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2022年 第40卷 第8期
2022, 40(8): 1-13,39.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208001
摘要:
探索微生物群落时空分布和构建机制一直是环境微生物生态学研究的目标和挑战。近年来,微生物生态学规律和理论逐渐在工程系统中得到应用,分类群-面积关系、分类群-时间关系和距离-衰减效应等规律已在污水处理系统的微生物群落分布中得到验证。随着研究的发展,微生物时空分布研究已从群落分布规律的发现和描述,拓展到驱动群落分布的因素,即群落构建机制的探索。介绍了污水处理系统微生物群落时空分布规律和构建机制的研究进展,并对未来的方向进行了展望,强调了将生态理论和工程实践相结合的重要性。未来应在污水处理系统核心微生物研究、微生物群落的生物多样性、构建机制与污水处理性能的关联、多组学技术在微生物时空分布和构建机制研究中的应用等方面有所突破。
探索微生物群落时空分布和构建机制一直是环境微生物生态学研究的目标和挑战。近年来,微生物生态学规律和理论逐渐在工程系统中得到应用,分类群-面积关系、分类群-时间关系和距离-衰减效应等规律已在污水处理系统的微生物群落分布中得到验证。随着研究的发展,微生物时空分布研究已从群落分布规律的发现和描述,拓展到驱动群落分布的因素,即群落构建机制的探索。介绍了污水处理系统微生物群落时空分布规律和构建机制的研究进展,并对未来的方向进行了展望,强调了将生态理论和工程实践相结合的重要性。未来应在污水处理系统核心微生物研究、微生物群落的生物多样性、构建机制与污水处理性能的关联、多组学技术在微生物时空分布和构建机制研究中的应用等方面有所突破。
2022, 40(8): 14-21.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208002
摘要:
三氯乙烯是分布较普遍且难以降解的一类土壤与地下水污染物,零价铁作为一种氯代烃污染修复材料一直备受关注,而微米零价铁(mZVI)可否成为高效材料应用于污染修复工程,则需要进一步研究。实验构建了受三氯乙烯(TCE)污染的砂柱,考察研究mZVI目数、投加量及介质粒径对三氯乙烯去除效果的影响。结果表明:mZVI对三氯乙烯的短期去除效果明显,去除率达到99%。mZVI目数与TCE去除率呈正相关,在砂柱孔隙水TCE初始浓度为105 μg/L时150 g的Fe0投加量能够表现很强的去除效果,同时细砂(<0.075 cm)介质要比粗砂(0.075~0.15 cm)还原去除速率高。mZVI还原修复过程引起的水环境变化主要体现在氧化还原电位平均下降170 mV,从氧化态转化至还原态。研究结果显示,mZVI在土壤与地下水污染修复中具有广阔应用前景,对土壤与地下水有机氯代烃污染治理具有借鉴价值。
三氯乙烯是分布较普遍且难以降解的一类土壤与地下水污染物,零价铁作为一种氯代烃污染修复材料一直备受关注,而微米零价铁(mZVI)可否成为高效材料应用于污染修复工程,则需要进一步研究。实验构建了受三氯乙烯(TCE)污染的砂柱,考察研究mZVI目数、投加量及介质粒径对三氯乙烯去除效果的影响。结果表明:mZVI对三氯乙烯的短期去除效果明显,去除率达到99%。mZVI目数与TCE去除率呈正相关,在砂柱孔隙水TCE初始浓度为105 μg/L时150 g的Fe0投加量能够表现很强的去除效果,同时细砂(<0.075 cm)介质要比粗砂(0.075~0.15 cm)还原去除速率高。mZVI还原修复过程引起的水环境变化主要体现在氧化还原电位平均下降170 mV,从氧化态转化至还原态。研究结果显示,mZVI在土壤与地下水污染修复中具有广阔应用前景,对土壤与地下水有机氯代烃污染治理具有借鉴价值。
2022, 40(8): 22-30,54.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208003
摘要:
以含硝态氮(NO3--N)的模拟地下水为研究对象,采用零价铁(Fe0)与生物耦合实现混养反硝化高效脱氮。结果表明:在C/N为2.78~3.08时,1号反应器(仅添加活性污泥)平均TN和NO3--N去除率分别为39.6%和40.1%,而2号反应器(添加活性污泥+Fe0)中平均TN和NO3--N去除率分别为80.7%和81.4%。2号反应器单批次物质转化结果表明,1个反应周期内包含2个阶段:0~12 h混养反硝化阶段及12~24 h自养反硝化阶段,且脱氮过程集中在前12 h;零级动力学结果表明,0~12 h的反硝化速率为2.38 mg/(L·h),是12~24 h反硝化速率的9.5倍;通过理论计算可知,4~12 h自养及异养脱氮贡献比例较稳定,两者比值约为4∶6,12~24 h自养反硝化作用贡献占比为100%。SEM和XRD分析结果表明,Fe0表面有明显的微生物腐蚀现象,FeOOH和含铁有机复合物是主要的腐蚀产物。微生物群落结构分析表明,Fe0可有效提高菌落多样性与丰富性,且动胶菌属(Zoogloea)作为优势菌属在反硝化过程中起主导作用。
以含硝态氮(NO3--N)的模拟地下水为研究对象,采用零价铁(Fe0)与生物耦合实现混养反硝化高效脱氮。结果表明:在C/N为2.78~3.08时,1号反应器(仅添加活性污泥)平均TN和NO3--N去除率分别为39.6%和40.1%,而2号反应器(添加活性污泥+Fe0)中平均TN和NO3--N去除率分别为80.7%和81.4%。2号反应器单批次物质转化结果表明,1个反应周期内包含2个阶段:0~12 h混养反硝化阶段及12~24 h自养反硝化阶段,且脱氮过程集中在前12 h;零级动力学结果表明,0~12 h的反硝化速率为2.38 mg/(L·h),是12~24 h反硝化速率的9.5倍;通过理论计算可知,4~12 h自养及异养脱氮贡献比例较稳定,两者比值约为4∶6,12~24 h自养反硝化作用贡献占比为100%。SEM和XRD分析结果表明,Fe0表面有明显的微生物腐蚀现象,FeOOH和含铁有机复合物是主要的腐蚀产物。微生物群落结构分析表明,Fe0可有效提高菌落多样性与丰富性,且动胶菌属(Zoogloea)作为优势菌属在反硝化过程中起主导作用。
2022, 40(8): 31-39.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208004
摘要:
微孔曝气技术被广泛运用于城市河道治理中,在间歇曝气过程中和曝气停止后微生物群落结构和功能的变化仍不明晰。采用室内模拟试验探究了曝气5 d再静置10 d后,不同水动力条件下水体污染物浓度变化过程以及底质微生物群落结构和功能的响应规律。结果表明:不同水动力条件下间歇曝气过程中和曝气停止后DO均能维持较高水平,但水体污染物浓度在曝气停止后短期内均出现显著性增加,但低流速(v=0.24 m/s)条件下污染物浓度上升最为缓慢。从微生物群落组成方面来看,该现象是由于曝气停止静置10 d后,与有机物代谢相关的氢噬菌属等菌属仅在低流速条件下可成为优势菌属,使得该流速水体中有机物更易降解,污染物浓度上升更为缓慢。从微生物群落功能方面来看,在曝气停止静置10 d后,富营养化水体中的能量代谢、辅酶和维生素代谢等代谢通路更多存在于静止和高流速(v=0.93 m/s)条件下的水体中,解释了这2种流速条件下污染物浓度更高的现象。该研究结果可为通过曝气手段持久性改善河道水质提供理论依据。
