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2021年  第39卷  第9期

水污染防治
北京市城镇污水再生利用现状与潜力分析
徐傲, 巫寅虎, 陈卓, 崔琦, 白宇, 李魁晓, 时玉龙, 高强, 胡洪营
2021, 39(9): 1-6,47. doi: 10.13205/j.hjgc.202109001
摘要:
北京市水资源严重匮乏,污水再生利用是支撑城市可持续发展和生态文明建设的重要途径和必然选择。近年来,北京市总用水量逐年递增,其中生态用水量增幅最大,截至2018年已达到13.4亿m3,占全市用水总量的34.1%。同年,北京市城镇污水处理能力达到19.1亿m3,污水处理率达到93.4%,污水处理量达到16.7亿m3,90%以上处理出水的COD、氨氮、总磷指标均已达到GB/T 18921—2019《城市污水再生利用景观环境用水水质》(湖、库)。目前,北京市的污水再生利用率约为56.3%。如将以色列82%的污水再生利用率作为发展目标,未来仍然有4.9亿m3的增长空间(以2018年北京市污水处理量为计算依据),相当于2018年南水北调供水量的53%、全市生态用水量的37%。北京市农业、工业、生活和生态用水均存在再生水利用潜力。但污水再生水利用不同于常规水资源利用,目前利用体系仍有需要完善的部分,需要政策、科研、宣传教育等多方面提供支持。污水再生利用是解决北京市水资源短缺问题的重要途径,未来发展潜力巨大。
纳米二氧化铈在污水处理系统中的环境行为及其生物毒性效应研究进展
许伊, 杨士红, 尤国祥, 侯俊
2021, 39(9): 7-13,75. doi: 10.13205/j.hjgc.202109002
摘要:
纳米二氧化铈(CeO2)以其独特的理化性质被广泛应用于工业生产和日常生活中,因而会不可避免地被释放进入污水处理厂内并与微生物发生相互作用,进而对其净污活性和污水处理系统的运行稳定性产生影响。从污水处理系统内纳米CeO2的归趋和迁移转化过程,对功能微生物表面性能、功能活性和群落组成的影响等方面系统综述了纳米CeO2在污水处理系统内的环境行为与毒性效应;阐明了纳米CeO2对污水处理系统运行效果的影响并总结了能够缓解纳米CeO2影响污水处理系统运行稳定性的措施,旨在为控制和预防纳米CeO2在污水处理系统中引起的环境风险提供理论基础和科学依据。
潜流人工湿地中基质在污水净化中的作用机制与选择原理
赵倩, 庄林岚, 盛芹, 张建
2021, 39(9): 14-22. doi: 10.13205/j.hjgc.202109003
摘要:
潜流人工湿地依靠基质、微生物以及植物的共同作用实现对污水中各类污染物的去除。其中,基质是潜流人工湿地的重要组成部分,在水质净化中发挥着至关重要的作用。基质可对污染物进行直接吸附去除。不同基质类型对氨氮与总磷具有不同的吸附能力,同时,吸附效率受到水质、水力条件等参数影响。此外,基质为微生物提供附着表面,基质材质、内部孔道结构、比表面积等均影响生物膜的形成与发展,进而间接影响人工湿地的污水净化功能。通过改变基质所处淹没/暴露状态、增加缓释碳源基质、增加铁碳电解对基质等方式来增加补氧、强化反硝化和电化学强化,从而改善人工湿地对NH3-N、TN与TP类污染物的去除效果。
排水系统水量组成解析中水质特征指标的应用现状及展望
吴俊, 马艳
2021, 39(9): 23-30. doi: 10.13205/j.hjgc.202109004
摘要:
我国城市排水系统提质增效迫在眉睫,排水系统的水量组成解析是"摸清家底"的重要基础工作。由于应用水质特征指标解析排水系统水量的高效性和经济性,近年来有关排水系统的水量组成解析的特征指标选择及计算方法提升得到了大量研究与探讨,其中不同污染来源的特征指标合理选择更是本方法有效应用的核心。为了更好地提升基于特征指标的排水系统水量组成解析的科学性,对其应用现状及存在问题展开综述性讨论。基于对我国排水系统水质特征指标应用现状的思考,结合国内外多个城市的应用实践情况,综合分析了现状排水系统中各类水量来源的特征指标类型、选择依据及长期存在的问题,提出了我国排水系统水量组成解析中有关特征指标的重点研究和发展方向,以期为"十四五"我国排水系统的提质增效提供理论参考。
