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2022年 第40卷 第1期
2022, 40(1): 1-7,206.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201001
摘要:
改革开放40年来,我国工业发展水平迅速提高,建成了世界最完整的工业体系,但也承受着粗放式发展带来的负面影响,尤其是重化工行业造成的环境污染。在充分借鉴国内外工业污染治理相关的先进理念与高新技术的基础上,对国内外工业污染控制理念、策略、政策、评价方法等方面的发展历程以及不同控制阶段的自主创新和有益实践进行了系统总结,并提出未来工业污染控制的发展方向,旨在为致力于工业污染治理的科研人员和技术人员提供切实有效的理论方法参考。
改革开放40年来,我国工业发展水平迅速提高,建成了世界最完整的工业体系,但也承受着粗放式发展带来的负面影响,尤其是重化工行业造成的环境污染。在充分借鉴国内外工业污染治理相关的先进理念与高新技术的基础上,对国内外工业污染控制理念、策略、政策、评价方法等方面的发展历程以及不同控制阶段的自主创新和有益实践进行了系统总结,并提出未来工业污染控制的发展方向,旨在为致力于工业污染治理的科研人员和技术人员提供切实有效的理论方法参考。
2022, 40(1): 8-12,20.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201002
摘要:
近年来,在城市建设过程中,广场、公园、城市道路等区域大量采用线性排水沟或缝隙排水,有沿程入流的沟渠为非均匀流,因此,在上述排水方式中普遍采用的谢才公式计算方法会产生较大误差。针对上述问题,采用物理模型方法,研究了沿程均匀入流对明渠恒定流水面曲线的影响,提出了不同坡度、渠底宽度和壁面粗糙度条件下的水面曲线,并与谢才公式计算结果进行了比较。结果表明:在各实验工况条件下有沿程入流时,沟渠内水面曲线均沿程增加,与谢才公式计算结果有明显差异,并进一步拟合出流量-水深的计算关系公式。上述研究成果对研究和优化道路边沟、线性排水等沿程均匀入流沟渠的水力断面设计计算具有重要意义。
近年来,在城市建设过程中,广场、公园、城市道路等区域大量采用线性排水沟或缝隙排水,有沿程入流的沟渠为非均匀流,因此,在上述排水方式中普遍采用的谢才公式计算方法会产生较大误差。针对上述问题,采用物理模型方法,研究了沿程均匀入流对明渠恒定流水面曲线的影响,提出了不同坡度、渠底宽度和壁面粗糙度条件下的水面曲线,并与谢才公式计算结果进行了比较。结果表明:在各实验工况条件下有沿程入流时,沟渠内水面曲线均沿程增加,与谢才公式计算结果有明显差异,并进一步拟合出流量-水深的计算关系公式。上述研究成果对研究和优化道路边沟、线性排水等沿程均匀入流沟渠的水力断面设计计算具有重要意义。
2022, 40(1): 13-20.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201003
摘要:
为了解复合人工湿地系统对低污染水中总氮的处理效果及微生物群落结构特征,以表流-潜流-沉水植物塘构建的复合人工湿地系统为研究对象,研究该系统对低污染水中TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N的去除效果,并采用高通量测序揭示各级单元微生物群落结构与差异性。结果表明:复合人工湿地系统在0.12~0.24 m3/(m2·d)的水力负荷下出水达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水质,对污染物均有较好的去除效果,对TN、NH4+-N的去除率为62.35%~76.86%、36.94%~74.68%。各级单元主要的脱氮微生物表现出较大差异,属水平上,表流湿地主要脱氮菌群为硝化螺旋菌属、996-1属和生丝菌属;潜流湿地主要脱氮菌群为贪铜菌属和不动杆菌属;沉水植物塘主要脱氮菌群为甲基娇养杆菌属和嗜甲基菌属。说明各单元对总氮的去除效果均有贡献且存在差异。
为了解复合人工湿地系统对低污染水中总氮的处理效果及微生物群落结构特征,以表流-潜流-沉水植物塘构建的复合人工湿地系统为研究对象,研究该系统对低污染水中TN、NH4+-N、NO3--N、NO2--N的去除效果,并采用高通量测序揭示各级单元微生物群落结构与差异性。结果表明:复合人工湿地系统在0.12~0.24 m3/(m2·d)的水力负荷下出水达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水质,对污染物均有较好的去除效果,对TN、NH4+-N的去除率为62.35%~76.86%、36.94%~74.68%。各级单元主要的脱氮微生物表现出较大差异,属水平上,表流湿地主要脱氮菌群为硝化螺旋菌属、996-1属和生丝菌属;潜流湿地主要脱氮菌群为贪铜菌属和不动杆菌属;沉水植物塘主要脱氮菌群为甲基娇养杆菌属和嗜甲基菌属。说明各单元对总氮的去除效果均有贡献且存在差异。
2022, 40(1): 21-26,223.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201004
摘要:
为揭示碳源投加方式对低碳污水氮磷去除影响,采用A2/O系统处理模拟低C/N(C/N为2.0~4.0)污水,分别在污泥回流池、进水端投加碳源,对比研究2种方式条件下的系统氮磷污染物去除效果及微生物菌群结构特点。结果表明:与传统进水端投加碳源方式(阶段Ⅳ)相比,在污泥回流池投加等量碳源(阶段Ⅲ),有利于实现更佳的脱氮除磷效果。阶段Ⅲ的TN、TP去除率分别为54.5%、63.9%,高于阶段Ⅳ的氮、磷去除率(TN和TP去除率分别为44.9%、21.7%)。高通量测序结果表明:2种碳源投加方式均改变了微生物菌群丰富度和多样性,且在污泥回流池投加碳源更有利于优势菌群的富集,该阶段红游动菌属(Rhodoplanes,2.3%)、脱氯单胞菌属(Dechloromonas,1.6%)及生丝菌属(Hyphomicrobium,1.4%)为优势菌属,其比例均高于阶段Ⅳ。
为揭示碳源投加方式对低碳污水氮磷去除影响,采用A2/O系统处理模拟低C/N(C/N为2.0~4.0)污水,分别在污泥回流池、进水端投加碳源,对比研究2种方式条件下的系统氮磷污染物去除效果及微生物菌群结构特点。结果表明:与传统进水端投加碳源方式(阶段Ⅳ)相比,在污泥回流池投加等量碳源(阶段Ⅲ),有利于实现更佳的脱氮除磷效果。阶段Ⅲ的TN、TP去除率分别为54.5%、63.9%,高于阶段Ⅳ的氮、磷去除率(TN和TP去除率分别为44.9%、21.7%)。高通量测序结果表明:2种碳源投加方式均改变了微生物菌群丰富度和多样性,且在污泥回流池投加碳源更有利于优势菌群的富集,该阶段红游动菌属(Rhodoplanes,2.3%)、脱氯单胞菌属(Dechloromonas,1.6%)及生丝菌属(Hyphomicrobium,1.4%)为优势菌属,其比例均高于阶段Ⅳ。
2022, 40(1): 27-31,51.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201005
摘要:
为探究连续运行条件下生物滞留系统处理污水时的渗流特性,通过对不同水力负荷条件下系统渗透系数及孔隙率变化的监测考察其性能。结果显示:同一水力负荷下,随着运行时间推进,标准渗透系数K20呈先降低再升高最后达到稳定阶段(15 d左右)的变化趋势,而且水力负荷越大对相对渗透系数的影响越大,二者关系达到显著负相关水平(P<0.01)。在低水力负荷[<1.0 m3/(m2·d)]条件下,渗透系数与孔隙率呈正相关,在较高水力负荷[>2.0 m3/(m2·d)]条件下,渗透系数与孔隙率无显著相关性。在连续运行过程中,生物滞留系统处理污水时水力负荷应控制在2.0 m3/(m2·d)以内,且水力负荷为1.0 m3/(m2·d)时系统性能最佳。该研究成果可为有效预防生物滞留系统填料堵塞提供理论参考和借鉴。
为探究连续运行条件下生物滞留系统处理污水时的渗流特性,通过对不同水力负荷条件下系统渗透系数及孔隙率变化的监测考察其性能。结果显示:同一水力负荷下,随着运行时间推进,标准渗透系数K20呈先降低再升高最后达到稳定阶段(15 d左右)的变化趋势,而且水力负荷越大对相对渗透系数的影响越大,二者关系达到显著负相关水平(P<0.01)。在低水力负荷[<1.0 m3/(m2·d)]条件下,渗透系数与孔隙率呈正相关,在较高水力负荷[>2.0 m3/(m2·d)]条件下,渗透系数与孔隙率无显著相关性。在连续运行过程中,生物滞留系统处理污水时水力负荷应控制在2.0 m3/(m2·d)以内,且水力负荷为1.0 m3/(m2·d)时系统性能最佳。该研究成果可为有效预防生物滞留系统填料堵塞提供理论参考和借鉴。
2022, 40(1): 32-37.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201006
摘要:
蓝藻在生长繁殖过程中会向水体中释放具有生物毒性的微囊藻毒素(MC-LR),对人体健康存在潜在威胁。富里酸(FA)是水体中广泛存在的水环境介质,其不同分子量组分对MC-LR光降解的影响机理尚未明确。通过紫外光照实验,探究不同分子量FA及相关条件因素对紫外光降解MC-LR效果的影响。结果表明:MC-LR的降解率随着pH值的增大呈先降低再上升趋势;在纯水中紫外光降解120 min后,MC-LR降解率为60.10%;加入FA后,MC-LR降解率随着其浓度的增加而提高,在10 mgC/L时有62.18%的MC-LR降解;在不同分子量FA条件下,MC-LR降解率为54.52%~65.61%,且降解过程符合一级反应动力学方程,表观速率常数在分子量3~5 kDa,浓度10 mgC/L时最高,为0.03303 min-1。研究可为优化FA与MC-LR之间的条件配比,促进MC-LR的降解提供参考。
蓝藻在生长繁殖过程中会向水体中释放具有生物毒性的微囊藻毒素(MC-LR),对人体健康存在潜在威胁。富里酸(FA)是水体中广泛存在的水环境介质,其不同分子量组分对MC-LR光降解的影响机理尚未明确。通过紫外光照实验,探究不同分子量FA及相关条件因素对紫外光降解MC-LR效果的影响。结果表明:MC-LR的降解率随着pH值的增大呈先降低再上升趋势;在纯水中紫外光降解120 min后,MC-LR降解率为60.10%;加入FA后,MC-LR降解率随着其浓度的增加而提高,在10 mgC/L时有62.18%的MC-LR降解;在不同分子量FA条件下,MC-LR降解率为54.52%~65.61%,且降解过程符合一级反应动力学方程,表观速率常数在分子量3~5 kDa,浓度10 mgC/L时最高,为0.03303 min-1。研究可为优化FA与MC-LR之间的条件配比,促进MC-LR的降解提供参考。
2022, 40(1): 38-45.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201007
摘要:
选取天津市居民区典型材质(油毡、塑钢和水泥瓦)屋面下垫面,对其降雨径流污染特征和污染物初期冲刷效应进行了分析,并考察了不同类型材质屋面降雨径流中颗粒物分布及主要污染物赋存形式。场次降雨径流平均浓度分析结果表明:SS和COD是降雨径流中的主要污染物,降雨径流污染程度顺序为油毡屋面>水泥瓦屋面>塑钢屋面;颗粒物是降雨径流中污染物的主要载体,与COD和TP的相关度较高。各屋面径流污染均存在一定程度的初期冲刷效应,塑钢屋面径流污染物冲刷与Sartor-Boyd模型拟合相关性较好;屋面径流中颗粒物粒径分布主要受降雨量和降雨强度的影响,颗粒物粒径主要分布在10~100μm(体积比60%~75%)。不同屋面降雨径流中86%~92%的COD和90%~95%的TP均主要以颗粒态形式存在,而50%~65%的氮主要以溶解态形式存在。
选取天津市居民区典型材质(油毡、塑钢和水泥瓦)屋面下垫面,对其降雨径流污染特征和污染物初期冲刷效应进行了分析,并考察了不同类型材质屋面降雨径流中颗粒物分布及主要污染物赋存形式。场次降雨径流平均浓度分析结果表明:SS和COD是降雨径流中的主要污染物,降雨径流污染程度顺序为油毡屋面>水泥瓦屋面>塑钢屋面;颗粒物是降雨径流中污染物的主要载体,与COD和TP的相关度较高。各屋面径流污染均存在一定程度的初期冲刷效应,塑钢屋面径流污染物冲刷与Sartor-Boyd模型拟合相关性较好;屋面径流中颗粒物粒径分布主要受降雨量和降雨强度的影响,颗粒物粒径主要分布在10~100μm(体积比60%~75%)。不同屋面降雨径流中86%~92%的COD和90%~95%的TP均主要以颗粒态形式存在,而50%~65%的氮主要以溶解态形式存在。
2022, 40(1): 46-51.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201008
摘要:
废乳化液是机械加工过程产生的一种高浓度有机废液,属于危险废物。通过实验研究了BDD电极电化学氧化处理废乳化液的降解效果,考察了电流密度、电解质种类及浓度、初始pH值和反应温度对降解效率的影响。结果表明:BDD电极电化学氧化可有效降解废乳化液中的有机物,当采用Na2S2O8为电解质,电流密度超过60 mA/cm2时,降解4 h后COD降解率达到99%以上,单位质量(1 kg)COD降解能耗最大,约25 kW·h/kg。电流密度由20 mA/cm2增加至60 mA/cm2时,COD去除率可提高13%左右,单位能耗也会随之增加;电流密度为60 mA/cm2时,采用Na2S2O8作为支持电解质降解2 h, COD降解率比NaCl和Na2SO4作为电解质高10%以上;提高反应温度和保持酸性条件均有利于增强COD降解效果。动力学分析表明:BDD电极电化学氧化降解废乳化液的过程符合一级反应动力学方程,电流密度<60 mA/cm2时,一级反应动力学常数k与电流密度基本呈线性关系。
废乳化液是机械加工过程产生的一种高浓度有机废液,属于危险废物。通过实验研究了BDD电极电化学氧化处理废乳化液的降解效果,考察了电流密度、电解质种类及浓度、初始pH值和反应温度对降解效率的影响。结果表明:BDD电极电化学氧化可有效降解废乳化液中的有机物,当采用Na2S2O8为电解质,电流密度超过60 mA/cm2时,降解4 h后COD降解率达到99%以上,单位质量(1 kg)COD降解能耗最大,约25 kW·h/kg。电流密度由20 mA/cm2增加至60 mA/cm2时,COD去除率可提高13%左右,单位能耗也会随之增加;电流密度为60 mA/cm2时,采用Na2S2O8作为支持电解质降解2 h, COD降解率比NaCl和Na2SO4作为电解质高10%以上;提高反应温度和保持酸性条件均有利于增强COD降解效果。动力学分析表明:BDD电极电化学氧化降解废乳化液的过程符合一级反应动力学方程,电流密度<60 mA/cm2时,一级反应动力学常数k与电流密度基本呈线性关系。
2022, 40(1): 52-59,77.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201009