微孔曝气技术被广泛运用于城市河道治理中,在间歇曝气过程中和曝气停止后微生物群落结构和功能的变化仍不明晰。采用室内模拟试验探究了曝气5 d再静置10 d后,不同水动力条件下水体污染物浓度变化过程以及底质微生物群落结构和功能的响应规律。结果表明:不同水动力条件下间歇曝气过程中和曝气停止后DO均能维持较高水平,但水体污染物浓度在曝气停止后短期内均出现显著性增加,但低流速(v=0.24 m/s)条件下污染物浓度上升最为缓慢。从微生物群落组成方面来看,该现象是由于曝气停止静置10 d后,与有机物代谢相关的氢噬菌属等菌属仅在低流速条件下可成为优势菌属,使得该流速水体中有机物更易降解,污染物浓度上升更为缓慢。从微生物群落功能方面来看,在曝气停止静置10 d后,富营养化水体中的能量代谢、辅酶和维生素代谢等代谢通路更多存在于静止和高流速(v=0.93 m/s)条件下的水体中,解释了这2种流速条件下污染物浓度更高的现象。该研究结果可为通过曝气手段持久性改善河道水质提供理论依据。
2022, 40(8): 40-46,190.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208005
摘要:
研究了Ca2+、Mg2+、Fe2+诱导好氧颗粒污泥(AGS)的形成,探讨其对COD、NH4+-N、TP的去除效果,研究了有机污染负荷、温度、曝气量对污水处理效果的影响及AGS连续运行稳定性。结果表明:Ca2+、Mg2+、Fe2+可促进AGS形成,其中位径达到340 μm时分别需18,16,11 d。添加Ca2+、Mg2+和Fe2+的污泥SVI30稳定在较低水平,MLSS高于自然形成的AGS,特别是Fe2+的脱氢酶活性较高。Ca2+、Mg2+、Fe2+诱导形成的AGS对COD、NH4+-N、TP的处理效果较好,其中添加Fe2+的AGS的效果最好,在低、高有机负荷,超低温(4 ℃)和超高温(40 ℃)及曝气不足(1 L/min)情况下,均有较好的COD、NH4+-N、TP去除效果。Ca2+、Mg2+、Fe2+诱导形成的AGS稳定运行60 d后仍有较好的处理效果,其中Fe2+诱导的AGS的COD、NH4+-N、TP去除率高达96.3%、96.8%、88.7%。
研究了Ca2+、Mg2+、Fe2+诱导好氧颗粒污泥(AGS)的形成,探讨其对COD、NH4+-N、TP的去除效果,研究了有机污染负荷、温度、曝气量对污水处理效果的影响及AGS连续运行稳定性。结果表明:Ca2+、Mg2+、Fe2+可促进AGS形成,其中位径达到340 μm时分别需18,16,11 d。添加Ca2+、Mg2+和Fe2+的污泥SVI30稳定在较低水平,MLSS高于自然形成的AGS,特别是Fe2+的脱氢酶活性较高。Ca2+、Mg2+、Fe2+诱导形成的AGS对COD、NH4+-N、TP的处理效果较好,其中添加Fe2+的AGS的效果最好,在低、高有机负荷,超低温(4 ℃)和超高温(40 ℃)及曝气不足(1 L/min)情况下,均有较好的COD、NH4+-N、TP去除效果。Ca2+、Mg2+、Fe2+诱导形成的AGS稳定运行60 d后仍有较好的处理效果,其中Fe2+诱导的AGS的COD、NH4+-N、TP去除率高达96.3%、96.8%、88.7%。
2022, 40(8): 47-54.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208006
摘要:
以工业固体废弃物造纸白泥和粉煤灰为原料,通过煅烧制备钙铝黄长石陶粒,再经NaOH溶液水热反应法改性,用于含锰废水的吸附处理。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等方法对改性前后的陶粒进行表征,探讨陶粒水热改性机制。检测不同NaOH溶液浓度以及水热反应温度改性后陶粒的静态吸附除锰效能,并与改性前陶粒对比,确定最佳水热改性条件,并探索改性陶粒吸附除锰机理。结果表明:改性后陶粒的主矿物相仍为钙铝黄长石,但部分Ca元素被活化,生成新物相Ca(OH)2,提高了陶粒本身碱性,继而使锰去除率显著提高,吸附平衡时间明显缩短。4,3 mol/L的NaOH溶液浓度以及160 ℃的水热温度分别为2种陶粒的最佳改性条件;改性后陶粒除锰可以在10~15 min内达到吸附平衡,锰去除率接近100%。吸附过程中,Mn2+与OH-生成白色Mn(OH)2沉淀,然后被氧化为黑褐色的MnO(OH)2,最终被陶粒表面均匀吸附,实现了固体废弃物资源化利用,达到以废治废的目的。
以工业固体废弃物造纸白泥和粉煤灰为原料,通过煅烧制备钙铝黄长石陶粒,再经NaOH溶液水热反应法改性,用于含锰废水的吸附处理。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等方法对改性前后的陶粒进行表征,探讨陶粒水热改性机制。检测不同NaOH溶液浓度以及水热反应温度改性后陶粒的静态吸附除锰效能,并与改性前陶粒对比,确定最佳水热改性条件,并探索改性陶粒吸附除锰机理。结果表明:改性后陶粒的主矿物相仍为钙铝黄长石,但部分Ca元素被活化,生成新物相Ca(OH)2,提高了陶粒本身碱性,继而使锰去除率显著提高,吸附平衡时间明显缩短。4,3 mol/L的NaOH溶液浓度以及160 ℃的水热温度分别为2种陶粒的最佳改性条件;改性后陶粒除锰可以在10~15 min内达到吸附平衡,锰去除率接近100%。吸附过程中,Mn2+与OH-生成白色Mn(OH)2沉淀,然后被氧化为黑褐色的MnO(OH)2,最终被陶粒表面均匀吸附,实现了固体废弃物资源化利用,达到以废治废的目的。
2022, 40(8): 55-61.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208007
摘要:
为了减缓浓缩液蒸发过程设备的腐蚀和结垢问题,研究了碱液及复配药剂对浓缩液中Ca2+、Mg2+的去除率,并利用多种技术手段分析表征了沉淀产物的化学组成和矿物特性,探究了Ca2+、Mg2+的去除对浓缩液水质参数和结垢量的影响。结果表明:1)当7.5 mol/L NaOH溶液投加体积比为3%,反应时间60 min时浓缩液中Ca2+、Mg2+得以有效去除,其去除率分别为89.49%和98.45%,但此条件下沉淀物的沉降性能较差。2)复配实验表明,NaOH溶液与硅藻土、Ca(OH)2复配时,显著提高了沉淀产物的沉降性能,且Ca2+、Mg2+去除率未受到显著影响;添加1% Ca(OH)2时沉降效果最为显著,沉降比降为36.84%,明显低于单独碱液(NaOH)的75.61%。3)对碱液沉淀产物进行化学组成和矿物特性分析可知,沉淀产物主要含有Mg(OH)2、Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O、NaCl以及KCl等矿物。4)对浓缩液原液和碱液处理后上清液进行模拟蒸发发现,调节pH至5.0时碱液处理后结垢量低于浓缩液原液。
为了减缓浓缩液蒸发过程设备的腐蚀和结垢问题,研究了碱液及复配药剂对浓缩液中Ca2+、Mg2+的去除率,并利用多种技术手段分析表征了沉淀产物的化学组成和矿物特性,探究了Ca2+、Mg2+的去除对浓缩液水质参数和结垢量的影响。结果表明:1)当7.5 mol/L NaOH溶液投加体积比为3%,反应时间60 min时浓缩液中Ca2+、Mg2+得以有效去除,其去除率分别为89.49%和98.45%,但此条件下沉淀物的沉降性能较差。2)复配实验表明,NaOH溶液与硅藻土、Ca(OH)2复配时,显著提高了沉淀产物的沉降性能,且Ca2+、Mg2+去除率未受到显著影响;添加1% Ca(OH)2时沉降效果最为显著,沉降比降为36.84%,明显低于单独碱液(NaOH)的75.61%。3)对碱液沉淀产物进行化学组成和矿物特性分析可知,沉淀产物主要含有Mg(OH)2、Mg5(CO3)4(OH)2·4H2O、NaCl以及KCl等矿物。4)对浓缩液原液和碱液处理后上清液进行模拟蒸发发现,调节pH至5.0时碱液处理后结垢量低于浓缩液原液。