好氧颗粒污泥MBR工艺处理变电站生活污水性能分析
刘克成, 范辉, 高燕宁
2021, 39(9): 31-36. doi: 10.13205/j.hjgc.202109005
摘要:
实验对比研究了好氧颗粒污泥膜生物反应器(AGMBR)和传统絮状污泥膜生物反应器(MBR)处理变电站生活污水过程中的膜污染行为及净水性能。以变电站生活污水作为进水,经60 d可以成功培养出好氧颗粒污泥。与传统絮状污泥相比,好氧颗粒污泥能够有效减缓膜污染,尤其是不可逆膜污染。AGMBR水力反洗频率仅为传统MBR的33.3%,30 d连续运行的膜孔阻力仅为传统MBR的69.3%。进一步分析发现,AGMBR反应器中EPS含量显著低于传统MBR,而且EPS中多糖组分含量也远低于传统MBR(仅为MBR的46%)。净水性能对比结果表明,AGMBR对TN和TP有着优异的去除性能,30 d运行平均去除率比传统MBR分别高出37.8%和40.5%。
鞘藻对沼液中磷的去除机理分析
王海萍, 刘锋, 郑立国, 吴金水, 陈向
2021, 39(9): 37-41. doi: 10.13205/j.hjgc.202109006
摘要:
利用微藻对沼液进行二级处理是一类绿色经济的废水处理方式,具有可观的应用前景。研究测定了鞘藻在处理沼液过程中藻的生长速度、DO和pH变化,并通过同位素示踪法分析了沼液中磷素的去除速率及其途径。结果表明:鞘藻在沼液中Chl-a浓度达到3.35 mg/L,是初始浓度的3.13倍,TP去除率为91.22%。TP去除机理分析表明:沼液中残留的微生物对TP的去除影响小;沼液处于好氧状态,很难形成气态PH3进入大气;碱性条件下,且存在Ca2+、Mg2+等阳离子的协同作用,约30%的TP通过磷酸盐沉淀去除,约60%的TP通过鞘藻同化去除。综合来看,TP浓度的降低主要是通过鞘藻的生长吸收和磷酸盐沉淀所致,要进一步提高TP的去除率,应降低DO值并保持适宜的N/P。
不同pH条件下小球藻氨氮处理及生物质生产能力
姜人源, 朱顺妮, 王忠铭, 袁振宏
2021, 39(9): 42-47. doi: 10.13205/j.hjgc.202109007
摘要:
针对目前沼液中高浓度氮氨氮对空气和水质的不良影响,探究在不同pH条件下小球藻对氨氮的处理能力以及生物质生产潜力。在初始ρ(NH3-H)为120~130mg/L,设置4组pH为6.5、7.5、8.5、9.5的模拟废水中培养小球藻。结果表明:pH为6.5~7.5时更适合氨氮的去除。随着pH值升高,pH>8.5时产生的高浓度游离氨对小球藻生长起主要抑制作用。基于藻细胞内叶绿素的积累,小球藻更偏好pH为6.5~8.5的实验环境。小球藻在pH=7.5时油脂产率达到最高为0.30 g/L/d,这与小球藻生长的适宜pH条件一致。综合考虑小球藻对氨氮的去除率及生长和油脂的积累情况,在利用小球藻处理沼液时,将pH控制在6.5~7.5区间内会更有利于氨氮的去除和废水的资源化利用。
磁性生物质炭制备方法及其对水体Pb2+吸附特性的影响
沈玲芳, 董隽, 单胜道, 舒婉君
2021, 39(9): 48-55. doi: 10.13205/j.hjgc.202109008
摘要:
为了获得兼具磁分离和优良吸附性能的环境友好型吸附材料,以杉木(FW)为原材料制备生物质炭(FWBC),分别用沉淀法、浸渍法制得磁性生物质炭FWFe(2)、FWFe(3)。通过元素分析、磁性分析、SEM-EDS、XRD、FTIR等手段表征生物质炭吸附前后特性。研究了FWFe(2)、FWFe(3)对水中Pb2+的吸附特性,探讨了2种磁化方法吸附Pb2+的机理。结果表明:磁化后的生物质炭含有Fe3O4颗粒。FWFe(2)和FWFe(3)的饱和磁化强度分别为35.59,27.76 emu/g,具有良好的磁分离能力。FWFe(2)、FWFe(3)吸附Pb2+的过程符合准二级动力学和Langmuir等温吸附模型。FWFe(2)的吸附性能明显优于FWFe(3)和FWBC,平衡吸附量达到817.64 mg/g,是FWBC的12倍。采用沉淀法磁化的生物质炭可有效提高对水体Pb2+的吸附。吸附机理主要包括离子交换和金属(氢)碳酸盐共沉淀、物理吸附、与表面官能团的络合反应。研究结果有利于推进农林废弃生物质的资源化利用及磁性生物质炭在环境中的实际应用。
