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2023年 第41卷 第4期
2023, 41(4): 1-9.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304001
摘要:
排水管道可接纳雨水径流和旱流污水,雨天形成雨污混合水,水流中部分颗粒沉降至管底形成沉积物。对比分析上述各环节中颗粒物的沉降速率特征,有助于提高对雨污混合水的管控效率。研究选取某合流管段,采集雨污混合水、雨水径流、管道沉积物及旱流污水,并采用淘析分离方法,开展颗粒物沉降速率(SV)特征分析,基于此建立颗粒物沉降速率与质量占比的拟合关系。结果显示,雨污混合水中颗粒物SV≥0.265 mm/s的比例与管道沉积物相近,且与雨水径流及旱流污水存在一定差异,说明在雨天水流运行过程中,部分管道沉积物被冲起,使雨污混合水中颗粒物SV得到显著提升。进一步分析显示,在每个SV下,降雨量越高,低于该SV的颗粒占比更少,且不易沉降的颗粒态污染物占比将会更高。该结果一方面说明,在较高雨量下SV较高的颗粒物更多被冲刷进入雨污混合水中;另一方面也说明,当雨天管网水量增加时,将会有更多不易沉降的颗粒态污染物进入管网下游,重力沉降设施的拦截效率将会显著下降。不同污染物的富集情况显示,PAHs、Cd、Cr和Pb在SV≥0.265 mm/s的颗粒物中占比较高,因此当设定SV=0.265 mm/s对雨污混合水进行重力沉降处理时,PAHs、Cd、Cr和Pb 4类有害污染物将会得到有效削减。基于上述数据建立了颗粒物SV与质量占比关系特征,即x=lnB/(A-y)(R2>0.95),该结果有助于实现特定SV下的颗粒物及颗粒态污染物质量比的快速转化。
排水管道可接纳雨水径流和旱流污水,雨天形成雨污混合水,水流中部分颗粒沉降至管底形成沉积物。对比分析上述各环节中颗粒物的沉降速率特征,有助于提高对雨污混合水的管控效率。研究选取某合流管段,采集雨污混合水、雨水径流、管道沉积物及旱流污水,并采用淘析分离方法,开展颗粒物沉降速率(SV)特征分析,基于此建立颗粒物沉降速率与质量占比的拟合关系。结果显示,雨污混合水中颗粒物SV≥0.265 mm/s的比例与管道沉积物相近,且与雨水径流及旱流污水存在一定差异,说明在雨天水流运行过程中,部分管道沉积物被冲起,使雨污混合水中颗粒物SV得到显著提升。进一步分析显示,在每个SV下,降雨量越高,低于该SV的颗粒占比更少,且不易沉降的颗粒态污染物占比将会更高。该结果一方面说明,在较高雨量下SV较高的颗粒物更多被冲刷进入雨污混合水中;另一方面也说明,当雨天管网水量增加时,将会有更多不易沉降的颗粒态污染物进入管网下游,重力沉降设施的拦截效率将会显著下降。不同污染物的富集情况显示,PAHs、Cd、Cr和Pb在SV≥0.265 mm/s的颗粒物中占比较高,因此当设定SV=0.265 mm/s对雨污混合水进行重力沉降处理时,PAHs、Cd、Cr和Pb 4类有害污染物将会得到有效削减。基于上述数据建立了颗粒物SV与质量占比关系特征,即x=lnB/(A-y)(R2>0.95),该结果有助于实现特定SV下的颗粒物及颗粒态污染物质量比的快速转化。
2023, 41(4): 10-17,62.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304002
摘要:
为解决水环境中内分泌干扰物的去除难题,采用水热法合成Bi2WO6@MXenes-NS(BM-NS)复合催化剂,通过活化过单硫酸盐(PMS)降解双酚A (BPA)。利用SEM、TEM及XRD对所制备催化剂的形貌和晶体结构进行表征,考察了不同催化剂体系、PMS浓度,溶液pH和共存离子等因素对BPA降解性能的影响。结果表明:当MXenes-NS添加量(质量分数)为0.5%,催化剂浓度为1 g/L,PMS浓度为0.3 g/L,溶液pH为3.03时,BM-NS/PMS体系具有较强的BPA降解性能,120 min内去除率达到85.3%。溶液中无机阴离子对BPA去除率的影响顺序为Cl-2PO-42-4-3≈NO-3。催化剂经过4次循环实验后,BPA去除率仍保持在70.1%。自由基猝灭实验结果表明,SO-4·是主要的活性自由基。结合LC-MS,提出了BPA可能的降解途径。研究表明,制备的BM-NS催化剂在活化PMS降解BPA方面具有良好的应用前景。
为解决水环境中内分泌干扰物的去除难题,采用水热法合成Bi2WO6@MXenes-NS(BM-NS)复合催化剂,通过活化过单硫酸盐(PMS)降解双酚A (BPA)。利用SEM、TEM及XRD对所制备催化剂的形貌和晶体结构进行表征,考察了不同催化剂体系、PMS浓度,溶液pH和共存离子等因素对BPA降解性能的影响。结果表明:当MXenes-NS添加量(质量分数)为0.5%,催化剂浓度为1 g/L,PMS浓度为0.3 g/L,溶液pH为3.03时,BM-NS/PMS体系具有较强的BPA降解性能,120 min内去除率达到85.3%。溶液中无机阴离子对BPA去除率的影响顺序为Cl-
2023, 41(4): 18-25.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304003
摘要:
考察了光催化-生物降解直接耦合体系(ICPB)对环丙沙星(CIP)的降解行为,着重探讨了不同反应条件对ICPB体系降解CIP效率的影响及ICPB中生物响应与关键作用。结果表明:ICPB反应体系中,载体投加量为30%,光照强度为50 klux,反应初始pH值为7,ρ(DO)为5~6 mg/L时,CIP去除效果最佳,并可在较宽CIP浓度范围内(5~30 mg/L)具有较高的去除率,且其降解效率(90%)明显优于单独光催化(80%)和单独生物降解(50%)。生物膜观察结果阐明,ICPB载体内部生物膜未受到显著伤害,并且微生物通过利用CIP光催化氧化形成的小分子中间产物存活并对这些产物进行进一步生物降解,从而达到完全矿化。ICPB中生物膜通过Ferruginibacter、Clostridium、Stenotrophomonas和Comamonas等菌属的富集来适应环境胁迫,同时生物群落结构的演替对于微生物存活有着重要意义。
考察了光催化-生物降解直接耦合体系(ICPB)对环丙沙星(CIP)的降解行为,着重探讨了不同反应条件对ICPB体系降解CIP效率的影响及ICPB中生物响应与关键作用。结果表明:ICPB反应体系中,载体投加量为30%,光照强度为50 klux,反应初始pH值为7,ρ(DO)为5~6 mg/L时,CIP去除效果最佳,并可在较宽CIP浓度范围内(5~30 mg/L)具有较高的去除率,且其降解效率(90%)明显优于单独光催化(80%)和单独生物降解(50%)。生物膜观察结果阐明,ICPB载体内部生物膜未受到显著伤害,并且微生物通过利用CIP光催化氧化形成的小分子中间产物存活并对这些产物进行进一步生物降解,从而达到完全矿化。ICPB中生物膜通过Ferruginibacter、Clostridium、Stenotrophomonas和Comamonas等菌属的富集来适应环境胁迫,同时生物群落结构的演替对于微生物存活有着重要意义。
2023, 41(4): 26-31,39.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304004
摘要:
以316L不锈钢为基体,制备了一种以锑掺杂二氧化锡(Sb-SnO2)为中间层的不锈钢基二氧化铅(PbO2)电极,用于对酸性红G(ARG)的脱色处理。利用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、强化寿命测试、线性扫描测试(LSV)等方法对所制备电极的表观形貌、晶体结构、稳定性和催化性能等进行表征。在此基础上,采用正交实验优化对电极稳定性影响较大的4种典型因素(铅离子浓度、温度、电流密度和电沉积时间)。结果表明:在不锈钢基体上成功制备出了β-PbO2层,其形貌为典型的β-PbO2锥形结构;强化寿命测试结果表明不同于钛基氧化物电极的均匀腐蚀,不锈钢基PbO2电极的失效机制主要为点蚀;采用LSV测试、羟基自由基(·OH)产量测试和电催化降解测试证明了正交实验优化条件后的不锈钢基PbO2电极具有较好的催化性能。不锈钢基PbO2电极的成功制备有望为电催化氧化阳极材料的改性方法提供新思路。
以316L不锈钢为基体,制备了一种以锑掺杂二氧化锡(Sb-SnO2)为中间层的不锈钢基二氧化铅(PbO2)电极,用于对酸性红G(ARG)的脱色处理。利用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、强化寿命测试、线性扫描测试(LSV)等方法对所制备电极的表观形貌、晶体结构、稳定性和催化性能等进行表征。在此基础上,采用正交实验优化对电极稳定性影响较大的4种典型因素(铅离子浓度、温度、电流密度和电沉积时间)。结果表明:在不锈钢基体上成功制备出了β-PbO2层,其形貌为典型的β-PbO2锥形结构;强化寿命测试结果表明不同于钛基氧化物电极的均匀腐蚀,不锈钢基PbO2电极的失效机制主要为点蚀;采用LSV测试、羟基自由基(·OH)产量测试和电催化降解测试证明了正交实验优化条件后的不锈钢基PbO2电极具有较好的催化性能。不锈钢基PbO2电极的成功制备有望为电催化氧化阳极材料的改性方法提供新思路。
2023, 41(4): 32-39.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304005
摘要:
为获得高效去除活性艳蓝的方法,采用浸渍煅烧法制备了Fe/Mn-PAC催化剂,对催化剂的表面形态和结构进行表征,研究了不同因素对KN-R降解效果的影响,以及催化剂的重复利用性和稳定性。结果表明:Fe/Mn-PAC催化剂表面粗糙,具有较多的微孔结构,催化剂表面的金属氧化物为致密的地衣状结构,有利于提升催化剂的催化性能。在催化剂投加量为400 mg/L,初始pH为7.5,Fe/Mn进料比为1∶1及负载量为4%时,Fe/Mn-PAC表现出最佳的催化KN-R降解的反应活性,45 min内KN-R去除率高达90%以上;经过5次回收利用,去除率仍可达到84.7%。研究结果证明了Fe/Mn-PAC催化剂具有优异的催化能力和出色的结构稳定性,为实现印染废水中活性艳蓝KN-R的有效去除提供了技术支持。
为获得高效去除活性艳蓝的方法,采用浸渍煅烧法制备了Fe/Mn-PAC催化剂,对催化剂的表面形态和结构进行表征,研究了不同因素对KN-R降解效果的影响,以及催化剂的重复利用性和稳定性。结果表明:Fe/Mn-PAC催化剂表面粗糙,具有较多的微孔结构,催化剂表面的金属氧化物为致密的地衣状结构,有利于提升催化剂的催化性能。在催化剂投加量为400 mg/L,初始pH为7.5,Fe/Mn进料比为1∶1及负载量为4%时,Fe/Mn-PAC表现出最佳的催化KN-R降解的反应活性,45 min内KN-R去除率高达90%以上;经过5次回收利用,去除率仍可达到84.7%。研究结果证明了Fe/Mn-PAC催化剂具有优异的催化能力和出色的结构稳定性,为实现印染废水中活性艳蓝KN-R的有效去除提供了技术支持。
2023, 41(4): 40-48.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304006
摘要:
为探究絮凝池内部颗粒聚并行为的影响因素,采用群体平衡模型(PBM)模拟颗粒聚并行为,通过CFD-PBM耦合方法,研究了絮凝颗粒初始平均粒径和絮凝颗粒体积分数对栅条絮凝池内部颗粒聚并行为的影响,提出了颗粒平均粒径增长率指标来表征CFD-PBM耦合方法下絮凝池内部絮凝效果。结果表明:1)当进口颗粒体积分数为0.1时,随着絮凝颗粒初始平均粒径由10 μm增长到76 μm,出口处粒径由117.54 μm增长到154.82 μm,但颗粒平均粒径增长率由1075.4%迅速降低至103.7%;2)在进口颗粒初始粒径为40 μm时,随着颗粒体积分数由0.05增长至0.2,出口位置颗粒粒径由127.16 μm增加至155.74 μm,而平均粒径增长率也随之由208.7%增加至289.4%;3)从整体上来看,当颗粒体积分数从0.05增加到0.1时,平均粒径增长率的变化最快,絮凝效果的提升最为显著。研究结果对于栅条絮凝池的结构设计指导和絮凝效果评价具有重要意义。
为探究絮凝池内部颗粒聚并行为的影响因素,采用群体平衡模型(PBM)模拟颗粒聚并行为,通过CFD-PBM耦合方法,研究了絮凝颗粒初始平均粒径和絮凝颗粒体积分数对栅条絮凝池内部颗粒聚并行为的影响,提出了颗粒平均粒径增长率指标来表征CFD-PBM耦合方法下絮凝池内部絮凝效果。结果表明:1)当进口颗粒体积分数为0.1时,随着絮凝颗粒初始平均粒径由10 μm增长到76 μm,出口处粒径由117.54 μm增长到154.82 μm,但颗粒平均粒径增长率由1075.4%迅速降低至103.7%;2)在进口颗粒初始粒径为40 μm时,随着颗粒体积分数由0.05增长至0.2,出口位置颗粒粒径由127.16 μm增加至155.74 μm,而平均粒径增长率也随之由208.7%增加至289.4%;3)从整体上来看,当颗粒体积分数从0.05增加到0.1时,平均粒径增长率的变化最快,絮凝效果的提升最为显著。研究结果对于栅条絮凝池的结构设计指导和絮凝效果评价具有重要意义。
2023, 41(4): 49-54,153.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304007
摘要:
建立了孔隙尺度微生物生长与REV尺度多孔介质渗透率衰减的耦合算法,分析了微生物生长对多孔介质渗透率衰减的影响规律,为有效控制地下水回灌过程中的微生物堵塞提供了理论依据。多尺度耦合模型的孔隙尺度部分采用LBM-IBM耦合模型模拟多孔介质中流场,CA模型描述微生物生长。宏观尺度部分采用通用渗流模型描述流体在多孔介质内的流动。结果表明:由于流体和营养物的优先渗流性,微生物生长在空间上呈明显的非均匀性。多孔介质进口处微生物生长最快,远离进口的多孔介质骨架上微生物生长量与上下游位置关系不大,而与优势流直接相关。将不同营养物进口浓度工况下的局部当量孔隙率动态变化曲线用于REV计算,发现REV尺度的营养物进口浓度每增加1倍,多孔介质开始发生堵塞的时间可缩短18.0%~30.7%。
建立了孔隙尺度微生物生长与REV尺度多孔介质渗透率衰减的耦合算法,分析了微生物生长对多孔介质渗透率衰减的影响规律,为有效控制地下水回灌过程中的微生物堵塞提供了理论依据。多尺度耦合模型的孔隙尺度部分采用LBM-IBM耦合模型模拟多孔介质中流场,CA模型描述微生物生长。宏观尺度部分采用通用渗流模型描述流体在多孔介质内的流动。结果表明:由于流体和营养物的优先渗流性,微生物生长在空间上呈明显的非均匀性。多孔介质进口处微生物生长最快,远离进口的多孔介质骨架上微生物生长量与上下游位置关系不大,而与优势流直接相关。将不同营养物进口浓度工况下的局部当量孔隙率动态变化曲线用于REV计算,发现REV尺度的营养物进口浓度每增加1倍,多孔介质开始发生堵塞的时间可缩短18.0%~30.7%。