2022, 40(8): 62-68,130.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208008
摘要:
活性炭的再生及循环利用对降低吸附法治理含VOCs废气的成本、减少危废产生量具有重要意义。采用真空热再生法对吸附乙酸乙酯的活性炭进行了再生实验,考察不同再生温度及保温时间对活性炭再生效果的影响及真空热再生法对活性炭的循环再生性能。结果表明:活性炭的损失率随再生温度升高而增大,并且当再生温度<200 ℃时,活性炭损失率最大仅0.7%;在最佳实验条件(200 ℃并保温30 min)下,乙酸乙酯脱附率达到93.8%,再生后活性炭的平衡吸附量为108.1 mg/g。比表面积及孔径分布显示,200 ℃以下的真空热再生对活性炭结构几乎无影响;300,400,500 ℃下真空热再生后活性炭的比表面积较新活性炭分别增加22,19,42 m2/g。在最佳再生条件下循环再生6次后,活性炭对乙酸乙酯的平衡吸附量达到新活性炭的97%,表明真空热再生法对活性炭具有良好的再生性能。
活性炭的再生及循环利用对降低吸附法治理含VOCs废气的成本、减少危废产生量具有重要意义。采用真空热再生法对吸附乙酸乙酯的活性炭进行了再生实验,考察不同再生温度及保温时间对活性炭再生效果的影响及真空热再生法对活性炭的循环再生性能。结果表明:活性炭的损失率随再生温度升高而增大,并且当再生温度<200 ℃时,活性炭损失率最大仅0.7%;在最佳实验条件(200 ℃并保温30 min)下,乙酸乙酯脱附率达到93.8%,再生后活性炭的平衡吸附量为108.1 mg/g。比表面积及孔径分布显示,200 ℃以下的真空热再生对活性炭结构几乎无影响;300,400,500 ℃下真空热再生后活性炭的比表面积较新活性炭分别增加22,19,42 m2/g。在最佳再生条件下循环再生6次后,活性炭对乙酸乙酯的平衡吸附量达到新活性炭的97%,表明真空热再生法对活性炭具有良好的再生性能。
2022, 40(8): 69-77.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208009
摘要:
采用气相辅助的离子置换法,合成了Cu、Mn双金属有机骨架(MOF)材料,通过控制煅烧条件制备了一系列CuO-Cu1.5Mn1.5O4复合氧化物,研究了不同n(Mn)/n(Cu)对丙烷催化燃烧性能的影响。结果表明:随着n(Mn)/n(Cu)提高,CuO-Cu1.5Mn1.5O4催化丙烷燃烧能力增强,当n(Mn)/n(Cu)为31∶69时,催化剂对丙烷的完全燃烧温度(T90)仅为309.8 ℃,催化活性远高于CuO和Mn2O3。表征和密度泛函理论(DFT)计算结果表明,由于Mn和Cu的相互作用,复合氧化物表面具有更高的n(Mn4+)/n(Mn3+)和n(Cu+)/n(Cu2+),从而增强了催化剂的低温还原性能。并且n(Cu+)/n(Cu2+)提高导致催化剂中氧空位浓度升高,更容易吸附活化O2、丙烷分子,增强了催化剂的丙烷燃烧性能。
采用气相辅助的离子置换法,合成了Cu、Mn双金属有机骨架(MOF)材料,通过控制煅烧条件制备了一系列CuO-Cu1.5Mn1.5O4复合氧化物,研究了不同n(Mn)/n(Cu)对丙烷催化燃烧性能的影响。结果表明:随着n(Mn)/n(Cu)提高,CuO-Cu1.5Mn1.5O4催化丙烷燃烧能力增强,当n(Mn)/n(Cu)为31∶69时,催化剂对丙烷的完全燃烧温度(T90)仅为309.8 ℃,催化活性远高于CuO和Mn2O3。表征和密度泛函理论(DFT)计算结果表明,由于Mn和Cu的相互作用,复合氧化物表面具有更高的n(Mn4+)/n(Mn3+)和n(Cu+)/n(Cu2+),从而增强了催化剂的低温还原性能。并且n(Cu+)/n(Cu2+)提高导致催化剂中氧空位浓度升高,更容易吸附活化O2、丙烷分子,增强了催化剂的丙烷燃烧性能。
2022, 40(8): 78-83.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208010
摘要:
为研究蒸发冷凝式气溶胶多分散性对滤料透过率试验的影响程度,分别测试了从低效到高效多种滤料在不同过滤速度、不同粒数中值粒径下的透过率。通过修正计算得到典型过滤速度下的真实透过率曲线,与试验透过率对比发现:最易穿透粒径全部位于0.1~0.3 μm;试验测得最易穿透粒径呈负偏差,与修正后的数值相对误差小,最大不超过1.5%;试验气溶胶多分散性导致的透过率误差极值出现在最易穿透粒径处,呈负偏差,低效滤料相对误差较小,极值最低为2.4%,高效滤料极值最大约为10%。因此,在最易穿透粒径范围附近,蒸发冷凝式单分散试验气溶胶测出的最易穿透粒径和透过率是真实有效的。
为研究蒸发冷凝式气溶胶多分散性对滤料透过率试验的影响程度,分别测试了从低效到高效多种滤料在不同过滤速度、不同粒数中值粒径下的透过率。通过修正计算得到典型过滤速度下的真实透过率曲线,与试验透过率对比发现:最易穿透粒径全部位于0.1~0.3 μm;试验测得最易穿透粒径呈负偏差,与修正后的数值相对误差小,最大不超过1.5%;试验气溶胶多分散性导致的透过率误差极值出现在最易穿透粒径处,呈负偏差,低效滤料相对误差较小,极值最低为2.4%,高效滤料极值最大约为10%。因此,在最易穿透粒径范围附近,蒸发冷凝式单分散试验气溶胶测出的最易穿透粒径和透过率是真实有效的。
2022, 40(8): 84-89.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208011
摘要:
为研究化学固结处理废弃泥浆过程中固结体含水率和渗透性的影响因素,选择高吸水性树脂(SAP)和水泥作为固结材料,采用由中压滤失仪改装而成的渗透仪器对废弃泥浆开展室内固结试验,研究不同固结材料、材料配比、固结时间对固结体含水率、渗透性的影响。结果表明:24 h内配比>5%的SAP对固结体含水率降低表现优于水泥,168 h后,同配比水泥表现优于SAP。SAP组固结体渗透性优于水泥组,配比提至7%,固结时间达到72 h后,SAP组渗透性不减反增,水泥配比<7%时,提高配比对渗透性阻断作用提升效果显著。经分析,固结体渗透性和含水率存在正相关,含水率通过改变渗流通道数量而影响渗透性。配比为5%的SAP和7%水泥能够使废弃泥浆达到较好的固结效果。
为研究化学固结处理废弃泥浆过程中固结体含水率和渗透性的影响因素,选择高吸水性树脂(SAP)和水泥作为固结材料,采用由中压滤失仪改装而成的渗透仪器对废弃泥浆开展室内固结试验,研究不同固结材料、材料配比、固结时间对固结体含水率、渗透性的影响。结果表明:24 h内配比>5%的SAP对固结体含水率降低表现优于水泥,168 h后,同配比水泥表现优于SAP。SAP组固结体渗透性优于水泥组,配比提至7%,固结时间达到72 h后,SAP组渗透性不减反增,水泥配比<7%时,提高配比对渗透性阻断作用提升效果显著。经分析,固结体渗透性和含水率存在正相关,含水率通过改变渗流通道数量而影响渗透性。配比为5%的SAP和7%水泥能够使废弃泥浆达到较好的固结效果。
2022, 40(8): 90-95.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208012
摘要:
厌氧消化生产甲烷是实现剩余污泥(WAS)资源化的重要技术,水解阶段是WAS厌氧资源化的限速步骤。WAS中的酸性多糖(如藻酸盐和半乳糖醛酸等)能够与水中Ca2+等二价阳离子形成凝胶类物质,具有维持污泥结构并阻碍微生物水解的作用,被认为是结构性胞外聚合物的主要组分。首先利用藻酸盐为底物经过恒化器培养得到高活性的藻酸盐降解菌群(ADC)。结果表明:投加ADC菌群能够明显提高剩余污泥(WAS)厌氧消化的功能,即在接种比［m(ADC)∶m(VSS)］为0.03 g/g时,污泥的甲烷产量提高了53.6%。进一步分析表明,该菌群对WAS的几种典型有机成分(聚半乳糖醛酸、葡聚糖和酪蛋白等)均具有较好的厌氧降解能力。Illumina Miseq高通量测序结果表明该ADC菌群以拟杆菌属(Bacteroides,96.3%)为主。该成果为强化剩余污泥厌氧发酵产甲烷提供了一种新的微生物方法。
厌氧消化生产甲烷是实现剩余污泥(WAS)资源化的重要技术,水解阶段是WAS厌氧资源化的限速步骤。WAS中的酸性多糖(如藻酸盐和半乳糖醛酸等)能够与水中Ca2+等二价阳离子形成凝胶类物质,具有维持污泥结构并阻碍微生物水解的作用,被认为是结构性胞外聚合物的主要组分。首先利用藻酸盐为底物经过恒化器培养得到高活性的藻酸盐降解菌群(ADC)。结果表明:投加ADC菌群能够明显提高剩余污泥(WAS)厌氧消化的功能,即在接种比［m(ADC)∶m(VSS)］为0.03 g/g时,污泥的甲烷产量提高了53.6%。进一步分析表明,该菌群对WAS的几种典型有机成分(聚半乳糖醛酸、葡聚糖和酪蛋白等)均具有较好的厌氧降解能力。Illumina Miseq高通量测序结果表明该ADC菌群以拟杆菌属(Bacteroides,96.3%)为主。该成果为强化剩余污泥厌氧发酵产甲烷提供了一种新的微生物方法。
2022, 40(8): 96-101.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208013
摘要:
为填补医疗污泥清掏后的处理技术空白,以枯草芽孢杆菌黑色变种芽孢为指示菌,评价了碱性消毒剂耦合低温热处理对医疗污泥的消毒效果。结果表明:医疗污泥CaO消毒最适投加量为5%,热处理温度不宜低于70 ℃,在80 ℃条件下处理2 h,或70 ℃条件下处理4 h均可满足医疗污泥消毒要求(生物指示菌杀灭对数值≥4)。与单独使用5% CaO相比,加入1% NaOH可以使80,70 ℃下的热处理时间分别缩短至1,3 h。医疗污泥经碱性消毒后,脱水性能有效改善。该研究结果可为形成医疗污泥集中消毒处理技术提供理论依据和数据支撑。
为填补医疗污泥清掏后的处理技术空白,以枯草芽孢杆菌黑色变种芽孢为指示菌,评价了碱性消毒剂耦合低温热处理对医疗污泥的消毒效果。结果表明:医疗污泥CaO消毒最适投加量为5%,热处理温度不宜低于70 ℃,在80 ℃条件下处理2 h,或70 ℃条件下处理4 h均可满足医疗污泥消毒要求(生物指示菌杀灭对数值≥4)。与单独使用5% CaO相比,加入1% NaOH可以使80,70 ℃下的热处理时间分别缩短至1,3 h。医疗污泥经碱性消毒后,脱水性能有效改善。该研究结果可为形成医疗污泥集中消毒处理技术提供理论依据和数据支撑。
2022, 40(8): 102-109.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208014
摘要:
采集福州某焚烧发电厂飞灰,分析和对比不同地区矿物组分和重金属污染特征。结果表明:此飞灰主要矿物组分除CaCO3和SiO2外,还包含可溶性氯盐(NaCl、KCl)和不可溶氯盐(AlOCl)。重金属总量顺序为Zn＞Pb＞Cu＞Cd＞Cr＞Ni。与全国不同地区的飞灰一致,Zn和Pb总量均较高;Pb超出GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染物控制标准》的浸出毒性标准限值。形态分析结果表明,Cd(83.3%)和Cu(66.2%)的不稳定态占比高,Zn(47.0%)和 Pb(36.6%)的不稳定态也具有一定占比。相比于短期浸出和浸提剂种类(纯水、醋酸和盐酸),5 mol/L盐酸长时间重金属浸出效果显著,Zn和Pb浸出浓度明显增强,且Zn最大;受形态和总量影响,Cu、Cd、Cr和Ni浸出浓度相对较低。因此,飞灰长期堆积在环境中仍具有较高的潜在风险。不同区域飞灰的矿物相及其重金属污染特征存在一定普遍规律,并具有地域特征。该研究成果可为后期飞灰固定稳定化方法提供数据支撑。
采集福州某焚烧发电厂飞灰,分析和对比不同地区矿物组分和重金属污染特征。结果表明:此飞灰主要矿物组分除CaCO3和SiO2外,还包含可溶性氯盐(NaCl、KCl)和不可溶氯盐(AlOCl)。重金属总量顺序为Zn＞Pb＞Cu＞Cd＞Cr＞Ni。与全国不同地区的飞灰一致,Zn和Pb总量均较高;Pb超出GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染物控制标准》的浸出毒性标准限值。形态分析结果表明,Cd(83.3%)和Cu(66.2%)的不稳定态占比高,Zn(47.0%)和 Pb(36.6%)的不稳定态也具有一定占比。相比于短期浸出和浸提剂种类(纯水、醋酸和盐酸),5 mol/L盐酸长时间重金属浸出效果显著,Zn和Pb浸出浓度明显增强,且Zn最大;受形态和总量影响,Cu、Cd、Cr和Ni浸出浓度相对较低。因此,飞灰长期堆积在环境中仍具有较高的潜在风险。不同区域飞灰的矿物相及其重金属污染特征存在一定普遍规律,并具有地域特征。该研究成果可为后期飞灰固定稳定化方法提供数据支撑。
2022, 40(8): 110-117.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208015
摘要:
针对燃煤循环流化床锅炉(CFB)灰渣资源化利用问题,利用超音速蒸汽粉磨机对CFB灰与渣进行超细化处理,对比研究了CFB灰、渣超微粉及其复配料的胶凝特性,包括抗压强度、标准稠度用水量、安定性、凝结时间等。结果表明:在保证满足P·F 42.5强度标准的前提下,CFB灰在水泥中的掺入量可达到40%,CFB灰超微粉为55%,CFB渣超微粉为25%,CFB灰与渣按照2∶1复配,超微粉的掺入量可达到40%;CFB灰渣超微粉的掺入,显著增加了水泥体系标准稠度用水量。且在掺入量高(≥70%)时会导致胶凝体系出现早凝现象,掺入量低(≤55%)时则体现出缓凝的作用。固废超微粉掺入导致水泥体系体积安定性变差,但仍满足GB 175—2020《通用硅酸盐水泥》标准要求(＜5 mm)。
针对燃煤循环流化床锅炉(CFB)灰渣资源化利用问题,利用超音速蒸汽粉磨机对CFB灰与渣进行超细化处理,对比研究了CFB灰、渣超微粉及其复配料的胶凝特性,包括抗压强度、标准稠度用水量、安定性、凝结时间等。结果表明:在保证满足P·F 42.5强度标准的前提下,CFB灰在水泥中的掺入量可达到40%,CFB灰超微粉为55%,CFB渣超微粉为25%,CFB灰与渣按照2∶1复配,超微粉的掺入量可达到40%;CFB灰渣超微粉的掺入,显著增加了水泥体系标准稠度用水量。且在掺入量高(≥70%)时会导致胶凝体系出现早凝现象,掺入量低(≤55%)时则体现出缓凝的作用。固废超微粉掺入导致水泥体系体积安定性变差,但仍满足GB 175—2020《通用硅酸盐水泥》标准要求(＜5 mm)。
2022, 40(8): 118-124,95.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208016
摘要:
采用纳米零价铁基生物炭(nZVI-BC)耦合过二硫酸钠(PDS)或过硫酸氢钾(PMS)构建吸附-高级氧化复合体系开展水中土霉素(OTC)的高效降解。考察了在不同PDS/PMS浓度、nZVI-BC投量、OTC浓度及初始pH条件下OTC的去除规律,并对体系中活性物种进行探究。结果表明:在0.20 mmol/L PDS/PMS,0.01 g nZVI-BC,50 mg/L OTC,原始pH为5.0±0.1条件下,OTC去除率可达到80%以上;SO4-·在nZVI-BC/PDS体系中对OTC降解占有绝对主导地位(贡献度为57.00%),nZVI-BC/PMS体系则主要依靠SO4-·、O2-·和1O2。