不同碳源对反硝化SBR反应器N2O释放的影响
付昆明, 傅思博, 刘凡奇, 仇付国, 曹秀芹
2021, 39(9): 56-62. doi: 10.13205/j.hjgc.202109009
摘要:
试验使用SBR反应器,采用乙酸钠、乙醇、葡萄糖和蔗糖4种常用的外加有机碳源,对反硝化反应中N2O释放过程进行研究。结果表明:4种碳源条件下,N2O积累量均呈先升高后降低最后保持稳定的趋势。N2O最大积累量分别为1.59,1.25,5.43,0.66 mg/L,最大转化率分别为1.61%、1.36%、5.44%和0.67%;最终积累量分别为1.02,0.67,3.12,0.49 mg/L,最终转化率分别为1.04%、0.73%、3.13%和0.50%。N2O释放量及转化率顺序均为葡萄糖>乙酸钠>乙醇>蔗糖。游离亚硝酸抑制、不同反硝化酶的电子竞争和微生物群落结构差异均是影响N2O释放的因素。
水泥土阻隔墙阻控地下水污染
向甲甲
2021, 39(9): 63-68,91. doi: 10.13205/j.hjgc.202109010
摘要:
阻隔墙能够有效阻止地下水中的污染物扩散,以水泥土为研究对象,通过渗透实验、稳定性实验、吸附实验及工程案例研究了阻隔墙的性能。结果表明:随着水泥掺量增大,水泥土渗透系数不断降低,粉质黏土、黏质粉土、粉砂水泥掺量分别为12%、20%、25%时,抗渗效果较好。无侧限抗压强度随水泥掺量增加而增大,粉砂水泥土阻隔墙增幅显著。土壤黏粒含量越高,满足水泥土坍落度要求的水灰比越大。等温吸附符合Freundlich模型,水泥土对Cu2+和Zn2+吸附效果较四氯酚和六价铬显著。吸附动力学符合准二级吸附动力学方程,吸附过程主要为化学吸附,粉质黏土水泥土吸附Cu2+和Zn2+的平衡吸附量最高,分别为7.692,7.143 mg/g。工程应用表明,水泥土阻隔墙对地下水石油烃有机污染物具有显著的阻控效果,监测井检测浓度均低于风险控制值。
贵州黄洲河流域水质时空分布特征及污染源解析
汪心雯, 刘子琦, 郭琼琼, 李渊, 李开萍, 张尘月
2021, 39(9): 69-75. doi: 10.13205/j.hjgc.202109011
摘要:
黄洲河是施秉喀斯特世界自然遗产地内重要河流之一。为了解黄洲河水质特征,基于8个样点、7个监测指标、12个月监测数据,采用单因子水质标识指数法、均值型综合污染指数法,结合聚类分析、主成分分析方法对河流水质特征进行分析评价。结果表明:黄洲河TN超标较严重,TP潜在超标性强。遗产地核心区地表水未达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅰ类水质标准,缓冲区未达到Ⅲ类水质标准;丰水期水质最差,枯水期水质最优。丰水期主控因素为TP、NTU和NH3-N;平水期主控因素为CODMn、Chl-a和DO;枯水期主控因素为NH3-N。流域内主要污染形式为农业面源污染;上游和中游缓冲区居民生活用水和农村散养畜禽排泄物排放污染造成了黄洲河泉眼(Y1)、支流交汇点(Y2)点重污染的现状,而且污染会随河流运移,进入自然遗产地核心区。
后续碳源强化ANAMMOX-MFC系统脱氮产电调控策略
闫荣, 雷欣, 慕玉洁, 孔志远, 章院灿, 付志敏
2021, 39(9): 76-83. doi: 10.13205/j.hjgc.202109012
摘要:
考察添加后续碳源的厌氧氨氧化微生物燃料电池(ANAMMOX-MFC)高效脱氮产电运行的稳定性,采用高通量测序及KEGG功能酶预测对微生物群落结构及功能基因的变化进行表征。结果表明:系统可以连续稳定运行60 d,TN去除率稳定在96%以上,连续运行最大输出电压为800 mV左右。添加适当浓度的乙酸钠,可增高污泥中发酵菌Enterococcus、反硝化产电菌Pseudomonas、Thauera的相对丰度进而有效促进产电。但是过度水解酸化会抑制AnAOB活性。第68~104天,出水NH4+-N浓度升高,TN去除率下降至90%左右,通过停加乙酸钠TN去除率恢复至95%以上。ANAMMOX-MFC系统出水NH4+-N浓度可作为后续碳源停加的"调控信号",使得脱氮产电系统稳定高效运行,为厌氧氨氧化与微生物燃料电池脱氮产电的技术结合提供了很好的理论依据,具有一定的工程指导意义。
大气污染防治