2023, 41(4): 55-62.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304008
摘要:
采用预浓缩仪-气相色谱/质谱(GC/MS)联用方法测定了2020年夏季青藏高原高海拔背景站点纳木措(海拔4730 m)的卤代烃浓度,结合后向轨迹模型分析了采样点卤代烃传输轨迹及潜在源区域。结果表明:纳木措站大气中主要卤代烃为氯甲烷(3.81×10-10)、一氟三氯甲烷(CFC-11,2.32×10-10)、四氯化碳(9.30×10-11)、三氯三氟乙烷(CFC-113,8.60×10-11)和二氯甲烷(6.80×10-11);纳木措站的氟氯烃化合物(CFCs)浓度在全球范围其他背景站点中处于较低水平。采样点CFC-11和CFC-113浓度变化之间呈显著相关(r=0.928,P<0.01),分析认为是受大气本底传输的影响;而其浓度的变化幅度较大,与现有其他高海拔背景站点特征一致,大于平原地区两者浓度变化幅度。除CFC-11和CFC-113外,其他卤代烃化合物日变化幅度均较小(2%~12%),无明显昼夜变化特征。后向轨迹模型分析结果显示,四氯化碳浓度可能受印度等周边地区传输的影响,采样期间纳木措站卤代烃浓度主要受亚洲西部影响。
采用预浓缩仪-气相色谱/质谱(GC/MS)联用方法测定了2020年夏季青藏高原高海拔背景站点纳木措(海拔4730 m)的卤代烃浓度,结合后向轨迹模型分析了采样点卤代烃传输轨迹及潜在源区域。结果表明:纳木措站大气中主要卤代烃为氯甲烷(3.81×10-10)、一氟三氯甲烷(CFC-11,2.32×10-10)、四氯化碳(9.30×10-11)、三氯三氟乙烷(CFC-113,8.60×10-11)和二氯甲烷(6.80×10-11);纳木措站的氟氯烃化合物(CFCs)浓度在全球范围其他背景站点中处于较低水平。采样点CFC-11和CFC-113浓度变化之间呈显著相关(r=0.928,P<0.01),分析认为是受大气本底传输的影响;而其浓度的变化幅度较大,与现有其他高海拔背景站点特征一致,大于平原地区两者浓度变化幅度。除CFC-11和CFC-113外,其他卤代烃化合物日变化幅度均较小(2%~12%),无明显昼夜变化特征。后向轨迹模型分析结果显示,四氯化碳浓度可能受印度等周边地区传输的影响,采样期间纳木措站卤代烃浓度主要受亚洲西部影响。
2023, 41(4): 63-70,100.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304009
摘要:
汽车污染已成为中国空气污染的重要来源,而重型柴油货车是汽车大气污染排放的主要贡献者。为揭示重型柴油货车的排放特征,基于高原地区云南省昆明市重型柴油货车GPS点数据,用Python语言提取重型柴油货车在各点轨迹段的平均速度、行驶里程等参数,采用机动车排放模型MOVES,模拟计算研究区域内HC、CO、NO<em>x、PM2.5污染物排放量,并通过ArcGIS进一步分析其时空分布特征。结果表明:2021年1月3日昆明市研究区域内重型柴油货车HC、CO、NO<em>x、PM2.5的排放量分别为11.7423,39.6386,102.2600,0.9192 kg;时间维度,重型柴油货车在2:00和22:00有明显的排放高峰,受路权及运输行业工作时间的影响;空间维度,排放的分布格局呈明显的空间异质性,受政策驱动的影响且与空间位置的布置密切相关,排放主要分布在汕昆高速、昆石高速及支路、立交交叉口处;区域内重型柴油货车小时平均速度、交通量与其小时排放量有密切关系。因此,可以针对重型柴油货车排放较高的时段和地区,采取必要的治理手段,深入开展污染防治行动,以减少排放,助力"十四五"规划和2035远景目标的实现。
汽车污染已成为中国空气污染的重要来源,而重型柴油货车是汽车大气污染排放的主要贡献者。为揭示重型柴油货车的排放特征,基于高原地区云南省昆明市重型柴油货车GPS点数据,用Python语言提取重型柴油货车在各点轨迹段的平均速度、行驶里程等参数,采用机动车排放模型MOVES,模拟计算研究区域内HC、CO、NO<em>x、PM2.5污染物排放量,并通过ArcGIS进一步分析其时空分布特征。结果表明:2021年1月3日昆明市研究区域内重型柴油货车HC、CO、NO<em>x、PM2.5的排放量分别为11.7423,39.6386,102.2600,0.9192 kg;时间维度,重型柴油货车在2:00和22:00有明显的排放高峰,受路权及运输行业工作时间的影响;空间维度,排放的分布格局呈明显的空间异质性,受政策驱动的影响且与空间位置的布置密切相关,排放主要分布在汕昆高速、昆石高速及支路、立交交叉口处;区域内重型柴油货车小时平均速度、交通量与其小时排放量有密切关系。因此,可以针对重型柴油货车排放较高的时段和地区,采取必要的治理手段,深入开展污染防治行动,以减少排放,助力"十四五"规划和2035远景目标的实现。
2023, 41(4): 71-78,115.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304010
摘要:
开发兼具良好催化活性和优异稳定性的整体式催化剂是VOCs催化燃烧技术工业化应用的关键。传统的整体式催化剂通过在陶瓷载体上进行涂覆、浸渍等工艺制备而成,会导致活性组分分布不均、利用率低甚至失活等问题,从而降低整体式催化剂的性能。因此,利用泡沫镍与KMnO4之间的氧化还原反应,原位合成了MnO2整体式催化剂MnO2/NF-IS,考察了其催化氧化甲苯的性能,并通过XRD、SEM、TEM、H2-TPR、O2-TPD、XPS等手段对催化剂进行表征,并对MnO2/NF-IS催化氧化甲苯的反应路径进行探究。结果表明:基于泡沫镍原位合成的MnO2/NF-IS具有最佳的催化性能 (T90=248 ℃),优于粉末催化剂MnO2 (T90=271 ℃) 以及涂覆法制备的整体式催化剂MnO2/NF-WC (T90=293 ℃)。通过表征发现,MnO2/NF-IS具有特殊的多孔纳米片阵列的形貌和更高的氧空位含量,这可能是其性能优势的重要原因。研究成果为制备基于泡沫镍的MnO2整体式催化剂提供了新思路。
开发兼具良好催化活性和优异稳定性的整体式催化剂是VOCs催化燃烧技术工业化应用的关键。传统的整体式催化剂通过在陶瓷载体上进行涂覆、浸渍等工艺制备而成,会导致活性组分分布不均、利用率低甚至失活等问题,从而降低整体式催化剂的性能。因此,利用泡沫镍与KMnO4之间的氧化还原反应,原位合成了MnO2整体式催化剂MnO2/NF-IS,考察了其催化氧化甲苯的性能,并通过XRD、SEM、TEM、H2-TPR、O2-TPD、XPS等手段对催化剂进行表征,并对MnO2/NF-IS催化氧化甲苯的反应路径进行探究。结果表明:基于泡沫镍原位合成的MnO2/NF-IS具有最佳的催化性能 (T90=248 ℃),优于粉末催化剂MnO2 (T90=271 ℃) 以及涂覆法制备的整体式催化剂MnO2/NF-WC (T90=293 ℃)。通过表征发现,MnO2/NF-IS具有特殊的多孔纳米片阵列的形貌和更高的氧空位含量,这可能是其性能优势的重要原因。研究成果为制备基于泡沫镍的MnO2整体式催化剂提供了新思路。
2023, 41(4): 79-85,107.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304011