摘要:
静湖是中新天津生态城最大的景观湖,并连通故道河及惠风溪等水体一起形成了生态城独特的水生态系统,是北方城市大型景观水系的代表,其水环境改善和保障问题受到较大关注。在对生态城静湖水系水体循环净化设施建设和水质提升工程运行方案实施等重点调查分析的基础上,运用Delft3D FM构建静湖水系数值模型模拟水体水动力、水质演变过程,分析评估了工程运行对水质指标的改善效果。结果表明:静湖水系水质受降雨影响明显,对比汛前、汛后各河段水质浓度变化发现,汛后COD、TP浓度可升高10%,部分河段甚至升高60%,汛后NH3-N降低20%~30%;通过设置补水、拆除隔离坝、增加循环泵和排水泵等工程措施,静湖水系水动力条件得到较大改善,NH3-N、TP基本能达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水标准,ρ(NH3-N)可降低3%~25%,ρ(TP)可降低6%~50%。工程措施应综合考虑水环境本底、污染源治理、水利设施运行等多因素共同制定水质提升策略。
静湖是中新天津生态城最大的景观湖,并连通故道河及惠风溪等水体一起形成了生态城独特的水生态系统,是北方城市大型景观水系的代表,其水环境改善和保障问题受到较大关注。在对生态城静湖水系水体循环净化设施建设和水质提升工程运行方案实施等重点调查分析的基础上,运用Delft3D FM构建静湖水系数值模型模拟水体水动力、水质演变过程,分析评估了工程运行对水质指标的改善效果。结果表明:静湖水系水质受降雨影响明显,对比汛前、汛后各河段水质浓度变化发现,汛后COD、TP浓度可升高10%,部分河段甚至升高60%,汛后NH3-N降低20%~30%;通过设置补水、拆除隔离坝、增加循环泵和排水泵等工程措施,静湖水系水动力条件得到较大改善,NH3-N、TP基本能达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水标准,ρ(NH3-N)可降低3%~25%,ρ(TP)可降低6%~50%。工程措施应综合考虑水环境本底、污染源治理、水利设施运行等多因素共同制定水质提升策略。
2022, 40(1): 60-68.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201010
摘要:
分别采用水热法和浸渍法2种合成方法制备了Ce-MnOx催化剂,应用于氨的选择性催化氧化。实验结果表明:水热法制备的Ce-MnOx具有更高的催化氧化NH3活性,其中,在反应温度为200℃时,Ce(5)-MnOx(HY)具有98%的NH3转化率及91%的N2选择性。XRD、BET、Raman、XPS、SEM、H2-TPR等方法对催化剂的表征结果表明,水热法合成的Ce-MnOx具有更大的比表面积(94.37 m2/g),其优异的催化活性归因于表面丰富的Mn4+和Ce3+、大量的化学吸附氧、丰富的活性位点、Mn和Ce间的相互作用等。In-situ DRIFTS分析表明,催化剂表面吸附态的NH3经过脱氢作用生成—NH2、—NH中间体,其中,—NH与原子氧结合生成的—HNO能被O2快速氧化形成NO,NO再与—NH2继续反应生成N2和H2O。研究可为锰基催化剂在低温氨氧化及选择性方面的研究提供重要参考。
分别采用水热法和浸渍法2种合成方法制备了Ce-MnOx催化剂,应用于氨的选择性催化氧化。实验结果表明:水热法制备的Ce-MnOx具有更高的催化氧化NH3活性,其中,在反应温度为200℃时,Ce(5)-MnOx(HY)具有98%的NH3转化率及91%的N2选择性。XRD、BET、Raman、XPS、SEM、H2-TPR等方法对催化剂的表征结果表明,水热法合成的Ce-MnOx具有更大的比表面积(94.37 m2/g),其优异的催化活性归因于表面丰富的Mn4+和Ce3+、大量的化学吸附氧、丰富的活性位点、Mn和Ce间的相互作用等。In-situ DRIFTS分析表明,催化剂表面吸附态的NH3经过脱氢作用生成—NH2、—NH中间体,其中,—NH与原子氧结合生成的—HNO能被O2快速氧化形成NO,NO再与—NH2继续反应生成N2和H2O。研究可为锰基催化剂在低温氨氧化及选择性方面的研究提供重要参考。
2022, 40(1): 69-77.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201011
摘要:
为了解好氧堆肥发酵过程中微生物群落结构变化规律和腐熟度生物学指标研究,以自然发酵牛粪为研究材料,利用高通量测序技术分析细菌群落结构在发酵不同阶段、层次上的动态变化与环境因子和腐熟度的相互关系。结果显示:堆体上层温度、碳氮比和种子发芽指数指标优于下层;整个堆肥发酵过程中,细菌丰度和多样性指数呈先升高后降低的趋势;在门水平上,厚壁菌门(Firmicutes)在整个堆肥过程占据主导地位;在属水平上,升温期优势菌属为未鉴定的根瘤菌属(unidentified_Rhizobiaceae),高温期为芽孢杆菌属(Bacillus),降温腐熟期为诺卡氏菌属(Nocardiopsis);Spearman相关性分析显示Bacillus与有机质、碳氮比、含水率和温度间呈极显著正相关(P<0.01);CCA分析表明Nocardiopsis可作为腐熟期指示微生物,OM是堆肥第1影响因子;拟合回归方程分析得出,Chao1指数与腐熟度指标存在较强的相关性(R2=0.986)。
为了解好氧堆肥发酵过程中微生物群落结构变化规律和腐熟度生物学指标研究,以自然发酵牛粪为研究材料,利用高通量测序技术分析细菌群落结构在发酵不同阶段、层次上的动态变化与环境因子和腐熟度的相互关系。结果显示:堆体上层温度、碳氮比和种子发芽指数指标优于下层;整个堆肥发酵过程中,细菌丰度和多样性指数呈先升高后降低的趋势;在门水平上,厚壁菌门(Firmicutes)在整个堆肥过程占据主导地位;在属水平上,升温期优势菌属为未鉴定的根瘤菌属(unidentified_Rhizobiaceae),高温期为芽孢杆菌属(Bacillus),降温腐熟期为诺卡氏菌属(Nocardiopsis);Spearman相关性分析显示Bacillus与有机质、碳氮比、含水率和温度间呈极显著正相关(P<0.01);CCA分析表明Nocardiopsis可作为腐熟期指示微生物,OM是堆肥第1影响因子;拟合回归方程分析得出,Chao1指数与腐熟度指标存在较强的相关性(R2=0.986)。
2022, 40(1): 78-85.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201012
摘要:
随着我国工业和城镇的快速发展,化石能源的大量使用使得环境中多环芳烃(PAHs)残留量不断增加,给环境和人体健康带来严重危害。以2~4环PAHs为研究对象,探讨了热脱附温度、时间以及PAHs自身结构对热脱附效果的影响,简要分析了热脱附处理对土壤性质的影响,评估了管式炉热脱附的能耗。结果表明:低环PAHs的脱附率随着脱附温度的升高、脱附时间的延长呈升高的趋势;在脱附温度为300℃、脱附30 min条件下,2环PAHs(2R-PAHs)被完全去除,3环PAHs(3R-PAHs)和4环PAHs(4R-PAHs)的去除率分别为93.22%和83.85%。PAHs各组分满足修复目标DB11/T 811—2011《北京市场地土壤环境风险评价筛选值》标准的优选条件,具体如下:萘(Nap)在脱附温度为100℃、脱附10 min时修复达标;菲(Phe)和蒽(Ant)修复达标条件分别为250℃、30 min和150℃、60 min;荧蒽(Fla)和芘(Pyr)土壤残留量基本均高于标准筛选值,需进一步调整热脱附工况参数,或辅助添加改性剂协同修复以降低成本。热脱附后土壤粗颗粒比例减小,与扫描电镜中大颗粒破碎为小颗粒现象相符。该结果可为热脱附技术在PAHs污染土壤修复的应用提供理论参考。
