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2023年 第41卷 第8期
2023, 41(8): 1-7,17.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308001
摘要:
采用羟基磷酸钙(HAP)结晶法回收模拟养猪废水中的磷,探究了以废弃泡沫砼为Ca源的磷回收处理过程中3种因素[pH、n(Ca2+)/n(PO3-4)、温度]的影响,利用Box-Behnken(BBD)得到最佳反应条件,并结合Visual MINETEQ模型探讨2种典型重金属Cu2+、Zn2+对HAP结晶体系的单独及联合影响。结果表明:基于磷回收的最佳反应条件为pH=9.37, n(Ca2+)/n(PO3-4)=1.669,温度=25.46 ℃;Cu2+对HAP结晶的影响大于Zn2+,联合投加时Cu2+、Zn2+的抑制作用增强;扫描电镜(SEM)表明重金属的引入改变了HAP表面结构,占据活性点位;能量色散X射线谱仪(EDS)表明Cu、Zn分别以9.79%、9.88%的质量比进入到了结晶产物中;Visual MINTEQ模拟结果证实Cu2+、Zn2+均会竞争HAP的构晶离子,抑制磷的回收,其中Cu2+主要与OH-竞争,Zn2+主要与PO3-4竞争。研究可为废弃泡沫砼在均相条件下回收养猪废水中的磷提供参考。
采用羟基磷酸钙(HAP)结晶法回收模拟养猪废水中的磷,探究了以废弃泡沫砼为Ca源的磷回收处理过程中3种因素[pH、n(Ca2+)/n(PO3-4)、温度]的影响,利用Box-Behnken(BBD)得到最佳反应条件,并结合Visual MINETEQ模型探讨2种典型重金属Cu2+、Zn2+对HAP结晶体系的单独及联合影响。结果表明:基于磷回收的最佳反应条件为pH=9.37, n(Ca2+)/n(PO3-4)=1.669,温度=25.46 ℃;Cu2+对HAP结晶的影响大于Zn2+,联合投加时Cu2+、Zn2+的抑制作用增强;扫描电镜(SEM)表明重金属的引入改变了HAP表面结构,占据活性点位;能量色散X射线谱仪(EDS)表明Cu、Zn分别以9.79%、9.88%的质量比进入到了结晶产物中;Visual MINTEQ模拟结果证实Cu2+、Zn2+均会竞争HAP的构晶离子,抑制磷的回收,其中Cu2+主要与OH-竞争,Zn2+主要与PO3-4竞争。研究可为废弃泡沫砼在均相条件下回收养猪废水中的磷提供参考。
2023, 41(8): 8-17.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308002
摘要:
以太湖沉积物和上覆水构建室内模拟实验,探究水丝蚓蚓粪对沉积物微环境、表层沉积物氮、磷吸附特性和微生物菌群分布的影响。结果表明:蚓粪显著影响了表层沉积物的含水率、孔隙度、烧失重和微生物活性。沉积物表层DO浓度和氧化还原电位的降低,以及沉积物深处氧化还原电位的升高与水丝蚓引起颗粒垂向迁移有关。等温吸附实验中,新生蚓粪氨氮平衡浓度(EC0)和磷平衡浓度(EPC0)值分别为0.73,0.014 mg/L,对氮、磷表现出了良好的固定能力。水丝蚓组蚓粪与对照组沉积物微生物种群结构相似,但微生物多样性有所降低。蚓粪中放线菌门、绿弯菌门、蓝藻细菌门相对丰度的增加,表明蚓粪堆积对沉积物有机质的分解和氮磷物质的释放具有促进作用,蚓粪中Cyanobium_PCC-6307菌属的相对丰度为对照组的3倍,表明蚓粪堆积与水华存在一定的关联性。
以太湖沉积物和上覆水构建室内模拟实验,探究水丝蚓蚓粪对沉积物微环境、表层沉积物氮、磷吸附特性和微生物菌群分布的影响。结果表明:蚓粪显著影响了表层沉积物的含水率、孔隙度、烧失重和微生物活性。沉积物表层DO浓度和氧化还原电位的降低,以及沉积物深处氧化还原电位的升高与水丝蚓引起颗粒垂向迁移有关。等温吸附实验中,新生蚓粪氨氮平衡浓度(EC0)和磷平衡浓度(EPC0)值分别为0.73,0.014 mg/L,对氮、磷表现出了良好的固定能力。水丝蚓组蚓粪与对照组沉积物微生物种群结构相似,但微生物多样性有所降低。蚓粪中放线菌门、绿弯菌门、蓝藻细菌门相对丰度的增加,表明蚓粪堆积对沉积物有机质的分解和氮磷物质的释放具有促进作用,蚓粪中Cyanobium_PCC-6307菌属的相对丰度为对照组的3倍,表明蚓粪堆积与水华存在一定的关联性。
2023, 41(8): 18-25.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308003
摘要:
为解决传统污水处理脱氮过程中额外投加碳源成本高与污水尾水中硝酸盐残留等问题,利用微藻原位产氧形成微氧环境,建立了无须机械供氧的藻菌光生物膜反应器,在不抑制反硝化过程的同时,将好氧甲烷氧化与反硝化耦合,实现污水深度脱氮。探讨了序批式光生物膜反应器的脱氮效率和长期运行的稳定性,并对相关微生物活性和群落组成及功能基因进行分析。结果表明:藻菌光生物膜反应器稳定运行了约50 d,NO-3-N去除率稳定在25 mg/(L·d),脱氮效率达到95%,且无亚硝酸盐积累和NH+4-N生成。活性试验显示,反应器中亚硝酸盐反硝化速率高于硝酸盐反硝化速率,且内碳源反硝化对氮的去除有一定积极影响。高通量测序发现,反应器中主要存在真核藻类[小球藻属(Chlorella, 32.45%)和蓝细菌(Pantanalinema_CENA516,3.95%)]、甲烷氧化菌[甲基暖菌属(Methylocaldum, 1.39%)]和反硝化菌[热单胞菌属(Thermomonas, 20.32%)、斯塔普氏菌属(Stappia, 7.24%)和生丝微菌属(Hyphomicrobium, 2.34%)]等功能微生物,宏基因组数据进一步明晰了相应的功能基因组成。综上,将甲烷作为唯一碳源,实现了污水中NO-3-N的有效去除,为传统污水脱氮处理提供了一种新范式,对于污水的低碳、高效脱氮处理有重要意义。
为解决传统污水处理脱氮过程中额外投加碳源成本高与污水尾水中硝酸盐残留等问题,利用微藻原位产氧形成微氧环境,建立了无须机械供氧的藻菌光生物膜反应器,在不抑制反硝化过程的同时,将好氧甲烷氧化与反硝化耦合,实现污水深度脱氮。探讨了序批式光生物膜反应器的脱氮效率和长期运行的稳定性,并对相关微生物活性和群落组成及功能基因进行分析。结果表明:藻菌光生物膜反应器稳定运行了约50 d,NO-3-N去除率稳定在25 mg/(L·d),脱氮效率达到95%,且无亚硝酸盐积累和NH+4-N生成。活性试验显示,反应器中亚硝酸盐反硝化速率高于硝酸盐反硝化速率,且内碳源反硝化对氮的去除有一定积极影响。高通量测序发现,反应器中主要存在真核藻类[小球藻属(Chlorella, 32.45%)和蓝细菌(Pantanalinema_CENA516,3.95%)]、甲烷氧化菌[甲基暖菌属(Methylocaldum, 1.39%)]和反硝化菌[热单胞菌属(Thermomonas, 20.32%)、斯塔普氏菌属(Stappia, 7.24%)和生丝微菌属(Hyphomicrobium, 2.34%)]等功能微生物,宏基因组数据进一步明晰了相应的功能基因组成。综上,将甲烷作为唯一碳源,实现了污水中NO-3-N的有效去除,为传统污水脱氮处理提供了一种新范式,对于污水的低碳、高效脱氮处理有重要意义。
2023, 41(8): 26-32.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308004
摘要:
硫循环协同反硝化生物除磷工艺的主要功能菌群——硫细菌(包括硫酸盐还原菌和硫氧化菌)易受聚糖菌竞争而导致除磷效果波动。硫代硫酸盐具有较高的生物可利用性,在含硫废水处理中应用广泛。为探究硫代硫酸盐对硫细菌与聚糖菌竞争的短期影响,向已富集硫细菌与聚糖菌的系统中投加不同浓度的硫代硫酸盐[20(R1)、50(R2)和80 mg/L(R3)(以S计)],监测反应器内关键离子和细菌胞内聚合物变化。结果表明:当硫代硫酸盐投加量从20增加到50 mg/L时,反应器缺氧阶段硫酸盐生成量和聚硫降解量分别提高了25%和11%,聚羟基脂肪酸脂(PHA)降解量、糖原生成量相应分别减少了1.60,0.94 mmol/g;而投加量进一步增加到80 mg S/L时,R3较R2聚硫降解量下降了37%,PHA降解量和糖原生成量分别增加了1.08,0.12 mmol C/g VSS。结果表明,投加适量的硫代硫酸盐(50 mg S/L)时,硫氧化菌在与聚糖菌竞争电子供体时会优先利用硫代硫酸盐,有利于提高硫氧化菌的竞争优势。同时,缺氧阶段化学反应动力学结果表明,硫代硫酸盐投加可以提高硫细菌的硫酸盐生成和反硝化速率,从而促进硫细菌的活性。虽然硫代硫酸盐投加可以使反应器保持较好的脱氮效果,但对磷去除效能提升并不明显。
硫循环协同反硝化生物除磷工艺的主要功能菌群——硫细菌(包括硫酸盐还原菌和硫氧化菌)易受聚糖菌竞争而导致除磷效果波动。硫代硫酸盐具有较高的生物可利用性,在含硫废水处理中应用广泛。为探究硫代硫酸盐对硫细菌与聚糖菌竞争的短期影响,向已富集硫细菌与聚糖菌的系统中投加不同浓度的硫代硫酸盐[20(R1)、50(R2)和80 mg/L(R3)(以S计)],监测反应器内关键离子和细菌胞内聚合物变化。结果表明:当硫代硫酸盐投加量从20增加到50 mg/L时,反应器缺氧阶段硫酸盐生成量和聚硫降解量分别提高了25%和11%,聚羟基脂肪酸脂(PHA)降解量、糖原生成量相应分别减少了1.60,0.94 mmol/g;而投加量进一步增加到80 mg S/L时,R3较R2聚硫降解量下降了37%,PHA降解量和糖原生成量分别增加了1.08,0.12 mmol C/g VSS。结果表明,投加适量的硫代硫酸盐(50 mg S/L)时,硫氧化菌在与聚糖菌竞争电子供体时会优先利用硫代硫酸盐,有利于提高硫氧化菌的竞争优势。同时,缺氧阶段化学反应动力学结果表明,硫代硫酸盐投加可以提高硫细菌的硫酸盐生成和反硝化速率,从而促进硫细菌的活性。虽然硫代硫酸盐投加可以使反应器保持较好的脱氮效果,但对磷去除效能提升并不明显。
2023, 41(8): 33-40.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308005