城市空间结构对PM2.5浓度分布的影响
张智璇, 单宝艳, 林琪凯, 陈艳秋, 于新伟, 朱敏
2021, 39(9): 84-91. doi: 10.13205/j.hjgc.202109013
摘要:
城市空间结构影响空气流通等微环境,必然对PM2.5分布和扩散产生影响,研究两者关系对城市规划和建设具有积极意义。基于建筑构建城市空间结构指标体系,采用克里金插值等方法研究济南市中心城区PM2.5浓度的空间格局,运用相关分析方法基于全域和不同高程视角探究城市空间结构对PM2.5分布的影响。结果表明:1)DEM平均值、建筑绝对高度平均值、户外活动面积与PM2.5浓度呈负相关,建筑绝对高度最大值、建筑基底面积总和、建筑密度、占空比、建筑体积总和与PM2.5浓度呈正相关。这些指标是影响PM2.5分布的重要因素,城市规划布局时应重点考虑。2)不同高程和时间范围,PM2.5分布存在时空差异。PM2.5浓度越高,城市空间结构指标对其浓度分布的影响越明显。PM2.5浓度空间分布的变异系数越大,PM2.5浓度与各城市结构指标相关性越弱。3)地形高程是影响PM2.5分布的重要因素,随着平均高程增加,城市空间结构指标与PM2.5浓度呈显著相关的月份数量增加,且规律性更强。
嘉峪关市大气污染物传输特征与潜在源分析
肖凯, 任学昌, 陈仁华
2021, 39(9): 92-101,109. doi: 10.13205/j.hjgc.202109014
摘要:
利用Meteoinfo软件中的Trajstat插件对2019-03—2020-02期间抵达嘉峪关市的气团进行后向轨迹模拟,并结合各类大气污染物数据,对嘉峪关市四季的后向轨迹进行聚类分析,研究抵达嘉峪关市的主要气团输送路径及对应路径的污染物浓度特征。通过潜在源贡献因子法(PSCF)及权重浓度轨迹分析法(CWT)来分析PM10与O3的输送来源及主要潜在源区。结果表明:输送至嘉峪关市的气团中,西北方向气团轨迹数目和污染轨迹数目占比均大于其余方向,嘉峪关市四季的大气污染更易受到西北方向气团的影响。嘉峪关市春季PM10污染相对严重,更易受到新疆东部地区潜在源区的影响,其余三季PM10污染相对较轻,潜在源区主要集中在新疆东部地区,少数位于嘉峪关市东北方向。嘉峪关市春、夏季的O3污染相对严重,强潜在源区主要集中在新疆东部地区及甘肃河西走廊地区,秋、冬季O3污染相对较轻,其中秋季潜在源区主要位于甘肃河西走廊地区,冬季潜在源区主要位于新疆东部地区。
K2CO3改性类水滑石衍生复合金属氧化物吸附剂脱除HCl(g)性能
王统伟, 金保昇, 吴畏, 谷沁洋, 汪德成
2021, 39(9): 102-109. doi: 10.13205/j.hjgc.202109015
摘要:
采用浸渍法对钙镁铝类水滑石进行K2CO3改性,并进一步焙烧获得复合金属氧化物吸附剂。在固定床实验系统上对K2CO3改性类水滑石吸附剂的高温脱除HCl(g)性能进行了研究,探究了K2CO3负载量、反应温度和初始HCl(g)浓度对其高温脱除HCl(g)性能的影响,通过X射线衍射(XRD)、比表面积及孔隙分析(BET)、扫描电镜(SEM)及热重分析(TG)对改性前后的类水滑石吸附剂进行了表征。结果表明:1)K2CO3改性后类水滑石吸附剂的脱除HCl(g)性能显著提高,K2CO3的最佳负载量为30%,过高的负载量会导致吸附剂的孔隙堵塞,吸附能力下降;2)在400~800℃的反应温度范围内,吸附剂的HCl(g)吸附容量在600℃时达到最高,为0.289 g/g;3)在不同HCl(g)浓度下吸附剂的脱除HCl(g)性能保持稳定;4)经500℃煅烧后吸附剂的比表面积和孔体积增大,平均孔径减小,吸附能力增强;负载K2CO3后类水滑石吸附剂的热稳定性有所增强。K2CO3改性后的类水滑石衍生吸附剂具有优良的高温脱除HCl(g)性能,为选择高效实用的高温HCl(g)吸附剂提供了参考。
新型冠状病毒肺炎疫情防控时期上海市空气质量特征及成因分析
孔琳, 胡婷莛, 牛植, 周梦鸽, 饶品华, 葛大逢, 彭王敏子
2021, 39(9): 110-116,198. doi: 10.13205/j.hjgc.202109016
摘要:
为研究新型冠状病毒肺炎(COVID-19)疫情防控政策实施对上海市大气污染物质量浓度的影响,利用上海市内环某高层顶楼微环境平台观测了政策实施前10 d(2020-01-14—23)和实施后20 d(2020-01-24—02-12)的PM2.5和PM10质量浓度及气象要素(温度、相对湿度、风向、风速、大气压及降雨),结合2019年同期观测数据和杨浦四漂空气质量监测点的气态污染物逐时数据,采用描述性统计、合成分析、拉格朗日粒子扩散模式和Spearman相关系数方法,分析了政策实施前、后大气污染物特征及其影响因素。结果表明:1)污染物浓度变化方面。政策实施后,ρ(PM2.5)和ρ(PM10)和ρ(NO2)均明显降低,ρ(PM2.5)和ρ(PM10)分别由61.4,102.4 μg/m3降至38.1,63.5 μg/m3,降幅均为38.0%,ρ(NO2)由57.3 μg/m3降至27.0 μg/m3,降幅达到52.9%,而ρ(O3)由47.6 μg/m3增至69.5 μg/m3ρ(PM2.5)和ρ(PM10)日变化特征由实施前的双峰双谷型变为单谷型。2)气象因素影响方面。上海地区南风异常减弱了冬季风强度,对流层中层正距平异常抑制了对流活动的发展,易导致大气污染物在近地面的汇聚。ρ(PM2.5)和ρ(PM10)与相对湿度呈负相关,风速对ρ(PM2.5)和ρ(PM10)的影响与风向有关。3)外源输入影响方面。长三角城市群及山东省、河南省等周边区域对上海市ρ(PM2.5)和ρ(PM10)贡献显著。
钢铁高炉煤气二氧化碳捕集技术经济性分析
李飒, 林千果, 梁希, 雷明, 江梦菲, 杨永智
2021, 39(9): 117-122,175. doi: 10.13205/j.hjgc.202109017
摘要:
基于固定单一原料气量导向、固定碳捕集量导向和固定混合原料气量导向3种不同的碳捕集情景,结合不同捕集技术CO2捕集率与CO2产品纯度的变化,分析了CO2捕集对于高炉煤气热值提升的间接经济效益的影响。结果表明:当CO2捕集率和CO2产品纯度均一定时,基于固定单一原料气量导向较基于固定碳捕集量导向情景捕集单位质量CO2提升的热值效益更高;当CO2捕集率一定时,随着CO2产品纯度降低,基于固定单一原料气量导向情景与基于固定碳捕集量导向情景捕集单位质量CO2提升的热值效益均更高;当CO2产品纯度一定时,随着CO2捕集率降低,基于固定单一原料气量导向情景捕集单位质量CO2的热值提升效益越高,而基于固定碳捕集量导向情景捕集单位质量CO2提升的热值效益降低。
固废处理与处置
不同来源底物对厌氧发酵产氢余物产甲烷影响
周雨绮, 曹麒, 许俊超, 刘常青, 卓桂华, 陈建勇, 郑育毅
2021, 39(9): 123-130. doi: 10.13205/j.hjgc.202109018
摘要:
通过批式试验将不同来源的污泥与餐厨垃圾进行联合厌氧发酵,研究不同产氢程度的污泥-餐厨垃圾在不同污泥接种量下的产甲烷能力,以寻求产氢余物产沼的最佳条件及有机质转化规律。结果表明:污泥-餐厨垃圾产氢余物的产氢程度与体系产甲烷能力呈正相关,即产氢多余物>产氢少余物>不产氢底物;接种量增大后,体系产甲烷效能降低且各体系间的差异逐渐缩小。30%接种量下的产氢多余物体系产甲烷能力最佳,平均产甲烷速率为0.54 mL/(g·;d),在第27天甲烷占比达到峰值87.04%,有最大累积产甲烷量1659 mL;主要原因是该体系挥发酸降解量大(17565 mg COD/L),占TCOD降解量(35384 mg/L)的50%。
粉煤灰掺入量对煤矸石水力学性质和导气率的影响
邱俊杰, 郑刘根, 陈孝杨, 陈永春
2021, 39(9): 131-137,186. doi: 10.13205/j.hjgc.202109019
摘要:
为研究粉煤灰掺入量对煤矸石水力学性质和导气率的影响,设计9种矸灰比的粉煤灰-煤矸石混合物,运用室内一维定水头法和压力膜仪(DIK-3423)以及一维瞬态法测试了混合物饱和含水量、饱和导水率、水分特征曲线和导气率等指标,并与土壤、粉煤灰和煤矸石进行对比分析。结果表明:1)粉煤灰的掺入可以提高煤矸石的饱和含水量,矸灰比3∶7~2∶8的混合物的饱和含水量为36.9%~41.4%,数值上最接近土壤;2)混合物的饱和导水率受粉煤灰掺入量和容重影响,相同粉煤灰掺入量下提高容重会降低饱和导水率,而饱和导水率变化的整体趋势随粉煤灰掺入量的增大而减小;3)混合物的持水性能随粉煤灰掺入量的增大而增大;4)混合物的导气率随粉煤灰掺入量的增大而减小,粉煤灰掺入量<40%的混合物导气率对含水量的敏感度呈先减小后增大的趋势,其余比例混合物导气率变化较均匀;5)矸灰比(煤矸石与粉煤灰体积比)在3∶7~2∶8混合物的植物有效水含量为17.3%~17.6%,数值上最接近土壤,选用粉煤灰-煤矸石混合物充填塌陷土地时可控制矸灰比在3∶7,此时渗透性小,且可以保证有良好的土壤有效水供给。研究结果可为塌陷区土地复垦质量的改良提供数据参考。
