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2023年 第41卷 第5期
2023, 41(5): 1-7,38.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305001
摘要:
高温热水解是促进低有机质污泥厌氧水解过程的有效方法,探讨不同含固率下低有机质污泥高温热水解后物质溶出规律,可为实现其高效厌氧发酵提供基础理论依据。通过序批式实验和相关性分析研究了含固率、温度和时间对高温热水解污泥中物质溶出的影响。结果表明:污泥中物质溶出特性与温度、含固率的相关性均较高(P=0.272~0.757,0.249~0.774)。除含固率6%的污泥外,8%、10%及12%含固率污泥中可溶糖、可溶蛋白质、总挥发性脂肪酸(TVFA)、溶解性有机碳(SOC)浓度随处理温度提高而增大,而pH则相反。除含固率的8%污泥外,氨氮(NH4+-N)和游离氨(FAN)浓度亦随含固率、热水解温度的提高而增大。当处理温度相同时,可溶糖、可溶蛋白质、TVFA、SOC、NH4+-N、FAN浓度总体上随含固率的升高而升高,而含固率变化对pH无显著影响。同时,含固率6%~10%的污泥中可溶蛋白质的溶出率高于可溶糖,随着含固率的增加,可溶蛋白质溶出率增幅有所降低;含固率为6%和12%时,TVFA增加不明显;SOC与SCOD的变化规律一致,主要取决于可溶蛋白质溶出浓度的变化。
高温热水解是促进低有机质污泥厌氧水解过程的有效方法,探讨不同含固率下低有机质污泥高温热水解后物质溶出规律,可为实现其高效厌氧发酵提供基础理论依据。通过序批式实验和相关性分析研究了含固率、温度和时间对高温热水解污泥中物质溶出的影响。结果表明:污泥中物质溶出特性与温度、含固率的相关性均较高(P=0.272~0.757,0.249~0.774)。除含固率6%的污泥外,8%、10%及12%含固率污泥中可溶糖、可溶蛋白质、总挥发性脂肪酸(TVFA)、溶解性有机碳(SOC)浓度随处理温度提高而增大,而pH则相反。除含固率的8%污泥外,氨氮(NH4+-N)和游离氨(FAN)浓度亦随含固率、热水解温度的提高而增大。当处理温度相同时,可溶糖、可溶蛋白质、TVFA、SOC、NH4+-N、FAN浓度总体上随含固率的升高而升高,而含固率变化对pH无显著影响。同时,含固率6%~10%的污泥中可溶蛋白质的溶出率高于可溶糖,随着含固率的增加,可溶蛋白质溶出率增幅有所降低;含固率为6%和12%时,TVFA增加不明显;SOC与SCOD的变化规律一致,主要取决于可溶蛋白质溶出浓度的变化。
2023, 41(5): 8-15.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305002
摘要:
针对我国大中型灌区典型的农田排水体系(毛-农-斗-支-干多级排水沟道),以上海市崇明岛新海农场的稻田为切入点,运用单因素方差分析和主坐标分析对农田排水水质进行评价,研究不同尺度排水沟道中氮、磷污染物的时空变化特征,并揭示逐级排水系统对氮、磷污染物的去除规律;结合Spearman相关性分析,探明影响不同尺度排水沟道中氮、磷去除效率的主要因素。结果表明:不同尺度农田排水沟道中NH4+-N、NO3--N、NO2--N、AP和PP浓度在水稻全生长期内总体表现出与TN、TP相一致的变化规律,即水稻播种期(6月)和分蘖期(7月)浓度较高,灌浆成熟期(10月)最低,抽穗扬花期(8月)呈大幅波动状态。毛-农-斗-支-干沟道分别可削减TN为13.30%、39.24%、11.23%、5.27%、8.86%和TP为13.20%、36.57%、9.10%、13.18%、11.07%。农田排水沟道的尺度效应是引起水体理化性质变化,进而造成氮、磷去除效率差异的重要原因。农沟独特的尺寸结构和环境特征使其成为削减氮、磷的热区,在今后的生态型排水通道建设中应加强对农沟的生态化改造。
针对我国大中型灌区典型的农田排水体系(毛-农-斗-支-干多级排水沟道),以上海市崇明岛新海农场的稻田为切入点,运用单因素方差分析和主坐标分析对农田排水水质进行评价,研究不同尺度排水沟道中氮、磷污染物的时空变化特征,并揭示逐级排水系统对氮、磷污染物的去除规律;结合Spearman相关性分析,探明影响不同尺度排水沟道中氮、磷去除效率的主要因素。结果表明:不同尺度农田排水沟道中NH4+-N、NO3--N、NO2--N、AP和PP浓度在水稻全生长期内总体表现出与TN、TP相一致的变化规律,即水稻播种期(6月)和分蘖期(7月)浓度较高,灌浆成熟期(10月)最低,抽穗扬花期(8月)呈大幅波动状态。毛-农-斗-支-干沟道分别可削减TN为13.30%、39.24%、11.23%、5.27%、8.86%和TP为13.20%、36.57%、9.10%、13.18%、11.07%。农田排水沟道的尺度效应是引起水体理化性质变化,进而造成氮、磷去除效率差异的重要原因。农沟独特的尺寸结构和环境特征使其成为削减氮、磷的热区,在今后的生态型排水通道建设中应加强对农沟的生态化改造。
2023, 41(5): 22-29.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305004
摘要:
湖泊沉水植物表面的附生藻类参与生态系统生物地球化学循环,对水环境的变化响应迅速,附生藻类爆发会限制沉水植物的光合作用并导致其退化。针对雄安新区白洋淀的优势沉水植物金鱼藻(Ceratophyllum demersum)附生藻类群落展开研究,进行了金鱼藻休眠期和生长期的附生藻类调查及水体理化指标监测,分析了附生藻类群落结构特征及其与环境因素的相关关系,明确了金鱼藻休眠期和生长期附生藻类的群落特征及各藻门的关键环境影响因素。结果表明:在白洋淀沉水植物生长期和休眠期,硅藻的多样性和物种丰富度均最高,各藻门附着紧密程度顺序为硅藻门(Bacillariophyta)＞绿藻门(Chlorophyta)＞蓝藻门(Cyanophyta)＞金藻门(Chrysophyta)。N/P对各藻门均存在显著影响,其中硅藻门卵形藻属(Cocconeis)、针杆藻属(Synedra)和脆杆藻属(Fragilaria)对N/P的适宜生态幅较宽,是当前白洋淀的全年优势物种(属);小环藻属(Cyclotella)、直链藻属(Melosira)、短缝藻属(Eunotia)、舟形藻属(Navicula)和异极藻属(Gomphonema)仅在休眠期高N/P条件下是优势种,更适宜在高N/P环境生存,生长期易受低N/P条件下的氮限制。溶解氧和总磷分别显著影响生长期和休眠期蓝藻丰度。N/P与蓝藻之间存在正反馈调节关系,且能显著影响绿藻的定植。为防止附生藻类爆发导致沉水植物退化,建议在白洋淀沉水植物生长期控制氮输入并增加补水,抑制绿藻和蓝藻的繁殖及其在植物表面的附着生长;在沉水植物休眠期控制磷输入,以预防硅藻爆发,保护沉水植物生长。
湖泊沉水植物表面的附生藻类参与生态系统生物地球化学循环,对水环境的变化响应迅速,附生藻类爆发会限制沉水植物的光合作用并导致其退化。针对雄安新区白洋淀的优势沉水植物金鱼藻(Ceratophyllum demersum)附生藻类群落展开研究,进行了金鱼藻休眠期和生长期的附生藻类调查及水体理化指标监测,分析了附生藻类群落结构特征及其与环境因素的相关关系,明确了金鱼藻休眠期和生长期附生藻类的群落特征及各藻门的关键环境影响因素。结果表明:在白洋淀沉水植物生长期和休眠期,硅藻的多样性和物种丰富度均最高,各藻门附着紧密程度顺序为硅藻门(Bacillariophyta)＞绿藻门(Chlorophyta)＞蓝藻门(Cyanophyta)＞金藻门(Chrysophyta)。N/P对各藻门均存在显著影响,其中硅藻门卵形藻属(Cocconeis)、针杆藻属(Synedra)和脆杆藻属(Fragilaria)对N/P的适宜生态幅较宽,是当前白洋淀的全年优势物种(属);小环藻属(Cyclotella)、直链藻属(Melosira)、短缝藻属(Eunotia)、舟形藻属(Navicula)和异极藻属(Gomphonema)仅在休眠期高N/P条件下是优势种,更适宜在高N/P环境生存,生长期易受低N/P条件下的氮限制。溶解氧和总磷分别显著影响生长期和休眠期蓝藻丰度。N/P与蓝藻之间存在正反馈调节关系,且能显著影响绿藻的定植。为防止附生藻类爆发导致沉水植物退化,建议在白洋淀沉水植物生长期控制氮输入并增加补水,抑制绿藻和蓝藻的繁殖及其在植物表面的附着生长;在沉水植物休眠期控制磷输入,以预防硅藻爆发,保护沉水植物生长。