摘要:
为明确污水厂中频繁暴露的纳米颗粒(NPs)对消毒副产物(DBPs)生成规律的影响,以二级出水为底物,重点考察了氯消毒与UV/氯消毒过程中NPs存在浓度对DBPs生成的影响,并通过三维荧光光谱与紫外可见差分光谱分析NPs与二级出水中残留的有机物(EfOM)的络合情况。实验结果表明:3种NPs的存在降低了二级出水UV254与SUVA含量,并通过疏水作用络合EfOM,造成Zeta电位、荧光强度、紫外吸光光度下降。当nTiO2、nAg、NZVI 3种NPs的存在浓度均为500 μg/L时,在氯消毒过程中,三氯甲烷(TCM)、二氯已腈(DCAN)、一溴二氯甲烷(BDCM)生成量的减少量约是NPs存在浓度为10 μg/L时的2~5倍。在UV/氯消毒过程中,nAg的存在导致TCM、DCAN生成量分别上升了2.18,1.53 μg/L,对BDCM生成的影响不明显;nTiO2的存在导致TCM、DCAN、BDCM生成量分别减少了4.09,2.02,2.15 μg/L;NZVI的存在导致TCM、DCAN、BDCM生成量分别减少了2.36,1.3,1.16 μg/L。实验通过研究污水厂残留NPs对DBPs生成机制的影响,为污水厂的安全运行提供数据支撑。
为明确污水厂中频繁暴露的纳米颗粒(NPs)对消毒副产物(DBPs)生成规律的影响,以二级出水为底物,重点考察了氯消毒与UV/氯消毒过程中NPs存在浓度对DBPs生成的影响,并通过三维荧光光谱与紫外可见差分光谱分析NPs与二级出水中残留的有机物(EfOM)的络合情况。实验结果表明:3种NPs的存在降低了二级出水UV254与SUVA含量,并通过疏水作用络合EfOM,造成Zeta电位、荧光强度、紫外吸光光度下降。当nTiO2、nAg、NZVI 3种NPs的存在浓度均为500 μg/L时,在氯消毒过程中,三氯甲烷(TCM)、二氯已腈(DCAN)、一溴二氯甲烷(BDCM)生成量的减少量约是NPs存在浓度为10 μg/L时的2~5倍。在UV/氯消毒过程中,nAg的存在导致TCM、DCAN生成量分别上升了2.18,1.53 μg/L,对BDCM生成的影响不明显;nTiO2的存在导致TCM、DCAN、BDCM生成量分别减少了4.09,2.02,2.15 μg/L;NZVI的存在导致TCM、DCAN、BDCM生成量分别减少了2.36,1.3,1.16 μg/L。实验通过研究污水厂残留NPs对DBPs生成机制的影响,为污水厂的安全运行提供数据支撑。
2023, 41(8): 41-50.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308006
摘要:
为了克服微米铁mZVI的结构团聚性低问题,提高mZVI对地下水锑的原位修复效果,采用黄原胶(XG)和瓜尔胶(GG)改性剂以一定比例改性,进行mZVI、mZVI-活性炭AC、XG/GG-mZVI和XG/GG-mZVI-AC 4种材料的对照试验,通过沉降试验评价4种材料的稳定性和黏性,选择Sb作为目标污染物,探究4种材料对Sb的去除性能。试验结果表明:在投加XG∶GG(摩尔比)为4∶1、3∶2、1∶1、3∶2和1∶4时,相较mZVI和mZVI-AC,XG/GG-mZVI和XG/GG-mZVI-AC稳定性显著提升,相对分光光度值均在90%以上,随着XG/GG比例增高,其稳定性随之提升;在改性剂浓度为3.00 g/L,投加浓度比为4∶1条件下,XG/GG-mZVI黏度测试结果最高;去除试验显示XG/GG-mZVI对锑的去除率最高,可达到67.13%。XG和GG混合改性剂的投加提高了mZVI的稳定性和反应活性,混合改性剂投加质量浓度越大,改性剂缓冲作用越明显。
为了克服微米铁mZVI的结构团聚性低问题,提高mZVI对地下水锑的原位修复效果,采用黄原胶(XG)和瓜尔胶(GG)改性剂以一定比例改性,进行mZVI、mZVI-活性炭AC、XG/GG-mZVI和XG/GG-mZVI-AC 4种材料的对照试验,通过沉降试验评价4种材料的稳定性和黏性,选择Sb作为目标污染物,探究4种材料对Sb的去除性能。试验结果表明:在投加XG∶GG(摩尔比)为4∶1、3∶2、1∶1、3∶2和1∶4时,相较mZVI和mZVI-AC,XG/GG-mZVI和XG/GG-mZVI-AC稳定性显著提升,相对分光光度值均在90%以上,随着XG/GG比例增高,其稳定性随之提升;在改性剂浓度为3.00 g/L,投加浓度比为4∶1条件下,XG/GG-mZVI黏度测试结果最高;去除试验显示XG/GG-mZVI对锑的去除率最高,可达到67.13%。XG和GG混合改性剂的投加提高了mZVI的稳定性和反应活性,混合改性剂投加质量浓度越大,改性剂缓冲作用越明显。
2023, 41(8): 51-56,64.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308007
摘要:
常温(25±1)℃条件下,研究了不同曝气模式对亚硝化启动和稳定运行的影响。结果表明:长期的连续曝气模式(曝气时间为10 h)无法实现亚硝化的启动,而短期连续曝气模式(曝气时间6 h)和间歇曝气模式(曝气30 min/停曝30 min)皆能够实现亚硝化的启动及稳定运行,NO-2-N累积率可分别达到88.81%和64.48%。曝气/停曝模式的切换,能够有效降低亚硝酸氧化菌的活性,同时由于好氧/缺氧环境的切换,也降低了部分氨氧化细菌活性,使得间歇曝气模式的出水NO-2-N/NH+4-N能够满足后续厌氧氨氧化工艺的进水需求。连续曝气模式由于较长时间的曝气,可以提供一个稳定的生存环境,虽然有利于氨氧化细菌的生长和代谢,实现较高的亚硝态氮累积率,但无法满足后续的厌氧氨氧化对于NO-2-N/NH+4-N的进水要求。
常温(25±1)℃条件下,研究了不同曝气模式对亚硝化启动和稳定运行的影响。结果表明:长期的连续曝气模式(曝气时间为10 h)无法实现亚硝化的启动,而短期连续曝气模式(曝气时间6 h)和间歇曝气模式(曝气30 min/停曝30 min)皆能够实现亚硝化的启动及稳定运行,NO-2-N累积率可分别达到88.81%和64.48%。曝气/停曝模式的切换,能够有效降低亚硝酸氧化菌的活性,同时由于好氧/缺氧环境的切换,也降低了部分氨氧化细菌活性,使得间歇曝气模式的出水NO-2-N/NH+4-N能够满足后续厌氧氨氧化工艺的进水需求。连续曝气模式由于较长时间的曝气,可以提供一个稳定的生存环境,虽然有利于氨氧化细菌的生长和代谢,实现较高的亚硝态氮累积率,但无法满足后续的厌氧氨氧化对于NO-2-N/NH+4-N的进水要求。
2023, 41(8): 57-64.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308008
摘要:
为研究聚丙烯酰胺(PAM)性质和结构对污泥脱水性能的影响,选取10种常用阳离子PAM对消化进泥(初沉污泥和剩余污泥)和消化出泥进行调理。通过测定PAM调理后的污泥比阻(SRF)、毛细吸水时间(CST)、粒径和脱水后泥饼含水率的变化,并结合流变学特性进行调理效果评价和机制解析。结果表明:不同PAM对2种污泥脱水性能的影响迥异,但大多数PAM调理后消化出泥的脱水性能更优,两者均适合采用大分子、高离子度、支链结构的PAM调理。在优选PAM的最佳投加量为4.0 kg/t下,调理后消化出泥的SRF、CST和粒径分别为0.64×1012 m/kg、18.6 s和400.5 μm,脱水后泥饼含水率可降低至74.8%。流变学分析结果表明,优选PAM调理后污泥的触变性显著,絮体更大更密实,弹性模量更大,絮体抗剪切能力更强,脱水性能更优。研究结果可为污水处理厂消化污泥调理脱水药剂的选择提供理论依据与技术参考。
为研究聚丙烯酰胺(PAM)性质和结构对污泥脱水性能的影响,选取10种常用阳离子PAM对消化进泥(初沉污泥和剩余污泥)和消化出泥进行调理。通过测定PAM调理后的污泥比阻(SRF)、毛细吸水时间(CST)、粒径和脱水后泥饼含水率的变化,并结合流变学特性进行调理效果评价和机制解析。结果表明:不同PAM对2种污泥脱水性能的影响迥异,但大多数PAM调理后消化出泥的脱水性能更优,两者均适合采用大分子、高离子度、支链结构的PAM调理。在优选PAM的最佳投加量为4.0 kg/t下,调理后消化出泥的SRF、CST和粒径分别为0.64×1012 m/kg、18.6 s和400.5 μm,脱水后泥饼含水率可降低至74.8%。流变学分析结果表明,优选PAM调理后污泥的触变性显著,絮体更大更密实,弹性模量更大,絮体抗剪切能力更强,脱水性能更优。研究结果可为污水处理厂消化污泥调理脱水药剂的选择提供理论依据与技术参考。
2023, 41(8): 65-74.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308009
摘要:
为探究生物滞留池体系内(bioretention cell,BRC)植物对抗生素及氮、磷复合污染的响应,选用菖蒲(Acorus calamus)、虉草(Phalaris arundinacea)和芦苇(Phragmites communis)作为研究对象,在不同四环素(tetracycline,TC)浓度(0,0.1,0.6,1.2,1.8 μg/mL)下进行间歇批次试验。检测TC、氮素、磷素复合污染物在植物体内的富集量及BRC系统出水中的浓度,考察污染物的富集转运及去除特征;分析有机酸的变化,探讨根系分泌物对复合污染的响应机制。结果表明: 1) 在TC胁迫下,植物对TC的富集能力为菖蒲>虉草>芦苇,3种植物氮、磷富集系数(bioconcerntration factors,BCF)均与TC浓度呈负相关,氮磷转运系数(translocation factors,TF)顺序为芦苇>虉草>菖蒲;无TC胁迫下,3种植物的氮BCF差异不显著,均在4.80~5.39,磷BCF差异显著且顺序为虉草>菖蒲>芦苇。2) 3种植物BRC系统均可稳定高效去除TC,在0.1 μg/mL TC时去除率接近99.70%,在0.6,1.2,1.8 μg/mL TC时去除率均高于99.90%。TC胁迫时,菖蒲和芦苇BRC的总氮(TN)去除率均有下降,分别从73.15%、70.55%下降至最低为54.45%、47.70%,虉草BRC的TN去除率保持稳定在65%左右,菖蒲、虉草和芦苇BRC的TP去除率均明显增高,分别由75.53%、82.71%和78.64%升至最高为96.79%、98.80%和97.91%。3) TC胁迫下,3种植物柠檬酸分泌能力均增强,且菖蒲和虉草的柠檬酸分泌量与TC去除率呈显著正相关,芦苇的柠檬酸分泌量与TP去除率呈显著正相关,柠檬酸可作为外源有机酸提高植物BRC系统对TC、TP的去除。该研究结果对植物BRC去除抗生素污水的实际工程具有参考价值。