生物炭理化特性及其对厌氧消化效率提升的研究进展
唐梦园, 赵佳奇, 邱春生, 王冰冰, 王仁杰, 钟亮, 孙力平
2021, 39(9): 138-145. doi: 10.13205/j.hjgc.202109020
摘要:
厌氧消化被广泛应用于餐厨垃圾、有机废弃物和高浓度废水等的资源化处理,但实际应用中,厌氧消化常由于易酸化、氨氮抑制和产甲烷菌对环境因素敏感等原因,造成消化过程不稳定、产甲烷率低等问题。生物炭具备制备简单、原料来源广泛和成本低廉等优点,将其添加至厌氧消化系统中,可维持体系稳定运行和提升厌氧消化产甲烷效率。介绍了生物炭的制备方法和理化特征,并从生物炭提升厌氧消化系统缓冲能力、吸附抑制剂从而缓解氨氮抑制及其作为微生物载体等方面,对生物炭促进厌氧消化的效果和机理进行了综述。
污泥资源化过程中新兴污染物的赋存与控制研究进展
徐玉璐, 乔子茹, 储思琴, 苏应龙, 谢冰
2021, 39(9): 146-153. doi: 10.13205/j.hjgc.202109021
摘要:
新兴污染物在污泥中的检出率逐年增加,给污泥的处理带来安全隐患。污泥资源化利用(厌氧消化制沼气和好氧堆肥制土壤改良剂)不仅能实现废弃物的循环利用,还能有效削减污泥中的新兴污染物。从污泥中检出率较高的3类新兴污染物入手,综述不同新兴污染物在污泥中的赋存状况以及污泥资源化过程中新兴污染物的控制措施。污泥资源化处理工艺能够有效控制和削减污泥中存在的大部分新兴污染物。不同新兴污染物的去除效果主要受污染物自身理化性质、降解难易程度、温度、pH、C/N、外源物质添加等因素影响。提出未来应将多种新兴污染物共存体系的去除路径及降解机制研究、优化关键控制参数、提高新兴污染物去除率作为重点研究及技术突破。
原污泥与脱脂污泥制备生物炭的比较及其特性分析
李胜红, 朱芬芬
2021, 39(9): 154-159,192. doi: 10.13205/j.hjgc.202109022
摘要:
污泥中的脂质提取后可制备生物柴油,或者是层析出其中的神经酰胺都是重要的资源化途径。污泥提脂后剩余的残渣可通过热解制备成具有吸附作用的生物炭。采用原污泥、脱脂污泥(原污泥索氏提取脂质后的剩余物),在500,600,700,800℃且绝氧条件下制备生物炭,对其成分进行了分析比较,通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、傅里叶红外吸收光谱分析(Fourier transform infrared,FT-IR)、BET比表面积分析对其进行了表征,探究了原污泥和脱脂污泥制备的生物炭随温度条件变化的规律。研究发现:脱脂污泥制备得到的生物炭随温度上升,其微观表面更加粗糙,孔径增大,比表面积减小,表面官能团数量减少。相比于原污泥而言,脱脂污泥基生物炭表现出较弱的吸附性能,但依然具有进一步研究的价值和应用潜力。
接种不同菌源的餐厨垃圾发酵代谢途径及产己酸效能分析
郭志超, 徐先宝, 徐婷婷, 赵爱华, 邰俊, 刘亚男, 薛罡, 李响
2021, 39(9): 160-168. doi: 10.13205/j.hjgc.202109023
摘要:
采用活性污泥、颗粒污泥、酒曲以及酒糟接种餐厨垃圾进行发酵产有机酸,比较了4种菌源在批次发酵条件下的溶出、水解和酸化效率。在此基础上,探究了不同电子供体对碳链增长产己酸的影响。结果表明:利用活性污泥接种餐厨垃圾发酵可产生高光学活性L-乳酸(L-乳酸浓度为22.2 g/L,光学活性为82.3%);颗粒污泥接种餐厨垃圾发酵可产生浓度为4.2 g COD/L的己酸,具有较强产己酸能力。以酒曲和酒糟作为接种菌源时,丁酸浓度分别为21.6 g COD/L(酒曲)和20.4 g COD/L(酒糟),丁酸是碳链增长的重要电子受体,利用酒曲和酒糟接种餐厨垃圾发酵具有很强的产己酸潜力;外加电子供体后,酒糟组己酸浓度达到8.8 g COD/L(以乳酸为电子供体),酒曲组己酸浓度可达到10.4 g COD/L(以乙醇为电子供体)。微生物群落分析发现,优势菌群链球菌属(Streptococcus)分别占酒曲组和酒糟组总菌属丰度的80%以及55%,与高浓度己酸的产生有着较强相关性。
