品的出路和相关标准规范,提出了"源头节流—完善标准—行业监管—鼓励创新"的废盐管理建议。
土壤修复
抗坏血酸还原降解土壤中的阿特拉津
曹梦华, 涂书新, 张娥, 侯耀宗
2019, 37(12): 207-211. doi: 10.13205/j.hjgc.201912036
摘要:
研究了抗坏血酸还原降解土壤中阿特拉津的效率、影响因素和途径。结果表明:抗坏血酸能有效降解土壤中阿特拉津。当抗坏血酸浓度为20 mmol/L,初始pH为7. 0,温度为20℃时,土壤中阿特拉津降解率达到85. 5%,降解速率为0. 117 d-1。氧气会增加抗坏血酸的消耗量,从而抑制土壤中阿特拉津的降解。在20~50℃内增加反应温度能促进土壤中阿特拉津的降解,抗坏血酸降解土壤中阿特拉津的表观活化能为22. 6 k J/mol。抗坏血酸在碱性条件下降解阿特拉津的效率显著高于中性和酸性。抗坏血酸降解阿特拉津的途径主要包括脱氯、脱烷基和羟基化反应。
非饱和土壤水分水平运动分形Richards模型的实验验证和分析
樊祥旗, 郭观林, 孙洪广, 郝笑笑
2019, 37(12): 212-217. doi: 10.13205/j.hjgc.201912037
摘要:
合适的数学模型在探究非饱和土壤水分运动规律的中起着极其重要的作用。基于水平土柱非饱和土壤中水分运动实验,利用实验中观测到的非Boltzmann尺度律现象,对影响非Boltzmann尺度律参数大小的因素进行分析整理。在扩散系数与含水率呈指数函数关系条件下,采用分形导数Richards模型(FRE)对水平土柱非饱和土壤水分运动实验中含水率的空间分布及含水率穿透曲线结果进行模拟。结果表明:土壤颗粒级配不均性、较高的实验水头等会增大非Boltzmann尺度律参数;无论非Boltzmann尺度律参数>0. 5还是<0. 5,分形导数Richards模型的拟合效果均优于经典Richards模型(CRE)。因此,分形导数Richards模型对水分运动规律的描述是有效的,可以为非饱和土壤中水分运动模拟提供模型参考。