2023, 41(5): 30-38.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305005
摘要:
分离筛选出3株新的高效锰氧化菌,通过谱系鉴定分别命名为Acidovorax facilis WHW-1(敏捷嗜酸菌)、Acinetobacter bereziniae WHW-2 (别雷斯不动杆菌)和Pantoea dispersa WHW-3(分散泛菌),系统研究了3株菌的锰氧化能力及其原位诱导形成的生物锰氧化物(BMO)特性,以及不同初始Mn(Ⅱ)浓度、As(Ⅲ)浓度等因素对 BMO去除As(Ⅲ)的效果与机制。结果表明:1)当细菌接种比为2%,体系初始Mn(Ⅱ)浓度为65 mg/L时,3株锰氧化菌的生长情况良好,WHW-1、WHW-2和WHW-3在培养2周后,诱导产生的 BMO浓度分别达到0.95,0.76,0.53 mg/L;2)当细菌接种比为2%、体系初始Mn(Ⅱ)浓度分别为15,40,65,100 mg/L时,3种细菌诱导形成的BMO在一定范围内随着Mn(Ⅱ)浓度的升高而升高,但Mn(Ⅱ)浓度过高会抑制BMO形成;3)当细菌接种比为2%,Mn(Ⅱ)浓度为65 mg/L,As(Ⅲ)浓度为1~5 mg/L时,原位形成的 BMO对As(Ⅲ)的去除效率均在97%以上,微观分析表明:3种细菌对As(Ⅲ)的去除以吸附作用和铁锰氧化物共沉淀为主。综上可知,筛选出的3株锰氧化菌能够应用于砷污染水环境的修复。
分离筛选出3株新的高效锰氧化菌,通过谱系鉴定分别命名为Acidovorax facilis WHW-1(敏捷嗜酸菌)、Acinetobacter bereziniae WHW-2 (别雷斯不动杆菌)和Pantoea dispersa WHW-3(分散泛菌),系统研究了3株菌的锰氧化能力及其原位诱导形成的生物锰氧化物(BMO)特性,以及不同初始Mn(Ⅱ)浓度、As(Ⅲ)浓度等因素对 BMO去除As(Ⅲ)的效果与机制。结果表明:1)当细菌接种比为2%,体系初始Mn(Ⅱ)浓度为65 mg/L时,3株锰氧化菌的生长情况良好,WHW-1、WHW-2和WHW-3在培养2周后,诱导产生的 BMO浓度分别达到0.95,0.76,0.53 mg/L;2)当细菌接种比为2%、体系初始Mn(Ⅱ)浓度分别为15,40,65,100 mg/L时,3种细菌诱导形成的BMO在一定范围内随着Mn(Ⅱ)浓度的升高而升高,但Mn(Ⅱ)浓度过高会抑制BMO形成;3)当细菌接种比为2%,Mn(Ⅱ)浓度为65 mg/L,As(Ⅲ)浓度为1~5 mg/L时,原位形成的 BMO对As(Ⅲ)的去除效率均在97%以上,微观分析表明:3种细菌对As(Ⅲ)的去除以吸附作用和铁锰氧化物共沉淀为主。综上可知,筛选出的3株锰氧化菌能够应用于砷污染水环境的修复。
2023, 41(5): 39-44.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305006
摘要:
为探究室温和高氮素负荷条件下电场对厌氧氨氧化微生物群落结构和细胞结构的影响。采用连续搅拌式反应器(CSTR),控制进水ρ(NH4+-N)/ρ(NO2--N)为1.2,考察了电场对厌氧氨氧化系统的影响。试验结果显示:室温条件下电场能够影响微生物群落结构和相对丰度。在电场作用下,微生物细胞结构存在凹陷和褶皱,有效增加了细胞表面积,提高传质效率,降低了高氮素负荷的抑制作用。厌氧氨氧化细菌和反硝化细菌等功能细菌通过协同作用强化脱氮效率,并维持系统稳定性,抵抗进水高氮素负荷的冲击作用。但进水TN容积负荷过高时易滋生其他杂菌,破坏微生物细胞结构。滋生的丝状菌与厌氧氨氧化等功能细菌竞争并成为优势菌种,降低功能菌群相对丰度,从而抑制功能微生物群落发展。
为探究室温和高氮素负荷条件下电场对厌氧氨氧化微生物群落结构和细胞结构的影响。采用连续搅拌式反应器(CSTR),控制进水ρ(NH4+-N)/ρ(NO2--N)为1.2,考察了电场对厌氧氨氧化系统的影响。试验结果显示:室温条件下电场能够影响微生物群落结构和相对丰度。在电场作用下,微生物细胞结构存在凹陷和褶皱,有效增加了细胞表面积,提高传质效率,降低了高氮素负荷的抑制作用。厌氧氨氧化细菌和反硝化细菌等功能细菌通过协同作用强化脱氮效率,并维持系统稳定性,抵抗进水高氮素负荷的冲击作用。但进水TN容积负荷过高时易滋生其他杂菌,破坏微生物细胞结构。滋生的丝状菌与厌氧氨氧化等功能细菌竞争并成为优势菌种,降低功能菌群相对丰度,从而抑制功能微生物群落发展。
2023, 41(5): 45-51,60.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305007
摘要:
烟气净化用活性炭的耐磨强度的影响因素及机理研究对其生产配方、工艺调控和烟气净化工程高效稳定运行均具有重要意义。为研究活性炭耐磨强度差异的机理,采用8组不同批次活性炭进行改进测试时间的耐磨强度测试,使用SEM、XRD、拉曼(Raman)、N2-吸附脱附及FT-IR等测试技术对活性炭进行表征,研究了活性炭耐磨强度与其宏观聚集状态、微观晶体结构、孔道结构、表面官能团的关系。结果表明:活性炭的耐磨强度与表面细颗粒物含量、2~50 nm介观开气孔孔容及颗粒的隐晶质石墨晶体含量呈负相关,与表面强极性羟基等基团数量呈正相关。
烟气净化用活性炭的耐磨强度的影响因素及机理研究对其生产配方、工艺调控和烟气净化工程高效稳定运行均具有重要意义。为研究活性炭耐磨强度差异的机理,采用8组不同批次活性炭进行改进测试时间的耐磨强度测试,使用SEM、XRD、拉曼(Raman)、N2-吸附脱附及FT-IR等测试技术对活性炭进行表征,研究了活性炭耐磨强度与其宏观聚集状态、微观晶体结构、孔道结构、表面官能团的关系。结果表明:活性炭的耐磨强度与表面细颗粒物含量、2~50 nm介观开气孔孔容及颗粒的隐晶质石墨晶体含量呈负相关,与表面强极性羟基等基团数量呈正相关。
2023, 41(5): 52-60.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305008
摘要:
煤气化过程中产生的灰水具有高温、高硬度、高氨和高悬浮物等特点,使现有预处理设施和回用系统的结垢与堵塞现象较为严重。为探明其结垢成因,在调研处理设施的基础上,研究了煤气化装置的灰水处理与回用管道、设施等的垢形物组成与结构。结果表明:灰水预处理与回用管道和设施的垢样形貌多样,呈块状、线状、管状、球状和花瓣状等,由Si、Ca、Mg、B、Al、Fe、S、Na、Mn、Ba等元素组成复杂化合物,以CaCO3、Al2O3·SiO2、MgCO3·3H2O、CaSiO3、K2O·Na2O·Al2O3·SiO2·H2O、Fe2O3、CaSO4、CaO·Al2O3·2SiO2、Ca4Mg[B4O6(OH)6](CO3)2、SiO2等形式存在。高温条件下钙镁硬度等引起的管壁沉积及其他元素的化合物共沉淀、灰水残余煤灰颗粒黏附管壁和设施底部等是成垢的主要原因;提升黑水和灰水的预处理效果,尤其是强化高温条件下的多种金属和非金属离子的同步去除效率是延缓灰水系统结垢的关键。