生命周期视角下2种餐厨垃圾资源化处理方案的对比分析
刘航驿, 颜蓓蓓, 林法伟, 王媛, 王旭彤, 陈冠益
2021, 39(9): 169-175. doi: 10.13205/j.hjgc.202109024
摘要:
以唐山和厦门2处餐厨垃圾处理厂为例,利用Simapro软件中IMPACT2002+方法对2种不同餐厨垃圾处理模式作特征化、标准化以及归一化分析。同时,针对不同处理模式的经济效益开展评价。结果表明:案例1(唐山)在水生生态毒性、非可再生资源、陆地生态毒性等13个中点指标环境影响结果占优;案例1(唐山)与案例2(厦门)的总环境影响潜值分别为-26,22.7mpt。因此,案例1的环境效益占优;案例1比案例2的投资回收期更短,经济效益更佳。
堆肥在土壤修复与质量提升的应用现状与展望
张传严, 席北斗, 张强, 柏思聪, 赵昕宇
2021, 39(9): 176-186. doi: 10.13205/j.hjgc.202109025
摘要:
堆肥作为一种经济有效、环境友好的技术手段,通过生物强化将垃圾有机质转变为富含多种功能基团的大分子胡敏酸类的产品,可修复和改善土壤质量,将垃圾中的有效资源最大程度循环固定回土壤中,有效解决我国耕地超负荷种植、有机质持续下降等突出矛盾。对目前国内外利用堆肥在土壤修复与质量提升方面的研究进行了综述,对常见土壤污染类型如重金属污染、盐污染和有机氯农药污染的修复以及土壤碳库质量的提升和全球碳循环进行了详细讨论,并展望堆肥应用的未来,以期对今后有机垃圾处理—胡敏酸类物质工程应用—土壤修复与质量提升全链条深入研究,土壤修复与质量提升技术的理论依据和促进实际应用的发展提供参考。
电化学预处理对餐厨垃圾-污泥耦合厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响
陈沂塽, 魏桃员, 周涛, 董丁硕, 林青山, 王宗平, 郭刚
2021, 39(9): 187-192. doi: 10.13205/j.hjgc.202109026
摘要:
利用餐厨垃圾-污泥耦合厌氧发酵产挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)具有广泛的经济和应用价值。本实验考察了在1 V电化学预处理条件下,研究餐厨垃圾占比(空白对照,0%,5%,10%,质量分数)对厌氧发酵生成VFAs产量的影响,从而得出产VFAs的最优条件。研究表明:经过60 min 1 V电化学预处理后,随着餐厨垃圾占比从0%增加到10%,水体中溶解性COD浓度随时间变化迅速增加,最高可达到969~1266 mg/L,随着厌氧发酵的进行转化成VFAs。其中,当餐厨垃圾占比为10%时,VFAs在15 d内最高浓度可达到132.2 mg/L。实验结果表明,电化学预处理可改善餐厨垃圾-污泥特性,加快厌氧发酵过程,同时餐厨垃圾可增加污泥中有机质含量,增加VFAs产量,实现餐厨垃圾-污泥产VFAs的资源化利用途径。
土壤修复
人工鸟粪石对Cd污染土壤中黑麦草生长的影响
章绍康, 弓晓峰, 林媛, 吴莉, 熊捷迁, 吴静琳
2021, 39(9): 193-198. doi: 10.13205/j.hjgc.202109027
摘要:
以MgCl2为添加剂,调节含N、P废水中n(Mg2+)∶n(NH4+)∶n(PO43-)比例为1.15∶1∶1,pH为8.5~9,反应时间30 min,经SEM、FT-IR、XRD表征后发现,所得产物以鸟粪石为主。将人工鸟粪石联合黑麦草修复Cd污染土壤,研究表明:人工鸟粪石可有效提升土壤pH、速效磷含量以及酶活性,同时可以降低土壤中交换态Cd含量,增加黑麦草叶片谷胱甘肽GSH含量来降低叶片内丙二醛MDA含量,减少膜脂过氧化程度。与对照相比,人工鸟粪石使黑麦草生物量提升81.7%~148.5%,Cd总提取量提升25.41%~44.27%,且当添加剂量为5%时修复效率最佳。