为探究生物滞留池体系内(bioretention cell,BRC)植物对抗生素及氮、磷复合污染的响应,选用菖蒲(Acorus calamus)、虉草(Phalaris arundinacea)和芦苇(Phragmites communis)作为研究对象,在不同四环素(tetracycline,TC)浓度(0,0.1,0.6,1.2,1.8 μg/mL)下进行间歇批次试验。检测TC、氮素、磷素复合污染物在植物体内的富集量及BRC系统出水中的浓度,考察污染物的富集转运及去除特征;分析有机酸的变化,探讨根系分泌物对复合污染的响应机制。结果表明: 1) 在TC胁迫下,植物对TC的富集能力为菖蒲>虉草>芦苇,3种植物氮、磷富集系数(bioconcerntration factors,BCF)均与TC浓度呈负相关,氮磷转运系数(translocation factors,TF)顺序为芦苇>虉草>菖蒲;无TC胁迫下,3种植物的氮BCF差异不显著,均在4.80~5.39,磷BCF差异显著且顺序为虉草>菖蒲>芦苇。2) 3种植物BRC系统均可稳定高效去除TC,在0.1 μg/mL TC时去除率接近99.70%,在0.6,1.2,1.8 μg/mL TC时去除率均高于99.90%。TC胁迫时,菖蒲和芦苇BRC的总氮(TN)去除率均有下降,分别从73.15%、70.55%下降至最低为54.45%、47.70%,虉草BRC的TN去除率保持稳定在65%左右,菖蒲、虉草和芦苇BRC的TP去除率均明显增高,分别由75.53%、82.71%和78.64%升至最高为96.79%、98.80%和97.91%。3) TC胁迫下,3种植物柠檬酸分泌能力均增强,且菖蒲和虉草的柠檬酸分泌量与TC去除率呈显著正相关,芦苇的柠檬酸分泌量与TP去除率呈显著正相关,柠檬酸可作为外源有机酸提高植物BRC系统对TC、TP的去除。该研究结果对植物BRC去除抗生素污水的实际工程具有参考价值。
2023, 41(8): 75-82,90.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308010
摘要:
采用浸渍-超声-煅烧的方法将β-FeOOH和TiO2复合,制备了不同比例的β-FeOOH/TiO2复合光催化剂来降解酸性橙Ⅱ。通过X-射线粉末衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱仪(XPS)、红外光谱仪(FT-IR)研究复合催化剂组成及微观结构。在模拟太阳光照射下,加入H2O2研究复合催化剂光催化降解酸性橙Ⅱ性能,并对其降解机理进行探究。结果表明:当m(β-FeOOH)∶m(TiO2)为3∶1,初始反应pH值为3.05,H2O2的投加浓度为20 mmol/L时,酸性橙Ⅱ降解效率最佳。自由基猝灭实验和电子自旋共振技术(ESR)分析结果表明,在降解酸性橙Ⅱ过程中,羟基自由基(·OH)和超氧自由基(O-2·)是主要的活性氧物种,将酸性橙Ⅱ矿化分解。研究工作为印染废水的治理提供一种新思路。
采用浸渍-超声-煅烧的方法将β-FeOOH和TiO2复合,制备了不同比例的β-FeOOH/TiO2复合光催化剂来降解酸性橙Ⅱ。通过X-射线粉末衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱仪(XPS)、红外光谱仪(FT-IR)研究复合催化剂组成及微观结构。在模拟太阳光照射下,加入H2O2研究复合催化剂光催化降解酸性橙Ⅱ性能,并对其降解机理进行探究。结果表明:当m(β-FeOOH)∶m(TiO2)为3∶1,初始反应pH值为3.05,H2O2的投加浓度为20 mmol/L时,酸性橙Ⅱ降解效率最佳。自由基猝灭实验和电子自旋共振技术(ESR)分析结果表明,在降解酸性橙Ⅱ过程中,羟基自由基(·OH)和超氧自由基(O-2·)是主要的活性氧物种,将酸性橙Ⅱ矿化分解。研究工作为印染废水的治理提供一种新思路。
2023, 41(8): 83-90.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308011
摘要:
采用序批式反应器(SBR)考察有机物(COD)浓度对复合式厌氧氨氧化(Anammox)反应系统脱氮性能及微生物群落结构的影响。结果表明:在进水ρ(COD)为120 mg/L条件下,系统强化脱氮效果最佳,平均总氮去除效率(NRE)和总氮去除率(NRR)分别为95.4%和0.40 kg/(m3·d);当进水ρ(COD)继续增至150 mg/L时,Anammox活性明显下降,NRE和NRR分别降至75.8%和0.32 kg/(m3·d)。16S rRNA高通量测序结果表明,高COD(120~150 mg/L)下,反应体系内反硝化菌相对丰度明显增加,反硝化菌主要存在于絮状污泥中,而絮状污泥中几乎检测不到Anammox菌,Anammox菌在生物膜上则保持着较高的相对丰度(19.1%~32.5%)。这说明适宜的COD浓度可使Anammox与反硝化作用有效耦合,实现SBR系统脱氮功能强化,且反应体系内生物膜的存在是保障复合式Anammox系统稳定脱氮的重要因素。
采用序批式反应器(SBR)考察有机物(COD)浓度对复合式厌氧氨氧化(Anammox)反应系统脱氮性能及微生物群落结构的影响。结果表明:在进水ρ(COD)为120 mg/L条件下,系统强化脱氮效果最佳,平均总氮去除效率(NRE)和总氮去除率(NRR)分别为95.4%和0.40 kg/(m3·d);当进水ρ(COD)继续增至150 mg/L时,Anammox活性明显下降,NRE和NRR分别降至75.8%和0.32 kg/(m3·d)。16S rRNA高通量测序结果表明,高COD(120~150 mg/L)下,反应体系内反硝化菌相对丰度明显增加,反硝化菌主要存在于絮状污泥中,而絮状污泥中几乎检测不到Anammox菌,Anammox菌在生物膜上则保持着较高的相对丰度(19.1%~32.5%)。这说明适宜的COD浓度可使Anammox与反硝化作用有效耦合,实现SBR系统脱氮功能强化,且反应体系内生物膜的存在是保障复合式Anammox系统稳定脱氮的重要因素。
2023, 41(8): 91-99.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308012
摘要:
针对赣江南昌段水环境质量问题,以赣江南昌段周坊国考断面为研究对象,采用Mann-Kendall检验、相关性分析等方法分析了赣江南昌段不同水期的降雨特征,并考察了降雨特征对该断面水质的影响。结果表明:1)赣江南昌段该断面COD和NH3-N浓度全年基本符合GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准,但TP浓度主要在涨水期、其次为枯水期超过GB 3838—2002 Ⅲ类标准,TN浓度除在2019-08—2020-02外,均超过GB 3838—2002 Ⅲ类标准。2)断面TN和TP的日内时平均变异系数较小(<15%),而COD、NH3-N和浊度的日内时平均变异系数>15%。3)NH3-N浓度通常在年内第1个降雨量较大的月份出现峰值,TP和流量显著相关(R2=0.728,P＜0.01)。4)在涨水期和洪水期,该断面水质超标的现象多发生在强降雨后;当枯水期发生强降雨后,水质参数随着降雨均有明显上升。当枯水期发生强降雨后,水质参数随降雨均有明显上升,存在超标的可能性。
针对赣江南昌段水环境质量问题,以赣江南昌段周坊国考断面为研究对象,采用Mann-Kendall检验、相关性分析等方法分析了赣江南昌段不同水期的降雨特征,并考察了降雨特征对该断面水质的影响。结果表明:1)赣江南昌段该断面COD和NH3-N浓度全年基本符合GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅲ类标准,但TP浓度主要在涨水期、其次为枯水期超过GB 3838—2002 Ⅲ类标准,TN浓度除在2019-08—2020-02外,均超过GB 3838—2002 Ⅲ类标准。2)断面TN和TP的日内时平均变异系数较小(<15%),而COD、NH3-N和浊度的日内时平均变异系数>15%。3)NH3-N浓度通常在年内第1个降雨量较大的月份出现峰值,TP和流量显著相关(R2=0.728,P＜0.01)。4)在涨水期和洪水期,该断面水质超标的现象多发生在强降雨后;当枯水期发生强降雨后,水质参数随着降雨均有明显上升。当枯水期发生强降雨后,水质参数随降雨均有明显上升,存在超标的可能性。
2023, 41(8): 100-108.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308013
摘要:
碱木质素是造纸工业的主要副产品。为探索碱木质素资源化利用的可行途径,以碱木质素为原料,在微波热解条件下制备得到生物炭,并研究了生物炭对水体中Zn2+的吸附性能和吸附机理。结果表明:在炭化温度为400 ℃,投加量为0.4 g/L,Zn2+初始浓度为200 mg/L,pH为5的吸附条件下,碱木质素生物炭对Zn2+的平衡吸附量达到313.7~326.7 mg/g,为最佳吸附效果;准二级动力学模型和Langmuir模型能更好地拟合碱木质素生物炭对Zn2+的吸附过程,说明生物炭的吸附速率受化学吸附机制的控制,且由Langmuir模型拟合得到生物炭对Zn2+的最大吸附量(qm)为371.3~412.3 mg/g;吸附机理研究表明,碱木质素生物炭对Zn2+的吸附机理包括矿物共沉淀作用、DOM吸附作用、表面络合作用(含氧官能团络合和Zn2+-π配位作用)和离子交换作用。 此外,生物炭吸附机理量化分析结果表明,矿物共沉淀和表面络合作用对生物炭吸附量的贡献分别为81.8%~85.6%和7.6%~9.9%。