采用纳米零价铁基生物炭(nZVI-BC)耦合过二硫酸钠(PDS)或过硫酸氢钾(PMS)构建吸附-高级氧化复合体系开展水中土霉素(OTC)的高效降解。考察了在不同PDS/PMS浓度、nZVI-BC投量、OTC浓度及初始pH条件下OTC的去除规律,并对体系中活性物种进行探究。结果表明:在0.20 mmol/L PDS/PMS,0.01 g nZVI-BC,50 mg/L OTC,原始pH为5.0±0.1条件下,OTC去除率可达到80%以上;SO4-·在nZVI-BC/PDS体系中对OTC降解占有绝对主导地位(贡献度为57.00%),nZVI-BC/PMS体系则主要依靠SO4-·、O2-·和1O2。
2022, 40(8): 125-130.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208017
摘要:
以合肥某电镀工厂遗留的铬污染黏性土壤为研究对象,采用H2O2氧化联合盐酸和柠檬酸进行化学淋洗对土壤中的总铬和Cr(Ⅵ)进行修复去除,并对氧化剂H2O2的浓度、淋洗剂盐酸和柠檬酸的浓度对土壤中铬的去除率的影响进行探究。结果表明:单独采用H2O2氧化,在浓度为10.0%时,其对土壤中铬的去除效果最佳,Cr(Ⅵ)去除率达到51.5%,总铬去除率达到20.9%;单独H2O2氧化、盐酸和柠檬酸淋洗后土壤中Cr(Ⅵ)浓度仍然超过GB 36600—2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》二类用地标准。而对H2O2氧化后土壤继续联合盐酸或柠檬酸淋洗,当盐酸浓度为1.0 mol/L、固液比为1∶4时,H2O2氧化联合化学淋洗修复后的土壤中Cr(Ⅵ)浓度为4.4 mg/kg,达到GB 36600—2018二类用地标准,此时土壤中Cr(Ⅵ)去除率为85.5%,总铬去除率为50.6%。Tessier五步提取形态分析表明:修复后土壤中残渣态铬的比例从44.7%提高到93.4%,显著降低了铬二次释放的风险。研究结果可为铬污染土壤的治理修复和铬的回收利用提供参考。
以合肥某电镀工厂遗留的铬污染黏性土壤为研究对象,采用H2O2氧化联合盐酸和柠檬酸进行化学淋洗对土壤中的总铬和Cr(Ⅵ)进行修复去除,并对氧化剂H2O2的浓度、淋洗剂盐酸和柠檬酸的浓度对土壤中铬的去除率的影响进行探究。结果表明:单独采用H2O2氧化,在浓度为10.0%时,其对土壤中铬的去除效果最佳,Cr(Ⅵ)去除率达到51.5%,总铬去除率达到20.9%;单独H2O2氧化、盐酸和柠檬酸淋洗后土壤中Cr(Ⅵ)浓度仍然超过GB 36600—2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》二类用地标准。而对H2O2氧化后土壤继续联合盐酸或柠檬酸淋洗,当盐酸浓度为1.0 mol/L、固液比为1∶4时,H2O2氧化联合化学淋洗修复后的土壤中Cr(Ⅵ)浓度为4.4 mg/kg,达到GB 36600—2018二类用地标准,此时土壤中Cr(Ⅵ)去除率为85.5%,总铬去除率为50.6%。Tessier五步提取形态分析表明:修复后土壤中残渣态铬的比例从44.7%提高到93.4%,显著降低了铬二次释放的风险。研究结果可为铬污染土壤的治理修复和铬的回收利用提供参考。
2022, 40(8): 131-135,184.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208018
摘要:
重金属复合污染土壤的治理修复对环境污染防治具有重要意义。以河南某冶炼厂地表含Pb、As复合污染土壤为对象,通过施加不同直流电压对污染土壤进行电动修复,基于迁移率和形态变化对修复效果进行评价。修复过程中,分别对电流变化、Pb/As的迁移规律、土壤含水率、电导率、pH值以及Pb/As的形态转化进行研究。结果表明:施加的直流电压变化对土壤中Pb的迁移影响显著,而对As的迁移影响较弱;当施加直流电压为10 V时,土壤中阴极区域的As含量可降至43.18 mg/kg,当施加的直流电压为30 V时,土壤中阴极区域的Pb含量可降至334 mg/kg,先施加低压后施加高压更有利于提升Pb、As复合污染土壤的电动修复效果;修复完成后Pb和As的弱酸态占比降低,可还原态占比升高,土壤中的Pb和As含量低于GB 36600—2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》中第1类建设用地筛选值。
重金属复合污染土壤的治理修复对环境污染防治具有重要意义。以河南某冶炼厂地表含Pb、As复合污染土壤为对象,通过施加不同直流电压对污染土壤进行电动修复,基于迁移率和形态变化对修复效果进行评价。修复过程中,分别对电流变化、Pb/As的迁移规律、土壤含水率、电导率、pH值以及Pb/As的形态转化进行研究。结果表明:施加的直流电压变化对土壤中Pb的迁移影响显著,而对As的迁移影响较弱;当施加直流电压为10 V时,土壤中阴极区域的As含量可降至43.18 mg/kg,当施加的直流电压为30 V时,土壤中阴极区域的Pb含量可降至334 mg/kg,先施加低压后施加高压更有利于提升Pb、As复合污染土壤的电动修复效果;修复完成后Pb和As的弱酸态占比降低,可还原态占比升高,土壤中的Pb和As含量低于GB 36600—2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》中第1类建设用地筛选值。
2022, 40(8): 136-142.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208019
摘要:
基于纳米TiO2对土壤砷的稳定效果,以自制的改性纳米TiO2(活性炭负载纳米二氧化钛TiO2/AC和铁改性活性炭负载纳米二氧化钛 Fe-TiO2/AC)为试验材料,通过室内模拟试验,研究改性纳米TiO2对土壤砷形态、土壤pH、土壤养分及土壤酶活性的影响。结果表明:在2种改性纳米TiO2的作用下,土壤中砷活性较强的非专性和专性吸附态均降低,惰性的砷无定形和弱结晶水合铁铝氧化物结合态和残渣态均升高。土壤pH随改性纳米TiO2施用量的增加而升高,速效钾含量均增加,而土壤有效氮减少。在TiO2/AC和Fe-TiO2/AC作用下,土壤pH分别为7.07~7.21、7.28~7.43。施加TiO2/AC和Fe-TiO2/AC,速效钾的增幅分别为17.2%~32.2%和28.7%~29.5%,有效氮含量降幅分别为25.1%~37.8%和23.5%~44.6%。2种改性纳米TiO2对土壤中性、碱性磷酸酶的活性均有激活作用;TiO2/AC对土壤过氧化氢酶和脲酶活性具有一定的抑制作用,但铁改性后的Fe-TiO2/AC抑制作用减弱,且在施加量为0.3%土壤过氧化氢酶活性比对照提高了19.5%;施加TiO2/AC后土壤脲酶活性下降范围为63.0%~76.6%,但在0.4%Fe-TiO2/AC作用下,土壤脲酶活性较对照上升了5.8%。可见,改性纳米TiO2可以使土壤中砷由活性态向惰性态转化,对土壤性质的影响可通过铁改性来进行控制。