基于WebofScience数据库的土壤生物修复研究趋势分析
王永林, 张传合, 赵宇鹏, 吴亮, 郭兵, 杨庭, 王新新
2021, 39(9): 199-204. doi: 10.13205/j.hjgc.202109028
摘要:
土壤生物修复技术因其成本低、不易造成二次污染,已成为世界各国研究的热点。应用文献计量学方法分析土壤生物修复领域的研究现状及发展趋势,对Web of Science核心数据库中2000—2019年收录的有关土壤生物修复的25174篇论文进行了统计分析。结果表明:中国在该领域虽起步较晚,但发展迅速,成为发文量最高的国家(3680篇),发文机构中中国科学院占据发文量榜首,且被引次数最多。Chemosphere是该领域发文量最多的期刊(963篇),Science of the Total Environment期刊近几年发展最为迅速;土壤生物修复的最新研究热点集中在微生物群落、基因测序、代谢途径分析以及新材料等方面。
生物合成Bio-MnOx对砷污染土壤的稳定化效果分析
王华伟, 吴雅静, 徐榕, 孙英杰, 李书鹏, 王亚楠, 钟辰语, 时昌飞
2021, 39(9): 205-210,216. doi: 10.13205/j.hjgc.202109029
摘要:
通过室内模拟实验,研究了生物合成锰氧化物(Bio-MnOx)材料对污染土壤中砷(As)的稳定化效果。结果表明:1)Bio-MnOx的加入能够有效降低砷的浸出量,其中水溶性砷含量由2.28 mg/kg降至0.86 mg/kg,减少62.3%;2)五步连续法浸提结果发现,Bio-MnOx处理后水溶态砷和表面吸附态砷的相对含量显著降低;3)风险分析进一步表明Bio-MnOx处理后砷的环境风险降低;4)基于细菌16s RNA生物多样性分析表明,经过Bio-MnOx处理后,土壤微生物多样性的丰富度显著增加;5)微生物群落结构分析发现,土壤微生物群落结构发生明显演替,属水平下的细菌结构由芽孢杆菌属向梭状芽孢菌属、丛毛单胞菌属、敏感梭菌属等转变。总体而言,Bio-MnOx是一种比较有效的修复砷污染土壤的生物材料。
钝化剂对农田土壤Cd有效性及不同水稻品种吸收Cd的研究
李翔, 杨驰浩, 刘晔, 张敏, 孙小峰, 周宇澄, 尹微琴, 王圣森, 王小治
2021, 39(9): 211-216. doi: 10.13205/j.hjgc.202109030
摘要:
为从源头保障农产品质量安全,做好农田土壤镉污染修复,在镉污染农田上研究施加TX土壤调理剂、NL土壤调理剂、生物炭、石灰、硅肥5种钝化剂对土壤pH、有机质、Cd有效态含量、Cd不同形态的影响,并探讨钝化剂对4个不同水稻品种的产量以及水稻各器官吸收Cd的影响,筛选降解Cd效果较优的钝化剂和籽粒吸收Cd较少的水稻品种。结果表明:与对照处理相比,施加TX、NL土壤调理剂、生物炭、石灰、硅肥处理土壤中Cd有效态含量分别降低了59.4%、29.9%、22.8%、22.4%、54.4%。施加钝化剂降低了土壤中弱酸提取态和可还原态含量,增加了可氧化态和残渣态含量。其中,TX土壤调理剂处理的弱酸提取态占比降幅最大为11.9%,残渣态占比增幅最大为15.4%。施加钝化剂可提高水稻产量和抑制水稻各器官(根、茎、籽粒)对Cd的积累,其中施加TX土壤调理剂的效果最优,淮稻5号、扬粳805、扬粳103、南粳9108的产量分别提高了14.2%、18.6%、9.2%、29.2%,籽粒中Cd含量分别显著降低了80.5%、82.8%、65.4%、55.6%。对照处理中,淮稻5号、扬粳805、扬粳103、南粳9108籽粒Cd含量分别为0.836,0.853,1.047,1.22 mg/kg。只有种植淮稻5号和扬粳805同时配施TX土壤调理剂处理,籽粒Cd含量分别为0.163,0.147 mg/kg,符合GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》。推荐淮稻5号和扬粳805品种为适应于苏中地区的重金属低积累水稻品种,再结合施用合适钝化剂可在重金属Cd中轻度污染土壤上推广应用以保障农产品安全。
科学家访谈
2021首届环境与生态系统工程发展论坛:知播专访
吴丰昌
2021, 39(9): 217-218.
摘要: