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2020年  第38卷  第6期

涉铬场地污染土壤风险管控与修复技术专题
铬污染场地修复技术进展
王兴润, 李磊, 颜湘华, 田永强
2020, 38(6): 1-8,23. doi: 10.13205/j.hjgc.202006001
摘要:
土壤中六价铬污染主要来源于铬化工、电镀和制革等行业。简述了我国涉铬行业概况,铬污染土壤的来源及铬特性,重点综述了国内外铬污染场地修复技术研究与应用进展,分析了各种修复方法的优缺点,并列举分析了国内外的修复工程案例。我国是铬盐生产大国,铬化工场地污染尤为严重且复杂。电镀类铬污染场地呈现铬、镍、铜、锌多重金属复合污染特点。制革类铬污染场地具有铬有机物复合污染特征。目前铬污染土壤的修复技术主要是基于六价铬的还原稳定化原理,具体包括化学还原、化学淋洗、电动力学修复以及生物修复技术等。考虑到技术适用性和经济性,目前铬污染土壤修复工程绝大部分采用化学还原的修复技术。开发经济、环境友好型修复材料,探讨其修复机理和长期安全性是未来铬污染场地修复技术的发展方向。
渗透式反应墙技术修复铬污染地下水的研究进展
郭丽莉, 康绍果, 王祺, 熊静, 李书鹏, 孔娇艳
2020, 38(6): 9-15. doi: 10.13205/j.hjgc.202006002
摘要:
我国地下水铬污染问题日益凸显,铬污染地下水的修复治理极为迫切。渗透式反应墙技术(PRB)作为一种地下水修复的新型技术,可实现铬污染地下水持续原位处理。归纳总结了PRB技术修复铬污染地下水常用的活性填料、工程应用中的关键设计参数和施工工艺,在此基础上扼要分析了PRB技术实现工程化应用过程中存在的主要问题及展望。
六价铬污染场地土壤稳定化修复材料研究进展
杨文晓, 张丽, 毕学, 李焕茹, 谷倩
2020, 38(6): 16-23. doi: 10.13205/j.hjgc.202006003
摘要:
化学还原稳定化修复是工业铬污染土壤修复中应用最为广泛的技术。针对不同污染程度及理化性质的铬污染土壤,选择最为高效、经济、适用的稳定化修复材料是铬污染土壤修复工程最核心问题所在。针对上述问题,重点对现有铬污染土壤修复材料,如铁系、硫系、铁硫系、有机类及微生物菌剂的修复原理、影响因素、实际应用效果及存在问题、修复后环境风险和长期稳定性等多方面进行总结,为实际修复工程中六价铬修复材料的选择及修复实践工作的开展提供重要参考与指导建议。
浙江海宁某典型制革污泥堆场污染分布特征
陈佳, 田永强
2020, 38(6): 24-27,57. doi: 10.13205/j.hjgc.202006004
摘要:
为研究典型制革污泥堆场区域污染情况,以浙江海宁某制革污泥堆场为研究对象,研究了制革污泥堆场土壤和地下水中有机物和重金属的污染情况。调查结果表明:土壤中无机污染很小,而总铬、六价铬和铅含量较高。污染土壤中铅和总铬含量分别是工业用地规定值的2.82,7.03倍,而六价铬最高含量为管控值的2.8倍。地下水中氨氮含量超标严重,达到1268.0 mg/L,是GB/T 14848—2017《地下水质量标准》中工农业Ⅴ类用水下限值的845.3倍,六价铬的含量<0.004 mg/L。此外,各取样点六价铬和总铬含量的垂直分布显示较大的差异,也与某些制革污泥堆场的重金属垂直分布规律不尽相同。
酸碱改性对生物炭吸附Cr(Ⅵ)性能的影响
赵洁, 贺宇宏, 张晓明, 李琦, 杨卫春
2020, 38(6): 28-34. doi: 10.13205/j.hjgc.202006005
摘要:
生物炭因具有原料来源广泛、表面活性官能团含量丰富、性质稳定等特点,近年来,在环保领域作为重金属处理吸附剂受到越来越多的重视。使用松木屑在碳化温度为400 ℃条件下制备生物炭(简称AB400),并使用HNO3、H3PO4、NH3·H2O、Ca(OH)2对生物炭进行改性。借助SEM、FTIR、BET、Boehm滴定法和Zeta电位测定等方法对改性前后AB400表征,并进行Cr(Ⅵ)吸附实验。改性后生物炭结构呈半穿透至穿透状圆形塌陷,存在微孔。酸性改性条件下,HNO3改性生物炭(简称AB400HNO3)、H3PO4改性生物炭(简称AB400H3PO4)中酸性官能团含量均有所升高,且生物炭pH均减小,其对应pHpzc增大,而碱改性的生物炭则反之。对于Cr(Ⅵ)的吸附,酸性改性生物炭在整体上的吸附效果优于碱性改性生物炭,其中AB400H3PO4吸附效果最佳,吸附容量从58.48 mg/g提高至101.82 mg/g。这是因为碱性改性生物炭表面为负电荷,与Cr(Ⅵ)的含氧阴离子相斥;而AB400HNO3微孔容积较小,圆形塌陷数量甚微,表面虽正电荷,但吸附性能不及AB400H3PO4
重金属复合污染场地对花背蟾蜍雄性性腺的毒性作用
黄涛, 刘菊梅, 彭琴, 喻秋, 昝晓慧, 王志勇, 曹优明, 司万童, 陈辉霞
2020, 38(6): 35-39,74. doi: 10.13205/j.hjgc.202006006
摘要:
以花背蟾蜍为研究对象,以包头市某尾矿库南侧受污染的水域湿地和相对无污染的小白河黄河湿地保护区为研究样地。对比分析雄性花背蟾蜍形态学指标、精巢脏器系数、精子动态参数、精子畸形率、性激素、红细胞微核率和DNA损伤等相关指标,研究重金属复合污染场地对花背蟾蜍雄性性腺的毒性效应。结果显示:与小白河湿地相比,尾矿库湿地花背蟾蜍条件因子和精巢脏器系数显著高于小白河湿地(P<0.01)。尾矿库花背蟾蜍精子的鞭打频率显著升高,而精子活力显著降低(P<0.05),精子畸形率、红细胞微核率和DNA损伤均显著高于小白河湿地(P<0.05)。结果表明:尾矿库复合污染通过降低精子质量,增加红细胞微核率和DNA损伤对花背蟾蜍的雄性性腺造成毒理学影响,花背蟾蜍通过升高条件因子和精巢脏器系数来缓解复合污染的毒性胁迫。该成果对重金属复合污染场地两栖类动物种群保护以及生态平衡维护有着积极作用。
微生物作用下土壤中水溶态Cr(Ⅵ)的迁移转化
王雯璇, 陈晓彤, 章雨晨, 吴广毅, 廖瑜亮, 杨金燕
2020, 38(6): 40-46. doi: 10.13205/j.hjgc.202006007
摘要:
现代工业的发展使Cr(Ⅵ)土壤污染问题日益突出,针对Cr(Ⅵ)土壤污染防治的相关研究逐渐引起广泛重视。选取低风险地块土壤为实验材料,以土柱淋滤实验为基础,探究在混合芽孢杆菌的作用下,土壤中水溶态Cr(Ⅵ)的迁移和转化。结果表明:水溶态Cr(Ⅵ)在土壤中的迁移动力来源于土壤中水分的迁移。在对照组中,土壤中水溶态Cr(Ⅵ)的迁移呈现出随着土壤深度增加浓度下降的趋势;在混合芽孢杆菌处理组中,芽孢杆菌在前期(0~10 d)会阻碍Cr(Ⅵ)的迁移,在中后期(10~30 d)阻碍作用减弱。在迁移的过程中,混合芽孢杆菌的作用使土壤中水溶态Cr(Ⅵ)的浓度降低,例如土柱淋滤30 d后,175-H土柱相比于175-D土柱在5,10,15,20 cm深度处土壤的水溶态Cr(Ⅵ)浓度分别降低了3.55,2.03,1.87,1.31 mg/kg。同时,淋滤含Cr(Ⅵ)溶液使土壤中铬耐性菌的相对丰度有所增加,例如芽孢杆菌。
固体样品六价铬的检测比对和验证
李强, 高存富, 曹莹, 何连生, 刘晓雪
2020, 38(6): 47-51. doi: 10.13205/j.hjgc.202006008
摘要:
采用碱溶液提取/火焰原子吸收法(HJ 687—2014《固体废物六价铬的测定 碱消解/火焰原子吸收分光光度法》和HJ 1082—2019《土壤和沉积物 六价铬的测定 碱溶液提取-火焰原子吸收分光光度法》)测定了固体废物和土壤样品中六价铬含量,比对和验证了2种方法实验流程、分析方法性能及不确定度评定结果。结果表明:HJ 687—2014的方法检出限相对较高,不适合测定浓度较低的土壤;HJ 1082—2019要求按照试样制备的步骤配置工作曲线,考虑了基体干扰的影响。HJ 687—2014的检出限为0.28 mg/kg,相对标准偏差为0.69%~0.93%,样品加标回收率为95.7%~97.2%;HJ 1082—2019的检出限为0.17 mg/kg,相对标准偏差为0.6%~3.0%,样品加标回收率为76.0%~83.1%。对于同一实际样品,2种方法的测定结果相近,HJ 687—2014和HJ 1082—2019的测定结果分别为(48.1±4.2),(46.6±5.4) mg/kg。比对发现,影响HJ 687—2014和HJ 1082—2019不确定度的最主要环节分别为曲线拟合和样品消解。
硫铁矿对Cr(Ⅵ)污染土壤的长效还原稳定化研究
李来顺, 陈窈君, 吕正勇
2020, 38(6): 52-57. doi: 10.13205/j.hjgc.202006009
摘要:
针对酸溶态占比高的Cr(Ⅵ)污染土壤还原解毒不彻底、后期易返黄的问题,确定了水溶态Cr(Ⅵ)快速还原、酸溶态Cr(Ⅵ)长效缓释还原的修复思路。试验考察了单独添加硫铁矿对Cr(Ⅵ)处理的效果,并采用FeSO4·7H2O、硫铁矿分步还原法探究处理后污染土壤的长效稳定性,进行了540 d的长期监测。结果表明:FeSO4·7H2O还原药剂长效性较差,在自然环境中容易发生氧化,失去还原效能,无法完全还原缓慢释放的酸溶态Cr(Ⅵ),有必要加入长效还原缓释药剂对酸溶态Cr(Ⅵ)进行持续还原。硫铁矿单独修复水溶态Cr(Ⅵ)为主的污染土壤,在添加20%的硫铁矿,反应14 d的条件下,土壤中Cr(Ⅵ)浸出浓度降至30.4 mg/L。采用FeSO4·7H2O和硫铁矿分步还原酸溶态Cr(Ⅵ)污染土壤,先加入2%的FeSO4·7H2O,养护3 d后再加入3%的硫铁矿反应27 d,Cr(Ⅵ)浸出浓度即降至0.29 mg/L,加入5%的硫铁矿,反应4 d后Cr(Ⅵ)浸出浓度即可降至0.43 mg/L,之后Cr(Ⅵ)浸出浓度保持稳定。经过540 d的长期监测未发现浸出浓度有上升情况。
生物炭负载纳米零价铁对污染土壤中铜钴镍铬的协同去除
席冬冬, 李晓敏, 熊子璇, 姜智, 张晓明, 杨卫春
2020, 38(6): 58-66. doi: 10.13205/j.hjgc.202006010
摘要:
合成了一种低成本、高效生物炭负载纳米零价铁的复合材料(ZVI-SM)并应用于铜、钴、镍、铬污染土壤的修复。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和金属吸附实验等方法,考察了不同碳化温度下制备的生物炭前驱体和生物炭复合材料对复合重金属污染修复的影响及去除作用机制。其中,吸附-还原后形成的FeCr2O4极大地降低了铬的毒性,同时提高了铜、钴、镍的去除率。Fe0的引入既提高了生物炭对重金属的吸附量,又解决了Cr(Ⅵ)毒性的问题;XPS的结果进一步阐明了生物炭可以作为电子传递介质,通过表面官能团得失电子与Fe0间形成强相互作用,增强了复合材料对多重金属离子的去除效果。除ZVI-SM500外,ZVI-SM100、300、400、700 4种材料对于铜、钴、镍、铬的去除率要远高于商用纳米Fe0和单纯的生物炭材料,表现为对铬和铜有较强的亲和力和反应性,均能在5 min内完全去除铜和铬,钴和镍也能在180 min内达到80%以上的去除率。在反应过程中存在显著的离子竞争效应:铬≥铜>钴>镍,这与金属离子的标准还原电位大小的趋势一致。土壤修复实验表明:ZNI-SM300用于污染土壤的修复,15 d后,Cr(Ⅵ)含量从480 mg/kg降至0.52 mg/kg,水溶态Cr总量从500 mg/kg降至1.2 mg/kg,两者的固定化效率均达到99%以上,并能达到完全去除水溶态的铜、钴、镍、Cr(Ⅵ)的效果。因此,以SM300为载体的纳米零价铁可作为复合重金属污染土壤修复的理想材料。
湿法解毒还原工艺对铬渣中Cr(Ⅵ)的治理特性
陈窈君, 李来顺, 吕正勇, 闵玉涛
2020, 38(6): 67-74. doi: 10.13205/j.hjgc.202006011
摘要:
以治理铬渣中的Cr(Ⅵ)污染为目的,提出了硫酸浸出-硫酸亚铁还原的铬渣湿法解毒工艺,在对铬渣处理前后的表面形貌进行表征的基础上,探究了不同处理条件下铬渣中Cr(Ⅵ)的处理效果及其修复机理。结果表明:铬渣湿法球磨时间为20 min时,铬渣颗粒98.68%过200目筛,水溶性Cr(Ⅵ)的浸出率可达40.96%;铬渣硫酸添加量为60%,液固比为4∶1,酸溶时间为2.5 h时,Cr(Ⅵ)浸出趋于饱和,此时浸出终点pH为5.8,水溶性和酸溶性Cr(Ⅵ)总浸出率为95.38%;硫酸亚铁添加量为40%时,铬渣中Cr(Ⅵ)含量下降为1.38 mg/kg。铬渣中Cr(Ⅵ)的去除主要与硫酸对含Cr(Ⅵ)矿物的溶解、SO42-和CrO42-的离子交换以及Fe(Ⅱ)对溶液中Cr(Ⅵ)的还原作用有关。
张家口市某机械厂原址电镀污染场地土壤修复工程实践
赖冬麟, 张奇, 陈亭亭, 陈辉霞, 佟雪娇, 徐红彬, 刘星海, 赵彩云
2020, 38(6): 75-80. doi: 10.13205/j.hjgc.202006012
摘要:
机械厂电镀加工过程中产生的电镀废水,会造成土壤六价铬和氰化物污染。以长期利用电镀工艺的污染场地修复项目为依托,通过前期场地环境调查和风险评估结果,分析场地土壤污染程度和污染范围,确定修复目标和工程量;综合场地特性和污染特征,进行修复技术筛选,确定以"化学氧化+化学还原-固化/稳定化"为核心的污染土壤修复技术工艺;通过小试和中试,获得最佳修复药剂组成和添加比例,并进行工程实施。结果表明:Cr(Ⅵ)和氰化物复合污染土壤经化学氧化+化学还原-固化/稳定化工艺处理后,最大超标浓度由原来的37.3,186.0 mg/kg,分别降低至对应的标准限值3.0,22 mg/kg以下,Cr(Ⅵ)浸出浓度<0.5 mg/L,满足修复要求。该修复工程的成功实践,可以为其他复合污染场地修复工程的设计与实施提供参考。
水污染防治
垃圾渗滤液“纳滤+纳滤浓缩液3级减量”技术的工程应用
杨姝君, 张辰, 贺骏, 熊建英, 李雪亭, 黄孝文
2020, 38(6): 81-87,114. doi: 10.13205/j.hjgc.202006013
摘要:
上海老港生活垃圾填埋场四期渗滤液处理厂升级改造工程设计规模为3200 m3/d,经脱氨预处理和膜生物反应器(MBR)生物处理后的出水采用了高清液回收率的"纳滤+纳滤浓缩液3级减量"工艺进行深度处理。实际工程运行表明:控制MBR出水COD、NH3-N、NOx--N、TN分别低于800,5,15,80 mg/L,经深度处理后出水COD、NH3-N、TN可稳定达到GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》中的表2标准,系统清液得率可达97%。
垃圾填埋场区域地下水铅的修复方案比选:以拉萨市为例
周文武, 陈冠益, 旦增, 穷达卓玛, 周鹏, 汪晶
2020, 38(6): 88-93. doi: 10.13205/j.hjgc.202006014
摘要:
拉萨市垃圾填埋场随着使用年限的增长,填埋场区域地下水中重金属铅的含量偏高。为了更好地保护地下水,采用物理屏蔽法、抽出处理法和原位修复法作为修复方案。运用AHP-TOPSIS方法来选取最佳修复方案:先通过AHP层次分析法确定权重,选取了建设条件、经济条件、技术条件、环境条件、污染物特征、水化学特征6个指标体系来建立层次分析模型;然后采用TOPSIS接近理想目标的排序方法对修复方案的选取进行优劣排序分析。结果表明:2种方法综合分析得到的权重值由大到小的顺序为原位修复法、物理屏蔽法、抽出处理法,最后确定原位修复技术更加适合于该场区地下水修复。
载镁生物炭对水体中磷酸盐和植酸的吸附性能及机理分析
闫兵刚, 胡家玮, 姜晓谦, 蔚阳, 管运涛
2020, 38(6): 94-101. doi: 10.13205/j.hjgc.202006015
摘要:
水体中磷的大量存在引发了水体富营养化,导致水质逐步恶化、黑臭。为了有效处理水体中的磷(主要有磷酸盐和植酸类),采用成熟竹子为原料、氯化镁为改性剂,以氮气热解法制备载镁生物炭,对水体中磷进行吸附研究,同时实现对生物炭的资源化利用。通过载镁生物炭对无机、有机磷在水体中的动力学实验和解析实验,并结合X射线衍射、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱等技术研究了载镁活性炭对磷酸盐及植酸的吸附性能及机理。结果表明:载镁生物炭对两种类型磷的吸附量较单一生物炭均显著提高,对磷酸盐和植酸的吸附平衡量分别达到105,165 mg/g。载镁生物炭对2种磷的吸附动力学均符合准二级动力学拟合方程,吸附等温线符合Langmuir和Freundlich方程,其对有机磷植酸的最大吸附量高于磷酸盐,吸附过程受多种机理共同作用,以化学沉淀吸附为主。此外,吸附过程中载镁生物炭分别与磷酸盐、植酸生成了针状的磷酸镁水合物和非晶态的含镁磷的复合物。
畜禽养殖污水所含典型抗生素在人工湿地中的去除途径探讨
刘琳, 辛宇, 姚彤, 韦莉莉, 刘超翔
2020, 38(6): 102-107. doi: 10.13205/j.hjgc.202006016
摘要:
人工湿地处理畜禽养殖污水过程中,吸附作用为土霉素、环丙沙星和磺胺二甲基嘧啶在系统内的首要去除途径,其在3种抗生素去除过程中所占相对贡献比例分别为75%、85%和62%。水解作用为土霉素和环丙沙星在湿地中去除的次要途径,其对两者去除的贡献比例分别为21%和19%;磺胺二甲基嘧啶的次要去除途径为微生物降解作用(23%),而水解作用贡献比例仅为13%。通过对比无传统污染物添加组别分析结果,研究发现传统污染物存在不会对抗生素吸附作用产生显著影响,但土霉素和环丙沙星水解去除途径的贡献度会分别降低7%和5%,微生物降解对磺胺二甲基嘧啶的去除作用比例会提升21%。
黑藻腐解对水-底泥-黑藻系统中磷迁移转化的影响
魏伟伟, 李春华, 叶春, 郑培儒, 戴婉晴, 黄晓艺, 申国辉
2020, 38(6): 108-114. doi: 10.13205/j.hjgc.202006017
摘要:
在步入式模拟实验室内,通过控制温度、光照等措施模拟水-底泥-黑藻系统,设置对照组和30g黑藻组、60g黑藻组自然腐解,检测黑藻衰亡腐解期间黑藻生物量及水、底泥和黑藻中总磷及各形态磷含量的变化,从而探讨磷在该系统内的迁移转化。结果表明:黑藻腐解具有明显的阶段性,实验初期分解速率明显高于实验中后期。黑藻组DO总体变化趋势一致,均先下降再升高,pH值在实验期间整体变化不大,变化区间均为7.4~8.4。对照组与30 g黑藻组中ORP总体呈先上升再下降趋势,60 g黑藻组ORP呈先下降后上升趋势。在整个研究阶段,磷含量上升幅度排序为60 g黑藻组>30 g黑藻组>对照组。黑藻的腐解改变了系统中磷元素的循环,在腐解前期抑制底泥中磷的释放,腐解后期促进磷的释放,并对各形态磷的迁移转化有明显影响。
Na2SO3氧化处理高浓度含硫废水的过程探讨
陈丹丹, 王兵, 王波
2020, 38(6): 115-120. doi: 10.13205/j.hjgc.202006018
摘要:
采用Na2SO3氧化法在常温常压下对实验室模拟的高浓度含硫废水进行处理,考察了初始pH和氧化剂投加量对硫化物去除效果及氧化产物产量的影响,并对固相产物的晶体结构进行分析;同时结合Na2SO3氧化脱硫电极电动势的理论计算,采用反应-离心分离耦合的方法及时分离目标产物单质硫S0的方式研究了Na2SO3氧化硫化物的反应历程。实验结果表明:在初始pH值为5,氧化剂投加量为5 g/L,反应时间为15 min的条件下,硫化物去除率为71.79%,S0产量为603.5 mg/L;采用反应-离心分离耦合的方法及时分离S0,在转速为2500 r/min时,S0产量可提高到819.5 mg/L;X射线衍射(XRD)分析表明,普通反应体系和离心反应强化体系中固相产物均主要为环状斜方硫(α-硫)。
北太湖水体固氮作用及其影响因子
张波, 赵中华, 申秋实, 张路
2020, 38(6): 121-125. doi: 10.13205/j.hjgc.202006019
摘要:
为探究北太湖固氮作用,使用乙炔还原法对其水体的原位固氮作用和室内的N、Fe和Mo对鱼腥藻固氮速率的影响进行研究。结果发现:北太湖的年均固氮速率为3.08 ng/(L·h),并表现出明显的时空变化特征,梅梁湾水区的速率最高(2.75 ng/(L·h)),湖心区速率最低(1.38 ng/(L·h));固氮速率在夏季最高[6.03 ng/(L·h)],春[1.08 ng/(L·h)]、秋[0.81 ng/(L·h)]次之,冬季最低[6.97×10-5 ng/(L·h)]。进行相关分析发现:鱼腥藻的生长不受N、Fe和Mo影响(P>0.05);但N是控制鱼腥藻固氮速率的主要因素(P<0.01),而Fe和Mo含量对鱼腥藻的固氮作用并不产生显著影响(P>0.05)。北太湖水体的原位水温(P<0.01)、DTN(P<0.01)、蓝藻生物量和NO3-(P<0.05)是导致水体原位固氮速率时空差异的主要原因。
再生水地下回灌过程中溶解性有机物的组成结构变化及其特性
郭甜甜, 张晗, 安文刚, 段雨彤, 范伟, 霍明昕
2020, 38(6): 126-131,107. doi: 10.13205/j.hjgc.202006020
摘要:
对再生水包气带渗滤过程进行模拟实验,分析此过程中总溶解性有机物(DOM)含量和结构组成的变化规律,并采用IHSS推荐方法提取主要有机物组成进行分析表征。结果表明:经回灌处理后,再生水ρ(COD)由57.90 mg/L(0 h)降低至21.50 mg/L(159 h),去除率达到63%;ρ(DOC)相应由12.40 mg/L降低至7.16 mg/L,去除率达到42%。荧光区域积分计算结果表明,再生水中DOM主要由芳香蛋白类物质和溶解性微生物代谢产物组成,包气带土壤介质中的DOM则主要由腐植酸类物质组成;受土壤DOM淋溶释放影响,实验过程中淋滤出水DOM组成主要以腐植酸类物质为主(占比>0.6)。SEM及EDS分析结果表明,腐植酸表面呈海绵状,主要由C(64.40%)、O(34.25%)元素组成,FTIR分析得出其中含有羟基和羧基等活性官能团,紫外可见光谱呈现单调而无特征性的现象,特征峰值计算显示所提取腐植酸属于大分子范畴。
工业规模硝化系统抑制后生物强化恢复策略可行性分析
袁宏林, 温俊伟, 邢保山, 韩宇乐, 曹思凡, 马静, 王晓昌
2020, 38(6): 132-136,201. doi: 10.13205/j.hjgc.202006021
摘要:
针对长期抑制且通过常规调控方式难以恢复的工业规模硝化系统,探究菌群流加策略进行快速恢复的可行性及实施过程中存在的关键问题。采取小试试验和工业规模试验结合的方式,投加高效硝化菌,测定出水中氨氮、硝氮、亚硝氮、COD、碱度和总酚的浓度,同时进行镜检,分析其中原后生动物的变化情况。结果表明:投加硝化菌的试验组出水中氨氮浓度均显著降低,原后生动物逐渐显现。针对实际煤化工废水,硝化系统进水总酚浓度宜控制在10 mg/L以下,工业规模硝化系统可以实现长期稳定运行。根据实验结果,小试可以作为菌群流加恢复策略可行性的初步参考依据;准确识别工业规模硝化系统失稳原因或抑制物种类是实现其快速恢复的关键;在常规调控方式的基础上,最大限度的降低抑制物浓度,采用菌群流加恢复策略能够较快的建立硝化反应,进而实现工业规模硝化系统的快速恢复。
基于Visual MODFLOW的垃圾填埋场阻隔墙设计及效果评估
刘国, 李妍颖, 范全忠, 刘晏辉
2020, 38(6): 137-142,80. doi: 10.13205/j.hjgc.202006022
摘要:
为了探究阻隔墙在地下水污染场地中的应用效果,以四川省某城市垃圾填埋场为例,选取Cd2+为污染物,通过对水文地质条件的调查,设计了特定条件下阻隔墙的结构、位置以及规模。通过解析法计算了阻隔墙的服役年限,并采用MODFLOW和MT3D模块模拟了设置阻隔墙前后地下水中Cd2+污染羽的分布,分析了阻隔墙对地下水中Cd2+的阻隔效果。结果表明:该阻隔墙为漏斗导水门式垂直阻隔墙。在设置厚度为1 m,选取GB/T 14848—2017《地下水质量标准》Ⅲ类标准作为击穿标准时,阻隔墙的服役年限为12.51年。在污染场中,阻隔墙会吸附地下水中的Cd2+,并减弱阻隔墙上下游间的水力联系,进而实现对地下水中Cd2+的有效阻隔。
透水砖铺装对雨水径流热污染控制效果实验
徐玮曈, 王建龙, 武彦杰, 吕蕴洁, 李俊奇
2020, 38(6): 143-148,207. doi: 10.13205/j.hjgc.202006023
摘要:
随着海绵城市的快速发展,透水砖铺装在实际工程中得到了广泛应用,但其对雨水径流热污染控制效果尚缺乏系统研究。采用人工模拟降雨方法,以不透水沥青路面为参考,研究了透水砖铺装系统对雨水径流温度的削减效果,具体包括透水砖铺装表面外排雨水径流温度、渗透出水温度以及各结构层的温度变化。实验结果表明:当重现期为5年一遇,透水砖铺装面层初始温度为35,42,47 ℃时,与不透水沥青相比,透水砖铺装面层外排径流温度可削减1.4~1.8 ℃,且面层初始温度越高,外排雨水径流温度越高,渗透出水温度也越高;透水砖铺装各结构层可削减渗透部分雨水径流的温度,渗透出水温度相对于径流温度降低3.5~5.2 ℃;降雨强度对透水砖面层外排雨水径流温度有显著影响,而对渗透出水温度影响较小。因此,透水砖铺装可有效削减雨水径流对城市水体的热污染。
城市道路生物滞留带溢流口设计方法探讨
贺弋桓, 王建龙, 赵梦圆, 席广朋
2020, 38(6): 149-153,220. doi: 10.13205/j.hjgc.202006024
摘要:
随着生物滞留技术在海绵城市建设中的广泛应用,生物滞留带的优化设计已成为研究热点之一,其中溢流口的合理设计对生物滞留带的雨水径流控制效果和稳定运行具有重要意义。在实际工程应用中,由于缺少溢流口相关水力特性及设计计算方法的系统研究,往往直接把城市道路雨水口移至生物滞留带作为溢流口。然而生物滞留带溢流口与城市道路雨水口水力特征存在较大区别。针对上述问题,通过对生物滞留带溢流口水力特性的分析,计算了常见溢流口的过流能力,并举例对其工程应用选型及设计方法进行了分析,以期为生物滞留带溢流口的优化设计提供依据。
大纵坡城市道路透水边带截留能力试验
李璐菡, 王建龙, 涂楠楠, 席广朋, 赵梦圆, 杨冰
2020, 38(6): 154-158. doi: 10.13205/j.hjgc.202006025
摘要:
道路是城市重要的交通纽带,一旦发生积水内涝,将导致城市交通瘫痪,甚至危及生命财产安全,特别是山地城市道路普遍存在纵坡大、雨水口截留效率低等突出问题,发生积水内涝和马路洪水的风险较高。针对上述问题,提出了利用透水边带提高大纵坡城市道路雨水径流截留效率的方法。在实验室搭建了城市单车道物理试验模型(比例1∶1),采用人工模拟降雨方法,系统研究了不同透水面积比、不同重现期降雨条件下透水边带对雨水径流的截留效率,并与传统道路雨水口截留能力进行了比较。试验结果表明:相同透水面积比条件下,雨水径流截留能力随着重现期的增大而减小;相同重现期条件下,雨水径流截留能力随着透水面积比的增加而增大,在重现期P=5 a时,透水边带面积比从12.5%增加到50%,雨水径流截留率从72.3%增加到79.3%。与传统雨水口截留能力相比,增加透水边带后雨水径流截留能力可提高30%左右。因此,大纵坡城市道路在不影响交通安全的条件下,可根据道路空间布局特征,通过设置透水边带来提高雨水径流的截流效率。
美国雨水集蓄利用财政补贴的激励措施综述
姜昱丞, 李俊奇, 幺海博
2020, 38(6): 159-165. doi: 10.13205/j.hjgc.202006026
摘要:
21世纪初美国开始鼓励各州进行雨水集蓄利用,目前有36个州编制了雨水集蓄利用相关的技术手册,其中:17个州以及华盛顿特区制订了相关法律和激励措施;2个降雨较少的州严格限制雨水集蓄利用,其余12个州未给出相关规定。美国的雨水集蓄利用财政补贴主要为费用减免、税收优惠、财政报销和财政贴息等方式,目前共有7个州以及华盛顿特区具有明确的补贴程序。分析总结美国各州雨水集蓄利用财政补贴激励措施,可为我国雨水管理建立相关财政补贴制度和完善激励政策体系提供经验。
环形薄壁堰水力特性研究
刘为宗, 王文海, 李俊奇, 贾高峰
2020, 38(6): 166-169,227. doi: 10.13205/j.hjgc.202006027
摘要:
溢流口是许多雨水控制设施的重要组成部分,但目前对溢流口的水力特性缺乏针对性研究,国内外雨水手册中溢流口的设计计算公式较为粗糙,不足以用来指导设计计算。环形薄壁堰作为溢流口的典型作法,也可认为是"汇流"的一种宏观方式,其堰高和内径是其表征流量-水头关系的两个几何要素。通过实验室试验测量不同堰高和内径的流量-水头关系,结果表明堰的高度对环形薄壁堰的过流能力有一定影响;针对不同内径的环形薄壁堰绘制无量纲曲线,得到通用公式,可为海绵城市建设中雨水溢流口的设计计算提供参考。
绿色雨水基础设施适应性植物的选择和设计
闫霄雯, 李俊奇, 郭晓鹏
2020, 38(6): 170-175,251. doi: 10.13205/j.hjgc.202006028
摘要:
针对绿色雨水基础设施建设过程中植物选择不当、景观效果差、养护成本高等问题,提出定性与定量相结合的评价选择方法。以北京地区草本植物为例,根据GSI设施结构、功能特征拟定植物基本属性指标,建立植物综合评价指标体系,对30种常用草本植物进行评分分级,筛选出与设施功能相适应的植物种类;并探讨了草甸型植物景观在绿色雨水基础设施中的应用前景及设计方法,为高效益、低成本的绿色雨水基础设施建设提供新思路。
大气污染防治
基于长短期记忆网络-卷积神经网络(LSTM-CNN)的北京市PM2.5浓度预测
于伸庭, 刘萍
2020, 38(6): 176-180,66. doi: 10.13205/j.hjgc.202006029
摘要:
准确预测PM2.5浓度可以有效避免重污染天气对人体带来的危害。现有方法往往重视本地历史信息对PM2.5浓度预测的影响,而忽略空间传输的作用。提出了一种长短期记忆网络和卷积神经网络(LSTM-CNN)相结合的方法,利用历史PM2.5浓度数据、历史气象数据和时间数据,对空气质量监测站未来6 h PM2.5浓度做出预测。该模型主要由2部分组成:1)基于长短期记忆网络的时序预测模型,模拟本地因素对PM2.5浓度预测的影响;2)基于一维卷积神经网络的特征提取模型,模拟周边地区污染物的传输与扩散对PM2.5浓度预测的影响。随机选取了北京市市区及郊区7个监测站在2014-05-01—2015-04-30期间的数据,用于研究和评估LSTM-CNN模型。结果表明:提出的LSTM-CNN模型相比于LSTM模型具有更好的预测效果,且对于郊区站点预测效果的改进略优于市区站点。
基于气体-颗粒两相流模型的燃煤电厂粉尘运动规律预测
沈利
2020, 38(6): 181-187,93. doi: 10.13205/j.hjgc.202006030
摘要:
为了降低电厂粉尘污染,保护室内操作人员的身体健康,从产生粉尘漂浮运动的机理出发,采用数值模拟方法,通过建立煤粉颗粒的释放模型、沉降模型以及气体-颗粒两相流物理模型,对厂房内治理前、后的粉尘流动和分布情况进行了模拟分析。结果表明:通过合理调整厂房通风位置,可以有效降低现场粉尘浓度;工作人员采用合适的操作方式和选择合适的位置,可有效降低受污染影响的程度。此外,粉尘的运动规律预测可以为粉尘治理提供参考。
重点行业VOCs排放特征统计分析
付加鹏, 金春江, 程星星, 董勇, 陈惠敏
2020, 38(6): 188-194,125. doi: 10.13205/j.hjgc.202006031
摘要:
吸附法是当前VOCs处理的基础方法,对不同特征的VOCs排放,吸附剂的特征选择也不尽相同。为进一步对特征匹配吸附的应用提供指导,通过文献调研和现场调查,收集了国内部分重点VOCs排放行业源排放数据,在通用的VOCs化学种类分析的基础上,进一步引入VOCs分子特征和性质分析,尝试对重点VOCs排放行业的VOCs 排放特征进行更加完备的系统分析和统计,明确各重点行业的VOCs排放统计特性,为其针对性吸附治理提供更加全面的指导。依据行业门类VOCs排放的综合特征分析,可为VOCs 废气控制技术的选择、评价和开发提供参考。
某600 MW机组燃煤电厂Hg的分布、排放特征及迁移、释放规律
王文惠
2020, 38(6): 195-201. doi: 10.13205/j.hjgc.202006032
摘要:
为全面表征某600 MW超低排放燃煤机组的Hg分布特征及迁移、释放规律,开展了现场实测研究。结果表明:煤中Hg含量的平均值为310 μg/kg,炉渣、粉煤灰、石膏、废水、烟气中Hg的分布系数分别为1.9%、37.5%、34.6%、0.8%、24.8%;整个烟气治理系统的总Hg脱除效率为74.7%,最终总Hg排放为6.0 μg/m3,SCR脱硝、烟气冷却器对Hg0转化效率分别达到44.2%、30.4%,低低温电除尘器几乎实现Hgp完全脱除,WFGD对Hg2+脱除效率达到80.7%;该电厂Hg一次释放量达到783 kg/a(其中,大气直排188 kg/a),二次释放量为334 kg/a。该成果可为燃煤电厂烟气Hg排放控制标准出台及控制技术的选择提供借鉴。
燃煤电厂掺烧废弃物现状及环境管理建议
张晴, 莫华, 徐海红, 吴家玉, 帅伟
2020, 38(6): 202-207. doi: 10.13205/j.hjgc.202006033
摘要:
我国燃煤电厂掺烧废弃物进入了快速发展期,但也暴露出底数不清、现状不清等问题。基于文献调研和国家排污许可平台统计数据介绍了国内外燃煤电厂掺烧废弃物的现状。相较国外,目前我国燃煤电厂掺烧生物质的项目较少,以掺烧污泥为主,包括城市污水厂污泥以及各种工业污泥,烟气污染物排放标准交叉引用GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》、GB 18485—2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》、GB 18484—2001《危险废物焚烧污染控制标准》和地方排放标准等,烟气、粉煤灰等污染治理措施普遍沿用电厂原有技术路线。据此,全面梳理了现阶段我国燃煤电厂掺烧废弃物存在的无序掺烧、污染物管理与排放控制要求缺失、信息公开力度不够等环境管理问题,并提出了相应的对策建议。
固废处理与处置
造块焙烧对于酸碱联合法提取粉煤灰中氧化铝工艺的改进
宗燕兵, 李飞, 刘召波, 苍大强
2020, 38(6): 208-213,258. doi: 10.13205/j.hjgc.202006034
摘要:
以实现粉煤灰最大利用价值并有效回收氧化铝为出发点,采用造块焙烧引入酸碱联合法的方式来提高粉煤灰的利用率。在造块方式下,最优实验条件得到最高的氧化铝浸出率为84%,通过XRD、SEM等进一步分析了造块方式的优势。该工艺可以实现铝硅分离,硫酸也可以循环使用。动力学研究表明:造块过程粉煤灰颗粒和块样内部毛细通道起到了类似高炉中焦炭的骨架作用,造块处理为反应塑造了介观尺度的多孔结构,在缩小了固液两相之间距离的同时,有效改善了气液两相的传质条件,从而提高氧化铝的浸出率。
中国光伏组件报废量的预测
张钦, 傅丽芝
2020, 38(6): 214-220. doi: 10.13205/j.hjgc.202006035
摘要:
在采用威布尔分布模型分析光伏组件使用寿命分布情况的基础上,使用神经网络模型和市场供给A模型分别对中国光伏装机容量和组件报废量进行预测。将光伏组件按照不同质量分成2阶段,考虑不同退化情景预测组件报废量,并计算组件中有价值材料和金属报废量。预测结果表明:2025年后中国光伏组件报废量爆发,到2050年,中国光伏组件报废量最高可达60.22 GW,累计报废最高可达673 GW。在4种退化情景下,到2050年,典型贵金属方面最高产生3134.5 t的Ag;稀有金属方面最高产生228.1 t的Te;463.4 t的Cd,58.5 t的Ga,29.8 t的In;有毒有害金属方面最高产生263.9 t的Pb;Si最高产生量43735.4 t。到2050年,光伏组件材料累积废弃总量最高可达64623193.6 t。
再生混凝土力学性能研究进展
孙增智, 杨宝帅, 关博文, 高思齐, 邓陈记, 陈玉宏
2020, 38(6): 221-227. doi: 10.13205/j.hjgc.202006036
摘要:
再生混凝土的应用,不仅能够减少废弃混凝土填埋导致的环境污染,而且能解决天然石料资源不足和废弃混凝土如何再利用的问题,其中,力学性能是再生混凝土研究领域的重要内容。对国内外再生混凝土力学性能的研究进展进行了总结,介绍了再生混凝土的抗压强度、抗拉强度、抗折强度、弹性模量、泊松比和应变的影响因素及其最新研究成果,并分析了目前研究的不足,以期为未来再生混凝土的研究提供新思路。
热压烧结法制备新型玻璃透水砖及性能分析
王之宇, 郭家林, 李春, 张国春, 赵威