随着我国工业和城镇的快速发展,化石能源的大量使用使得环境中多环芳烃(PAHs)残留量不断增加,给环境和人体健康带来严重危害。以2~4环PAHs为研究对象,探讨了热脱附温度、时间以及PAHs自身结构对热脱附效果的影响,简要分析了热脱附处理对土壤性质的影响,评估了管式炉热脱附的能耗。结果表明:低环PAHs的脱附率随着脱附温度的升高、脱附时间的延长呈升高的趋势;在脱附温度为300℃、脱附30 min条件下,2环PAHs(2R-PAHs)被完全去除,3环PAHs(3R-PAHs)和4环PAHs(4R-PAHs)的去除率分别为93.22%和83.85%。PAHs各组分满足修复目标DB11/T 811—2011《北京市场地土壤环境风险评价筛选值》标准的优选条件,具体如下:萘(Nap)在脱附温度为100℃、脱附10 min时修复达标;菲(Phe)和蒽(Ant)修复达标条件分别为250℃、30 min和150℃、60 min;荧蒽(Fla)和芘(Pyr)土壤残留量基本均高于标准筛选值,需进一步调整热脱附工况参数,或辅助添加改性剂协同修复以降低成本。热脱附后土壤粗颗粒比例减小,与扫描电镜中大颗粒破碎为小颗粒现象相符。该结果可为热脱附技术在PAHs污染土壤修复的应用提供理论参考。
2022, 40(1): 86-93.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201013
摘要:
淋洗技术是土壤重金属(类金属)污染修复的主流技术之一,而淋洗废液存在的二次污染风险则是制约该技术应用的主要因素。通过溶剂沉积法制备磁性椰壳(MCS)改性材料,探究MCS材料对土壤淋洗废液中As(Ⅲ)的最佳吸附条件及去除效果。XPS、SEM等材料表征结果均显示磁性材料可成功负载于椰壳上;EDS、FTIR分析进一步表明,MCS材料可有效吸附As(Ⅲ)。采用拟二级动力学和Freundlich模型来模拟MCS对As(Ⅲ)的吸附过程,结果表明吸附过程是多层吸附行为,主导作用是化学吸附,其中羟基、羧基以及含铁基团的络合作用则是改性材料吸附As(Ⅲ)的主要作用机理。实验条件优化结果显示,在MCS投加量为20 g/L、pH值为9、吸附时间为120 min时,MCS对实际淋洗废液中As(Ⅲ)去除率可高达96.58%,且经过MCS处理后的淋洗废液中As(Ⅲ)的最终含量低于GB 8978—1996《污水综合排放标准》所规定的排放限值(As≤0.5 mg/L)。综上所述,MCS是一种可以有效处理As(Ⅲ)污染土壤淋洗废液的吸附材料。
淋洗技术是土壤重金属(类金属)污染修复的主流技术之一,而淋洗废液存在的二次污染风险则是制约该技术应用的主要因素。通过溶剂沉积法制备磁性椰壳(MCS)改性材料,探究MCS材料对土壤淋洗废液中As(Ⅲ)的最佳吸附条件及去除效果。XPS、SEM等材料表征结果均显示磁性材料可成功负载于椰壳上;EDS、FTIR分析进一步表明,MCS材料可有效吸附As(Ⅲ)。采用拟二级动力学和Freundlich模型来模拟MCS对As(Ⅲ)的吸附过程,结果表明吸附过程是多层吸附行为,主导作用是化学吸附,其中羟基、羧基以及含铁基团的络合作用则是改性材料吸附As(Ⅲ)的主要作用机理。实验条件优化结果显示,在MCS投加量为20 g/L、pH值为9、吸附时间为120 min时,MCS对实际淋洗废液中As(Ⅲ)去除率可高达96.58%,且经过MCS处理后的淋洗废液中As(Ⅲ)的最终含量低于GB 8978—1996《污水综合排放标准》所规定的排放限值(As≤0.5 mg/L)。综上所述,MCS是一种可以有效处理As(Ⅲ)污染土壤淋洗废液的吸附材料。
2022, 40(1): 94-101,116.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201014
摘要:
以壳聚糖改性后的沸石作为稳定化材料,对实际污染土壤中铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)进行稳定化处理,采用扫描电子显微镜等表征手段及TCLP毒性浸出实验对改性材料物质组成及多金属稳定化效果进行分析,探究改性材料投加量、土壤含水率与pH对多金属污染土壤稳定效果的影响。结果表明:改性材料表面具有清晰的纤维状结构和均匀的突触状结构,且在结合能400 eV左右处增加了N1s的特征峰,证实壳聚糖已负载到沸石表面且硅酸钙粒子起到修饰作用;最大投加量为10%时,稳定化效果最好;随着含水率的增加,浸出浓度小幅增加,不同含水率下,Zn、Cd对Pb的稳定化无明显竞争;当土壤环境为弱酸碱或中性时,Zn、Cd对Pb的稳定化无竞争优势,但在强酸或强碱环境下,Zn、Cd竞争优势较强,从而抑制Pb的稳定化。此种新型、高效的土壤稳化材料可为多金属污染场地修复提供新的技术方案。
以壳聚糖改性后的沸石作为稳定化材料,对实际污染土壤中铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)进行稳定化处理,采用扫描电子显微镜等表征手段及TCLP毒性浸出实验对改性材料物质组成及多金属稳定化效果进行分析,探究改性材料投加量、土壤含水率与pH对多金属污染土壤稳定效果的影响。结果表明:改性材料表面具有清晰的纤维状结构和均匀的突触状结构,且在结合能400 eV左右处增加了N1s的特征峰,证实壳聚糖已负载到沸石表面且硅酸钙粒子起到修饰作用;最大投加量为10%时,稳定化效果最好;随着含水率的增加,浸出浓度小幅增加,不同含水率下,Zn、Cd对Pb的稳定化无明显竞争;当土壤环境为弱酸碱或中性时,Zn、Cd对Pb的稳定化无竞争优势,但在强酸或强碱环境下,Zn、Cd竞争优势较强,从而抑制Pb的稳定化。此种新型、高效的土壤稳化材料可为多金属污染场地修复提供新的技术方案。
2022, 40(1): 102-109.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201015
摘要:
BTEX(苯、甲苯、乙苯、二甲苯等)是对空气质量和人体健康具有重要影响的挥发性有机物。为研究长沙市城市大气BTEX污染特征,选择2个典型城市站点(采样点S和W)于2017年8月进行了连续采样分析。结果显示:2个采样点BTEX平均浓度分别为(9.84±5.44),(6.35±4.68)μg/m3;其中间/对-二甲苯是占比最高的组分,分别为32.3%和26.7%,其次是甲苯,贡献比例分别为20.6%和22.8%。BTEX及主要组分浓度日变化呈“U形”特征,即7:00—8:00浓度较高,之后逐渐降低,至13:00—14:00出现最低值,然后上升,至16:00—17:00浓度高值,可能受光化学反应及排放强度等因素影响。由BTEX相关性及苯、甲苯、乙苯比值分析发现,长沙市城市大气BTEX主要受机动车排放、工业及溶剂排放等影响。BTEX非致癌风险危害商值(2.89×10-4~9.35×10-2)均<1,表明对暴露人群尚不存在明显的非致癌风险;但空气苯暴露的致癌风险评价值(6.41×10-6,5.34×10-6)却较高,表明苯可能对居民健康存在潜在的致癌风险。