摘要:
针对严寒地区冬季生活垃圾发酵过程中细菌群落演替设计实验,探究发酵过程中不同温度下(0,10,15,20,30,40 ℃)的有机物含量变化及细菌温度响应特性。研究表明:在0~40 ℃内发酵前3 d渗滤液中有机物含量变化均呈先下降再上升的变化趋势,温度越高,渗滤液中有机物在第3天的COD值也越高,且3~6 d下降幅度增大,而后6~10 d内的回升幅度也增大。通过微生物测序发现,最优势菌门为厚壁菌门(Firmicutes),其相对丰度为64.41%~99.74%,最优势菌属为乳杆菌属(Lactobacillus),其相对丰度为13.18%~96.95%。在0 ℃发酵温度下,乳杆菌属(Lactobacillus)相对丰度占比下降迅速,魏斯氏菌属(Weissella)成为最优势菌属;在其他温度下,乳杆菌属(Lactobacillus)相对丰度占比均超过68.92%。结果表明:垃圾样品中细菌种类及数量受发酵温度影响显著,在15 ℃以上的发酵温度下,乳杆菌属(Lactobacillus)的数量均出现上升趋势,30 ℃发酵温度下增长幅度最大。乳杆菌属数量的增加对有机物的降解作用也增强,并对其他菌属有明显的抑制作用。从利于垃圾入炉焚烧的角度考虑,结合垃圾解冻能耗问题,建议将垃圾储存池温度设置为15~20 ℃。
针对严寒地区冬季生活垃圾发酵过程中细菌群落演替设计实验,探究发酵过程中不同温度下(0,10,15,20,30,40 ℃)的有机物含量变化及细菌温度响应特性。研究表明:在0~40 ℃内发酵前3 d渗滤液中有机物含量变化均呈先下降再上升的变化趋势,温度越高,渗滤液中有机物在第3天的COD值也越高,且3~6 d下降幅度增大,而后6~10 d内的回升幅度也增大。通过微生物测序发现,最优势菌门为厚壁菌门(Firmicutes),其相对丰度为64.41%~99.74%,最优势菌属为乳杆菌属(Lactobacillus),其相对丰度为13.18%~96.95%。在0 ℃发酵温度下,乳杆菌属(Lactobacillus)相对丰度占比下降迅速,魏斯氏菌属(Weissella)成为最优势菌属;在其他温度下,乳杆菌属(Lactobacillus)相对丰度占比均超过68.92%。结果表明:垃圾样品中细菌种类及数量受发酵温度影响显著,在15 ℃以上的发酵温度下,乳杆菌属(Lactobacillus)的数量均出现上升趋势,30 ℃发酵温度下增长幅度最大。乳杆菌属数量的增加对有机物的降解作用也增强,并对其他菌属有明显的抑制作用。从利于垃圾入炉焚烧的角度考虑,结合垃圾解冻能耗问题,建议将垃圾储存池温度设置为15~20 ℃。
2023, 41(4): 86-91,130.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304012
摘要:
城市污水中的微塑料被大量截留在污泥中,可能会影响后续的污泥厌氧消化过程,但已有的相关报道较少。以聚乙烯(PE)微塑料为研究对象,利用批次实验考察了不同浓度 PE 微塑料对污泥中温(37 ℃)和高温(55 ℃)厌氧消化体系性能的影响,定期测定产甲烷量、挥发性脂肪酸(VFAs)等理化指标,并用荧光法测定微生物的辅酶F420活性。结果表明:中温条件下,PE微塑料对污泥厌氧消化性能无明显影响;高温条件下,PE微塑料对污泥厌氧消化具有明显的抑制作用。浓度为1,10,100 mg/L的PE微塑料,导致累计甲烷产量分别降低了3.81%、3.27%和9.72%;100 mg/L的PE微塑料使消化反应末期(第28 天)出现了丙酸累积[(400±19) mg/L];荧光观察结果表明,PE微塑料对高温体系的作用可能源于辅酶F420活性下降,进而导致氢营养型产甲烷途径的抑制。因此,污泥的高温厌氧消化更容易受到PE微塑料的影响。
城市污水中的微塑料被大量截留在污泥中,可能会影响后续的污泥厌氧消化过程,但已有的相关报道较少。以聚乙烯(PE)微塑料为研究对象,利用批次实验考察了不同浓度 PE 微塑料对污泥中温(37 ℃)和高温(55 ℃)厌氧消化体系性能的影响,定期测定产甲烷量、挥发性脂肪酸(VFAs)等理化指标,并用荧光法测定微生物的辅酶F420活性。结果表明:中温条件下,PE微塑料对污泥厌氧消化性能无明显影响;高温条件下,PE微塑料对污泥厌氧消化具有明显的抑制作用。浓度为1,10,100 mg/L的PE微塑料,导致累计甲烷产量分别降低了3.81%、3.27%和9.72%;100 mg/L的PE微塑料使消化反应末期(第28 天)出现了丙酸累积[(400±19) mg/L];荧光观察结果表明,PE微塑料对高温体系的作用可能源于辅酶F420活性下降,进而导致氢营养型产甲烷途径的抑制。因此,污泥的高温厌氧消化更容易受到PE微塑料的影响。
2023, 41(4): 92-100.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304013
摘要:
以聚乙烯(PE)微塑料作为典型微塑料,在恒定碱性条件(pH=10)和非恒定碱性(初始pH=10)条件下,研究PE和剩余污泥厌氧发酵之间的相互作用机制。结果表明:在污泥厌氧发酵初始阶段,PE对产酸有明显的促进作用,而在后期呈相反趋势。厌氧发酵60 d时,恒定碱性条件下,投加PE组(R2)的VFAs产量与空白组R1相比降低了31.46%;在非恒定碱性条件下,投加PE组(R4)中VFAs产量与空白组R3相比降低了15.78%,说明PE长期胁迫对污泥厌氧发酵VFAs的产生有抑制作用。同时,PE会刺激微生物分泌更多的EPS(主要成分为蛋白质),降低Zeta电位并破坏EPS的结构。另外,综合扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、水接触角分析微塑料的性质特征发现,由于环境条件和微生物活动的影响,污泥厌氧发酵会导致PE老化,且非恒定碱性条件下微塑料的老化速率更快。
以聚乙烯(PE)微塑料作为典型微塑料,在恒定碱性条件(pH=10)和非恒定碱性(初始pH=10)条件下,研究PE和剩余污泥厌氧发酵之间的相互作用机制。结果表明:在污泥厌氧发酵初始阶段,PE对产酸有明显的促进作用,而在后期呈相反趋势。厌氧发酵60 d时,恒定碱性条件下,投加PE组(R2)的VFAs产量与空白组R1相比降低了31.46%;在非恒定碱性条件下,投加PE组(R4)中VFAs产量与空白组R3相比降低了15.78%,说明PE长期胁迫对污泥厌氧发酵VFAs的产生有抑制作用。同时,PE会刺激微生物分泌更多的EPS(主要成分为蛋白质),降低Zeta电位并破坏EPS的结构。另外,综合扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、水接触角分析微塑料的性质特征发现,由于环境条件和微生物活动的影响,污泥厌氧发酵会导致PE老化,且非恒定碱性条件下微塑料的老化速率更快。
2023, 41(4): 101-107.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304014
摘要:
采用安东帕流变仪对不同温度下含油污泥的流变性质进行测量,并通过拟合幂律方程得到相关流变参数。基于其流变特性,以空气-含油污泥为介质采用数值模拟方法研究了含油污泥温度以及反应器结构对气液两相流场、局部气含率分布以及通气搅拌功率的影响。结果表明:随着含油污泥温度升高,搅拌桨对液相扰动范围趋广,气含率分布趋于分散,气液两相混合程度愈加均匀,通气搅拌功率下降明显;对比4种不同反应器结构,双层桨分散性能最佳,液相平均流速最高,速度均匀度指数最低,在通气搅拌功率适宜的情况下其混合性能最佳。