基于纳米TiO2对土壤砷的稳定效果,以自制的改性纳米TiO2(活性炭负载纳米二氧化钛TiO2/AC和铁改性活性炭负载纳米二氧化钛 Fe-TiO2/AC)为试验材料,通过室内模拟试验,研究改性纳米TiO2对土壤砷形态、土壤pH、土壤养分及土壤酶活性的影响。结果表明:在2种改性纳米TiO2的作用下,土壤中砷活性较强的非专性和专性吸附态均降低,惰性的砷无定形和弱结晶水合铁铝氧化物结合态和残渣态均升高。土壤pH随改性纳米TiO2施用量的增加而升高,速效钾含量均增加,而土壤有效氮减少。在TiO2/AC和Fe-TiO2/AC作用下,土壤pH分别为7.07~7.21、7.28~7.43。施加TiO2/AC和Fe-TiO2/AC,速效钾的增幅分别为17.2%~32.2%和28.7%~29.5%,有效氮含量降幅分别为25.1%~37.8%和23.5%~44.6%。2种改性纳米TiO2对土壤中性、碱性磷酸酶的活性均有激活作用;TiO2/AC对土壤过氧化氢酶和脲酶活性具有一定的抑制作用,但铁改性后的Fe-TiO2/AC抑制作用减弱,且在施加量为0.3%土壤过氧化氢酶活性比对照提高了19.5%;施加TiO2/AC后土壤脲酶活性下降范围为63.0%~76.6%,但在0.4%Fe-TiO2/AC作用下,土壤脲酶活性较对照上升了5.8%。可见,改性纳米TiO2可以使土壤中砷由活性态向惰性态转化,对土壤性质的影响可通过铁改性来进行控制。
2022, 40(8): 143-149.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208020
摘要:
在城市排水系统中,截流调蓄设施是控制合流制溢流(CSO)的一项重要措施。通过将暴雨管理模型(SWMM)与多目标遗传算法(NSGA-Ⅲ)相结合,对截流调蓄设施优化设计问题进行求解。该方法以截流效率、建设成本、水泵启停次数作为模型的优化目标,实现了截流调蓄设施规模的多目标优化。通过对SWMM进行面向对象的重新编码,实现了多线程计算和SWMM与NSGA-Ⅲ模块之间的快速数据交换,避免了频繁的文件操作,求解速率可提升至单线程计算的16倍。利用该方法对武汉市某合流制管网末端截流调蓄设施进行了优化设计,结果表明:该方法所确定的优化设计方案的建设成本可降低为原设计方案的60%,且在截流效率、调蓄池容积等方面更具优势。
在城市排水系统中,截流调蓄设施是控制合流制溢流(CSO)的一项重要措施。通过将暴雨管理模型(SWMM)与多目标遗传算法(NSGA-Ⅲ)相结合,对截流调蓄设施优化设计问题进行求解。该方法以截流效率、建设成本、水泵启停次数作为模型的优化目标,实现了截流调蓄设施规模的多目标优化。通过对SWMM进行面向对象的重新编码,实现了多线程计算和SWMM与NSGA-Ⅲ模块之间的快速数据交换,避免了频繁的文件操作,求解速率可提升至单线程计算的16倍。利用该方法对武汉市某合流制管网末端截流调蓄设施进行了优化设计,结果表明:该方法所确定的优化设计方案的建设成本可降低为原设计方案的60%,且在截流效率、调蓄池容积等方面更具优势。
2022, 40(8): 150-158,61.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208021
摘要:
为探究不同类型微污染水源预处理工程对水中溶解性有机物的去除特征,采用光谱表征结合多元统计方法,对盐龙湖预处理工程和通榆河预处理工程夏季各处理单元进出水水质进行研究。结果表明:夏季蟒蛇河及通榆河原水DO含量低于Ⅲ类水标准,蟒蛇河原水中a(254)较高,而通榆河原水中CODMn、BOD5较高。盐龙湖预处理工程与通榆河预处理工程对CODMn、BOD5、a(254)的去除率分别为4.19%、37.50%、1.55%和10.31%、23.49%、24.88%;从分子结构来看,盐龙湖预处理工程的预处理单元与通榆河预处理工程的高密度沉淀单元对DOM的改变最为明显,使DOM的浓度下降、分子量变小、苯环C的聚合程度增加。差异性分析表明:SR与E465/E665、A2/A1、A3/A1呈显著正相关,a(355)与E250/E365呈显著负相关。该研究结果可为微污染水源预处理工程的优化运行及保障城市饮用水安全提供数据参考。
为探究不同类型微污染水源预处理工程对水中溶解性有机物的去除特征,采用光谱表征结合多元统计方法,对盐龙湖预处理工程和通榆河预处理工程夏季各处理单元进出水水质进行研究。结果表明:夏季蟒蛇河及通榆河原水DO含量低于Ⅲ类水标准,蟒蛇河原水中a(254)较高,而通榆河原水中CODMn、BOD5较高。盐龙湖预处理工程与通榆河预处理工程对CODMn、BOD5、a(254)的去除率分别为4.19%、37.50%、1.55%和10.31%、23.49%、24.88%;从分子结构来看,盐龙湖预处理工程的预处理单元与通榆河预处理工程的高密度沉淀单元对DOM的改变最为明显,使DOM的浓度下降、分子量变小、苯环C的聚合程度增加。差异性分析表明:SR与E465/E665、A2/A1、A3/A1呈显著正相关,a(355)与E250/E365呈显著负相关。该研究结果可为微污染水源预处理工程的优化运行及保障城市饮用水安全提供数据参考。
2022, 40(8): 159-163,142.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208022
摘要:
好氧发酵(堆肥)技术是实现有机固废无害化的重要手段,但传统自然堆肥技术发酵周期长、占地面积大、操作环境差等问题限制了该技术的广泛应用。以研发有机垃圾强化快速好氧发酵工艺为目的,通过筛选环境温度、微生物接种、辅料投加、搅拌通风频率等强化堆肥关键可控因素,系统研究各项参数对有机垃圾好氧发酵过程的影响。研究结果表明,提高环境温度(25 ℃),合理控制搅拌通风频率(每小时搅拌通风30 min),接种丰甜复合菌种,添加辅料等手段可有效缩短堆肥周期,提高发酵效率。该研究成果对机械强化快速好氧发酵设备的开发具有指导意义。
好氧发酵(堆肥)技术是实现有机固废无害化的重要手段,但传统自然堆肥技术发酵周期长、占地面积大、操作环境差等问题限制了该技术的广泛应用。以研发有机垃圾强化快速好氧发酵工艺为目的,通过筛选环境温度、微生物接种、辅料投加、搅拌通风频率等强化堆肥关键可控因素,系统研究各项参数对有机垃圾好氧发酵过程的影响。研究结果表明,提高环境温度(25 ℃),合理控制搅拌通风频率(每小时搅拌通风30 min),接种丰甜复合菌种,添加辅料等手段可有效缩短堆肥周期,提高发酵效率。该研究成果对机械强化快速好氧发酵设备的开发具有指导意义。
2022, 40(8): 164-170.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208023
摘要:
针对历史遗留的大型废弃石墨矿坑酸性含氟废水存在体量大、深层水加药困难、反应效率低、污染严重、治理经验罕见等问题,为探索其污染治理模式,以莱西市南墅镇岳石矿坑废水治理为例进行了分析与研究。基于实验室废水处理实验,进行修复药剂优选;基于实地调研,通过构建三维矿坑模型及水动力模型计算,模拟不同运行工况下的水体置换和治理效果,提出"复配修复药剂+原位水体交换"方案,治理后,矿坑废水pH值达到7左右,氟化物浓度降至30 mg/L以下,达到废水治理目标。在治理过程中建立的系统性水污染修复技术体系,对其他地区大规模的酸性含氟废水污染治理具有重要的参考意义。
针对历史遗留的大型废弃石墨矿坑酸性含氟废水存在体量大、深层水加药困难、反应效率低、污染严重、治理经验罕见等问题,为探索其污染治理模式,以莱西市南墅镇岳石矿坑废水治理为例进行了分析与研究。基于实验室废水处理实验,进行修复药剂优选;基于实地调研,通过构建三维矿坑模型及水动力模型计算,模拟不同运行工况下的水体置换和治理效果,提出"复配修复药剂+原位水体交换"方案,治理后,矿坑废水pH值达到7左右,氟化物浓度降至30 mg/L以下,达到废水治理目标。在治理过程中建立的系统性水污染修复技术体系,对其他地区大规模的酸性含氟废水污染治理具有重要的参考意义。