BTEX(苯、甲苯、乙苯、二甲苯等)是对空气质量和人体健康具有重要影响的挥发性有机物。为研究长沙市城市大气BTEX污染特征,选择2个典型城市站点(采样点S和W)于2017年8月进行了连续采样分析。结果显示:2个采样点BTEX平均浓度分别为(9.84±5.44),(6.35±4.68)μg/m3;其中间/对-二甲苯是占比最高的组分,分别为32.3%和26.7%,其次是甲苯,贡献比例分别为20.6%和22.8%。BTEX及主要组分浓度日变化呈“U形”特征,即7:00—8:00浓度较高,之后逐渐降低,至13:00—14:00出现最低值,然后上升,至16:00—17:00浓度高值,可能受光化学反应及排放强度等因素影响。由BTEX相关性及苯、甲苯、乙苯比值分析发现,长沙市城市大气BTEX主要受机动车排放、工业及溶剂排放等影响。BTEX非致癌风险危害商值(2.89×10-4~9.35×10-2)均<1,表明对暴露人群尚不存在明显的非致癌风险;但空气苯暴露的致癌风险评价值(6.41×10-6,5.34×10-6)却较高,表明苯可能对居民健康存在潜在的致癌风险。
2022, 40(1): 110-116.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201016
摘要:
为探明东江支流沙河流域重污染支流表层沉积物氮、磷及重金属风险分布规律,采用不同风险等级评价法进行分析。综合污染指数分析显示,TN风险等级分为重度污染、中度污染、轻度污染、清洁,占比分别为57.1%、14.3%、16.1%、12.5%,TP占比分别为62.5%、10.7%、21.4%、5.4%。重金属Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg平均浓度分别超对应广东省背景值的5.52,7.43,15.88,6.70,8.10,1.34,1.12倍,相关性分析与主成分分析法推测Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb主要来自造纸、电镀行业;Hg来自电池或金属制造业;As含量不超标,主要来自农药及化肥;地积累指数法显示Cu、Ni以及Cr污染严重,潜在生态危害指数法显示Cd与Cu是主要生态危害贡献因子。研究结果可为饮用水源型河流水质安全保障提供决策支持。
为探明东江支流沙河流域重污染支流表层沉积物氮、磷及重金属风险分布规律,采用不同风险等级评价法进行分析。综合污染指数分析显示,TN风险等级分为重度污染、中度污染、轻度污染、清洁,占比分别为57.1%、14.3%、16.1%、12.5%,TP占比分别为62.5%、10.7%、21.4%、5.4%。重金属Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg平均浓度分别超对应广东省背景值的5.52,7.43,15.88,6.70,8.10,1.34,1.12倍,相关性分析与主成分分析法推测Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb主要来自造纸、电镀行业;Hg来自电池或金属制造业;As含量不超标,主要来自农药及化肥;地积累指数法显示Cu、Ni以及Cr污染严重,潜在生态危害指数法显示Cd与Cu是主要生态危害贡献因子。研究结果可为饮用水源型河流水质安全保障提供决策支持。
2022, 40(1): 117-122,160.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201017
摘要:
为探究典型城市闸控河流水质时空分布规律性差异,提供城市闸控河流水生态保护与精准调控依据,将两步聚类法应用于秦淮河南京段水质时空变异特征研究中。结果表明:近年来秦淮河南京段以氮、磷污染为主,且水质情况可分为3类(类型1-较优水质、类型2-中等水质、类型3-较劣水质);在空间分布上,河流流向与水质变化趋势存在密切关系,除入江口处断面,从上游至下游类型3水体的多年平均占比从15%增加至38%,水质污染程度逐渐增加;在时间分布上,年际间的类型3水体占比从31%(2008年)逐年降至1%(2015年),水质持续改善,且年内水质在夏秋季节较好。为改善城市闸控河段水质,可在保证城内河道不发生内涝的前提下增加入江口处闸门开启频次,同时加强冬春季节引调水力度。
为探究典型城市闸控河流水质时空分布规律性差异,提供城市闸控河流水生态保护与精准调控依据,将两步聚类法应用于秦淮河南京段水质时空变异特征研究中。结果表明:近年来秦淮河南京段以氮、磷污染为主,且水质情况可分为3类(类型1-较优水质、类型2-中等水质、类型3-较劣水质);在空间分布上,河流流向与水质变化趋势存在密切关系,除入江口处断面,从上游至下游类型3水体的多年平均占比从15%增加至38%,水质污染程度逐渐增加;在时间分布上,年际间的类型3水体占比从31%(2008年)逐年降至1%(2015年),水质持续改善,且年内水质在夏秋季节较好。为改善城市闸控河段水质,可在保证城内河道不发生内涝的前提下增加入江口处闸门开启频次,同时加强冬春季节引调水力度。
2022, 40(1): 123-127,147.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201018
摘要:
煤炭的铁路运输是我国能源供给和调控的主要方式,但针对运输过程中煤粉尘遗洒对环境影响的相关研究较少。以大秦铁路为研究对象,对其在北京境内煤粉尘遗洒对大气、水、土的影响开展研究。结果表明:当有列车经过时,环境空气中可吸入颗粒物(PM10)的浓度明显上升,并呈周期性波动,其中城区点位PM10最高值为212μg/m3,隧道口点位PM10最高值为3290μg/m3,运输过程中煤粉尘对周边空气质量的影响随着距离铁路的增加而急速衰减;煤粉尘的传输沉降导致监测附近点河水中的SS明显增加;此外,受煤粉尘污染,监测点附近表层土土壤样品呈弱酸性,且Cr、Cd、Pb等重金属含量均高于背景值。根据初步估算,大秦铁路在运输过程中煤粉尘排放总量为3441.46 t/a,在北京境内煤粉尘排放量为579.73 t/a。结合各种工艺的优缺点和适用性,建议采取分段龙门吊式喷淋技术,并针对喷淋抑尘剂法提出改进建议,加强铁路运输段煤粉尘治理,减少污染排放。
煤炭的铁路运输是我国能源供给和调控的主要方式,但针对运输过程中煤粉尘遗洒对环境影响的相关研究较少。以大秦铁路为研究对象,对其在北京境内煤粉尘遗洒对大气、水、土的影响开展研究。结果表明:当有列车经过时,环境空气中可吸入颗粒物(PM10)的浓度明显上升,并呈周期性波动,其中城区点位PM10最高值为212μg/m3,隧道口点位PM10最高值为3290μg/m3,运输过程中煤粉尘对周边空气质量的影响随着距离铁路的增加而急速衰减;煤粉尘的传输沉降导致监测附近点河水中的SS明显增加;此外,受煤粉尘污染,监测点附近表层土土壤样品呈弱酸性,且Cr、Cd、Pb等重金属含量均高于背景值。根据初步估算,大秦铁路在运输过程中煤粉尘排放总量为3441.46 t/a,在北京境内煤粉尘排放量为579.73 t/a。结合各种工艺的优缺点和适用性,建议采取分段龙门吊式喷淋技术,并针对喷淋抑尘剂法提出改进建议,加强铁路运输段煤粉尘治理,减少污染排放。
2022, 40(1): 128-134.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201019
摘要:
对衡水地区9座变电站场地土壤中16种优先控制的多环芳烃(PAHs)含量进行了检测和分析,并采用场地健康风险评价方法,对比了基于苯并[a]芘(BaP)的毒性评估模型和基于致癌斜率因子(非致癌参考剂量)的健康风险评估模型。结果显示:变电站场地土壤中PAHs总量在126.89~1181.94μg/kg, 7种致癌PAHs含量在60.07~698.5μg/kg,污染水平表明,轻微或无污染变电站占比达到66.7%,中度污染水平以上变电站占比为33.3%。2种评估模型均显示部分变电站存在致癌风险,经口摄入和皮肤接触暴露途径是致癌风险的主要暴露途径,累积贡献率高达91%以上。2种模型得出土壤总非致癌风险熵均小于可接受非致癌风险熵,且基于BaP的毒性评估模型会导致风险熵偏小,不适合非致癌物质的风险评价。从环境风险控制角度,认为基于致癌斜率因子(非致癌参考剂量)的健康风险评估模型对污染土壤的健康风险评估较为适宜。
对衡水地区9座变电站场地土壤中16种优先控制的多环芳烃(PAHs)含量进行了检测和分析,并采用场地健康风险评价方法,对比了基于苯并[a]芘(BaP)的毒性评估模型和基于致癌斜率因子(非致癌参考剂量)的健康风险评估模型。结果显示:变电站场地土壤中PAHs总量在126.89~1181.94μg/kg, 7种致癌PAHs含量在60.07~698.5μg/kg,污染水平表明,轻微或无污染变电站占比达到66.7%,中度污染水平以上变电站占比为33.3%。2种评估模型均显示部分变电站存在致癌风险,经口摄入和皮肤接触暴露途径是致癌风险的主要暴露途径,累积贡献率高达91%以上。2种模型得出土壤总非致癌风险熵均小于可接受非致癌风险熵,且基于BaP的毒性评估模型会导致风险熵偏小,不适合非致癌物质的风险评价。从环境风险控制角度,认为基于致癌斜率因子(非致癌参考剂量)的健康风险评估模型对污染土壤的健康风险评估较为适宜。
2022, 40(1): 135-140,189.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201020
摘要:
以苏州某地区铅蓄电池厂遗留的污染地块作为研究对象,采用内梅罗综合污染指数法和人体健康风险评价模型分别对场地土壤中的污染物种类、污染程度以及健康风险进行了分析评价,并结合Surfer中的克里金插值法分析了人体健康风险的空间分布。结果表明:该遗留场地土壤中主要重金属污染物为Pb和As,其中Pb已达到重度污染程度,As为轻度污染水平。通过人体健康风险评价,发现As对儿童及成人的致癌风险CR值均超过可接受值10-6,对人体存在一定的致癌风险。另外,由IEUBK模型计算得到儿童体内血Pb质量浓度超过10μg/dL的概率高达68.6%,远高于规定的安全概率限值5%。由此得出,该场地中Pb和As存在较高的健康风险,在重新开发利用前须对场地土壤进行修复治理。
以苏州某地区铅蓄电池厂遗留的污染地块作为研究对象,采用内梅罗综合污染指数法和人体健康风险评价模型分别对场地土壤中的污染物种类、污染程度以及健康风险进行了分析评价,并结合Surfer中的克里金插值法分析了人体健康风险的空间分布。结果表明:该遗留场地土壤中主要重金属污染物为Pb和As,其中Pb已达到重度污染程度,As为轻度污染水平。通过人体健康风险评价,发现As对儿童及成人的致癌风险CR值均超过可接受值10-6,对人体存在一定的致癌风险。另外,由IEUBK模型计算得到儿童体内血Pb质量浓度超过10μg/dL的概率高达68.6%,远高于规定的安全概率限值5%。由此得出,该场地中Pb和As存在较高的健康风险,在重新开发利用前须对场地土壤进行修复治理。
2022, 40(1): 141-147.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201021
摘要:
针对土壤中新兴污染物钨(W)关注度较低的现状,以河南洛阳某钨冶炼场地的土壤为研究对象,运用空间插值、单因子指数、内梅罗指数、潜在生态风险指数等方法,探讨了土壤中钨空间分布特征及潜在生态风险。结果表明:样点S10、S05、S06区域土壤钨含量在整体水平上较其他功能区高;Ⅰ、Ⅱ土壤层钨富集程度整体上远高于Ⅲ、Ⅳ层;随着剖面土壤深度增加,S01、S02、S04、S08、S10、S12区域钨呈深层富集,S05、S06、S07、S11呈表层富集,S03、S09呈中层富集;除S01、S12区域部分表中层土壤钨Pi值为轻微、轻度污染外,各区域土壤钨Pi值均为中度以上污染水平;各层土壤钨的综合PN值表明场地各土层整体上均受到钨的重度污染;除S05区域表层土壤钨Ei值为中度生态风险以外,各区域土壤钨Ei值均为轻度生态风险;各层土壤钨的综合RI值表明,Ⅰ、Ⅱ层为中度生态风险,Ⅲ、Ⅳ层为轻度生态风险。
针对土壤中新兴污染物钨(W)关注度较低的现状,以河南洛阳某钨冶炼场地的土壤为研究对象,运用空间插值、单因子指数、内梅罗指数、潜在生态风险指数等方法,探讨了土壤中钨空间分布特征及潜在生态风险。结果表明:样点S10、S05、S06区域土壤钨含量在整体水平上较其他功能区高;Ⅰ、Ⅱ土壤层钨富集程度整体上远高于Ⅲ、Ⅳ层;随着剖面土壤深度增加,S01、S02、S04、S08、S10、S12区域钨呈深层富集,S05、S06、S07、S11呈表层富集,S03、S09呈中层富集;除S01、S12区域部分表中层土壤钨Pi值为轻微、轻度污染外,各区域土壤钨Pi值均为中度以上污染水平;各层土壤钨的综合PN值表明场地各土层整体上均受到钨的重度污染;除S05区域表层土壤钨Ei值为中度生态风险以外,各区域土壤钨Ei值均为轻度生态风险;各层土壤钨的综合RI值表明,Ⅰ、Ⅱ层为中度生态风险,Ⅲ、Ⅳ层为轻度生态风险。
2022, 40(1): 148-154.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201022
摘要:
人工湿地有着建设及运营成本低、水质净化效果好等显著优点,在河道水质净化等领域受到广泛应用。但是由于冬季低温条件下运行效果不佳,制约了人工湿地在北方的推广应用。通过构建“物化预处理(高效沉淀池)+人工湿地(潜流湿地+表流湿地)”工艺模式的多级复合人工湿地(3万t/d),探究冬季低温条件下人工湿地结合冰封保温措施对龙河水质净化的效果。分析了2019年12月至次年1月龙河人工湿地系统的运行效率,结果表明:该湿地系统对COD、NH4+-N、TP、SS去除率分别达到49.06%、77.72%、57.95%、38.73%,其净化能力在冬季仍然较高。对于不同植物组合的潜流湿地而言,香蒲-芦苇两级潜流湿地对NH4+-N、TP、SS的去除效果优于芦苇-香蒲两级潜流湿地,分别提高3.2%、11.1%和6.7%;但是二者对COD去除率无显著差异,说明不同植物组合对污染物的去除各有优势。综合而言,龙河多级复合人工湿地对污染物有较佳的去除效果,提高了人工湿地在冬季低温条件下的运行效率,为人工湿地在北方地区的推广应用提供了一定的借鉴价值。
人工湿地有着建设及运营成本低、水质净化效果好等显著优点,在河道水质净化等领域受到广泛应用。但是由于冬季低温条件下运行效果不佳,制约了人工湿地在北方的推广应用。通过构建“物化预处理(高效沉淀池)+人工湿地(潜流湿地+表流湿地)”工艺模式的多级复合人工湿地(3万t/d),探究冬季低温条件下人工湿地结合冰封保温措施对龙河水质净化的效果。分析了2019年12月至次年1月龙河人工湿地系统的运行效率,结果表明:该湿地系统对COD、NH4+-N、TP、SS去除率分别达到49.06%、77.72%、57.95%、38.73%,其净化能力在冬季仍然较高。对于不同植物组合的潜流湿地而言,香蒲-芦苇两级潜流湿地对NH4+-N、TP、SS的去除效果优于芦苇-香蒲两级潜流湿地,分别提高3.2%、11.1%和6.7%;但是二者对COD去除率无显著差异,说明不同植物组合对污染物的去除各有优势。综合而言,龙河多级复合人工湿地对污染物有较佳的去除效果,提高了人工湿地在冬季低温条件下的运行效率,为人工湿地在北方地区的推广应用提供了一定的借鉴价值。