采用安东帕流变仪对不同温度下含油污泥的流变性质进行测量,并通过拟合幂律方程得到相关流变参数。基于其流变特性,以空气-含油污泥为介质采用数值模拟方法研究了含油污泥温度以及反应器结构对气液两相流场、局部气含率分布以及通气搅拌功率的影响。结果表明:随着含油污泥温度升高,搅拌桨对液相扰动范围趋广,气含率分布趋于分散,气液两相混合程度愈加均匀,通气搅拌功率下降明显;对比4种不同反应器结构,双层桨分散性能最佳,液相平均流速最高,速度均匀度指数最低,在通气搅拌功率适宜的情况下其混合性能最佳。
2023, 41(4): 108-115.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304015
摘要:
以水稻秸秆(RS)为研究对象,研究了CO2/H2O气氛对其脱挥发分过程中焦产率、结构及其反应性的影响。采用傅里叶红外光谱(FTIR)及拉曼光谱(Raman)对不同条件下制备的RS焦进行表征,阐明不同反应气氛下RS焦的微观化学结构演化规律。采用热重分析仪(TGA)对制备的RS焦的燃烧反应性进行分析,揭示了CO2气氛、H2O气氛与CO2/H2O混合气氛对RS焦微观化学结构演化及反应性的作用机理。结果表明:CO2/H2O气氛下,生物质焦产率随着反应终温升高而降低,且在700 ℃以上焦产率差异较大;CO2/H2O混合气氛更有利于促进生物质焦中小芳香环系统的消耗和缩聚,CO2和H2O气氛在高温下对生物质焦的反应存在协同作用和竞争关系;制焦温度在700 ℃以上时,CO2/H2O气氛有助于改善生物质焦的燃烧特性。
以水稻秸秆(RS)为研究对象,研究了CO2/H2O气氛对其脱挥发分过程中焦产率、结构及其反应性的影响。采用傅里叶红外光谱(FTIR)及拉曼光谱(Raman)对不同条件下制备的RS焦进行表征,阐明不同反应气氛下RS焦的微观化学结构演化规律。采用热重分析仪(TGA)对制备的RS焦的燃烧反应性进行分析,揭示了CO2气氛、H2O气氛与CO2/H2O混合气氛对RS焦微观化学结构演化及反应性的作用机理。结果表明:CO2/H2O气氛下,生物质焦产率随着反应终温升高而降低,且在700 ℃以上焦产率差异较大;CO2/H2O混合气氛更有利于促进生物质焦中小芳香环系统的消耗和缩聚,CO2和H2O气氛在高温下对生物质焦的反应存在协同作用和竞争关系;制焦温度在700 ℃以上时,CO2/H2O气氛有助于改善生物质焦的燃烧特性。
2023, 41(4): 116-122,169.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304016
摘要:
小麦富镉(Cd)问题受到广泛关注,耕层重构技术具备降Cd潜力。通过大田实验,探究耕层重构和深翻耕技术对土壤-小麦系统Cd污染的控制效果及其风险。结果表明:土壤耕作层(0~20 cm)中的Cd总量是影响小麦籽粒Cd含量的关键因子。耕层重构技术通过互换深层土壤(30~60 cm)和表层土壤(0~30 cm),能够显著降低耕作层(0~20 cm)土壤Cd总量和Cd有效态含量,并使小麦籽粒Cd含量降低17.3%~24.6%。深翻耕技术通过混匀0~30 cm土壤,能够降低耕作层土壤Cd总量,但会导致土壤Cd有效态含量升高,进而促进小麦籽粒Cd富集。耕层重构和深翻耕对小麦营养元素吸收影响均较小。耕层重构技术的处理深度较大而深翻耕处理深度不足,因此耕层重构技术的土壤降Cd能力、小麦降Cd能力和不确定性均优于深翻耕处理,适用于中轻度Cd污染[ρ(Cd)>1.2 mg/kg]农田修复。耕层重构技术与补施Ca、Mg肥等农艺措施的组合应用可有效提高降Cd效率。
小麦富镉(Cd)问题受到广泛关注,耕层重构技术具备降Cd潜力。通过大田实验,探究耕层重构和深翻耕技术对土壤-小麦系统Cd污染的控制效果及其风险。结果表明:土壤耕作层(0~20 cm)中的Cd总量是影响小麦籽粒Cd含量的关键因子。耕层重构技术通过互换深层土壤(30~60 cm)和表层土壤(0~30 cm),能够显著降低耕作层(0~20 cm)土壤Cd总量和Cd有效态含量,并使小麦籽粒Cd含量降低17.3%~24.6%。深翻耕技术通过混匀0~30 cm土壤,能够降低耕作层土壤Cd总量,但会导致土壤Cd有效态含量升高,进而促进小麦籽粒Cd富集。耕层重构和深翻耕对小麦营养元素吸收影响均较小。耕层重构技术的处理深度较大而深翻耕处理深度不足,因此耕层重构技术的土壤降Cd能力、小麦降Cd能力和不确定性均优于深翻耕处理,适用于中轻度Cd污染[ρ(Cd)>1.2 mg/kg]农田修复。耕层重构技术与补施Ca、Mg肥等农艺措施的组合应用可有效提高降Cd效率。
2023, 41(4): 123-130.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304017
摘要:
以模拟生活污水为处理对象,在常规A2NSBR工艺厌氧释磷后插入一段曝气吸磷过程,通过运行条件的优化,寻求解决后续缺氧段中硝酸盐与磷酸盐浓度的匹配问题,并在此基础上研究了改进后A2NSBR工艺的除磷脱氮特性及其缺氧段的运行控制问题。结果表明:在厌氧释磷后插入一段曝气吸磷过程,控制后续的缺氧搅拌初始ρ(NO-3-N)/ρ(PO3-4-P)为1.15~1.3时,可以提高系统反硝化除磷过程的稳定性,可避免因ρ(NO-3-N)/ρ(PO3-4-P)过低而出现"二次无效释磷"现象,并可将pH在线参数由上升转为下降的峰值点,作为在线控制缺氧段反硝化除磷过程结束的依据;取SBR池的充排水比为0.67时,系统能为其缺氧段初提供的NO-3-N量仅约为进水NH+4-N的40%;优化后改进型A2NSBR工艺典型周期的出水ρ(COD)为15.3 mg/L,出水ρ(PO3-4-P)、ρ(NO-3-N)、ρ(NH+4-N)和ρ(TN)的均值分别为0.27,0.36,12.81,13.17 mg/L,相应的COD、PO3-4-P和TN去除率依次为96.7%、96.8%和78.3%。
以模拟生活污水为处理对象,在常规A2NSBR工艺厌氧释磷后插入一段曝气吸磷过程,通过运行条件的优化,寻求解决后续缺氧段中硝酸盐与磷酸盐浓度的匹配问题,并在此基础上研究了改进后A2NSBR工艺的除磷脱氮特性及其缺氧段的运行控制问题。结果表明:在厌氧释磷后插入一段曝气吸磷过程,控制后续的缺氧搅拌初始ρ(NO-3-N)/ρ(PO3-4-P)为1.15~1.3时,可以提高系统反硝化除磷过程的稳定性,可避免因ρ(NO-3-N)/ρ(PO3-4-P)过低而出现"二次无效释磷"现象,并可将pH在线参数由上升转为下降的峰值点,作为在线控制缺氧段反硝化除磷过程结束的依据;取SBR池的充排水比为0.67时,系统能为其缺氧段初提供的NO-3-N量仅约为进水NH+4-N的40%;优化后改进型A2NSBR工艺典型周期的出水ρ(COD)为15.3 mg/L,出水ρ(PO3-4-P)、ρ(NO-3-N)、ρ(NH+4-N)和ρ(TN)的均值分别为0.27,0.36,12.81,13.17 mg/L,相应的COD、PO3-4-P和TN去除率依次为96.7%、96.8%和78.3%。
2023, 41(4): 131-136.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304018
摘要:
为改善土壤一体机内破碎混拌设备的颗粒混匀效果,基于混合动力学原理和离散单元法(discrete element method, DEM)计算平台,开发了污染土壤与修复药剂粉末颗粒混合过程的数值计算模型。通过研究混合体系中离散颗粒和混合部件之间的相互作用、颗粒分布和碰撞次数,设计混合均匀度、混合质量评价公式进行混匀效率的定量分析。结果表明:土壤颗粒大小和刀辊转速对土壤与药剂的混合均匀度具有重要影响,并基于此提出改进建议,以期为改善土壤修复一体机性能提供技术指导。
为改善土壤一体机内破碎混拌设备的颗粒混匀效果,基于混合动力学原理和离散单元法(discrete element method, DEM)计算平台,开发了污染土壤与修复药剂粉末颗粒混合过程的数值计算模型。通过研究混合体系中离散颗粒和混合部件之间的相互作用、颗粒分布和碰撞次数,设计混合均匀度、混合质量评价公式进行混匀效率的定量分析。结果表明:土壤颗粒大小和刀辊转速对土壤与药剂的混合均匀度具有重要影响,并基于此提出改进建议,以期为改善土壤修复一体机性能提供技术指导。
2023, 41(4): 137-142.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304019
摘要:
某污水深度污水处理厂的瞬时进水量波动较大,反硝化生物滤池存在碳源投加不经济和出水TN不稳定的问题。根据历史甲醇投加量及水质数据得知,实际反硝化C/N约为7,制定了《甲醇加药量指导表》。操作人员可根据进水流量、进水TN数据,在该表中查询所需设定的甲醇投加流量。操作人员每小时调整1次甲醇投加量,从而实现了甲醇投加量的人工精细化调控。进水TN以"NO-3-N+常数n"表示,其中NO-3-N由曝气滤池总出水的硝态氮仪表读取,"常数n"则根据出水在线监测数据校核或调整,一般相对稳定且为2左右。尽管反硝化所需的碳氮比是变化的,且随着TN去除量的降低而升高,但仍可通过调整"常数n"的取值,实现甲醇投加量的精细化调控。通过精细化调控,使得出水TN平均值由5 mg/L稳定提高至8 mg/L,节约了约3 mg/L TN所消耗的碳源。预计精细化调控可实现年均出水ρ(TN)提高2 mg/L,年节约25%(150万元)的甲醇药剂费,基本可达到与自动化精确加药相当的效果。该方法操作简单,具有一定的工程应用价值。
某污水深度污水处理厂的瞬时进水量波动较大,反硝化生物滤池存在碳源投加不经济和出水TN不稳定的问题。根据历史甲醇投加量及水质数据得知,实际反硝化C/N约为7,制定了《甲醇加药量指导表》。操作人员可根据进水流量、进水TN数据,在该表中查询所需设定的甲醇投加流量。操作人员每小时调整1次甲醇投加量,从而实现了甲醇投加量的人工精细化调控。进水TN以"NO-3-N+常数n"表示,其中NO-3-N由曝气滤池总出水的硝态氮仪表读取,"常数n"则根据出水在线监测数据校核或调整,一般相对稳定且为2左右。尽管反硝化所需的碳氮比是变化的,且随着TN去除量的降低而升高,但仍可通过调整"常数n"的取值,实现甲醇投加量的精细化调控。通过精细化调控,使得出水TN平均值由5 mg/L稳定提高至8 mg/L,节约了约3 mg/L TN所消耗的碳源。预计精细化调控可实现年均出水ρ(TN)提高2 mg/L,年节约25%(150万元)的甲醇药剂费,基本可达到与自动化精确加药相当的效果。该方法操作简单,具有一定的工程应用价值。
2023, 41(4): 143-148.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304020
摘要:
近年来,极端天气发生频繁,城市化建设急速发展,由于强降雨导致的城市轨道交通内涝,给轨道交通正常运营带来极大的安全隐患,基于雨水管理的海绵城市建设对解决车辆基地径流问题具有重要作用。基于NSGA-Ⅱ构建以径流总量控制率、节点超载总时间和LID工程总成本为目标函数的LID优化布置算法,从模型角度优化LID措施的组合方案及规模,避免情景方案中人工枚举不全面的问题;并以上海市某车辆基地为研究区域,探究区域的LID布设方案。模拟结果表明:耦合SWMM和优化算法可生成一系列兼顾上述三目标的LID布设方案,有效削减了区域雨水径流总量和洪峰流量,提高区域排水能力,为车辆基地的LID方案设计提供技术支持。
近年来,极端天气发生频繁,城市化建设急速发展,由于强降雨导致的城市轨道交通内涝,给轨道交通正常运营带来极大的安全隐患,基于雨水管理的海绵城市建设对解决车辆基地径流问题具有重要作用。基于NSGA-Ⅱ构建以径流总量控制率、节点超载总时间和LID工程总成本为目标函数的LID优化布置算法,从模型角度优化LID措施的组合方案及规模,避免情景方案中人工枚举不全面的问题;并以上海市某车辆基地为研究区域,探究区域的LID布设方案。模拟结果表明:耦合SWMM和优化算法可生成一系列兼顾上述三目标的LID布设方案,有效削减了区域雨水径流总量和洪峰流量,提高区域排水能力,为车辆基地的LID方案设计提供技术支持。
2023, 41(4): 149-153.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304021
摘要:
供水系统短期需水量预测是供水管网优化调度的基础,预测的准确性对供水调度有重要影响。图神经网络是一种新型神经网络架构,通过学习对象的拓扑特征优化学习效果。利用供水管网的拓扑特征搭建了图波网络(Graph Wavenet)模型,用于学习供水管网各监测点的空间拓扑关系及其需水量时间序列关系,实现了更准确的供水管网短期需水量预测。使用真实管网历史数据训练Graph Wave Net模型,未来5 min预测的最小百分比误差达到1.28%,平均百分比误差达到1.34%。实验成功地将给水管网拓扑结构用于优化深度学习模型效果,使用图卷积网络模型有效提升了供水管网短期需水量预测精度。并对图神经网络在供水管网领域的应用前景进行了简要探讨。
供水系统短期需水量预测是供水管网优化调度的基础,预测的准确性对供水调度有重要影响。图神经网络是一种新型神经网络架构,通过学习对象的拓扑特征优化学习效果。利用供水管网的拓扑特征搭建了图波网络(Graph Wavenet)模型,用于学习供水管网各监测点的空间拓扑关系及其需水量时间序列关系,实现了更准确的供水管网短期需水量预测。使用真实管网历史数据训练Graph Wave Net模型,未来5 min预测的最小百分比误差达到1.28%,平均百分比误差达到1.34%。实验成功地将给水管网拓扑结构用于优化深度学习模型效果,使用图卷积网络模型有效提升了供水管网短期需水量预测精度。并对图神经网络在供水管网领域的应用前景进行了简要探讨。
2023, 41(4): 154-163.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304022
摘要:
暴雨过后河湖浑浊度急剧升高,严重干扰了河湖水生态修复工程中沉水植物的恢复和重建。针对水生态修复原位混凝控浊过程中混凝剂选型和投加量难以确定的问题,对模拟河湖浑浊水样进行混凝实验并构建混凝预测数据集,采用BP神经网络模型对混凝剂投加量进行预测,并结合遗传算法对模型进行优化。基于混凝实验结果,选取综合混凝效果更佳和成本更低的混凝剂(硫酸铝),和不同投加量间混凝效果存在显著差异的混凝剂投加量范围在0~30 mg/L的混凝数据进行混凝预测模型的训练。结果表明:1)BP神经网络回归模型性能(R2=0.78)优于多元非线性、多元线性回归模型和BP神经网络分类模型,88.67%的样本预测绝对误差<5 mg/L;经遗传算法优化后,模型R2提升至0.86%且95%以上的样本预测绝对误差<5 mg/L,说明遗传算法有效提升了模型的预测精度和预测稳定性。2)混凝剂投药梯度是除建模数据量之外另一个影响模型性能的重要因素,在实际工程应用中,应尽可能增加建模数据量和降低投药梯度,以提高混凝投药预测模型性能。研究结果可为水生态修复原位混凝控浊过程中混凝剂种类和投加量的选择提供可靠理论依据。
暴雨过后河湖浑浊度急剧升高,严重干扰了河湖水生态修复工程中沉水植物的恢复和重建。针对水生态修复原位混凝控浊过程中混凝剂选型和投加量难以确定的问题,对模拟河湖浑浊水样进行混凝实验并构建混凝预测数据集,采用BP神经网络模型对混凝剂投加量进行预测,并结合遗传算法对模型进行优化。基于混凝实验结果,选取综合混凝效果更佳和成本更低的混凝剂(硫酸铝),和不同投加量间混凝效果存在显著差异的混凝剂投加量范围在0~30 mg/L的混凝数据进行混凝预测模型的训练。结果表明:1)BP神经网络回归模型性能(R2=0.78)优于多元非线性、多元线性回归模型和BP神经网络分类模型,88.67%的样本预测绝对误差<5 mg/L;经遗传算法优化后,模型R2提升至0.86%且95%以上的样本预测绝对误差<5 mg/L,说明遗传算法有效提升了模型的预测精度和预测稳定性。2)混凝剂投药梯度是除建模数据量之外另一个影响模型性能的重要因素,在实际工程应用中,应尽可能增加建模数据量和降低投药梯度,以提高混凝投药预测模型性能。研究结果可为水生态修复原位混凝控浊过程中混凝剂种类和投加量的选择提供可靠理论依据。
2023, 41(4): 164-169.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304023
摘要:
为评价大连地区畜禽养殖区周边水体抗生素的污染状况和生态风险,建立了大体积直接进样/液相色谱-质谱法,分析畜禽养殖区周边水体中6类22种抗生素的赋存浓度、时空分布特征,并利用风险熵值法进行生态风险评估。结果表明:1)畜禽养殖区周边水体中19种抗生素均有不同程度检出,检出浓度在2~2590 ng/L;2)畜禽养殖区周边水体抗生素的分布特征为河流水>水塘水>地下水,抗生素浓度枯水期>丰水期,不同类型抗生素空间分布规律差异明显;3)畜禽养殖区周边水体中,罗红霉素、脱水红霉素、诺氟沙星和磺胺甲噁唑存在高生态风险,其余种类呈现中低风险。研究显示,大连地区畜禽养殖区周边水体中抗生素含量水平中等偏高,大环内酯类、磺胺类抗生素是主要风险因子。
为评价大连地区畜禽养殖区周边水体抗生素的污染状况和生态风险,建立了大体积直接进样/液相色谱-质谱法,分析畜禽养殖区周边水体中6类22种抗生素的赋存浓度、时空分布特征,并利用风险熵值法进行生态风险评估。结果表明:1)畜禽养殖区周边水体中19种抗生素均有不同程度检出,检出浓度在2~2590 ng/L;2)畜禽养殖区周边水体抗生素的分布特征为河流水>水塘水>地下水,抗生素浓度枯水期>丰水期,不同类型抗生素空间分布规律差异明显;3)畜禽养殖区周边水体中,罗红霉素、脱水红霉素、诺氟沙星和磺胺甲噁唑存在高生态风险,其余种类呈现中低风险。研究显示,大连地区畜禽养殖区周边水体中抗生素含量水平中等偏高,大环内酯类、磺胺类抗生素是主要风险因子。
2023, 41(4): 170-177.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304024
摘要:
卡马西平使用量较大且在自然水体中检出率较高,是一种重要的微污染物。基于卡马西平对我国淡水生物的急慢性毒性数据,推导保护我国淡水生物的水质基准。结合我国地表水中卡马西平暴露浓度数据,评估我国淡水环境中卡马西平的生态风险。结果表明:1)卡马西平的急性数据涵盖5门8科10个物种,其中,水螅(Hydra vulgaris)是最敏感的物种;慢性数据涵盖4门10科18个物种,其中,静水椎实螺(Lymnaea stagnalis)是最敏感的物种;2)毒性百分数排序法推导卡马西平的短期与长期基准值分别为2.17,0.0034 mg/L;物种敏感度分布法推导卡马西平的短期与长期基准值分别为7.49,0.004 mg/L;综合评判认为宜采用物种敏感度分布法推导的水质基准值;3)共收集2010—2022年我国地表水中卡马西平的浓度数据338个,使用概率评估法对我国地表水进行了风险评估,结果显示卡马西平的整体风险较低。该研究将为卡马西平的环境管理提供数据支撑和科学指导。
卡马西平使用量较大且在自然水体中检出率较高,是一种重要的微污染物。基于卡马西平对我国淡水生物的急慢性毒性数据,推导保护我国淡水生物的水质基准。结合我国地表水中卡马西平暴露浓度数据,评估我国淡水环境中卡马西平的生态风险。结果表明:1)卡马西平的急性数据涵盖5门8科10个物种,其中,水螅(Hydra vulgaris)是最敏感的物种;慢性数据涵盖4门10科18个物种,其中,静水椎实螺(Lymnaea stagnalis)是最敏感的物种;2)毒性百分数排序法推导卡马西平的短期与长期基准值分别为2.17,0.0034 mg/L;物种敏感度分布法推导卡马西平的短期与长期基准值分别为7.49,0.004 mg/L;综合评判认为宜采用物种敏感度分布法推导的水质基准值;3)共收集2010—2022年我国地表水中卡马西平的浓度数据338个,使用概率评估法对我国地表水进行了风险评估,结果显示卡马西平的整体风险较低。该研究将为卡马西平的环境管理提供数据支撑和科学指导。
2023, 41(4): 185-194.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304026
摘要:
从区域生态系统综合评估视角,对赤水河流域2001—2020年生态格局、质量和功能现状和变化特征开展定量评估,耦合社会经济指标,识别流域生态保护特点和空间分异规律。结果表明:赤水河流域上、中、下游各子流域在各评估指标中均表现出明显的梯度变化特征,流域下游生态本底最好,中游其次,上游最差。具体来看,流域下游生态格局和功能较为稳定,并且呈稳中向好的变化特征,如位于下游的大同河子流域以森林生态系统为主,生态质量指数为74.22,是整个赤水河流域中最高的区域。从生态保护与经济社会发展的协调性来看,下游体现出生态保护和民生改善"双赢"的特点;流域中游和上游生态格局和功能指标受干扰最大,部分子流域明显变差,如上游的倒流河河口至小河渡口子流域最为典型,单位面积水源涵养量年均降幅达到1.21万m3/km2,流域上游人均GDP增速最慢,仅为0.08万元/a,仅为流域中游人均GDP增速的1.9%,需要在加大生态保护力度的同时探索经济社会发展的新增长模式。
从区域生态系统综合评估视角,对赤水河流域2001—2020年生态格局、质量和功能现状和变化特征开展定量评估,耦合社会经济指标,识别流域生态保护特点和空间分异规律。结果表明:赤水河流域上、中、下游各子流域在各评估指标中均表现出明显的梯度变化特征,流域下游生态本底最好,中游其次,上游最差。具体来看,流域下游生态格局和功能较为稳定,并且呈稳中向好的变化特征,如位于下游的大同河子流域以森林生态系统为主,生态质量指数为74.22,是整个赤水河流域中最高的区域。从生态保护与经济社会发展的协调性来看,下游体现出生态保护和民生改善"双赢"的特点;流域中游和上游生态格局和功能指标受干扰最大,部分子流域明显变差,如上游的倒流河河口至小河渡口子流域最为典型,单位面积水源涵养量年均降幅达到1.21万m3/km2,流域上游人均GDP增速最慢,仅为0.08万元/a,仅为流域中游人均GDP增速的1.9%,需要在加大生态保护力度的同时探索经济社会发展的新增长模式。