碱木质素是造纸工业的主要副产品。为探索碱木质素资源化利用的可行途径,以碱木质素为原料,在微波热解条件下制备得到生物炭,并研究了生物炭对水体中Zn2+的吸附性能和吸附机理。结果表明:在炭化温度为400 ℃,投加量为0.4 g/L,Zn2+初始浓度为200 mg/L,pH为5的吸附条件下,碱木质素生物炭对Zn2+的平衡吸附量达到313.7~326.7 mg/g,为最佳吸附效果;准二级动力学模型和Langmuir模型能更好地拟合碱木质素生物炭对Zn2+的吸附过程,说明生物炭的吸附速率受化学吸附机制的控制,且由Langmuir模型拟合得到生物炭对Zn2+的最大吸附量(qm)为371.3~412.3 mg/g;吸附机理研究表明,碱木质素生物炭对Zn2+的吸附机理包括矿物共沉淀作用、DOM吸附作用、表面络合作用(含氧官能团络合和Zn2+-π配位作用)和离子交换作用。 此外,生物炭吸附机理量化分析结果表明,矿物共沉淀和表面络合作用对生物炭吸附量的贡献分别为81.8%~85.6%和7.6%~9.9%。
2023, 41(8): 109-116,126.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308014
摘要:
为揭示青岛大气污染变化特征及其向近海营养物质的输送,对其大气颗粒物中水溶性组分进行长期研究。于2019-11—2021-04期间采集总悬浮颗粒物(TSP)样品,测定了 9种水溶性无机离子(WSIIs)含量,研究其时间变化、来源和环境效应。结果表明:青岛市TSP中ρ(WSIIs)为(32.0±6.51) μg/m3,主要离子为NO-3、SO2-4和NH+4,2013年后受能源结构调整和污染防控政策影响,SO2-4浓度明显下降,NO-3浓度增加。NO-3和NH+4浓度呈冬季＞春季＞秋季＞夏季,SO2-4浓度呈冬季＞夏季＞春季＞秋季,夏季太阳辐射强、气温高,NO-3和NH+4易于分解和挥发使其浓度最低;冬季受来自蒙古和华北的内陆气团、燃煤供暖和不利的大气扩散条件影响,WSIIs浓度最高;夏季强太阳辐射利于SO2-4的生成,同时夏季风使海源性硫酸盐输入增加,导致SO2-4浓度偏高。年均ρ(NO-3)/ρ(SO2-4)比值>1,以移动源污染为主;各季节SOR、NOR均>0.1,氮、硫的二次生成率较高。NH+4-N、NO-3-N营养盐的沉降通量分别为48.8,87.0 mmol/(m2·a),氮沉降通量的相对升高将加剧近海浮游植物生长的磷限制。
为揭示青岛大气污染变化特征及其向近海营养物质的输送,对其大气颗粒物中水溶性组分进行长期研究。于2019-11—2021-04期间采集总悬浮颗粒物(TSP)样品,测定了 9种水溶性无机离子(WSIIs)含量,研究其时间变化、来源和环境效应。结果表明:青岛市TSP中ρ(WSIIs)为(32.0±6.51) μg/m3,主要离子为NO-3、SO2-4和NH+4,2013年后受能源结构调整和污染防控政策影响,SO2-4浓度明显下降,NO-3浓度增加。NO-3和NH+4浓度呈冬季＞春季＞秋季＞夏季,SO2-4浓度呈冬季＞夏季＞春季＞秋季,夏季太阳辐射强、气温高,NO-3和NH+4易于分解和挥发使其浓度最低;冬季受来自蒙古和华北的内陆气团、燃煤供暖和不利的大气扩散条件影响,WSIIs浓度最高;夏季强太阳辐射利于SO2-4的生成,同时夏季风使海源性硫酸盐输入增加,导致SO2-4浓度偏高。年均ρ(NO-3)/ρ(SO2-4)比值>1,以移动源污染为主;各季节SOR、NOR均>0.1,氮、硫的二次生成率较高。NH+4-N、NO-3-N营养盐的沉降通量分别为48.8,87.0 mmol/(m2·a),氮沉降通量的相对升高将加剧近海浮游植物生长的磷限制。
2023, 41(8): 117-126.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308015
摘要:
水溶性无机离子(WSIIs)作为PM2.5的主要化学组分,能影响大气能见度,导致重污染事件的发生。为探究新乡市大气PM2.5及其水溶性无机离子的污染特征及其来源,于2019—2020年分季节在新乡市城区开展PM2.5样品采集并分析了8种离子组分浓度。结果表明:PM2.5及总WSIIs年均浓度分别为(66.25±35.73),(33.66±24.15) μg/m3,呈冬季浓度高、夏季浓度低的特征。二次无机离子SNA(NO-3、SO2-4和NH+4)占WSIIs平均质量浓度的89.7%,且在冬季占比较高。PMF源解析结果表明,新乡市大气PM2.5中水溶性离子的主要来源有二次硝酸盐、二次硫酸盐、燃烧源和扬尘源。结合后向轨迹分析得出,来自京津冀及河南省西南部地区的低空低速气流对观测站点PM2.5浓度影响较大,该气团所对应的二次硫酸盐和二次硝酸盐对WSIIs的贡献较大;来自西北方向的气团对应较高的Ca2+和Mg2+浓度占比和较大的扬尘源贡献。该研究结果有助于了解WSIIs的污染特征及来源,可为颗粒物污染防治提供参考。
水溶性无机离子(WSIIs)作为PM2.5的主要化学组分,能影响大气能见度,导致重污染事件的发生。为探究新乡市大气PM2.5及其水溶性无机离子的污染特征及其来源,于2019—2020年分季节在新乡市城区开展PM2.5样品采集并分析了8种离子组分浓度。结果表明:PM2.5及总WSIIs年均浓度分别为(66.25±35.73),(33.66±24.15) μg/m3,呈冬季浓度高、夏季浓度低的特征。二次无机离子SNA(NO-3、SO2-4和NH+4)占WSIIs平均质量浓度的89.7%,且在冬季占比较高。PMF源解析结果表明,新乡市大气PM2.5中水溶性离子的主要来源有二次硝酸盐、二次硫酸盐、燃烧源和扬尘源。结合后向轨迹分析得出,来自京津冀及河南省西南部地区的低空低速气流对观测站点PM2.5浓度影响较大,该气团所对应的二次硫酸盐和二次硝酸盐对WSIIs的贡献较大;来自西北方向的气团对应较高的Ca2+和Mg2+浓度占比和较大的扬尘源贡献。该研究结果有助于了解WSIIs的污染特征及来源,可为颗粒物污染防治提供参考。
2023, 41(8): 127-136.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308016
摘要:
为探究炼焦装煤排放颗粒物稀释采样过程中,不同稀释比对测量PM2.5粒径分布和碳质组分的影响,以管式炉热解煤炭来模拟炼焦装煤过程,通过建立稀释采样系统,设置低、中、高3个稀释比梯度,研究了PM2.5的粒径分布、质量浓度、有机碳(OC)/元素碳(EC)和多环芳烃(PAHs)浓度的变化规律。结果显示:随着稀释比的增大,PM2.5粒数浓度整体呈升高趋势,除尘后高稀释比下PM2.5粒数浓度相对中、低稀释比分别增大了约3.7,1.3倍,除尘前高稀释比下PM2.5粒数浓度相对中、低稀释比增大了约1.1倍;PM2.5质量浓度及OC/EC整体随稀释比的增大呈减小趋势,较低稀释比升高到中等稀释比后,修正PM2.5及OC/EC变化不显著,但高稀释比下,修正PM2.5及OC/EC相比低稀释比时分别减小了约64.8%、45.1%;在不同稀释比下颗粒态PAHs的环数分布相对稳定,除尘后颗粒物中四环和五环芳烃的归一化占比较高,均在29.1%以上。稀释比升高增强了有机物的气粒转化,其在小粒径段上均相凝结增强,生成了更多超细颗粒物,PM2.5总粒数浓度增加;继续升高稀释比,降低了体系中气态有机物浓度,其在大粒径段上的非均相凝结减弱,修正PM2.5质量浓度降低。中等稀释比(41~52倍)下,气态有机物气粒转化相比低稀释比下更加充分,相比高稀释比,避免了烟气体系气粒相平衡破坏或有机物的过度凝结,因此建议采用中等稀释比采集分析炼焦装煤排放的PM2.5。
为探究炼焦装煤排放颗粒物稀释采样过程中,不同稀释比对测量PM2.5粒径分布和碳质组分的影响,以管式炉热解煤炭来模拟炼焦装煤过程,通过建立稀释采样系统,设置低、中、高3个稀释比梯度,研究了PM2.5的粒径分布、质量浓度、有机碳(OC)/元素碳(EC)和多环芳烃(PAHs)浓度的变化规律。结果显示:随着稀释比的增大,PM2.5粒数浓度整体呈升高趋势,除尘后高稀释比下PM2.5粒数浓度相对中、低稀释比分别增大了约3.7,1.3倍,除尘前高稀释比下PM2.5粒数浓度相对中、低稀释比增大了约1.1倍;PM2.5质量浓度及OC/EC整体随稀释比的增大呈减小趋势,较低稀释比升高到中等稀释比后,修正PM2.5及OC/EC变化不显著,但高稀释比下,修正PM2.5及OC/EC相比低稀释比时分别减小了约64.8%、45.1%;在不同稀释比下颗粒态PAHs的环数分布相对稳定,除尘后颗粒物中四环和五环芳烃的归一化占比较高,均在29.1%以上。稀释比升高增强了有机物的气粒转化,其在小粒径段上均相凝结增强,生成了更多超细颗粒物,PM2.5总粒数浓度增加;继续升高稀释比,降低了体系中气态有机物浓度,其在大粒径段上的非均相凝结减弱,修正PM2.5质量浓度降低。中等稀释比(41~52倍)下,气态有机物气粒转化相比低稀释比下更加充分,相比高稀释比,避免了烟气体系气粒相平衡破坏或有机物的过度凝结,因此建议采用中等稀释比采集分析炼焦装煤排放的PM2.5。
2023, 41(8): 137-144,168.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308017
摘要:
水热炭化是极具发展前景的高水分生物质和有机固废预处理方法。以黏胶纤维(VF)与杨木(PW)为对象,采用水热反应釜,研究2种原料掺混比对水热炭工业分析、元素分析和热值演变的影响,并结合热重分析,评价水热炭的热解和燃烧性能。结果表明:水热处理能够显著提升原料的燃料性能,原料中的固定碳和碳元素含量分别由8.48%和41.94%增加至54.28%和73.89%,相应的热值可达到29.22 MJ/kg,同时原料中的挥发分和氧元素含量显著降低,由87.02%和62.45%分别最低降至45.01%和20.19%。2种原料共水热处理,一方面能够拓宽水热炭热解失重温度区间,降低热解活化能;另一方面能够显著改善水热炭的着火和燃烧性能,使得共水热炭的燃烧最大速率温度和温度区间向高温转移,并降低燃烧反应活化能。随着黏胶纤维掺混比的增加,水热炭热解和燃烧稳定性均有所提高,且当两者质量掺混比为5∶5时,共水热炭的综合热解指数、综合燃烧指数和着火指数均达到最大,分别为6.13×10-8、9.64×10-7和5.27×10-5。研究表明,黏胶纤维与杨木的共水热,获得高质量的固体燃料,有效改善了单一原料水热炭化时存在的不足,为黏胶纤维等固废能源化利用提供了参考。