2022, 40(8): 171-177.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208024
摘要:
利用废弃玻璃和水泥块制备一种新型轻石,研究了其对Cr3+、As3+、Pb2+、Cu2+、Zn2+的吸附效果及吸附竞争影响。采用吸附动力学模型、吸附等温模型和傅里叶红外光谱研究其吸附作用,并考察了轻石的循环使用性能。结果表明:轻石对Cr3+、As3+、Pb2+、Cu2+、Zn2+的吸附量分别为64,110,79,161,161 μg/mg;轻石吸附重金属主要与其表面的官能团和化学键有关,吸附过程更符合准二级动力学模型,吸附等温线均可由Langmuir和Freundlich模型较好模拟;当5种重金属共存时,吸附竞争性。5种重金属离子的去除率顺序为Cr3+＞Cu2+＞Zn2+＞As3+＞Pb2+;使用0.1 mol/L的HCl作为解吸剂,轻石经过6次循环使用后,5种重金属的去除率仍在50%以上,说明新型轻石具有良好的吸附性能和循环使用性能,所制备的新型轻石吸附剂符合当下"以废治废"的治理趋势,具有广阔的应用前景。
利用废弃玻璃和水泥块制备一种新型轻石,研究了其对Cr3+、As3+、Pb2+、Cu2+、Zn2+的吸附效果及吸附竞争影响。采用吸附动力学模型、吸附等温模型和傅里叶红外光谱研究其吸附作用,并考察了轻石的循环使用性能。结果表明:轻石对Cr3+、As3+、Pb2+、Cu2+、Zn2+的吸附量分别为64,110,79,161,161 μg/mg;轻石吸附重金属主要与其表面的官能团和化学键有关,吸附过程更符合准二级动力学模型,吸附等温线均可由Langmuir和Freundlich模型较好模拟;当5种重金属共存时,吸附竞争性。5种重金属离子的去除率顺序为Cr3+＞Cu2+＞Zn2+＞As3+＞Pb2+;使用0.1 mol/L的HCl作为解吸剂,轻石经过6次循环使用后,5种重金属的去除率仍在50%以上,说明新型轻石具有良好的吸附性能和循环使用性能,所制备的新型轻石吸附剂符合当下"以废治废"的治理趋势,具有广阔的应用前景。
2022, 40(8): 178-184.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208025
摘要:
研发除草剂降解菌剂是绿色低碳处理除草剂残留的有效途径。采用椰糠载体(玉米粉、椰糠、高岭土、白糖)和海藻酸钠凝珠载体(海藻酸钠、高岭土、甘油)制备草酸青霉菌菌剂载体。结果表明:椰糠制备的载体为粉末状,细碎柔软,呈褐色或白褐色;海藻酸钠凝珠载体为圆形颗粒状,质硬,呈白色或偏黄色。2种菌剂储藏1个月后,菌剂中有效活菌数最低为2.7×1010,1.7×1010个/g,但均高于GB 20287—2006《农用微生物菌剂》标准;海藻酸钠凝珠载体中霉菌数、总杂菌数低于椰糠制备的载体,杂菌率为14.3%~17.3%。椰糠载体含水量普遍较低,为2.88%~5.27%,海藻酸钠凝珠载体含水量为11.53%~13.96%,均低于GB 20287—2006中的35.0%(粉剂)和20.0%(颗粒)。2个载体中的细度质量分数均超过90%,高于GB 20287—2006中的最低限值80.0%。结合GB 20287—2006要求载体pH值为5.5~8.5,确定椰糠载体最佳组分为:玉米粉、椰糠、高岭土、白糖比例为10∶8∶6∶3(质量比,g/g);而海藻酸钠凝珠载体最佳组分为:海藻酸钠2%(质量浓度,g/mL)、高岭土1%(质量浓度,g/mL)、甘油60%(质量比,g/g)。两者相比较,椰糠载体的有效活菌数、杂菌数等占优势,是除草剂降解菌剂较可行的载体。研究结果可为除草剂面源污染的防治提供技术参考。
研发除草剂降解菌剂是绿色低碳处理除草剂残留的有效途径。采用椰糠载体(玉米粉、椰糠、高岭土、白糖)和海藻酸钠凝珠载体(海藻酸钠、高岭土、甘油)制备草酸青霉菌菌剂载体。结果表明:椰糠制备的载体为粉末状,细碎柔软,呈褐色或白褐色;海藻酸钠凝珠载体为圆形颗粒状,质硬,呈白色或偏黄色。2种菌剂储藏1个月后,菌剂中有效活菌数最低为2.7×1010,1.7×1010个/g,但均高于GB 20287—2006《农用微生物菌剂》标准;海藻酸钠凝珠载体中霉菌数、总杂菌数低于椰糠制备的载体,杂菌率为14.3%~17.3%。椰糠载体含水量普遍较低,为2.88%~5.27%,海藻酸钠凝珠载体含水量为11.53%~13.96%,均低于GB 20287—2006中的35.0%(粉剂)和20.0%(颗粒)。2个载体中的细度质量分数均超过90%,高于GB 20287—2006中的最低限值80.0%。结合GB 20287—2006要求载体pH值为5.5~8.5,确定椰糠载体最佳组分为:玉米粉、椰糠、高岭土、白糖比例为10∶8∶6∶3(质量比,g/g);而海藻酸钠凝珠载体最佳组分为:海藻酸钠2%(质量浓度,g/mL)、高岭土1%(质量浓度,g/mL)、甘油60%(质量比,g/g)。两者相比较,椰糠载体的有效活菌数、杂菌数等占优势,是除草剂降解菌剂较可行的载体。研究结果可为除草剂面源污染的防治提供技术参考。
2022, 40(8): 185-190.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208026
摘要:
基于生命周期评价法(LCA)评价加氢脱硫废金属催化剂回收生产过程的环境影响,将回收生产过程分为6个阶段,选取了12种关键环境影响类型,通过建立物质投入及排放清单,基于eBalance软件进行建模和计算。结果表明:回收1 t废催化剂的总环境影响为1.11E-08,其中,全球变暖效应潜值(GWP)是废催化剂回收生产过程中最大的环境影响贡献类型。焙烧阶段的环境影响贡献最大,其次为提取钴镍阶段、浓缩蒸发阶段、提取钼钒阶段,预处理阶段、运输阶段的环境影响贡献很小。基于生命周期评价法提出能源替代方案,清洁能源替代方案的环境影响为4.98E-09,较回收工艺环境影响削减了55.16%的环境影响。
基于生命周期评价法(LCA)评价加氢脱硫废金属催化剂回收生产过程的环境影响,将回收生产过程分为6个阶段,选取了12种关键环境影响类型,通过建立物质投入及排放清单,基于eBalance软件进行建模和计算。结果表明:回收1 t废催化剂的总环境影响为1.11E-08,其中,全球变暖效应潜值(GWP)是废催化剂回收生产过程中最大的环境影响贡献类型。焙烧阶段的环境影响贡献最大,其次为提取钴镍阶段、浓缩蒸发阶段、提取钼钒阶段,预处理阶段、运输阶段的环境影响贡献很小。基于生命周期评价法提出能源替代方案,清洁能源替代方案的环境影响为4.98E-09,较回收工艺环境影响削减了55.16%的环境影响。
2022, 40(8): 191-196,149.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208027
摘要:
以商丘市为研究对象,分析了 8 种重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb、Cd、Hg)的污染特征,采用富集因子法和浸出毒性试验确定商丘市再生产品及其原材料的重金属污染程度,并进行潜在生态风险评价。结果表明:再生产品原材料中,重金属Hg是主要污染因子,其次是Cr和Ni,均对重金属浸出率和潜在生态风险具有较大贡献,可能原因是受到了人为活动的影响,应对其进行避雨存放;再生产品中,重金属Hg是主要污染因子,其次是Ni。再生产品的生态风险水平低于再生产品原材料,说明该资源化利用途径有利于降低建筑垃圾中重金属的潜在生态风险。因此,再生产品作为建筑垃圾的资源化产物,具有良好的应用前景。