2020, 38(6): 228-232. doi: 10.13205/j.hjgc.202006037
摘要:
针对现有透水砖在性能和工艺方面存在的问题,以铅锌尾矿为主要原料的新型玻璃透水砖进行了研究。采用二次烧结法,先将铅锌尾矿等原料熔制成基础玻璃,再将基础玻璃在不同温度和不同荷载条件下进行烧结,得到玻璃透水砖试样,并对试样的抗压强度、抗折强度、透水系数进行测试分析,结果表明:当烧结温度为680 ℃、荷载为0.82 kN/m2时,试样各项性能较为理想。此时试样的抗压强度为1.90 MPa,抗折强度为2.60 MPa,透水系数为0.6 cm/s。采用热压烧结法可以制备出具有良好透水性能和力学性能的铅锌尾矿基础玻璃透水砖,为铅锌尾矿综合利用提供了1条有效途径,具有较好的应用前景。
碳氮比对蔬菜废弃物好氧发酵腐熟度及臭气排放的影响
刘文杰, 王黎明, 沈玉君, 张曦, 孟海波, 范盛远, 张大牛
2020, 38(6): 233-239. doi: 10.13205/j.hjgc.202006038
摘要:
为了提高蔬菜废弃物发酵效率、减少臭气排放、确定其好氧发酵最佳碳氮比,以蔬菜废弃物为主料、猪粪和玉米秸秆为辅料进行好氧发酵,设置C/N为20、25、30 3个处理,探讨不同C/N对发酵产品腐熟度及臭气排放浓度的影响,以温度、含水率、pH、电导率(EC)、腐植酸光学特性(E4/E6值)、种子发芽指数以及全氮、全磷、全钾含量变化评价发酵产品的腐熟度。T1处理(C/N为20)高温期持续时间最长为6 d,种子发芽指数最高为82.23%,其腐熟效果最好,且全氮、全磷、全钾含量分别提高了24.22%、78.94%、51.45%; 从臭气排放浓度来看,T2 (C/N为25)处理组NH3排放浓度最高达368000 μg/m3,T3(C/N=30)处理组H2S排放浓度最高达671 μg/m3,TI处理TVOC排放浓度最高,但最高与最低排放浓度差仅为4.3×10-6。因此,建议蔬菜废弃物、猪粪、玉米秸秆联合好氧堆肥的C/N为20,可满足好氧发酵无害化和减少臭气排放的要求。
土壤修复
间接热解吸工艺用于含汞固废及污染土壤处理工程案例解析
吕静, 卜凡阳, 孙尧, 杨松霖, 王文峰, 赵彦波
2020, 38(6): 240-244. doi: 10.13205/j.hjgc.202006039
摘要:
云南某大型汞污染场地修复工程是国内首例采用间接热解吸工艺处理含汞固废及污染土壤的工程。通过工程实践获得了相关施工技术参数,当加热温度为600~750 ℃,停留时间为40~60 min时,修复后物料中总汞含量可达到修复目标要求,验证了间接热解吸工艺的修复效果。工程实施结果表明:间接热解吸工艺对高浓度含汞固废及污染土壤修复效果明显,修复后物料中污染物含量达到修复目标要求,污染物排放满足GB 16297—1996《大气污染综合排放标准》要求,未对环境产生不良影响。该工艺还可实现汞的资源化回收,具有广阔的应用前景和工程借鉴价值。
某铀尾矿库区周围稻田土壤不同组分对U(Ⅵ)的吸附性能分析
刘学, 李小燕, 陈玉洁, 桑伟璇, 陈蓉, 肖慧
2020, 38(6): 245-251. doi: 10.13205/j.hjgc.202006040
摘要:
通过斯笃克定律提取土壤胶体,连续提取法吸附土壤中的有机质,得到土壤矿质胶体,采用比表面积(BET)法和Zeta电位对原土、土壤胶体和矿质胶体进行了表征分析,考察了溶液pH、接触时间、U(Ⅵ)初始浓度以及温度等因素对3种样品吸附溶液中U(Ⅵ)的影响性能。结果表明:原土、土壤胶体和矿质胶体的比表面积和平均孔径分别为11.5,31.1,28.8 m2/g和18.76,35.55,17.5 nm。在pH为5.5,固液比在1.0 g/L,温度为20 ℃,U(Ⅵ)初始浓度为10.0 mg/L,土壤、土壤胶体反应时间为50 min,矿质胶体反应时间为40 min时,原土、土壤胶体、矿质胶体的对U(Ⅵ)吸附率分别达到76.67%、83.03%、48.87%,吸附容量分别达到8.53,9.24,5.43 mg/g。对比研究结果可以看出,土壤中的胶体对溶液中U(Ⅵ)有着明显的吸附能力,该研究结果对进一步研究含U(Ⅵ)废水的处理及U(Ⅵ)在土壤和地下水中的迁移过程有一定的参考意义。
石油降解低温细菌的筛选及降解特性的表征
贾凌慧, 郑世浩, 孙丽慧, 包永明
2020, 38(6): 252-258. doi: 10.13205/j.hjgc.202006041
摘要:
从石油污染土壤中,通过低温富集,筛选并鉴定得到7株低温石油降解细菌。基于菌株降解石油组分特性,构建6组低温石油降解菌群,利用5 L发酵罐,并通过尾气分析仪在线监测菌群石油降解过程中的CO2产生和O2消耗变化,评价菌群的石油降解能力。由Arthrobacter sp. JLH 001,Acinetobacter baumannii JLH 002,Pseudomonas fragi JLH 003和Arthrobacter sp. JLH 006组成的菌群降解石油效果最佳,48 h后CO2的产生值和O2的消耗值达到最高,在15 ℃时、72 h后能完全降解1%的石油,并且在25 ℃时降解速度显著增强。结果表明:石油污染土壤的原位生物修复可通过低温石油降解菌群的添加实现高效及快速修复。