水热炭化是极具发展前景的高水分生物质和有机固废预处理方法。以黏胶纤维(VF)与杨木(PW)为对象,采用水热反应釜,研究2种原料掺混比对水热炭工业分析、元素分析和热值演变的影响,并结合热重分析,评价水热炭的热解和燃烧性能。结果表明:水热处理能够显著提升原料的燃料性能,原料中的固定碳和碳元素含量分别由8.48%和41.94%增加至54.28%和73.89%,相应的热值可达到29.22 MJ/kg,同时原料中的挥发分和氧元素含量显著降低,由87.02%和62.45%分别最低降至45.01%和20.19%。2种原料共水热处理,一方面能够拓宽水热炭热解失重温度区间,降低热解活化能;另一方面能够显著改善水热炭的着火和燃烧性能,使得共水热炭的燃烧最大速率温度和温度区间向高温转移,并降低燃烧反应活化能。随着黏胶纤维掺混比的增加,水热炭热解和燃烧稳定性均有所提高,且当两者质量掺混比为5∶5时,共水热炭的综合热解指数、综合燃烧指数和着火指数均达到最大,分别为6.13×10-8、9.64×10-7和5.27×10-5。研究表明,黏胶纤维与杨木的共水热,获得高质量的固体燃料,有效改善了单一原料水热炭化时存在的不足,为黏胶纤维等固废能源化利用提供了参考。
2023, 41(8): 145-153.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308018
摘要:
为探究液态粪污发酵过程中理化指标的变化和微生物群落结构的演替特征,采用好氧发酵方法,奶牛液态粪污稀释后添加益生菌液(effective microorganisms,EM)和有机肥发酵菌剂(organic fermentation bacteria,OFB)进行发酵。分析发酵过程中COD、氮和磷的变化规律,以种子发芽指数作为腐熟度指标考察液态粪污腐熟程度,探明发酵过程细菌群落的结构特征。结果表明:添加微生物复合菌剂均可以有效降解有机物,粪污稀释为低浓度(low,L)后能更快进入腐熟阶段。其中L-OFB处理在发酵结束时种子发芽指数(GI)达到84.01%,达到完全腐熟。采用高通量测序对Alpha多样性、物种差异分析发现,发酵过程中主要优势菌门为变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门;在发酵周期内,添加EM、OFB菌剂处理的样品中ML635J-40 aquatic group属、Truepera属、Aquamicrobium属、Anaerovorax属、Pseudomonas属的相对丰度较对照处理(CK)处理中更高;冗余分析结果表示,TN是第1影响因子,与细菌群落组成变化显著相关(P<0.05);GI与Aquamicrobium属的相关性最强,在发酵结束时相对丰度较大,可作为腐熟期指示微生物。研究可为今后液态粪污处理工艺的优化提供理论依据。
为探究液态粪污发酵过程中理化指标的变化和微生物群落结构的演替特征,采用好氧发酵方法,奶牛液态粪污稀释后添加益生菌液(effective microorganisms,EM)和有机肥发酵菌剂(organic fermentation bacteria,OFB)进行发酵。分析发酵过程中COD、氮和磷的变化规律,以种子发芽指数作为腐熟度指标考察液态粪污腐熟程度,探明发酵过程细菌群落的结构特征。结果表明:添加微生物复合菌剂均可以有效降解有机物,粪污稀释为低浓度(low,L)后能更快进入腐熟阶段。其中L-OFB处理在发酵结束时种子发芽指数(GI)达到84.01%,达到完全腐熟。采用高通量测序对Alpha多样性、物种差异分析发现,发酵过程中主要优势菌门为变形菌门、拟杆菌门和厚壁菌门;在发酵周期内,添加EM、OFB菌剂处理的样品中ML635J-40 aquatic group属、Truepera属、Aquamicrobium属、Anaerovorax属、Pseudomonas属的相对丰度较对照处理(CK)处理中更高;冗余分析结果表示,TN是第1影响因子,与细菌群落组成变化显著相关(P<0.05);GI与Aquamicrobium属的相关性最强,在发酵结束时相对丰度较大,可作为腐熟期指示微生物。研究可为今后液态粪污处理工艺的优化提供理论依据。
2023, 41(8): 154-161.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308019
摘要:
利用废弃甘蔗渣热解制备生物炭(BC),进而制备生物炭负载纳米零价铁(BC-nZVI)。在中温、高温条件下研究不同BC-nZVI投加量(0,0.1,0.5,1,2 g/L)对厨余垃圾厌氧发酵性能的影响及其促进机制。结果表明:投加BC-nZVI显著提高了厌氧发酵系统的甲烷累积产量,且缩短了发酵延滞期。在其投加量为0.5 g/L时效果最佳,中温、高温处理相比对照组分别提高了36.88%和45.55%。此外,利用结构方程模型探究了BC-nZVI对厨余垃圾厌氧发酵性能的影响机制。结果显示:发酵时间、NH+4-N、温度和BC-nZVI显著影响累积甲烷产量。BC-nZVI的多孔性结构对挥发性脂肪酸具有一定的缓冲作用,有利于维持系统稳定性,并为微生物提供生长位点。该成果可为厨余垃圾资源化利用提供科学依据,并为BC-nZVI强化厌氧发酵技术提供指导。
利用废弃甘蔗渣热解制备生物炭(BC),进而制备生物炭负载纳米零价铁(BC-nZVI)。在中温、高温条件下研究不同BC-nZVI投加量(0,0.1,0.5,1,2 g/L)对厨余垃圾厌氧发酵性能的影响及其促进机制。结果表明:投加BC-nZVI显著提高了厌氧发酵系统的甲烷累积产量,且缩短了发酵延滞期。在其投加量为0.5 g/L时效果最佳,中温、高温处理相比对照组分别提高了36.88%和45.55%。此外,利用结构方程模型探究了BC-nZVI对厨余垃圾厌氧发酵性能的影响机制。结果显示:发酵时间、NH+4-N、温度和BC-nZVI显著影响累积甲烷产量。BC-nZVI的多孔性结构对挥发性脂肪酸具有一定的缓冲作用,有利于维持系统稳定性,并为微生物提供生长位点。该成果可为厨余垃圾资源化利用提供科学依据,并为BC-nZVI强化厌氧发酵技术提供指导。
2023, 41(8): 162-168.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308020
摘要:
水热技术在处理厨余垃圾时具有高效、清洁、安全等优势,近年来受到国内外学者的广泛关注。以模拟厨余垃圾为对象,开展了厨余垃圾水热转化制取有机肥的试验研究,试验工况为反应温度175~235 ℃,停留时间20~80 min。结果表明:与传统的堆肥处理相比,由于没有微生物损耗,厨余垃圾水热处理后肥效更高,有机质、总养分含量分别为55.77%~72.92%、7.39%~8.20%,远高于NY 525—2021《有机肥料》标准值。在一定温度范围内,水热过程能够促进腐植酸的形成,在205 ℃、40 min工况下腐植酸含量达到21.70%,腐殖化指数(胡敏酸/富里酸)为1.67,表现出极高的腐熟度。水热处理能够促进单价金属盐的迁移,大部分单价金属盐(Na、K)通过反应后从固相迁移到液相中,而大部分多价金属盐(Ca、Mg、Fe)则保留在固相中。
水热技术在处理厨余垃圾时具有高效、清洁、安全等优势,近年来受到国内外学者的广泛关注。以模拟厨余垃圾为对象,开展了厨余垃圾水热转化制取有机肥的试验研究,试验工况为反应温度175~235 ℃,停留时间20~80 min。结果表明:与传统的堆肥处理相比,由于没有微生物损耗,厨余垃圾水热处理后肥效更高,有机质、总养分含量分别为55.77%~72.92%、7.39%~8.20%,远高于NY 525—2021《有机肥料》标准值。在一定温度范围内,水热过程能够促进腐植酸的形成,在205 ℃、40 min工况下腐植酸含量达到21.70%,腐殖化指数(胡敏酸/富里酸)为1.67,表现出极高的腐熟度。水热处理能够促进单价金属盐的迁移,大部分单价金属盐(Na、K)通过反应后从固相迁移到液相中,而大部分多价金属盐(Ca、Mg、Fe)则保留在固相中。
2023, 41(8): 169-175.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308021
摘要:
为探究镉(Cd)富集植物八宝景天(Sedum spectabile)对污染土壤Cd径流流失的影响,以不同Cd污染程度土壤作为实验材料,采用人工模拟降雨方法,设置不同降雨强度和坡度,研究种植八宝景天前、后污染土壤径流Cd浓度的差异性及影响因素。结果表明:种植八宝景天120 d后,原Cd含量为低[(7.43±0.01) mg/kg]、中[(42.23±0.05) mg/kg]、高[(94.20±0.21) mg/kg]3种污染程度土壤全量Cd的降幅分别为31.90%、20.91%和17.52%,有效态Cd降幅分别为14.36%、21.20%和21.81%,表明八宝景天具备修复Cd污染土壤的潜力。降雨强度与3种污染程度土壤径流Cd浓度呈极显著正相关(P＜0.01),且土壤Cd径流流失负荷随着降雨强度或污染程度的增大而升高,在本实验设置坡度中,18°坡度时土壤Cd径流流失风险最大;八宝景天种植时间与低污染、中污染土壤径流Cd浓度呈显著负相关(P＜0.05),且种植八宝景天与未种植八宝景天的土壤径流Cd浓度呈显著性差异(P＜0.05),表明种植八宝景天可有效降低污染土壤中Cd的径流流失风险。
为探究镉(Cd)富集植物八宝景天(Sedum spectabile)对污染土壤Cd径流流失的影响,以不同Cd污染程度土壤作为实验材料,采用人工模拟降雨方法,设置不同降雨强度和坡度,研究种植八宝景天前、后污染土壤径流Cd浓度的差异性及影响因素。结果表明:种植八宝景天120 d后,原Cd含量为低[(7.43±0.01) mg/kg]、中[(42.23±0.05) mg/kg]、高[(94.20±0.21) mg/kg]3种污染程度土壤全量Cd的降幅分别为31.90%、20.91%和17.52%,有效态Cd降幅分别为14.36%、21.20%和21.81%,表明八宝景天具备修复Cd污染土壤的潜力。降雨强度与3种污染程度土壤径流Cd浓度呈极显著正相关(P＜0.01),且土壤Cd径流流失负荷随着降雨强度或污染程度的增大而升高,在本实验设置坡度中,18°坡度时土壤Cd径流流失风险最大;八宝景天种植时间与低污染、中污染土壤径流Cd浓度呈显著负相关(P＜0.05),且种植八宝景天与未种植八宝景天的土壤径流Cd浓度呈显著性差异(P＜0.05),表明种植八宝景天可有效降低污染土壤中Cd的径流流失风险。
2023, 41(8): 176-180.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308022
摘要:
脲酶诱导碳酸钙沉淀(enzyme induced calcite precipitation,EICP)作为一种新型仿生物矿化技术,对修复重金属污染土壤表现出较大潜力。开展EICP联合生物炭修复铅污染土中的探究试验,通过毒性浸出和碳酸钙量测试,评价固化效果并分析其作用机制。结果表明:EICP可有效固化铅,当EICP处理试剂加入量为6.6%时的固化率最高,并呈现固化率随着碳酸钙量增加而增大规律;与单一使用EICP相比,EICP联合生物炭修复固化铅污染土的效果显著提高,且生物炭掺入量为6.6%时固化率最高;EICP联合生物炭提高铅固化效果机制为:一是由于生物炭呈碱性,比表面大利于吸附金属等特性固化铅;二是生物炭的大量微小孔隙,为EICP矿化反应提供场所,促进EICP矿化反应。研究结果可为使用EICP技术修复重金属污染土提供新思路及试验指导。
脲酶诱导碳酸钙沉淀(enzyme induced calcite precipitation,EICP)作为一种新型仿生物矿化技术,对修复重金属污染土壤表现出较大潜力。开展EICP联合生物炭修复铅污染土中的探究试验,通过毒性浸出和碳酸钙量测试,评价固化效果并分析其作用机制。结果表明:EICP可有效固化铅,当EICP处理试剂加入量为6.6%时的固化率最高,并呈现固化率随着碳酸钙量增加而增大规律;与单一使用EICP相比,EICP联合生物炭修复固化铅污染土的效果显著提高,且生物炭掺入量为6.6%时固化率最高;EICP联合生物炭提高铅固化效果机制为:一是由于生物炭呈碱性,比表面大利于吸附金属等特性固化铅;二是生物炭的大量微小孔隙,为EICP矿化反应提供场所,促进EICP矿化反应。研究结果可为使用EICP技术修复重金属污染土提供新思路及试验指导。
2023, 41(8): 181-187.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308023
摘要:
固定化修复是常见的含砷土壤修复方法,合理选择固化剂至关重要。根据土壤中砷的特性,分别合成了铁钛复合材料和生物炭改性的铁钛复合材料,探究2种材料对土壤中砷固化的效果,并采用吸附等温模型、吸附动力学模型等对其吸附特性进行研究。结果表明:生物炭改性的铁钛复合材料的吸附效果优于铁钛复合材料;通过吸附动力学模型拟合发现最佳模型为Elovich模型,说明2种材料对三价砷[As(Ⅲ)]的吸附机制主要为化学吸附;吸附等温实验中最佳模型为Freundlich等温吸附模型,表明As(Ⅲ)在2种材料表面的吸附为非均相多分子吸附和单层吸附,同时包括物理和化学吸附。上述2种吸附材料均能较好地吸附土壤中的As,最大吸附量分别为48.63,61.09 mg/g。通过添加生物炭可有效提高材料的吸附速率,实现短期内快速稳定土壤中As的效果,且在不同含水率条件下均具有较高的As固定化效果。研究结果可为探索新型的复合材料用以固定土壤中的As提供借鉴。
固定化修复是常见的含砷土壤修复方法,合理选择固化剂至关重要。根据土壤中砷的特性,分别合成了铁钛复合材料和生物炭改性的铁钛复合材料,探究2种材料对土壤中砷固化的效果,并采用吸附等温模型、吸附动力学模型等对其吸附特性进行研究。结果表明:生物炭改性的铁钛复合材料的吸附效果优于铁钛复合材料;通过吸附动力学模型拟合发现最佳模型为Elovich模型,说明2种材料对三价砷[As(Ⅲ)]的吸附机制主要为化学吸附;吸附等温实验中最佳模型为Freundlich等温吸附模型,表明As(Ⅲ)在2种材料表面的吸附为非均相多分子吸附和单层吸附,同时包括物理和化学吸附。上述2种吸附材料均能较好地吸附土壤中的As,最大吸附量分别为48.63,61.09 mg/g。通过添加生物炭可有效提高材料的吸附速率,实现短期内快速稳定土壤中As的效果,且在不同含水率条件下均具有较高的As固定化效果。研究结果可为探索新型的复合材料用以固定土壤中的As提供借鉴。
2023, 41(8): 188-195,201.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308024
摘要:
为克服传统钻孔取样和常规阵列测量的跨孔电阻率法在帷幕检测工作中的不足,采用阵列优化方法对3种常规跨孔电阻率阵列进行优选,构建了高分辨率和高信噪比的阻隔帷幕测量组合阵列。采用数值模拟方法对该组合阵列进行阻隔帷幕检测效果验证,并应用于某垃圾填埋场的阻隔帷幕性能检测。根据垃圾填埋场2处阻隔帷幕的跨孔电阻率CT探测结果得出:膨润土阻隔帷幕主体在固结初期表现为均匀完整的低阻带,电阻率为0.001~0.06 Ω·m,2处阻隔帷幕的注浆影响半径分别为0.55,0.95 m,满足帷幕厚度和完整性要求。结合阻隔帷幕芯样的渗透系数测试分析得出:2个测量区域阻隔材料渗透系数均<10-6 cm/s,满足污染阻隔的性能要求。利用组合阵列的跨孔电阻率CT技术,实现对污染场地阻隔帷幕完整性和防渗性能的高效准确评价。
为克服传统钻孔取样和常规阵列测量的跨孔电阻率法在帷幕检测工作中的不足,采用阵列优化方法对3种常规跨孔电阻率阵列进行优选,构建了高分辨率和高信噪比的阻隔帷幕测量组合阵列。采用数值模拟方法对该组合阵列进行阻隔帷幕检测效果验证,并应用于某垃圾填埋场的阻隔帷幕性能检测。根据垃圾填埋场2处阻隔帷幕的跨孔电阻率CT探测结果得出:膨润土阻隔帷幕主体在固结初期表现为均匀完整的低阻带,电阻率为0.001~0.06 Ω·m,2处阻隔帷幕的注浆影响半径分别为0.55,0.95 m,满足帷幕厚度和完整性要求。结合阻隔帷幕芯样的渗透系数测试分析得出:2个测量区域阻隔材料渗透系数均<10-6 cm/s,满足污染阻隔的性能要求。利用组合阵列的跨孔电阻率CT技术,实现对污染场地阻隔帷幕完整性和防渗性能的高效准确评价。
2023, 41(8): 196-201.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308025
摘要:
为探讨存量生活垃圾开挖装运的作业效率以及直接掺烧对垃圾焚烧厂的工况影响,以我国南方某邻近垃圾焚烧厂的填埋场为对象进行了中试研究。结果表明:该填埋场的存量垃圾成分以约占56%的橡塑类为主,湿基低位热值为5037 kJ/kg。中试处理的存量垃圾填龄为4~8年,开挖装运效率可达到141 t/h。在50%的掺烧比例下,为维持炉膛热负荷,焚烧量提高了22%,达到设计处理负荷的104%,飞灰和炉渣产生率则同步升高了38%,未对烟气污染物的达标排放和飞灰炉渣的处理利用造成影响。维持垃圾充分燃烧无须提高二次风量和启用助燃,烟气处理无须启用干法脱酸,但脱氮负荷明显增大,熟石灰和氨水使用量分别增加了41%和194%,二噁英的毒性当量浓度为0.062,0.034 ng-TEQ/m3,可进一步降低二噁英的排放浓度。
为探讨存量生活垃圾开挖装运的作业效率以及直接掺烧对垃圾焚烧厂的工况影响,以我国南方某邻近垃圾焚烧厂的填埋场为对象进行了中试研究。结果表明:该填埋场的存量垃圾成分以约占56%的橡塑类为主,湿基低位热值为5037 kJ/kg。中试处理的存量垃圾填龄为4~8年,开挖装运效率可达到141 t/h。在50%的掺烧比例下,为维持炉膛热负荷,焚烧量提高了22%,达到设计处理负荷的104%,飞灰和炉渣产生率则同步升高了38%,未对烟气污染物的达标排放和飞灰炉渣的处理利用造成影响。维持垃圾充分燃烧无须提高二次风量和启用助燃,烟气处理无须启用干法脱酸,但脱氮负荷明显增大,熟石灰和氨水使用量分别增加了41%和194%,二噁英的毒性当量浓度为0.062,0.034 ng-TEQ/m3,可进一步降低二噁英的排放浓度。
2023, 41(8): 202-208.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308026
摘要:
气流分布均匀性对结构紧凑的静电油雾净化器的净化效率影响较大。以通用的3500 m3/h静电油雾净化器为研究对象,采用数值模拟技术对内部流场进行仿真计算,发现净化器内部存在偏流现象,识别出导致偏流的结构影响因素,提出一种结构优化方案以改善气流分布均匀性,进而提升净化器的净化效率。模拟结果和实验测试表明:结构优化有效改善了净化器内部流场的均匀性,气流速度相对均方根值从0.44降低至0.14;在实际运行中,净化效率从原结构的87.8%提高至92.4%,压力损失仅增加30 Pa。证明通过改善气流分布均匀性来提高净化器的净化效率是可行的,这为其他型号的静电油雾净化器的设计改进与结构优化提供了参考。
气流分布均匀性对结构紧凑的静电油雾净化器的净化效率影响较大。以通用的3500 m3/h静电油雾净化器为研究对象,采用数值模拟技术对内部流场进行仿真计算,发现净化器内部存在偏流现象,识别出导致偏流的结构影响因素,提出一种结构优化方案以改善气流分布均匀性,进而提升净化器的净化效率。模拟结果和实验测试表明:结构优化有效改善了净化器内部流场的均匀性,气流速度相对均方根值从0.44降低至0.14;在实际运行中,净化效率从原结构的87.8%提高至92.4%,压力损失仅增加30 Pa。证明通过改善气流分布均匀性来提高净化器的净化效率是可行的,这为其他型号的静电油雾净化器的设计改进与结构优化提供了参考。
2023, 41(8): 209-217.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308027
摘要:
为探索净水厂污泥(WTPS)与河道淤泥(RS)资源化利用新途径,研究了将其混合煅烧制备除磷材料(C-WTPS/RS)可行性,优化了原料混合比及煅烧温度,分析了C-WTPS/RS除磷性能的主要影响因素,探明了C-WTPS/RS除磷的吸附类型。结果表明:煅烧时间为1 h时,WTPS与RS最佳原料混合比(干重)为5∶5,最佳煅烧温度为600 ℃,制备得到C-WTPS/RS磷吸附量可达0.707 mg/g(正磷酸盐初始浓度为2 mg/L),且C-WTPS/RS不向水体释放氨氮和有机物。C-WTPS/RS除磷效果随着投加量的增加而提高;反应温度为15~25 ℃,C-WTPS/RS除磷效果随着反应温度的升高而提高,反应温度为25~35 ℃,C-WTPS/RS除磷效果受反应温度影响较小;C-WTPS/RS除磷效果在溶液pH为3~9范围较为稳定,溶液pH>9时,WTPS/RS除磷效果呈下降趋势;SO2-4、Cl-和NO-3 3种阴离子对C-WTPS/RS吸附磷的过程影响较小,HCO-3对C-WTPS/RS除磷效果有一定抑制作用。热力学分析表明,C-WTPS/RS对磷的吸附是自发的吸热过程,C-WTPS/RS对磷的吸附动力学过程更符合拟二级动力学模型,吸附等温线符合Langmiur吸附等温模型,表明C-WTPS/RS除磷过程主要为单分子层化学吸附,同时伴随物理吸附,理论饱和磷吸附量为6.26 mg/g。
为探索净水厂污泥(WTPS)与河道淤泥(RS)资源化利用新途径,研究了将其混合煅烧制备除磷材料(C-WTPS/RS)可行性,优化了原料混合比及煅烧温度,分析了C-WTPS/RS除磷性能的主要影响因素,探明了C-WTPS/RS除磷的吸附类型。结果表明:煅烧时间为1 h时,WTPS与RS最佳原料混合比(干重)为5∶5,最佳煅烧温度为600 ℃,制备得到C-WTPS/RS磷吸附量可达0.707 mg/g(正磷酸盐初始浓度为2 mg/L),且C-WTPS/RS不向水体释放氨氮和有机物。C-WTPS/RS除磷效果随着投加量的增加而提高;反应温度为15~25 ℃,C-WTPS/RS除磷效果随着反应温度的升高而提高,反应温度为25~35 ℃,C-WTPS/RS除磷效果受反应温度影响较小;C-WTPS/RS除磷效果在溶液pH为3~9范围较为稳定,溶液pH>9时,WTPS/RS除磷效果呈下降趋势;SO2-4、Cl-和NO-3 3种阴离子对C-WTPS/RS吸附磷的过程影响较小,HCO-3对C-WTPS/RS除磷效果有一定抑制作用。热力学分析表明,C-WTPS/RS对磷的吸附是自发的吸热过程,C-WTPS/RS对磷的吸附动力学过程更符合拟二级动力学模型,吸附等温线符合Langmiur吸附等温模型,表明C-WTPS/RS除磷过程主要为单分子层化学吸附,同时伴随物理吸附,理论饱和磷吸附量为6.26 mg/g。
2023, 41(8): 218-227.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308028
摘要:
近期国家相继出台了一系列关于重金属污染防治的政策、意见和规划。但在推进重金属减排的过程中存在一些阻碍,如摸底不清、缺乏定量路径研究和减排路径不系统。首先,钢铁厂的重金属排放因子未能考虑废物循环带来的二次排放问题。其次,有关钢铁厂重金属的物质流研究尚未报道。最后,已有的减排研究着重于某一生产环节或者某一具体问题,而缺乏系统性的减排潜力分析。鉴于上述问题,以Pb为例,采用物质流的分析方法,首次建立了钢铁厂的Pb素流,分析了钢铁厂重金属Pb的流动路径和关键排放节点;以源头削减和过程控制为减排思路,基于投入产出分析和情景设置,分析了当前重金属Pb的流动网络,探究钢铁厂重金属Pb的减排潜力。结果表明:系统Pb的输入量、循环量和输出量各值分别为341.32,357.06,129.41 g/t 粗钢;Pb主要在烧结工序和炼铁工序间富集循环;Pb主要来源于铁精矿和块矿,随着炉渣、废气和热轧卷输出;经源头削减和末端治理优化措施后,钢铁产品的Pb含量的削减比例在16.06%~30.69%。
近期国家相继出台了一系列关于重金属污染防治的政策、意见和规划。但在推进重金属减排的过程中存在一些阻碍,如摸底不清、缺乏定量路径研究和减排路径不系统。首先,钢铁厂的重金属排放因子未能考虑废物循环带来的二次排放问题。其次,有关钢铁厂重金属的物质流研究尚未报道。最后,已有的减排研究着重于某一生产环节或者某一具体问题,而缺乏系统性的减排潜力分析。鉴于上述问题,以Pb为例,采用物质流的分析方法,首次建立了钢铁厂的Pb素流,分析了钢铁厂重金属Pb的流动路径和关键排放节点;以源头削减和过程控制为减排思路,基于投入产出分析和情景设置,分析了当前重金属Pb的流动网络,探究钢铁厂重金属Pb的减排潜力。结果表明:系统Pb的输入量、循环量和输出量各值分别为341.32,357.06,129.41 g/t 粗钢;Pb主要在烧结工序和炼铁工序间富集循环;Pb主要来源于铁精矿和块矿,随着炉渣、废气和热轧卷输出;经源头削减和末端治理优化措施后,钢铁产品的Pb含量的削减比例在16.06%~30.69%。
2023, 41(8): 228-232,241.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308029
摘要:
水域漂浮垃圾污染治理,是水域生态建设的重要方面。水上漂浮垃圾收集器可通过负压产生吸力自主收集水面漂浮垃圾。目前漂浮垃圾收集器的负压产生方式由水泵排水产生,介绍了一种自主研发的基于漩涡吸力与螺旋桨排水现象,以及伯努利定常流定理的涡吸式收集器,利用CFD仿真对收集器处于不同水流状态下的排水能力进行模拟分析,并通过室内水池漂浮物收集实验进行了补充验证。结果表明:涡吸式收集器在0~2.5 m/s的流速以及在-10°~10°的水流入射夹角范围内,其排水效率均高于泵压式收集器,但在水流入射角度在-15°和15°情况下,涡吸式收集器受模型规格限制,无法正常工作。进一步通过室内水池漂浮物收集实验,验证了涡吸式收集器可快速完成收集,适用性良好。
水域漂浮垃圾污染治理,是水域生态建设的重要方面。水上漂浮垃圾收集器可通过负压产生吸力自主收集水面漂浮垃圾。目前漂浮垃圾收集器的负压产生方式由水泵排水产生,介绍了一种自主研发的基于漩涡吸力与螺旋桨排水现象,以及伯努利定常流定理的涡吸式收集器,利用CFD仿真对收集器处于不同水流状态下的排水能力进行模拟分析,并通过室内水池漂浮物收集实验进行了补充验证。结果表明:涡吸式收集器在0~2.5 m/s的流速以及在-10°~10°的水流入射夹角范围内,其排水效率均高于泵压式收集器,但在水流入射角度在-15°和15°情况下,涡吸式收集器受模型规格限制,无法正常工作。进一步通过室内水池漂浮物收集实验,验证了涡吸式收集器可快速完成收集,适用性良好。
2023, 41(8): 233-241.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308030
摘要:
针对现有的土壤污染风险评价方法对土壤和农产品污染情况联系不紧密、情景模式适用性差的问题,提出基于多因素融合的耕地土壤重金属污染风险协同评价方法,并以南方某县的耕地土壤重金属污染风险评价为例,验证方法的有效性。综合土壤环境质量标准、土壤背景值、重金属元素毒性及理化性质等因素提出"土壤负载容量权重指数",筛选出复合污染中生态危害最大的重金属元素,以综合评价指数评估不同情景下区域土壤污染风险,结合农产品污染情况辅助判定风险等级,构建协同风险评价体系。结果表明:研究区土壤污染风险分为4个等级,风险可忽略区域面积占总耕地面积的8.23%,低风险区域面积占17.45%,中、高风险区域面积占比分别为57.18%和17.14%,土壤污染最严重元素为Cd和Hg,中、高等级污染风险区主要分布在研究区中东部,农产品存在较强的Cd富集能力。与地累积指数法和潜在生态危害指数法相比,综合评价指数法可直观评价多元素复合污染风险,有效避免因对各评价指标权重设置不当造成的评价结果不合理的问题。
针对现有的土壤污染风险评价方法对土壤和农产品污染情况联系不紧密、情景模式适用性差的问题,提出基于多因素融合的耕地土壤重金属污染风险协同评价方法,并以南方某县的耕地土壤重金属污染风险评价为例,验证方法的有效性。综合土壤环境质量标准、土壤背景值、重金属元素毒性及理化性质等因素提出"土壤负载容量权重指数",筛选出复合污染中生态危害最大的重金属元素,以综合评价指数评估不同情景下区域土壤污染风险,结合农产品污染情况辅助判定风险等级,构建协同风险评价体系。结果表明:研究区土壤污染风险分为4个等级,风险可忽略区域面积占总耕地面积的8.23%,低风险区域面积占17.45%,中、高风险区域面积占比分别为57.18%和17.14%,土壤污染最严重元素为Cd和Hg,中、高等级污染风险区主要分布在研究区中东部,农产品存在较强的Cd富集能力。与地累积指数法和潜在生态危害指数法相比,综合评价指数法可直观评价多元素复合污染风险,有效避免因对各评价指标权重设置不当造成的评价结果不合理的问题。
2023, 41(8): 242-250.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308031
摘要:
为了解峰峰矿区PM2.5中重金属的污染来源和生态风险,于2017—2019年采集PM2.5样品,使用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定其中重金属元素(Zn、Pb、Mn、Cr、Cu、As、Sb、Ni、Cd、Co)的浓度,通过富集因子、主成分分析、地累积指数和潜在生态风险指数来探究重金属元素的来源和生态风险。结果表明:采样期间峰峰矿区PM2.5日均浓度为GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准日均浓度限值的1.66倍左右,呈冬春季高于夏秋季的规律。元素浓度与PM2.5浓度变化规律基本一致,且呈逐年降低趋势,PM2.5中重金属总平均浓度顺序为Zn＞Pb＞Mn＞Cr＞Cu＞As＞Sb＞Ni＞Cd＞Co,其中Zn、Pb、Mn、Cr、Cu元素浓度之和占总元素浓度的92.7%,As和Cr超标严重。富集因子结果表明:Cr、Cu和As呈重度富集,Zn、Pb、Sb和Cd呈极重富集,主要来自人为活动。主成分分析表明:重金属的来源有燃煤源、交通源、工业源、自然源及农业源。地累积指数表明:Cr、Cu和As为偏重度污染,受人为污染影响较大;Zn、Pb、Sb和Cd达到严重污染以上,主要受人类活动影响。峰峰矿区重金属的综合潜在生态风险等级极强,单因子污染物中,Sb和Cd潜在风险等级为极强。但2019年较前2年,PM2.5和大部分元素的污染程度和潜在生态风险指数均有所降低。
为了解峰峰矿区PM2.5中重金属的污染来源和生态风险,于2017—2019年采集PM2.5样品,使用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)测定其中重金属元素(Zn、Pb、Mn、Cr、Cu、As、Sb、Ni、Cd、Co)的浓度,通过富集因子、主成分分析、地累积指数和潜在生态风险指数来探究重金属元素的来源和生态风险。结果表明:采样期间峰峰矿区PM2.5日均浓度为GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准日均浓度限值的1.66倍左右,呈冬春季高于夏秋季的规律。元素浓度与PM2.5浓度变化规律基本一致,且呈逐年降低趋势,PM2.5中重金属总平均浓度顺序为Zn＞Pb＞Mn＞Cr＞Cu＞As＞Sb＞Ni＞Cd＞Co,其中Zn、Pb、Mn、Cr、Cu元素浓度之和占总元素浓度的92.7%,As和Cr超标严重。富集因子结果表明:Cr、Cu和As呈重度富集,Zn、Pb、Sb和Cd呈极重富集,主要来自人为活动。主成分分析表明:重金属的来源有燃煤源、交通源、工业源、自然源及农业源。地累积指数表明:Cr、Cu和As为偏重度污染,受人为污染影响较大;Zn、Pb、Sb和Cd达到严重污染以上,主要受人类活动影响。峰峰矿区重金属的综合潜在生态风险等级极强,单因子污染物中,Sb和Cd潜在风险等级为极强。但2019年较前2年,PM2.5和大部分元素的污染程度和潜在生态风险指数均有所降低。
2023, 41(8): 251-258.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308032
摘要:
N-酰基高丝氨酸内酯(N-acyl homoserine lactones, AHLs)介导的群体感应(quorum sensing, QS)在细菌中广泛存在,在厌氧氨氧化(Anammox)过程中起着关键作用。近年来对AHLs介导的QS系统如何促进Anammox的研究逐渐增多,研究热点关注外源AHLs如何缩短Anammox系统启动时间,以及提高生物量、功能微生物丰度和活性等方面。为此,归纳了外源AHLs强化Anammox的机制,以及三磷酸腺苷、氮去除相关酶和相关基因在该过程中的关键作用,总结了AHLs信号分子结构差异和特性对Anammox系统脱氮性能的影响,评述了外源AHLs的添加浓度、添加时间和时效性对Anammox过程的促进效果,以及不同环境因素对该过程脱氮的影响,提出了现阶段AHLs强化Anammox过程研究中存在的主要问题及未来的研究方向。
N-酰基高丝氨酸内酯(N-acyl homoserine lactones, AHLs)介导的群体感应(quorum sensing, QS)在细菌中广泛存在,在厌氧氨氧化(Anammox)过程中起着关键作用。近年来对AHLs介导的QS系统如何促进Anammox的研究逐渐增多,研究热点关注外源AHLs如何缩短Anammox系统启动时间,以及提高生物量、功能微生物丰度和活性等方面。为此,归纳了外源AHLs强化Anammox的机制,以及三磷酸腺苷、氮去除相关酶和相关基因在该过程中的关键作用,总结了AHLs信号分子结构差异和特性对Anammox系统脱氮性能的影响,评述了外源AHLs的添加浓度、添加时间和时效性对Anammox过程的促进效果,以及不同环境因素对该过程脱氮的影响,提出了现阶段AHLs强化Anammox过程研究中存在的主要问题及未来的研究方向。
2023, 41(8): 259-269.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308033
摘要:
近年来,随着工业和制造业的高速发展,含有全氟和多氟烷基物质(PFAS)的产品已在人类活动的各个领域内被大量应用并传播至生物环境中。由于PFAS的强稳定性和累积毒性,PFAS已对生物的生存环境造成了众多消极影响。尽管对PFAS的研究已有数十年,但PFAS的全球传播和生态治理难题仍未有效解决。综述了关于PFAS化合物持续影响生物环境的5个重要问题:1)目前生物环境中PFAS的暴露状况和PFAS引起的社会关注;2)生物环境中PFAS化合物的来源及其传播途径;3)3种典型PFAS化合物对生物环境造成的威胁;4)在逐年递增的环境暴露度下,各国对于PFAS化合物的管控措施和研究阻碍;5)目前PFAS化合物的研究进展及未来研究学者需要克服的问题。针对上述问题总结了以往研究报道的结论与建议,根据目前PFAS化合物的探索程度以及研究方向提出了5条潜在的研究方向,旨在为科学研究和管理阶层创建联系,实现人类活动与生态循环的绿色协同发展。
近年来,随着工业和制造业的高速发展,含有全氟和多氟烷基物质(PFAS)的产品已在人类活动的各个领域内被大量应用并传播至生物环境中。由于PFAS的强稳定性和累积毒性,PFAS已对生物的生存环境造成了众多消极影响。尽管对PFAS的研究已有数十年,但PFAS的全球传播和生态治理难题仍未有效解决。综述了关于PFAS化合物持续影响生物环境的5个重要问题:1)目前生物环境中PFAS的暴露状况和PFAS引起的社会关注;2)生物环境中PFAS化合物的来源及其传播途径;3)3种典型PFAS化合物对生物环境造成的威胁;4)在逐年递增的环境暴露度下,各国对于PFAS化合物的管控措施和研究阻碍;5)目前PFAS化合物的研究进展及未来研究学者需要克服的问题。针对上述问题总结了以往研究报道的结论与建议,根据目前PFAS化合物的探索程度以及研究方向提出了5条潜在的研究方向,旨在为科学研究和管理阶层创建联系,实现人类活动与生态循环的绿色协同发展。
2023, 41(8): 270-276,285.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308034
摘要:
物化除臭技术是实现好氧堆肥全方位除臭的重要技术组成。基于好氧堆肥中原位物化技术和异位物化技术的除臭特点,重点综述了各种物化技术的除臭机制和特征,分析了各种物化技术研究的重点和热点内容,指出了各物化技术的研究方向,最后作出了高效物化除臭研究的展望。未来应从除臭机理和模型、高性能物化除臭材料、臭气精准回收技术优化和创新,以及物化技术协同工艺等方面加强研究。该研究可为物化除臭技术的优化创新和深化应用提供理论参考。
物化除臭技术是实现好氧堆肥全方位除臭的重要技术组成。基于好氧堆肥中原位物化技术和异位物化技术的除臭特点,重点综述了各种物化技术的除臭机制和特征,分析了各种物化技术研究的重点和热点内容,指出了各物化技术的研究方向,最后作出了高效物化除臭研究的展望。未来应从除臭机理和模型、高性能物化除臭材料、臭气精准回收技术优化和创新,以及物化技术协同工艺等方面加强研究。该研究可为物化除臭技术的优化创新和深化应用提供理论参考。
2023, 41(8): 277-285.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308035
摘要:
系统介绍了海绵城市生物滞留设施的主要功能与运行原理,对常见改良换填介质的主要优缺点进行比较,揭示了海绵城市设施中仅使用原有土壤的不足。重点对改良土壤换填介质的种类、结构及应用研究进展进行了综述,阐释了土壤换填介质对氮、磷、有机物及悬浮物等污染物的去除机制及其影响生物滞留设施去除污染物质的关键因素。针对海绵城市建设中传统生物滞留设施的不足,梳理国内外学者在换填介质组成与配比设计方面的研究进展,旨在提高对城市径流雨水中污染物质的去除效果,并对生物滞留设施未来发展方向提出了设想和展望。
系统介绍了海绵城市生物滞留设施的主要功能与运行原理,对常见改良换填介质的主要优缺点进行比较,揭示了海绵城市设施中仅使用原有土壤的不足。重点对改良土壤换填介质的种类、结构及应用研究进展进行了综述,阐释了土壤换填介质对氮、磷、有机物及悬浮物等污染物的去除机制及其影响生物滞留设施去除污染物质的关键因素。针对海绵城市建设中传统生物滞留设施的不足,梳理国内外学者在换填介质组成与配比设计方面的研究进展,旨在提高对城市径流雨水中污染物质的去除效果,并对生物滞留设施未来发展方向提出了设想和展望。
2023, 41(8): 286-294.
doi: 10.13205/j.hjgc.202308036
摘要:
污染源的精准识别和量化是解决流域水体硝酸盐(NO-3)污染问题的前提。综述流域水环境NO-3源解析方法研究进展,分析NO-3来源定性识别方法(水化学分析、多元统计分析、稳定同位素示踪等)的优缺点,总结NO-3来源定量计算模型(多元统计模型、同位素定量解析模型)的发展历程。建议从多学科融合、多维度交叉的角度开拓新的溯源方法,准确识别氮素迁移转化过程;定量计算模型应重点考虑确定同位素的分馏效应及对模型的改进等方面,以期提高溯源的准确性,为流域水体NO-3源解析工作的开展提供方法选择依据和理论参考。
污染源的精准识别和量化是解决流域水体硝酸盐(NO-3)污染问题的前提。综述流域水环境NO-3源解析方法研究进展,分析NO-3来源定性识别方法(水化学分析、多元统计分析、稳定同位素示踪等)的优缺点,总结NO-3来源定量计算模型(多元统计模型、同位素定量解析模型)的发展历程。建议从多学科融合、多维度交叉的角度开拓新的溯源方法,准确识别氮素迁移转化过程;定量计算模型应重点考虑确定同位素的分馏效应及对模型的改进等方面,以期提高溯源的准确性,为流域水体NO-3源解析工作的开展提供方法选择依据和理论参考。