煤气化过程中产生的灰水具有高温、高硬度、高氨和高悬浮物等特点,使现有预处理设施和回用系统的结垢与堵塞现象较为严重。为探明其结垢成因,在调研处理设施的基础上,研究了煤气化装置的灰水处理与回用管道、设施等的垢形物组成与结构。结果表明:灰水预处理与回用管道和设施的垢样形貌多样,呈块状、线状、管状、球状和花瓣状等,由Si、Ca、Mg、B、Al、Fe、S、Na、Mn、Ba等元素组成复杂化合物,以CaCO3、Al2O3·SiO2、MgCO3·3H2O、CaSiO3、K2O·Na2O·Al2O3·SiO2·H2O、Fe2O3、CaSO4、CaO·Al2O3·2SiO2、Ca4Mg[B4O6(OH)6](CO3)2、SiO2等形式存在。高温条件下钙镁硬度等引起的管壁沉积及其他元素的化合物共沉淀、灰水残余煤灰颗粒黏附管壁和设施底部等是成垢的主要原因;提升黑水和灰水的预处理效果,尤其是强化高温条件下的多种金属和非金属离子的同步去除效率是延缓灰水系统结垢的关键。
2023, 41(5): 61-68,146.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305009
摘要:
极线结构是影响电除尘器除尘效率的重要因素。合理的极线结构能够增大空气的电离程度,提高电除尘内电场强度和空间电荷密度,使粉尘颗粒更大概率荷电到达收尘极板。通过数值模拟,研究V型芒刺线结构对孔板式电除尘器内部电场分布、流场分布和除尘效率的影响。结果表明:多孔收尘极板附近电场强度呈空间周期性波动,进入多孔板空腔后气流降低,有利于对微细颗粒物的收集。改变芒刺长度和芒刺间距会影响极板附近的电场强度、空间电荷密度和气流流速分布,但对电场均匀性影响较小。当芒刺长度为25 mm,芒刺间距为50 mm时,电除尘器对各粒径颗粒的收集效率最高,对0.1 μm和1 μm颗粒的收集效率分别可达到69.63%和76.84%。研究结果对实际应用的极线结构的设计具有重要指导作用。
极线结构是影响电除尘器除尘效率的重要因素。合理的极线结构能够增大空气的电离程度,提高电除尘内电场强度和空间电荷密度,使粉尘颗粒更大概率荷电到达收尘极板。通过数值模拟,研究V型芒刺线结构对孔板式电除尘器内部电场分布、流场分布和除尘效率的影响。结果表明:多孔收尘极板附近电场强度呈空间周期性波动,进入多孔板空腔后气流降低,有利于对微细颗粒物的收集。改变芒刺长度和芒刺间距会影响极板附近的电场强度、空间电荷密度和气流流速分布,但对电场均匀性影响较小。当芒刺长度为25 mm,芒刺间距为50 mm时,电除尘器对各粒径颗粒的收集效率最高,对0.1 μm和1 μm颗粒的收集效率分别可达到69.63%和76.84%。研究结果对实际应用的极线结构的设计具有重要指导作用。
2023, 41(5): 69-74,178.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305010
摘要:
针对厨余沼渣与城市生活垃圾中灰分含量高、易结渣结焦的问题,通过XRF、XRD、SEM表征及灰熔融特征温度测量、热力学平衡计算,对其混合燃烧的灰熔融特性及矿物转化规律进行研究。结果表明:厨余沼渣灰渣的主要矿物组成为磷酸盐、硅酸盐。城市生活垃圾的灰分则主要由SiO2、CaO、MgO等氧化物与氯化盐构成。磷酸钙和霞石发生低温共熔反应是厨余沼渣灰渣固相组分含量迅速下降的主要原因。城市生活垃圾灰渣在熔融过程中会产生难溶矿物Ca4Si2O8-Ca3P2O8,导致灰熔融温度上升。随着城市生活垃圾占比增大,变形温度不断增大,软化温度(ST)、半球温度(HT)、流动温度(FT)先减小后增大。当厨余沼渣的混合比例<10%时,ST、HT和FT均>1400 ℃,结渣指数Fs均>1342,表现出较弱的结渣倾向。该研究结果可为厨余沼渣在城市生活垃圾焚烧厂中协同处置提供参考。
针对厨余沼渣与城市生活垃圾中灰分含量高、易结渣结焦的问题,通过XRF、XRD、SEM表征及灰熔融特征温度测量、热力学平衡计算,对其混合燃烧的灰熔融特性及矿物转化规律进行研究。结果表明:厨余沼渣灰渣的主要矿物组成为磷酸盐、硅酸盐。城市生活垃圾的灰分则主要由SiO2、CaO、MgO等氧化物与氯化盐构成。磷酸钙和霞石发生低温共熔反应是厨余沼渣灰渣固相组分含量迅速下降的主要原因。城市生活垃圾灰渣在熔融过程中会产生难溶矿物Ca4Si2O8-Ca3P2O8,导致灰熔融温度上升。随着城市生活垃圾占比增大,变形温度不断增大,软化温度(ST)、半球温度(HT)、流动温度(FT)先减小后增大。当厨余沼渣的混合比例<10%时,ST、HT和FT均>1400 ℃,结渣指数Fs均>1342,表现出较弱的结渣倾向。该研究结果可为厨余沼渣在城市生活垃圾焚烧厂中协同处置提供参考。
2023, 41(5): 75-83.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305011
摘要:
为探究污泥堆肥高温期起始温度(约50 ℃)和最高温度(约70 ℃)这2个关键温度节点对抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)的影响,利用实时温度补偿反应器设置3种温度条件(R1—室温;R2—50 ℃和R3—70 ℃),分析ARGs和可移动基因元件(mobile genetic elements, MGEs)的变化规律及其潜在宿主微生物。结果表明:在高温期,3种温度条件均可降低目标ARGs和MGEs的相对丰度,其中sul2、tetG、aphA1和IntI1对温度变化具有极度敏感性且丰度变化趋势相似;而对tetM、mefA、sul1和Tn916的削减效果存在显著差异。在冷却和腐熟期,R2和R3均可抑制sul1、sul2、tetG和IntI1丰度的回升。在细菌群落结构方面,R2和R3在高温期提高了厚壁菌门的相对丰度,在腐熟期削减了放线菌门和变形菌门的相对丰度。共现性网络分析表明,变形菌门、厚壁菌门和放线菌门是目标ARGs和MGEs的主要潜在宿主。由IntI1引起的水平基因转移可能是sul1、sul2和tetG相对丰度在堆肥后期回升的原因。该研究可为探究ARGs在不同污泥堆肥温度下的变化机制提供参考。
为探究污泥堆肥高温期起始温度(约50 ℃)和最高温度(约70 ℃)这2个关键温度节点对抗生素抗性基因(antibiotic resistance genes, ARGs)的影响,利用实时温度补偿反应器设置3种温度条件(R1—室温;R2—50 ℃和R3—70 ℃),分析ARGs和可移动基因元件(mobile genetic elements, MGEs)的变化规律及其潜在宿主微生物。结果表明:在高温期,3种温度条件均可降低目标ARGs和MGEs的相对丰度,其中sul2、tetG、aphA1和IntI1对温度变化具有极度敏感性且丰度变化趋势相似;而对tetM、mefA、sul1和Tn916的削减效果存在显著差异。在冷却和腐熟期,R2和R3均可抑制sul1、sul2、tetG和IntI1丰度的回升。在细菌群落结构方面,R2和R3在高温期提高了厚壁菌门的相对丰度,在腐熟期削减了放线菌门和变形菌门的相对丰度。共现性网络分析表明,变形菌门、厚壁菌门和放线菌门是目标ARGs和MGEs的主要潜在宿主。由IntI1引起的水平基因转移可能是sul1、sul2和tetG相对丰度在堆肥后期回升的原因。该研究可为探究ARGs在不同污泥堆肥温度下的变化机制提供参考。
2023, 41(5): 84-91.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305012
摘要:
以FeSO4·H2O、零价铁(ZVI)和二氧化锰(MnO2)为原料,采用单纯形重心设计法(SCMD)对混合料配比进行建模和优化,设计开发出一种新型复合铁基稳定剂,并应用于含砷废渣的稳定。结果表明:以质量分数为65.05% FeSO4·H2O、10.00% ZVI和24.95% MnO2混料制备的复合铁基稳定剂可实现最低成本的As长效稳定化。利用25%新型复合铁基稳定剂处理砷钙渣(ACR),可使As浸出浓度从162 mg/L降至0.645 mg/L,低于GB 18598—2019《污染废物填埋控制标准》规定的上限(1.2 mg/L)。采用SEM-EDS、FTIR和XPS方法研究了ACR中As的稳定机理,即有效态As通过Fe/Mn(氢化物)氧化物和Fe(Ⅲ)的吸附、络合和沉淀,形成稳定的非晶态Fe/Mn-As,复合铁基稳定剂结合H2SO4通过"释放-氧化-稳定"的过程获得优异的As稳定性能。该研究结果可为多组分复合稳定剂的设计和实现含砷固体废物的有效稳定提供理论依据。
以FeSO4·H2O、零价铁(ZVI)和二氧化锰(MnO2)为原料,采用单纯形重心设计法(SCMD)对混合料配比进行建模和优化,设计开发出一种新型复合铁基稳定剂,并应用于含砷废渣的稳定。结果表明:以质量分数为65.05% FeSO4·H2O、10.00% ZVI和24.95% MnO2混料制备的复合铁基稳定剂可实现最低成本的As长效稳定化。利用25%新型复合铁基稳定剂处理砷钙渣(ACR),可使As浸出浓度从162 mg/L降至0.645 mg/L,低于GB 18598—2019《污染废物填埋控制标准》规定的上限(1.2 mg/L)。采用SEM-EDS、FTIR和XPS方法研究了ACR中As的稳定机理,即有效态As通过Fe/Mn(氢化物)氧化物和Fe(Ⅲ)的吸附、络合和沉淀,形成稳定的非晶态Fe/Mn-As,复合铁基稳定剂结合H2SO4通过"释放-氧化-稳定"的过程获得优异的As稳定性能。该研究结果可为多组分复合稳定剂的设计和实现含砷固体废物的有效稳定提供理论依据。
2023, 41(5): 92-97.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305013
摘要:
垃圾入炉焚烧前在储池中的堆酵过程,其含水率和有机物含量可能发生重要变化,而垃圾含水率和有机物含量是决定垃圾焚烧发电效率的关键因素,且二者受温度变化的影响较为显著。为研究在不同温度下垃圾堆酵过程中含水率的变化及有机物的矿化作用机制,对储池垃圾在6个发酵温度(10,15,20,30,40,50 ℃)下,0~10 d的堆酵过程内有机物的矿化程度进行探究,并通过微生物测序对堆酵过程优势微生物及微生物群落进行研究。结果表明:在中高温条件下,垃圾固体及渗滤液的矿化程度在第3~6天达到较高水平,垃圾储池堆酵温度和时间控制在15~20 ℃,堆酵3~6 d为宜。垃圾堆酵过程优势菌群主要为厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、放线杆菌门(Actinobacteriota),其相对丰度分别为59.99%~98.75%、0.51%~30.67%、0.11%~8.95%。在属水平分类上,Pediococcus、Lactiplantibacillus、Levilactobacillus、Latilactobacillus、Limosilactobacillus、Companilactobacillus、Acetobacter属是发酵过程中的优势菌属。优势菌群在堆酵过程中发挥着垃圾生物降解、有机物矿化及水解酸化等作用。在发酵温度15~20 ℃下,可投加一定量的厚壁菌门(Firmicutes)微生物菌剂以提高堆酵效果,提高垃圾焚烧发电的效率。
垃圾入炉焚烧前在储池中的堆酵过程,其含水率和有机物含量可能发生重要变化,而垃圾含水率和有机物含量是决定垃圾焚烧发电效率的关键因素,且二者受温度变化的影响较为显著。为研究在不同温度下垃圾堆酵过程中含水率的变化及有机物的矿化作用机制,对储池垃圾在6个发酵温度(10,15,20,30,40,50 ℃)下,0~10 d的堆酵过程内有机物的矿化程度进行探究,并通过微生物测序对堆酵过程优势微生物及微生物群落进行研究。结果表明:在中高温条件下,垃圾固体及渗滤液的矿化程度在第3~6天达到较高水平,垃圾储池堆酵温度和时间控制在15~20 ℃,堆酵3~6 d为宜。垃圾堆酵过程优势菌群主要为厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)、放线杆菌门(Actinobacteriota),其相对丰度分别为59.99%~98.75%、0.51%~30.67%、0.11%~8.95%。在属水平分类上,Pediococcus、Lactiplantibacillus、Levilactobacillus、Latilactobacillus、Limosilactobacillus、Companilactobacillus、Acetobacter属是发酵过程中的优势菌属。优势菌群在堆酵过程中发挥着垃圾生物降解、有机物矿化及水解酸化等作用。在发酵温度15~20 ℃下,可投加一定量的厚壁菌门(Firmicutes)微生物菌剂以提高堆酵效果,提高垃圾焚烧发电的效率。
2023, 41(5): 98-106,201.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305014
摘要:
生物炭吸附剂因其巨大的比表面积和经济环保特性,在水污染治理领域具有广阔的应用前景。利用餐余垃圾鸡蛋壳为原材料制备生物炭吸附剂,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、磁滞回线(VSM)分析鸡蛋壳生物炭理化性能,采用单因素实验分析生物炭对Cu(Ⅱ)和苯胺混合污染物最佳吸附性能,利用磁铁回收负磁吸附剂后进行吸附解吸实验,研究其循环利用的稳定性。结果表明:在热解温度850 ℃,固液比1∶2,1% KMnO4改性12 h条件下,成功制备出鸡蛋壳生物炭,改性后的生物炭具有良好的吸附空间结构和磁性,比表面积有显著提升。pH=6.0, 25 ℃,Cu(Ⅱ)和苯胺初始浓度为20,10 mg/L,吸附剂15 g/L,吸附时间24 h为生物炭最佳吸附条件,此时Cu(Ⅱ)和苯胺最大吸附容量为1.33,0.64 mg/g。鸡蛋壳生物炭具有良好的循环再生性能,经4次循环再生后,Cu(Ⅱ)和苯胺去除率分别达到82.47%和70.08%。鸡蛋壳生物炭被证明是一种具有潜力的吸附材料。
生物炭吸附剂因其巨大的比表面积和经济环保特性,在水污染治理领域具有广阔的应用前景。利用餐余垃圾鸡蛋壳为原材料制备生物炭吸附剂,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、磁滞回线(VSM)分析鸡蛋壳生物炭理化性能,采用单因素实验分析生物炭对Cu(Ⅱ)和苯胺混合污染物最佳吸附性能,利用磁铁回收负磁吸附剂后进行吸附解吸实验,研究其循环利用的稳定性。结果表明:在热解温度850 ℃,固液比1∶2,1% KMnO4改性12 h条件下,成功制备出鸡蛋壳生物炭,改性后的生物炭具有良好的吸附空间结构和磁性,比表面积有显著提升。pH=6.0, 25 ℃,Cu(Ⅱ)和苯胺初始浓度为20,10 mg/L,吸附剂15 g/L,吸附时间24 h为生物炭最佳吸附条件,此时Cu(Ⅱ)和苯胺最大吸附容量为1.33,0.64 mg/g。鸡蛋壳生物炭具有良好的循环再生性能,经4次循环再生后,Cu(Ⅱ)和苯胺去除率分别达到82.47%和70.08%。鸡蛋壳生物炭被证明是一种具有潜力的吸附材料。
2023, 41(5): 107-114.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305015
摘要:
四溴双酚A(TBBPA)降解是环境污染治理领域的研究热点。利用梧桐叶提取液介导合成的铁基纳米材料(T-Fe NPs)催化活化过硫酸盐(PS)降解土壤中TBBPA,优化了不同类型土壤(潮土、红壤、黄棕壤)对TBBPA的降解条件。采用Box-Behnken Design模型,分析不同因素(T-Fe NPs投加量、PS浓度、温度)及其交互作用对土壤TBBPA降解率的影响,得出不同土壤中TBBPA最佳降解条件。结果表明:1)T-Fe NPs能有效活化PS降解不同类型土壤中TBBPA,在红壤中降解效果较好。2)不同类型土壤中TBBPA的最佳降解条件存在差异,潮土中最优条件为:T-Fe NPs投加量6.39 g/kg,PS浓度31.26 mmol/L,温度20.73 ℃,降解率可达到71.72%;红壤中最佳条件为:T-Fe NPs投加量5.26 g/kg,PS浓度29.08 mmol/L,温度为49.80 ℃,降解率可达到87.87%;黄棕壤中最佳条件为:T-Fe NPs投加量3.42 g/kg,PS浓度15.77 mmol/L,温度11.83 ℃,降解率可达到54.22%。该研究结果可为TBBPA污染土壤工程修复提供理论依据。
四溴双酚A(TBBPA)降解是环境污染治理领域的研究热点。利用梧桐叶提取液介导合成的铁基纳米材料(T-Fe NPs)催化活化过硫酸盐(PS)降解土壤中TBBPA,优化了不同类型土壤(潮土、红壤、黄棕壤)对TBBPA的降解条件。采用Box-Behnken Design模型,分析不同因素(T-Fe NPs投加量、PS浓度、温度)及其交互作用对土壤TBBPA降解率的影响,得出不同土壤中TBBPA最佳降解条件。结果表明:1)T-Fe NPs能有效活化PS降解不同类型土壤中TBBPA,在红壤中降解效果较好。2)不同类型土壤中TBBPA的最佳降解条件存在差异,潮土中最优条件为:T-Fe NPs投加量6.39 g/kg,PS浓度31.26 mmol/L,温度20.73 ℃,降解率可达到71.72%;红壤中最佳条件为:T-Fe NPs投加量5.26 g/kg,PS浓度29.08 mmol/L,温度为49.80 ℃,降解率可达到87.87%;黄棕壤中最佳条件为:T-Fe NPs投加量3.42 g/kg,PS浓度15.77 mmol/L,温度11.83 ℃,降解率可达到54.22%。该研究结果可为TBBPA污染土壤工程修复提供理论依据。
2023, 41(5): 115-124.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305016
摘要:
采用紫外-可见光谱(UV-vis)与三维荧光光谱(EEMs),结合平行因子分析(PARAFAC)方法,对贵州省典型喀斯特山区土壤溶解性有机质(SDOM)的特征、来源及组成进行分析。结果表明:土壤溶解性有机碳(SDOC)含量因土地利用类型不同而存在差异,其中草地表层SDOC含量显著高于林地。利用PARAFAC模型解析出3种荧光组分,C1(类腐殖质)、C2(类色氨酸)和C3(类酪氨酸),3种组分含量间存在显著正相关(P<0.01),且在不同土地利用方式下的分布有所差异。紫外特征参数显示:草地表层SDOM 相对分子质量小于林地,旱地SDOM中芳香物质和疏水性组分较多。荧光特征参数显示:研究区SDOM总体腐殖化程度较低、稳定性较弱,且不同土地利用类型SDOM来源存在差异。林地以微生物源输入为主,旱地兼具微生物源与陆源共同作用,但以新生自生源为主。草地表层SDOM来源特征与旱地相同,亚表层则以微生物源输入为主。随着海拔升高,组分C1占比增加,C3占比降低,SDOM腐殖化程度增强,微生物源贡献减弱。SDOM荧光与吸光特征可有效表征喀斯特山地SDOM组分与来源特性,可作为区域土地利用与环境决策的评价指标。
采用紫外-可见光谱(UV-vis)与三维荧光光谱(EEMs),结合平行因子分析(PARAFAC)方法,对贵州省典型喀斯特山区土壤溶解性有机质(SDOM)的特征、来源及组成进行分析。结果表明:土壤溶解性有机碳(SDOC)含量因土地利用类型不同而存在差异,其中草地表层SDOC含量显著高于林地。利用PARAFAC模型解析出3种荧光组分,C1(类腐殖质)、C2(类色氨酸)和C3(类酪氨酸),3种组分含量间存在显著正相关(P<0.01),且在不同土地利用方式下的分布有所差异。紫外特征参数显示:草地表层SDOM 相对分子质量小于林地,旱地SDOM中芳香物质和疏水性组分较多。荧光特征参数显示:研究区SDOM总体腐殖化程度较低、稳定性较弱,且不同土地利用类型SDOM来源存在差异。林地以微生物源输入为主,旱地兼具微生物源与陆源共同作用,但以新生自生源为主。草地表层SDOM来源特征与旱地相同,亚表层则以微生物源输入为主。随着海拔升高,组分C1占比增加,C3占比降低,SDOM腐殖化程度增强,微生物源贡献减弱。SDOM荧光与吸光特征可有效表征喀斯特山地SDOM组分与来源特性,可作为区域土地利用与环境决策的评价指标。
2023, 41(5): 125-133,171.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305017
摘要:
卤氧化铋(BiOX)基光催化材料因具有优异的光催化性能近年来发展突飞猛进。为开发可见光响应的高效BiOX基光催化剂,以盐酸四环素为氯源和碳源,结合水热法和退火处理成功合成了碳掺杂的微纳米花球状固溶体(Bi4O5Br1.87Cl0.13)。利用TEM,SEM,XPS,XRD等分析技术对其进行了微观形貌、化学结构、光电化学性质、光催化降解性能的表征。结果表明:Bi4O5Br1.87Cl0.13为纳米片组装的花球状形貌,其中Cl和C元素的引入诱导其价带和导带轨道发生高程度的杂化,产生一定的杂质能级。该杂质能级增强了催化剂对可见光的吸收,同时提供电荷传输的通道,促进电荷分离。另外,Bi4O5Br1.87Cl0.13相比于未改性的Bi4O5Br2具有更窄的禁带宽度,在可见光下可获得更高的电子-空穴激发效率。通过300 ℃的退火处理,获得碳掺杂量为3.58%(质量分数)的Bi4O5Br1.87Cl0.13-300,其具有最优异的光催化性能。在35 W卤素灯光照下,1 h内Bi4O5Br1.87Cl0.13-300对甲基橙(10 mg/L)的降解率可达到88.29%,而Bi4O5Br2在相同条件下对甲基橙的降解率仅有28.53%。分步降解研究表明,Bi4O5Br1.87Cl0.13-300优异的光催化性能主要是球形表面的纳米片状多级结构提供了大量的表面位点参与反应。研究成果为增强BiOX材料的光催化性能提供了新的参考。
卤氧化铋(BiOX)基光催化材料因具有优异的光催化性能近年来发展突飞猛进。为开发可见光响应的高效BiOX基光催化剂,以盐酸四环素为氯源和碳源,结合水热法和退火处理成功合成了碳掺杂的微纳米花球状固溶体(Bi4O5Br1.87Cl0.13)。利用TEM,SEM,XPS,XRD等分析技术对其进行了微观形貌、化学结构、光电化学性质、光催化降解性能的表征。结果表明:Bi4O5Br1.87Cl0.13为纳米片组装的花球状形貌,其中Cl和C元素的引入诱导其价带和导带轨道发生高程度的杂化,产生一定的杂质能级。该杂质能级增强了催化剂对可见光的吸收,同时提供电荷传输的通道,促进电荷分离。另外,Bi4O5Br1.87Cl0.13相比于未改性的Bi4O5Br2具有更窄的禁带宽度,在可见光下可获得更高的电子-空穴激发效率。通过300 ℃的退火处理,获得碳掺杂量为3.58%(质量分数)的Bi4O5Br1.87Cl0.13-300,其具有最优异的光催化性能。在35 W卤素灯光照下,1 h内Bi4O5Br1.87Cl0.13-300对甲基橙(10 mg/L)的降解率可达到88.29%,而Bi4O5Br2在相同条件下对甲基橙的降解率仅有28.53%。分步降解研究表明,Bi4O5Br1.87Cl0.13-300优异的光催化性能主要是球形表面的纳米片状多级结构提供了大量的表面位点参与反应。研究成果为增强BiOX材料的光催化性能提供了新的参考。