以商丘市为研究对象,分析了 8 种重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb、Cd、Hg)的污染特征,采用富集因子法和浸出毒性试验确定商丘市再生产品及其原材料的重金属污染程度,并进行潜在生态风险评价。结果表明:再生产品原材料中,重金属Hg是主要污染因子,其次是Cr和Ni,均对重金属浸出率和潜在生态风险具有较大贡献,可能原因是受到了人为活动的影响,应对其进行避雨存放;再生产品中,重金属Hg是主要污染因子,其次是Ni。再生产品的生态风险水平低于再生产品原材料,说明该资源化利用途径有利于降低建筑垃圾中重金属的潜在生态风险。因此,再生产品作为建筑垃圾的资源化产物,具有良好的应用前景。
2022, 40(8): 197-205,101.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208028
摘要:
混凝土是建筑工程和海岸工程中使用量最大、应用范围最广的建筑材料。将矿物掺合料作为辅助胶凝材料加入混凝土中,既能废物利用提高环境效益,还可以提升混凝土的部分性能。为准确评估矿物掺合料混凝土安全性、耐久性和环境友好性,提出了一种矿物掺合料混凝土综合评价方法。基于环境影响生命周期评估(LCA)理论,通过实景数据与资料调研建立了粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、煤矸石粉、赤泥、玻璃粉5种矿物掺合料的环境影响清单和矿物掺合料混凝土对于7种环境影响指标的计算方法。采用社会支付意愿法(WTP),以环境保护税、资源税为框架,将不同环境影响指标统一货币化,并结合混凝土的强度和耐久性指标提出矿物掺合料混凝土的性能与环境效益综合评价方法,以期为发展环境友好高性能混凝土提供定量评价依据。
混凝土是建筑工程和海岸工程中使用量最大、应用范围最广的建筑材料。将矿物掺合料作为辅助胶凝材料加入混凝土中,既能废物利用提高环境效益,还可以提升混凝土的部分性能。为准确评估矿物掺合料混凝土安全性、耐久性和环境友好性,提出了一种矿物掺合料混凝土综合评价方法。基于环境影响生命周期评估(LCA)理论,通过实景数据与资料调研建立了粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、煤矸石粉、赤泥、玻璃粉5种矿物掺合料的环境影响清单和矿物掺合料混凝土对于7种环境影响指标的计算方法。采用社会支付意愿法(WTP),以环境保护税、资源税为框架,将不同环境影响指标统一货币化,并结合混凝土的强度和耐久性指标提出矿物掺合料混凝土的性能与环境效益综合评价方法,以期为发展环境友好高性能混凝土提供定量评价依据。
2022, 40(8): 206-212.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208029
摘要:
土工合成材料用于不同类别的绿色雨水基础设施,主要发挥反滤(过滤)、隔离、防护、防渗、毛细屏蔽作用,从而提升设施渗透、调蓄、净化、利用和排放等能力。归纳总结了土工合成材料在不同绿色雨水基础设施中的主要作用、要求、性能及适用条件,重点分析了土工合成材料应用于渗滤设施、透水铺装等典型绿色雨水基础设施中的参数要求和改善作用,对绿色雨水基础设施中土工织物的防堵塞及维护问题、土工合成材料的选用、新型材料的应用方向提出建议。
土工合成材料用于不同类别的绿色雨水基础设施,主要发挥反滤(过滤)、隔离、防护、防渗、毛细屏蔽作用,从而提升设施渗透、调蓄、净化、利用和排放等能力。归纳总结了土工合成材料在不同绿色雨水基础设施中的主要作用、要求、性能及适用条件,重点分析了土工合成材料应用于渗滤设施、透水铺装等典型绿色雨水基础设施中的参数要求和改善作用,对绿色雨水基础设施中土工织物的防堵塞及维护问题、土工合成材料的选用、新型材料的应用方向提出建议。
2022, 40(8): 213-219,212.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208030
摘要:
针对成分复杂且极易挥发的挥发性有机物(VOCs),传统的大气治理技术很难将其完全去除,而低温等离子体技术利用O·、·OH、N·和O3等强氧化性物质可高效降解VOCs。简述了低温等离子体单独降解VOCs反应机理,等离子体与催化剂的协同作用,并分析了催化剂位置对降解效率的影响。其中,重点分析了不同催化剂的协同作用,主要包括贵金属催化剂、复合金属催化剂、过渡金属催化剂、钙钛矿催化剂和光催化剂等,深入分析了其对VOCs的降解机理,并总结了这些催化剂用于处理VOCs的降解效果及影响因素,最后提出了低温等离子体技术协同催化降解VOCs目前存在的问题及未来的研究和发展方向,可为实际工业废气的治理提供参考。
针对成分复杂且极易挥发的挥发性有机物(VOCs),传统的大气治理技术很难将其完全去除,而低温等离子体技术利用O·、·OH、N·和O3等强氧化性物质可高效降解VOCs。简述了低温等离子体单独降解VOCs反应机理,等离子体与催化剂的协同作用,并分析了催化剂位置对降解效率的影响。其中,重点分析了不同催化剂的协同作用,主要包括贵金属催化剂、复合金属催化剂、过渡金属催化剂、钙钛矿催化剂和光催化剂等,深入分析了其对VOCs的降解机理,并总结了这些催化剂用于处理VOCs的降解效果及影响因素,最后提出了低温等离子体技术协同催化降解VOCs目前存在的问题及未来的研究和发展方向,可为实际工业废气的治理提供参考。
2022, 40(8): 220-224.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208031
摘要:
钢渣是炼钢过程排放的固体废弃物,具有年产量大、温度高、化学组成复杂、硬度高和安定性不良等特点。在"双碳"目标下,其处理和资源化利用再次受到关注。针对钢渣特点,对国内外钢渣处理利用情况进行综述,指出了现有处理工艺和资源化利用途径存在的问题,并对"双碳"目标下钢渣的资源化利用途径进行探讨,提出钢渣余热回收、熔融钢渣还原改性和CO2捕获是未来钢渣处理方向和路径。
钢渣是炼钢过程排放的固体废弃物,具有年产量大、温度高、化学组成复杂、硬度高和安定性不良等特点。在"双碳"目标下,其处理和资源化利用再次受到关注。针对钢渣特点,对国内外钢渣处理利用情况进行综述,指出了现有处理工艺和资源化利用途径存在的问题,并对"双碳"目标下钢渣的资源化利用途径进行探讨,提出钢渣余热回收、熔融钢渣还原改性和CO2捕获是未来钢渣处理方向和路径。
2022, 40(8): 231-238.
doi: 10.13205/j.hjgc.202208033
摘要:
土壤修复产业迎来爆发式增长,未来即将突破万亿市场,是环保产业中最具发展潜力的行业。CO2排放影响世界气候变化,关乎人类生存。中国提出在2030年实现碳排放达到峰值,2060年达到碳中和这一目标,旨在优化能源结构,维护全球CO2平衡,保护地球家园。土壤修复产业中碳排放量随土壤修复市场发展逐渐增加,若不采取碳减排措施,势必会增加实现"双碳"目标的压力。通过土壤修复产业碳达峰碳中和路径研究,对土壤修复产业中"双碳"时间节点进行预测,分析了土壤修复产业中的碳排放量,并提出土壤修复产业中实现"双碳"目标的路径。
土壤修复产业迎来爆发式增长,未来即将突破万亿市场,是环保产业中最具发展潜力的行业。CO2排放影响世界气候变化,关乎人类生存。中国提出在2030年实现碳排放达到峰值,2060年达到碳中和这一目标,旨在优化能源结构,维护全球CO2平衡,保护地球家园。土壤修复产业中碳排放量随土壤修复市场发展逐渐增加,若不采取碳减排措施,势必会增加实现"双碳"目标的压力。通过土壤修复产业碳达峰碳中和路径研究,对土壤修复产业中"双碳"时间节点进行预测,分析了土壤修复产业中的碳排放量,并提出土壤修复产业中实现"双碳"目标的路径。