2023, 41(4): 195-204.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304027
摘要:
在追求废弃物资源化利用的过程中,生物质转化技术受到广泛关注。水热碳化法目前被认为是将高含水率生物质转化为生物炭的最有效技术之一,其与传统的热解炭相比,获得的水热炭具有灰分低、热值高、比表面积大、吸附能力强等特点。然而,生物质原料的差异需要更高的能耗优化,以此提高水热炭产率和性能。添加催化剂可以克服这一问题,对提高原料的反应速率及水热炭热稳定性具有重要意义,但少有文献归纳总结催化剂在生物质水热碳化过程中的应用。将催化剂分为盐类、酸类、金属氧化物、沸石和组合催化5种类型,探讨添加催化剂对水热炭产率和理化性质的影响,分析各类催化剂的催化反应机理,总结其在水热碳化中的催化特点,并讨论了催化剂在生物质水热碳化中未来重点研究方向。
在追求废弃物资源化利用的过程中,生物质转化技术受到广泛关注。水热碳化法目前被认为是将高含水率生物质转化为生物炭的最有效技术之一,其与传统的热解炭相比,获得的水热炭具有灰分低、热值高、比表面积大、吸附能力强等特点。然而,生物质原料的差异需要更高的能耗优化,以此提高水热炭产率和性能。添加催化剂可以克服这一问题,对提高原料的反应速率及水热炭热稳定性具有重要意义,但少有文献归纳总结催化剂在生物质水热碳化过程中的应用。将催化剂分为盐类、酸类、金属氧化物、沸石和组合催化5种类型,探讨添加催化剂对水热炭产率和理化性质的影响,分析各类催化剂的催化反应机理,总结其在水热碳化中的催化特点,并讨论了催化剂在生物质水热碳化中未来重点研究方向。
2023, 41(4): 205-212.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304028
摘要:
汞污染场地特征识别与风险管控是《关于汞的水俣公约》中重要的履约计划。围绕当前我国场地尺度汞污染特征不清、风险管理模式不健全的问题,深入研究了人为活动汞的物质流向与管控行业场地潜在的污染途径,系统分析了当前场地尺度汞的主要来源、赋存形态、空间迁移与形态转化,并以原生汞矿选冶矿山作为典型汞污染场地,构建了场地概念模型并对风险评价与分类管控对策进行研究。结果表明:我国汞污染场地多存在于原矿开采、汞触媒、氯碱、聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)、废物处置等有意汞排放行业,以及燃煤电厂、有色金属、水泥生产等无意汞排放行业。场地中的汞以无机和有机复杂形态赋存,并可发生介质间迁移与形态间的转化,对场地风险的精准评估形成挑战。汞污染场地潜在暴露情景的场地概念模型表明:汞可通过经口、呼吸、饮水、饮食等多途径进入人体并形成不可接受的健康风险。根据国外场地风险评价理论与管理实践,并结合我国的实际情况,提出基于汞生物化学转化过程的精准风险评价与风险优先级相适应的分类修复/风险管控,以期成为一种科学规范、环境友好、可持续的汞污染场地风险管理对策。最后对汞污染场地风险评价方法与管控对策研究的发展方向作出展望。
汞污染场地特征识别与风险管控是《关于汞的水俣公约》中重要的履约计划。围绕当前我国场地尺度汞污染特征不清、风险管理模式不健全的问题,深入研究了人为活动汞的物质流向与管控行业场地潜在的污染途径,系统分析了当前场地尺度汞的主要来源、赋存形态、空间迁移与形态转化,并以原生汞矿选冶矿山作为典型汞污染场地,构建了场地概念模型并对风险评价与分类管控对策进行研究。结果表明:我国汞污染场地多存在于原矿开采、汞触媒、氯碱、聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)、废物处置等有意汞排放行业,以及燃煤电厂、有色金属、水泥生产等无意汞排放行业。场地中的汞以无机和有机复杂形态赋存,并可发生介质间迁移与形态间的转化,对场地风险的精准评估形成挑战。汞污染场地潜在暴露情景的场地概念模型表明:汞可通过经口、呼吸、饮水、饮食等多途径进入人体并形成不可接受的健康风险。根据国外场地风险评价理论与管理实践,并结合我国的实际情况,提出基于汞生物化学转化过程的精准风险评价与风险优先级相适应的分类修复/风险管控,以期成为一种科学规范、环境友好、可持续的汞污染场地风险管理对策。最后对汞污染场地风险评价方法与管控对策研究的发展方向作出展望。
2023, 41(4): 213-224.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304029
摘要:
大气污染物的短期预测,对制定有效的大气环境治理措施和降低居民健康风险具有重要的实际参考价值。组合模型通过数据分解挖掘时间序列中蕴含的时频信息,可以进行精准且可靠的预测,已成为大气污染物短期预测的发展趋势。从时间尺度,将现有的大气污染物短期预测方法进行梳理,重点综述了基于小波分解、经验模态分解和变分模态分解的组合模型。随后,依据处理目的,将现有模型组合结构的优化方向归纳为数据降噪、二次分解、分量处理和误差修正,并对各结构的优缺点与适用范围进行总结。结果发现:4种组合结构并非普遍适用于所有预测情况,应根据数据特征等条件有选择性地使用。最后,总结了现存组合预测模型存在的问题,指出未来应从自适应组合结构、数据特征对性能影响和模型多性能平衡的角度开展相关研究。
大气污染物的短期预测,对制定有效的大气环境治理措施和降低居民健康风险具有重要的实际参考价值。组合模型通过数据分解挖掘时间序列中蕴含的时频信息,可以进行精准且可靠的预测,已成为大气污染物短期预测的发展趋势。从时间尺度,将现有的大气污染物短期预测方法进行梳理,重点综述了基于小波分解、经验模态分解和变分模态分解的组合模型。随后,依据处理目的,将现有模型组合结构的优化方向归纳为数据降噪、二次分解、分量处理和误差修正,并对各结构的优缺点与适用范围进行总结。结果发现:4种组合结构并非普遍适用于所有预测情况,应根据数据特征等条件有选择性地使用。最后,总结了现存组合预测模型存在的问题,指出未来应从自适应组合结构、数据特征对性能影响和模型多性能平衡的角度开展相关研究。
2023, 41(4): 225-233.
doi: 10.13205/j.hjgc.202304030
摘要:
放射性废树脂的安全处理与处置是影响核能健康、可持续发展的重要因素之一。综述了国际上放射性废树脂处理与整备技术,如水泥固化、化学氧化、焚烧、超临界水氧化、超压处理等,从基本原理、技术特点、二次废物、减容比和应用现状等方面进行了比较分析,明确了当前处理与整备技术的发展理念是实现"废物最小化"和废物处置长期稳定性。其中超临界水氧化、蒸汽重整、冷坩埚等新技术是未来的发展方向。分别指出了其所面临的问题和研究重点。最后,结合实际需要,提出了我国放射性废树脂处理与整备技术的发展思路和重点研究方向。
放射性废树脂的安全处理与处置是影响核能健康、可持续发展的重要因素之一。综述了国际上放射性废树脂处理与整备技术,如水泥固化、化学氧化、焚烧、超临界水氧化、超压处理等,从基本原理、技术特点、二次废物、减容比和应用现状等方面进行了比较分析,明确了当前处理与整备技术的发展理念是实现"废物最小化"和废物处置长期稳定性。其中超临界水氧化、蒸汽重整、冷坩埚等新技术是未来的发展方向。分别指出了其所面临的问题和研究重点。最后,结合实际需要,提出了我国放射性废树脂处理与整备技术的发展思路和重点研究方向。