2023, 41(5): 134-139.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305018
摘要:
焦化废水中含有大量的氰化物(CN-)和硫氰化物(SCN-)等有毒有害污染物,在预处理过程中,一般采用硫酸亚铁(FeSO4)混凝沉淀去除硫化物(S2-)、油分、悬浮物并降低废水毒性。上述过程同时会形成亚铁氰化物([Fe(CN)6]4-),[Fe(CN)6]4-再与Fe3+形成亚铁氰化铁沉淀(普鲁士蓝,Fe4[Fe(CN)6]3),干扰硫氰酸铁(Fe(SCN)3)分光光度法对SCN-检测的准确性。为解决上述问题,提出在SCN-显色前加入硫酸锌(ZnSO4)的方法,屏蔽过量的[Fe(CN)6]4-,并分析ZnSO4对SCN-检测的影响程度。结果表明:Fe(SCN)3-ZnSO4分光光度法能屏蔽工业废水中[Fe(CN)6]4-和大部分金属氰络合物的干扰,从而能快速准确地测定SCN-。方法中SCN-适用质量浓度为0.2~34.8 mg/L,统计方差为1.86%,回收率达到94%~103%。该方法适用于多点多频率采样分析,可为工业废水SCN-的现场监测提供一种新手段。
焦化废水中含有大量的氰化物(CN-)和硫氰化物(SCN-)等有毒有害污染物,在预处理过程中,一般采用硫酸亚铁(FeSO4)混凝沉淀去除硫化物(S2-)、油分、悬浮物并降低废水毒性。上述过程同时会形成亚铁氰化物([Fe(CN)6]4-),[Fe(CN)6]4-再与Fe3+形成亚铁氰化铁沉淀(普鲁士蓝,Fe4[Fe(CN)6]3),干扰硫氰酸铁(Fe(SCN)3)分光光度法对SCN-检测的准确性。为解决上述问题,提出在SCN-显色前加入硫酸锌(ZnSO4)的方法,屏蔽过量的[Fe(CN)6]4-,并分析ZnSO4对SCN-检测的影响程度。结果表明:Fe(SCN)3-ZnSO4分光光度法能屏蔽工业废水中[Fe(CN)6]4-和大部分金属氰络合物的干扰,从而能快速准确地测定SCN-。方法中SCN-适用质量浓度为0.2~34.8 mg/L,统计方差为1.86%,回收率达到94%~103%。该方法适用于多点多频率采样分析,可为工业废水SCN-的现场监测提供一种新手段。
2023, 41(5): 140-146.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305019
摘要:
采用沙湖黄土作为絮凝剂,以硅藻土为参照,探究沙湖黄土对沙湖中水质絮凝净化效果。同时采用同步荧光光谱结合导数荧光、平行因子分析和二维相关光谱分析沙湖黄土对沙湖溶解性有机物(DOM)的净化效果。结果表明:黄土对TN、TP、CODMn和Chl.a的最高去除效率分别为28.85%、51.52%、24.87%和42.86%。100目和200目沙湖黄土对TP和TN均具有较好的絮凝效果,而硅藻土仅TN的絮凝效果优于黄土。DOM的平行因子分析(PARAFAC)能够识别5个荧光组分,类蛋白荧光为主要的荧光组分。黄土絮凝剂对类蛋白荧光组分(C5)去除效果最高,为56.38%。二阶导数荧光能够识别出6个荧光峰,类蛋白、类富里酸和类腐植酸物质的去除率分别为48.54%、16.45%和1.43%。二维相关光谱分析结果表明,黄土絮凝剂对荧光有机物的去除次序为285 nm→336 nm→369 nm,类蛋白荧光物质能够优先被去除。因此,沙湖黄土可作为絮凝剂用于净化沙湖水质。
采用沙湖黄土作为絮凝剂,以硅藻土为参照,探究沙湖黄土对沙湖中水质絮凝净化效果。同时采用同步荧光光谱结合导数荧光、平行因子分析和二维相关光谱分析沙湖黄土对沙湖溶解性有机物(DOM)的净化效果。结果表明:黄土对TN、TP、CODMn和Chl.a的最高去除效率分别为28.85%、51.52%、24.87%和42.86%。100目和200目沙湖黄土对TP和TN均具有较好的絮凝效果,而硅藻土仅TN的絮凝效果优于黄土。DOM的平行因子分析(PARAFAC)能够识别5个荧光组分,类蛋白荧光为主要的荧光组分。黄土絮凝剂对类蛋白荧光组分(C5)去除效果最高,为56.38%。二阶导数荧光能够识别出6个荧光峰,类蛋白、类富里酸和类腐植酸物质的去除率分别为48.54%、16.45%和1.43%。二维相关光谱分析结果表明,黄土絮凝剂对荧光有机物的去除次序为285 nm→336 nm→369 nm,类蛋白荧光物质能够优先被去除。因此,沙湖黄土可作为絮凝剂用于净化沙湖水质。
2023, 41(5): 147-153,162.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305020
摘要:
以北京市某市政污水处理厂为例,分析介绍了阵列平板膜组器在该厂膜生物反应器中的运行情况。运行数据表明:阵列平板膜在平均通量25 L/(m2·h),气水比8.5的条件下,具有良好的运行稳定性。通过对同一条廊道内不同位置的组器进行污染差异性及原因分析,发现污泥浓度差异与组器间膜污染程度呈正相关。组器浓缩效应导致污泥浓度呈梯度递增,回流端与进水端的平均污泥浓度比为1.09(最大可达到1.22),浓度的差异直接影响组器间的膜污染程度差异。在平均通量为15~25 L/(m2·h)下运行时,组器两极通量比值仅为1.13~1.15,表明阵列平板膜组器的管路损失较小且通量分布均匀性较好。经与同类型产品相比,阵列平板膜在运行能耗及维护费用方面具有明显优势。
以北京市某市政污水处理厂为例,分析介绍了阵列平板膜组器在该厂膜生物反应器中的运行情况。运行数据表明:阵列平板膜在平均通量25 L/(m2·h),气水比8.5的条件下,具有良好的运行稳定性。通过对同一条廊道内不同位置的组器进行污染差异性及原因分析,发现污泥浓度差异与组器间膜污染程度呈正相关。组器浓缩效应导致污泥浓度呈梯度递增,回流端与进水端的平均污泥浓度比为1.09(最大可达到1.22),浓度的差异直接影响组器间的膜污染程度差异。在平均通量为15~25 L/(m2·h)下运行时,组器两极通量比值仅为1.13~1.15,表明阵列平板膜组器的管路损失较小且通量分布均匀性较好。经与同类型产品相比,阵列平板膜在运行能耗及维护费用方面具有明显优势。
2023, 41(5): 154-162.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305021
摘要:
随着中国对环境治理力度的不断加大,针对燃煤电厂、钢厂、水泥厂等的超低排放要求也日益严格规范。准确监测超低排放烟气中的各项污染物对污染控制设备运行和环境管理尤为重要。选取了适用于钢铁行业复杂烟气环境下的烟气分析仪,分别进行了实验室混合标气条件和某钢铁企业烟气条件下的烟气检测,并选取几种典型烟气分析仪进行比对分析。监测结果的趋势变化与在线监测结果具有较好的对应性,其绝对误差在可接受误差范围内。结果表明:高温红外分析仪具有较好的准确性和现场应用能力,能够满足检测需求。
随着中国对环境治理力度的不断加大,针对燃煤电厂、钢厂、水泥厂等的超低排放要求也日益严格规范。准确监测超低排放烟气中的各项污染物对污染控制设备运行和环境管理尤为重要。选取了适用于钢铁行业复杂烟气环境下的烟气分析仪,分别进行了实验室混合标气条件和某钢铁企业烟气条件下的烟气检测,并选取几种典型烟气分析仪进行比对分析。监测结果的趋势变化与在线监测结果具有较好的对应性,其绝对误差在可接受误差范围内。结果表明:高温红外分析仪具有较好的准确性和现场应用能力,能够满足检测需求。
2023, 41(5): 163-171.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305022