2022, 40(1): 155-160.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201023
摘要:
对海绵设施的运行效能进行科学监测,可有效评估海绵城市建设的收益,并为海绵城市的建设提供数据反馈和指导性建议,但目前并无有效方法对天然海绵体运行效能进行监测评估。以湖北西部某大型高铁交通枢纽区海绵试点区为例,将光纤传感系统监测到的透水速率作为基础参数,探究其与含水率之间的函数关系,并建立蓄水量监测模型,完成了整个监测系统的构建。在实际降雨条件下,对该系统在径流监测及蓄水饱和预警方面的性能进行了评估,结果表明:光纤传感监测系统,在径流监测方面具有较高精度,预警产流时刻与实际产流时刻基本吻合。光纤传感监测系统展现出了很强的适应性和优异性能,可为海绵城市设施自动化运行提供技术支持。
对海绵设施的运行效能进行科学监测,可有效评估海绵城市建设的收益,并为海绵城市的建设提供数据反馈和指导性建议,但目前并无有效方法对天然海绵体运行效能进行监测评估。以湖北西部某大型高铁交通枢纽区海绵试点区为例,将光纤传感系统监测到的透水速率作为基础参数,探究其与含水率之间的函数关系,并建立蓄水量监测模型,完成了整个监测系统的构建。在实际降雨条件下,对该系统在径流监测及蓄水饱和预警方面的性能进行了评估,结果表明:光纤传感监测系统,在径流监测方面具有较高精度,预警产流时刻与实际产流时刻基本吻合。光纤传感监测系统展现出了很强的适应性和优异性能,可为海绵城市设施自动化运行提供技术支持。
2022, 40(1): 161-168.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201024
摘要:
水体富营养化及藻华暴发已成为湖泊治理中的主要问题,利用历史监测数据,采用BP神经网络对水体中叶绿素a(Chl-a)浓度进行预测,已成为藻华预警的主要手段。但该方法存在迭代速度慢、易陷入局部极值等局限性,导致产生拟合结果不优或预测误差较大等问题。利用Metropolis接受准则的全局寻优能力,将其与BP神经网络相结合构建MBP模型,并以太湖水体中Chl-a月均浓度为预测对象进行验证模拟。结果表明,基于2009—2016年太湖月平均相关水环境数据训练出的MBP模型,相较于传统BP神经网络具有以下特点:1)权值在迭代过程的初始阶段能更快地收敛于较优值,模型拟合效果与预测精度也有所提升;2)针对不同的数据情况(数据噪声与样本数量),MBP模型的平均预测误差较传统BP神经网络明显降低,具有较强的鲁棒性与稳定性。构建的MBP模型进一步拓展了传统BP神经网络在叶绿素a浓度预测模型中的应用。
水体富营养化及藻华暴发已成为湖泊治理中的主要问题,利用历史监测数据,采用BP神经网络对水体中叶绿素a(Chl-a)浓度进行预测,已成为藻华预警的主要手段。但该方法存在迭代速度慢、易陷入局部极值等局限性,导致产生拟合结果不优或预测误差较大等问题。利用Metropolis接受准则的全局寻优能力,将其与BP神经网络相结合构建MBP模型,并以太湖水体中Chl-a月均浓度为预测对象进行验证模拟。结果表明,基于2009—2016年太湖月平均相关水环境数据训练出的MBP模型,相较于传统BP神经网络具有以下特点:1)权值在迭代过程的初始阶段能更快地收敛于较优值,模型拟合效果与预测精度也有所提升;2)针对不同的数据情况(数据噪声与样本数量),MBP模型的平均预测误差较传统BP神经网络明显降低,具有较强的鲁棒性与稳定性。构建的MBP模型进一步拓展了传统BP神经网络在叶绿素a浓度预测模型中的应用。
2022, 40(1): 169-174,230.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201025
摘要:
为了降低沥青烟雾对环境的污染,通过在沥青中添加外加剂,开发出一种环境友好型复合抑烟沥青,并对其性能、作用机理、经济及环境效益进行分析。首先,通过热重实验,分析Sasobit和氢氧化铝(ATH)在单掺及复配时的抑烟效果,结合基本物理性能测试优选出外加剂的最佳比例,并对该比例外加剂下的沥青进行了性能分析。然后,通过红外光谱和热重实验,分别研究沥青及外加剂的官能团变化及外加剂的抑烟规律,从而进一步分析复合抑烟沥青的作用机理,并对其经济及环境效益进行评价。结果表明:外加剂最佳的复配比例为3%Sasobit和20%ATH,沥青烟雾产生率降低约10.93%,并且沥青的布氏旋转黏度有所提高,高温抗车辙能力提高2倍左右,但低温性能也有所下降。Sasobit和ATH对沥青的改性机制分别以化学和物理改性为主。与单掺Sasobit和ATH相比,复合改性沥青的成本分别降低约53%和9%,同时复合抑烟沥青具有良好的环境效益。
为了降低沥青烟雾对环境的污染,通过在沥青中添加外加剂,开发出一种环境友好型复合抑烟沥青,并对其性能、作用机理、经济及环境效益进行分析。首先,通过热重实验,分析Sasobit和氢氧化铝(ATH)在单掺及复配时的抑烟效果,结合基本物理性能测试优选出外加剂的最佳比例,并对该比例外加剂下的沥青进行了性能分析。然后,通过红外光谱和热重实验,分别研究沥青及外加剂的官能团变化及外加剂的抑烟规律,从而进一步分析复合抑烟沥青的作用机理,并对其经济及环境效益进行评价。结果表明:外加剂最佳的复配比例为3%Sasobit和20%ATH,沥青烟雾产生率降低约10.93%,并且沥青的布氏旋转黏度有所提高,高温抗车辙能力提高2倍左右,但低温性能也有所下降。Sasobit和ATH对沥青的改性机制分别以化学和物理改性为主。与单掺Sasobit和ATH相比,复合改性沥青的成本分别降低约53%和9%,同时复合抑烟沥青具有良好的环境效益。
2022, 40(1): 175-183.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201026
摘要:
生活垃圾种类繁杂,传统垃圾分选工艺的效率及精确度较低,为提高多尺度、不同材质垃圾的检测精度,同时保证垃圾分类的鲁棒性,基于现有深度卷积神经网络和单阶段目标检测算法YOLOv3,提出具有多尺度感受视野注意力机制的ECA_ERFB_s-YOLOv3算法。首先在算法检测器前引入多尺度感受视野模块,使算法能选择合适的感受视野对不同尺度垃圾物体进行匹配,提高了检测精度;然后,使用ResNet50替换原骨架网络Darknet53,在迁移学习条件下,使用高效注意力机制对ResNet50和多尺度感受视野模块中的特征进行自主增强和抑制,提高了算法的鲁棒性。最后,使用K-means算法对锚框进行回归,并设计了锚框的分配方式。消融实验结果表明:ECA_ERFB_s-YOLOv3精度更高,鲁棒性更好;在检测密集堆放的生活垃圾时,算法能较好地满足任务需要,表现出更好的检测效果。
生活垃圾种类繁杂,传统垃圾分选工艺的效率及精确度较低,为提高多尺度、不同材质垃圾的检测精度,同时保证垃圾分类的鲁棒性,基于现有深度卷积神经网络和单阶段目标检测算法YOLOv3,提出具有多尺度感受视野注意力机制的ECA_ERFB_s-YOLOv3算法。首先在算法检测器前引入多尺度感受视野模块,使算法能选择合适的感受视野对不同尺度垃圾物体进行匹配,提高了检测精度;然后,使用ResNet50替换原骨架网络Darknet53,在迁移学习条件下,使用高效注意力机制对ResNet50和多尺度感受视野模块中的特征进行自主增强和抑制,提高了算法的鲁棒性。最后,使用K-means算法对锚框进行回归,并设计了锚框的分配方式。消融实验结果表明:ECA_ERFB_s-YOLOv3精度更高,鲁棒性更好;在检测密集堆放的生活垃圾时,算法能较好地满足任务需要,表现出更好的检测效果。