摘要:
深度学习在水质污染监测中的应用研究成为当前热点。为解决水体污染物浓度在上下游之间的不同关联预测问题,以四川省眉山市彭山区岷江水系的TP预测为研究目标,提出了基于时间模式注意力(TPA)机制的时间卷积网络(TCN)预测模型。首先,利用Pearson相关系数对上下游站点处TP浓度进行时空关系分析;然后,利用TCN网络的扩张因果卷积来提取时序数据之间的依赖关系,利用TPA机制学习不同站点TP浓度之间的复杂关系,从而获取不同时间尺度的站点权重;最后,将该模型应用于河流TP浓度预测。结果表明:多站点输入的TPA-TCN模型的评价指标RMSE、MAE和MAPE较单站点输入的TPA-TCN模型分别降低了36.29%、28.18%和25.26%,相比于融入传统注意力机制的TCN模型,融入TPA机制的TCN模型的这3种评价指标分别降低了10.24%、10.78%和9.94%,说明多站点输入的TPA-TCN模型对河流TP浓度预测具有一定的优势。TPA-TCN模型可有效应用于水质监测中,对水质污染物预测具有重要参考意义。
深度学习在水质污染监测中的应用研究成为当前热点。为解决水体污染物浓度在上下游之间的不同关联预测问题,以四川省眉山市彭山区岷江水系的TP预测为研究目标,提出了基于时间模式注意力(TPA)机制的时间卷积网络(TCN)预测模型。首先,利用Pearson相关系数对上下游站点处TP浓度进行时空关系分析;然后,利用TCN网络的扩张因果卷积来提取时序数据之间的依赖关系,利用TPA机制学习不同站点TP浓度之间的复杂关系,从而获取不同时间尺度的站点权重;最后,将该模型应用于河流TP浓度预测。结果表明:多站点输入的TPA-TCN模型的评价指标RMSE、MAE和MAPE较单站点输入的TPA-TCN模型分别降低了36.29%、28.18%和25.26%,相比于融入传统注意力机制的TCN模型,融入TPA机制的TCN模型的这3种评价指标分别降低了10.24%、10.78%和9.94%,说明多站点输入的TPA-TCN模型对河流TP浓度预测具有一定的优势。TPA-TCN模型可有效应用于水质监测中,对水质污染物预测具有重要参考意义。
2023, 41(5): 172-178.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305023
摘要:
聚焦某石化企业芳烃、烯烃及炼油生产区域,针对芳烃连续重整、芳烃制氢、烯烃催化裂解和炼油常减压蒸馏4套活性VOCs组分较多的生产装置,开展了装置VOCs排放特征研究。使用苏玛罐对装置无组织逸散环节VOCs废气进行采集,并通过气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对106种VOCs组分进行定性定量分析,采用VOCs最大增量反应活性(MIR)来计算各装置VOCs排放对大气中O3生成的贡献。结果表明:烷烃是4套装置的VOCs特征组分,质量分数为42.17%~93.57%。烯烃裂解装置卤代烃质量分数为30.08%,常减压蒸馏装置芳香烃质量分数为27.83%;丙烷、乙烷、1,2-二氯乙烷和正庚烷是石化行业企业VOCs排放特征物种;4套装置臭氧生成贡献OFP为0.49~30.05 mg/m3,其顺序为炼油常减压蒸馏装置(30.05 mg/m3)>芳烃制氢装置(4.21 mg/m3)>芳烃连续重整装置(2.57 mg/m3)>烯烃裂解装置(0.49 mg/m3);排名前20位的物种对OFP的贡献率为87.89%~94.47%,异丁烷、丙烷、正丁烷和对,间-二甲苯是行业的关键活性物种。研究显示,石化行业不同生产装置所排放的VOCs组分复杂不一,对臭氧生成贡献也存在显著性差异,建议根据研究筛选出的关键活性组分针对性制定石化行业企业VOCs减排策略。
聚焦某石化企业芳烃、烯烃及炼油生产区域,针对芳烃连续重整、芳烃制氢、烯烃催化裂解和炼油常减压蒸馏4套活性VOCs组分较多的生产装置,开展了装置VOCs排放特征研究。使用苏玛罐对装置无组织逸散环节VOCs废气进行采集,并通过气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对106种VOCs组分进行定性定量分析,采用VOCs最大增量反应活性(MIR)来计算各装置VOCs排放对大气中O3生成的贡献。结果表明:烷烃是4套装置的VOCs特征组分,质量分数为42.17%~93.57%。烯烃裂解装置卤代烃质量分数为30.08%,常减压蒸馏装置芳香烃质量分数为27.83%;丙烷、乙烷、1,2-二氯乙烷和正庚烷是石化行业企业VOCs排放特征物种;4套装置臭氧生成贡献OFP为0.49~30.05 mg/m3,其顺序为炼油常减压蒸馏装置(30.05 mg/m3)>芳烃制氢装置(4.21 mg/m3)>芳烃连续重整装置(2.57 mg/m3)>烯烃裂解装置(0.49 mg/m3);排名前20位的物种对OFP的贡献率为87.89%~94.47%,异丁烷、丙烷、正丁烷和对,间-二甲苯是行业的关键活性物种。研究显示,石化行业不同生产装置所排放的VOCs组分复杂不一,对臭氧生成贡献也存在显著性差异,建议根据研究筛选出的关键活性组分针对性制定石化行业企业VOCs减排策略。
2023, 41(5): 179-186,194.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305024
摘要:
近年来,广西中小型水库水位持续下降,突发性泛黑现象造成的水质问题引起了研究者的广泛关注,为探讨致黑关键因子铁(Fe)、锰(Mn)及硫化物在低水位运行状态下的迁移转化规律,充分运用2018—2021年的气象水文、水质数据等资料,结合低水位期长期分层采样数据,得出以下结论:入库流量长期低于出库流量导致水库蓄水量减少,低频低量降雨是水位持续走低的重要原因;低水位下热分层期底层水体平均溶解氧含量为1.79 mg/L,混合深度与水深比值随季节更替变化,水位越低(浅水区)越易达到完全混合状态;低水位促进水体Fe、Mn浓度增加(4.28,5.41 mg/L),分别达到2018年的3.67,3.68倍,加剧了沉积物污染释放;泛黑现象出现区域差异性,横向理化性质差异和污染物迁移是其重要原因,混合期和分层期季节性交替形成的水体环境是Fe、Mn蓄积及其迁移转化的关键驱动因素。
近年来,广西中小型水库水位持续下降,突发性泛黑现象造成的水质问题引起了研究者的广泛关注,为探讨致黑关键因子铁(Fe)、锰(Mn)及硫化物在低水位运行状态下的迁移转化规律,充分运用2018—2021年的气象水文、水质数据等资料,结合低水位期长期分层采样数据,得出以下结论:入库流量长期低于出库流量导致水库蓄水量减少,低频低量降雨是水位持续走低的重要原因;低水位下热分层期底层水体平均溶解氧含量为1.79 mg/L,混合深度与水深比值随季节更替变化,水位越低(浅水区)越易达到完全混合状态;低水位促进水体Fe、Mn浓度增加(4.28,5.41 mg/L),分别达到2018年的3.67,3.68倍,加剧了沉积物污染释放;泛黑现象出现区域差异性,横向理化性质差异和污染物迁移是其重要原因,混合期和分层期季节性交替形成的水体环境是Fe、Mn蓄积及其迁移转化的关键驱动因素。
2023, 41(5): 187-194.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305025
摘要:
生物质气化制氨是缓解能源紧张、实现可持续发展的重要途径之一。为探究藻类生物质气化制氨过程的环保性和经济性,采用生命周期评价(life cycle assessment,LCA)和技术经济分析方法,对超临界水气化、等离子体气化制氢、化学链空气分离和深冷空气分离制氮,以及Haber-Bosch(H-B)工艺合成氨组合成的4种制氨工艺路线分别进行能源消耗、环境影响和经济性分析。结果表明:4种制氨工艺路线中,超临界水气化制氢、深冷空气分离制氮和H-B工艺合成氨组合的工艺路线环境影响最小,其总环境影响负荷值为36001.9 mPET2010(milli-person equivalent,毫人当量)。虽然等离子体气化技术需对湿微藻进行干燥预处理,但是其生产单吨液氨的成本仍低于超临界水气化技术。其中,等离子体气化制氢、化学链空气分离制氮和H-B工艺合成氨的工艺路线经济成本最低,其单吨液氨的成本为5891.67元。与传统制氨工艺相比,利用微藻气化制氨更具环保性,但仍需进一步改进设备,提高工艺的氨产量,降低制氨成本。
生物质气化制氨是缓解能源紧张、实现可持续发展的重要途径之一。为探究藻类生物质气化制氨过程的环保性和经济性,采用生命周期评价(life cycle assessment,LCA)和技术经济分析方法,对超临界水气化、等离子体气化制氢、化学链空气分离和深冷空气分离制氮,以及Haber-Bosch(H-B)工艺合成氨组合成的4种制氨工艺路线分别进行能源消耗、环境影响和经济性分析。结果表明:4种制氨工艺路线中,超临界水气化制氢、深冷空气分离制氮和H-B工艺合成氨组合的工艺路线环境影响最小,其总环境影响负荷值为36001.9 mPET2010(milli-person equivalent,毫人当量)。虽然等离子体气化技术需对湿微藻进行干燥预处理,但是其生产单吨液氨的成本仍低于超临界水气化技术。其中,等离子体气化制氢、化学链空气分离制氮和H-B工艺合成氨的工艺路线经济成本最低,其单吨液氨的成本为5891.67元。与传统制氨工艺相比,利用微藻气化制氨更具环保性,但仍需进一步改进设备,提高工艺的氨产量,降低制氨成本。
2023, 41(5): 202-212.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305027
摘要:
厌氧膜生物反应器(AnMBR)以其优良的出水水质和较高的净产能潜力逐渐成为市政污水处理领域的有力技术。然而,膜污染控制具有较高的工艺运行成本,同时常规运行中环境温度通常偏低,这将导致厌氧微生物活性降低和甲烷溶解度升高,不利于能源回收以及对温室气体排放的控制。此外,市政污水中硫酸盐的广泛存在对产甲烷过程也有较为显著的影响。为全面了解AnMBR在市政污水处理中的研究进展,从有机物去除、甲烷产量和污泥产量3个方面评价了工艺的运行效能,分析了工艺应用过程中主要的挑战和解决方式,并在此基础上展望AnMBR在市政污水处理中的发展方向,旨在为推广AnMBR处理低浓度市政污水,实现污水中资源及能源的回用提供参考。
厌氧膜生物反应器(AnMBR)以其优良的出水水质和较高的净产能潜力逐渐成为市政污水处理领域的有力技术。然而,膜污染控制具有较高的工艺运行成本,同时常规运行中环境温度通常偏低,这将导致厌氧微生物活性降低和甲烷溶解度升高,不利于能源回收以及对温室气体排放的控制。此外,市政污水中硫酸盐的广泛存在对产甲烷过程也有较为显著的影响。为全面了解AnMBR在市政污水处理中的研究进展,从有机物去除、甲烷产量和污泥产量3个方面评价了工艺的运行效能,分析了工艺应用过程中主要的挑战和解决方式,并在此基础上展望AnMBR在市政污水处理中的发展方向,旨在为推广AnMBR处理低浓度市政污水,实现污水中资源及能源的回用提供参考。
2023, 41(5): 213-221.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305028
摘要:
在"双碳"战略驱动下,城市污水处理模式逐渐从"以能耗换水质"转变为"能源资源回收利用"。污水中富含蛋白质、脂质、多糖等有机物,通过物化/生化方式进行碳捕获,可获得富含有机物的浓缩产物,有效提升后续厌氧消化的能源回收效率。概述了典型碳捕获工艺[高负荷活性污泥(HRAS)法、化学强化一级处理(CEPT)和膜分离技术等]的捕获机制,从COD去除率、碳捕获率、污水浓缩程度等角度对典型碳捕获工艺进行了比较与总结,分析了碳捕获产物性质和能源回收途径,探讨了富碳浓缩产物的厌氧产甲烷效能及其影响因素,并通过解析工程化应用案例展示了"碳捕获-厌氧消化"耦合技术的优势和前景。最后,指出了工程应用中存在的问题、挑战及未来展望。
在"双碳"战略驱动下,城市污水处理模式逐渐从"以能耗换水质"转变为"能源资源回收利用"。污水中富含蛋白质、脂质、多糖等有机物,通过物化/生化方式进行碳捕获,可获得富含有机物的浓缩产物,有效提升后续厌氧消化的能源回收效率。概述了典型碳捕获工艺[高负荷活性污泥(HRAS)法、化学强化一级处理(CEPT)和膜分离技术等]的捕获机制,从COD去除率、碳捕获率、污水浓缩程度等角度对典型碳捕获工艺进行了比较与总结,分析了碳捕获产物性质和能源回收途径,探讨了富碳浓缩产物的厌氧产甲烷效能及其影响因素,并通过解析工程化应用案例展示了"碳捕获-厌氧消化"耦合技术的优势和前景。最后,指出了工程应用中存在的问题、挑战及未来展望。
2023, 41(5): 222-230,236.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305029
摘要:
近年来,我国河湖底泥中有机污染问题日益突出,底泥中存在大量的有机污染物,如氯酚类、多环芳烃类以及多氯联苯类等,若不及时处理,释放到上覆水环境中会对生态环境、人体健康和社会经济的可持续发展产生严重危害。目前,针对河湖底泥有机污染的修复技术已成为环境治理领域的重要研究方向。当前底泥有机污染的治理技术包括原位修复技术和异位修复技术,而原位修复技术已成为治理河湖底泥有机污染的主要技术手段。主要介绍了底泥原位修复技术中的活性覆盖技术、生物修复技术、化学修复技术以及联合修复技术及其研究进展,并对各种原位修复技术的发展和应用前景提出了展望,以期为后续对原位修复底泥技术的研究与应用提供参考。
近年来,我国河湖底泥中有机污染问题日益突出,底泥中存在大量的有机污染物,如氯酚类、多环芳烃类以及多氯联苯类等,若不及时处理,释放到上覆水环境中会对生态环境、人体健康和社会经济的可持续发展产生严重危害。目前,针对河湖底泥有机污染的修复技术已成为环境治理领域的重要研究方向。当前底泥有机污染的治理技术包括原位修复技术和异位修复技术,而原位修复技术已成为治理河湖底泥有机污染的主要技术手段。主要介绍了底泥原位修复技术中的活性覆盖技术、生物修复技术、化学修复技术以及联合修复技术及其研究进展,并对各种原位修复技术的发展和应用前景提出了展望,以期为后续对原位修复底泥技术的研究与应用提供参考。
2023, 41(5): 231-236.
doi: 10.13205/j.hjgc.202305030
摘要:
厌氧氨氧化工艺作为新型的高效环保脱氮技术,相比传统脱氮工艺能够有效节省能源消耗。然而,由于厌氧氨氧化细菌活性较低,对环境较为敏感,且易随水流失,限制了厌氧氨氧化脱氮性能,以及厌氧氨氧化工艺的工程化。铁元素作为厌氧氨氧化细菌生长和新陈代谢必需的营养元素,能够显著影响厌氧氨氧化反应。综述了铁元素对厌氧氨氧化反应系统的影响,重点对铁元素提高厌氧氨氧化细菌活性,改善生存环境,强化颗粒污泥形成并提升其稳定性方面进行了分析,旨在为提高厌氧氨氧化细菌活性,推进厌氧氨氧化工艺的应用提供参考。
厌氧氨氧化工艺作为新型的高效环保脱氮技术,相比传统脱氮工艺能够有效节省能源消耗。然而,由于厌氧氨氧化细菌活性较低,对环境较为敏感,且易随水流失,限制了厌氧氨氧化脱氮性能,以及厌氧氨氧化工艺的工程化。铁元素作为厌氧氨氧化细菌生长和新陈代谢必需的营养元素,能够显著影响厌氧氨氧化反应。综述了铁元素对厌氧氨氧化反应系统的影响,重点对铁元素提高厌氧氨氧化细菌活性,改善生存环境,强化颗粒污泥形成并提升其稳定性方面进行了分析,旨在为提高厌氧氨氧化细菌活性,推进厌氧氨氧化工艺的应用提供参考。