2022, 40(1): 184-189.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201027
摘要:
变压器运行状况的好坏直接影响电力系统的安全稳定运行,而噪声是反映变压器运行状态的重要参数,因此针对变压器的噪声监测尤为重要。设计开发了基于5G网络的变压器噪声在线监测系统,由噪声采集、中心管理和网络传输3部分组成。系统界面通过地理信息系统(geographic information system, GIS)噪声监测地图实时监测噪声的发生区域和变电站的噪声变化,判断变压器的运行工况。当噪声发生异常变化时,根据报警信息及时处理,并进行统计分析。结果表明:开发的噪声监测系统在20~130 dB(A)的测量范围内实现了0.1 dB的分辨率,利用5G网络数据传输速率最高可达到10 Gb/s,系统采用快速傅里叶变换(fast fourier transform, FFT)信号处理,测试效率提高了1倍,噪声数据采集率达到95%以上。该噪声监测系统数据准确、操作灵活便捷,能够实现在线实时监测,应用前景广泛。
变压器运行状况的好坏直接影响电力系统的安全稳定运行,而噪声是反映变压器运行状态的重要参数,因此针对变压器的噪声监测尤为重要。设计开发了基于5G网络的变压器噪声在线监测系统,由噪声采集、中心管理和网络传输3部分组成。系统界面通过地理信息系统(geographic information system, GIS)噪声监测地图实时监测噪声的发生区域和变电站的噪声变化,判断变压器的运行工况。当噪声发生异常变化时,根据报警信息及时处理,并进行统计分析。结果表明:开发的噪声监测系统在20~130 dB(A)的测量范围内实现了0.1 dB的分辨率,利用5G网络数据传输速率最高可达到10 Gb/s,系统采用快速傅里叶变换(fast fourier transform, FFT)信号处理,测试效率提高了1倍,噪声数据采集率达到95%以上。该噪声监测系统数据准确、操作灵活便捷,能够实现在线实时监测,应用前景广泛。
2022, 40(1): 190-195.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201028
摘要:
ANAMMOX是一种新兴经济节能的生物脱氮技术,与经典的硝化反硝化脱氮相比,具有占地面积较小,无须曝气节约能耗等优点。有机物是实际废水中普遍存在的污染物,其存在会对ANAMMOX产生影响。通过梳理近年来国内外有关有机物对ANAMMOX影响的研究概况,归纳了有机物在促进和抑制ANAMMOX进程两方面的原因和机制,同时阐述了通过降低进水负荷、调节基质亚硝态氮浓度和投加物质解除有机物对厌氧氨氧化反应抑制的方法,以期为实现大规模ANAMMOX工艺脱氮提供一定的理论依据。
ANAMMOX是一种新兴经济节能的生物脱氮技术,与经典的硝化反硝化脱氮相比,具有占地面积较小,无须曝气节约能耗等优点。有机物是实际废水中普遍存在的污染物,其存在会对ANAMMOX产生影响。通过梳理近年来国内外有关有机物对ANAMMOX影响的研究概况,归纳了有机物在促进和抑制ANAMMOX进程两方面的原因和机制,同时阐述了通过降低进水负荷、调节基质亚硝态氮浓度和投加物质解除有机物对厌氧氨氧化反应抑制的方法,以期为实现大规模ANAMMOX工艺脱氮提供一定的理论依据。
2022, 40(1): 196-206.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201029
摘要:
实现生活垃圾自动分类是解决城市固体废弃物(municipal solid waste, MSW)问题的有效途径。着眼于近10年基于计算机视觉的垃圾图像识别相关研究,依据垃圾自动分类方法的差异性,将当前现有相关研究分为基于传统机器学习方法和基于深度学习方法。介绍了机器学习方法以及深度学习方法特征提取方式,对比分析了传统机器学习方法和基于深度学习方法的垃圾种类识别的优缺点,着重阐述深度学习方法通用神经网络的应用研究。此外,对当前垃圾图像识别相关研究所用数据集进行了介绍,并对当前垃圾图像识别存在的问题进行了分析与展望。
实现生活垃圾自动分类是解决城市固体废弃物(municipal solid waste, MSW)问题的有效途径。着眼于近10年基于计算机视觉的垃圾图像识别相关研究,依据垃圾自动分类方法的差异性,将当前现有相关研究分为基于传统机器学习方法和基于深度学习方法。介绍了机器学习方法以及深度学习方法特征提取方式,对比分析了传统机器学习方法和基于深度学习方法的垃圾种类识别的优缺点,着重阐述深度学习方法通用神经网络的应用研究。此外,对当前垃圾图像识别相关研究所用数据集进行了介绍,并对当前垃圾图像识别存在的问题进行了分析与展望。
2022, 40(1): 207-215.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201030
摘要:
基于“Web of Science核心合集”(SCIE)数据库文献,运用可视化软件CiteSpace对1991—2021年钢铁行业碳排放相关文献的发文机构、作者、关键词等进行可视化分析,探析其研究特征及发展脉络,以期为中国未来的钢铁行业碳排放研究及实践提供参考。研究表明:1)以中、美、英、日等国为核心的科研力量为该领域研究贡献了主要的科研成果;2)研究热点方向可主要归纳为气候变化、生产技术和未来情景分析三大导向;3)钢铁行业碳排放研究脉络由理论框架和因素分析逐渐演变为研究背景和数据导向的计量实证分析。
基于“Web of Science核心合集”(SCIE)数据库文献,运用可视化软件CiteSpace对1991—2021年钢铁行业碳排放相关文献的发文机构、作者、关键词等进行可视化分析,探析其研究特征及发展脉络,以期为中国未来的钢铁行业碳排放研究及实践提供参考。研究表明:1)以中、美、英、日等国为核心的科研力量为该领域研究贡献了主要的科研成果;2)研究热点方向可主要归纳为气候变化、生产技术和未来情景分析三大导向;3)钢铁行业碳排放研究脉络由理论框架和因素分析逐渐演变为研究背景和数据导向的计量实证分析。
2022, 40(1): 224-230.
doi: 10.13205/j.hjgc.202201032
摘要:
场景差异和环境因素变化都可能导致修复后场地中重金属的再次活化,给建设用地再开发带来潜在环境风险。选择合适的风险阻控技术是保障重金属污染建设用地长期安全利用的关键。为推动风险阻控技术在我国的应用和发展,首先对现有适用于重金属污染场地风险阻控技术(物理阻隔和化学钝化)所使用功能材料及其作用机制进行了总结。其次,对不同阻控技术的国内外应用案例进行了分析。最后,对2类阻控技术的可能失效机制进行了讨论。基于我国建设用地重金属污染风险高且再开发强度大的现实需求,建议未来应侧重研究绿色可持续的风险阻控技术,并探索建立长期监测和回顾性评价机制。
场景差异和环境因素变化都可能导致修复后场地中重金属的再次活化,给建设用地再开发带来潜在环境风险。选择合适的风险阻控技术是保障重金属污染建设用地长期安全利用的关键。为推动风险阻控技术在我国的应用和发展,首先对现有适用于重金属污染场地风险阻控技术(物理阻隔和化学钝化)所使用功能材料及其作用机制进行了总结。其次,对不同阻控技术的国内外应用案例进行了分析。最后,对2类阻控技术的可能失效机制进行了讨论。基于我国建设用地重金属污染风险高且再开发强度大的现实需求,建议未来应侧重研究绿色可持续的风险阻控技术,并探索建立长期监测和回顾性评价机制。
