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2024年 第42卷 第1期
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2024, 42(1): 1-8.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401001
摘要:
厌氧氨氧化是污水处理领域最具应用前景的生物脱氮工艺,其中生物膜是富集厌氧氨氧化菌的有效手段。但厌氧氨氧化生物膜的形成和厌氧氨氧化菌的富集长达数月甚至更长周期,阻碍了厌氧氨氧化技术的推广应用。总结了近年来强化厌氧氨氧化生物膜形成并富集厌氧氨氧化菌的系列方法,重点探讨了载体类型的选择、载体表面预处理方法、生物质固定技术、反应器类型、厌氧氨氧化菌活性和竞争性强化等措施对厌氧氨氧化生物膜形成及菌种富集的影响。在厘清强化策略的基础上,阐述了各方法的优劣性和潜在的应用场景,同时展望了未来厌氧氨氧化生物膜技术的研究方向,可为厌氧氨氧化工艺的优化与应用提供重要参考。
厌氧氨氧化是污水处理领域最具应用前景的生物脱氮工艺,其中生物膜是富集厌氧氨氧化菌的有效手段。但厌氧氨氧化生物膜的形成和厌氧氨氧化菌的富集长达数月甚至更长周期,阻碍了厌氧氨氧化技术的推广应用。总结了近年来强化厌氧氨氧化生物膜形成并富集厌氧氨氧化菌的系列方法,重点探讨了载体类型的选择、载体表面预处理方法、生物质固定技术、反应器类型、厌氧氨氧化菌活性和竞争性强化等措施对厌氧氨氧化生物膜形成及菌种富集的影响。在厘清强化策略的基础上,阐述了各方法的优劣性和潜在的应用场景,同时展望了未来厌氧氨氧化生物膜技术的研究方向,可为厌氧氨氧化工艺的优化与应用提供重要参考。
2024, 42(1): 9-15.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401002
摘要:
为保障白酒包装洗瓶废水的安全高效再生利用,分析了废水水质特征,识别出不同再生利用途径的风险类型和主要风险因子,提出了管控措施建议。结果表明,洗瓶废水污染水平较低,污染物浓度略高于相应水质标准,悬浮物(SS)、有机物和微生物等是主要风险因子,其引发的再生利用主要风险包括食品安全危害、由微生物生长导致的健康风险危害、磨损、堵塞和损坏设备等方面。不同再生利用途径的保护对象不同、关注的特征污染物不同,是导致风险差异的主要原因。去除悬浮物是洗瓶废水再生利用风险管控必要措施,去除有机物和营养物质、控制细菌数是不同途径的风险管控要点。洗瓶废水宜用于农业利用,其次用于工业冷却、洗涤及生产、城市杂用、景观环境和洗瓶工艺。结合泸州案例提出了洗瓶废水再生利用策略和管控措施。未来应着眼于洗瓶废水再生利用风险全过程控制,拓宽废水再生利用途径,并将其融于城市水生态循环梯级利用模式中。研究的相关信息可为洗瓶废水的安全再生利用提供理论依据和技术参考。
为保障白酒包装洗瓶废水的安全高效再生利用,分析了废水水质特征,识别出不同再生利用途径的风险类型和主要风险因子,提出了管控措施建议。结果表明,洗瓶废水污染水平较低,污染物浓度略高于相应水质标准,悬浮物(SS)、有机物和微生物等是主要风险因子,其引发的再生利用主要风险包括食品安全危害、由微生物生长导致的健康风险危害、磨损、堵塞和损坏设备等方面。不同再生利用途径的保护对象不同、关注的特征污染物不同,是导致风险差异的主要原因。去除悬浮物是洗瓶废水再生利用风险管控必要措施,去除有机物和营养物质、控制细菌数是不同途径的风险管控要点。洗瓶废水宜用于农业利用,其次用于工业冷却、洗涤及生产、城市杂用、景观环境和洗瓶工艺。结合泸州案例提出了洗瓶废水再生利用策略和管控措施。未来应着眼于洗瓶废水再生利用风险全过程控制,拓宽废水再生利用途径,并将其融于城市水生态循环梯级利用模式中。研究的相关信息可为洗瓶废水的安全再生利用提供理论依据和技术参考。
2024, 42(1): 16-23.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401003
摘要:
一段式短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)工艺作为一种自养生物脱氮技术使污水的低碳处理成为了可能。然而,维持稳定高效的短程硝化和保留厌氧氨氧菌的生物量仍然是PN/A工艺运行成功的主要挑战。采用层状硅酸盐矿物结合无纺布作为一种新型复合生物膜载体,强化厌氧氨氧化菌的持留与PN/A工艺的脱氮效果,考察载体与微生物之间的吸附性能以及复合载体对菌群结构的影响。结果表明:加入复合生物膜载体的反应器的最高氮去除速率达131.4 mg/(L·d),显著高于仅有无纺布载体的对照组[97.2 mg/(L·d)]。表面热力学分析和扩展DLVO理论的研究表明,层状硅酸盐矿物与微生物群落形成了强烈相互吸引力,其表面丰富的金属阳离子可以通过静电引力与离子交换作用来增强菌群的吸附能力。研究制备的复合生物膜载体为PN/A工艺的快速启动和稳定运行提供了一种有效的方法。
一段式短程硝化-厌氧氨氧化(PN/A)工艺作为一种自养生物脱氮技术使污水的低碳处理成为了可能。然而,维持稳定高效的短程硝化和保留厌氧氨氧菌的生物量仍然是PN/A工艺运行成功的主要挑战。采用层状硅酸盐矿物结合无纺布作为一种新型复合生物膜载体,强化厌氧氨氧化菌的持留与PN/A工艺的脱氮效果,考察载体与微生物之间的吸附性能以及复合载体对菌群结构的影响。结果表明:加入复合生物膜载体的反应器的最高氮去除速率达131.4 mg/(L·d),显著高于仅有无纺布载体的对照组[97.2 mg/(L·d)]。表面热力学分析和扩展DLVO理论的研究表明,层状硅酸盐矿物与微生物群落形成了强烈相互吸引力,其表面丰富的金属阳离子可以通过静电引力与离子交换作用来增强菌群的吸附能力。研究制备的复合生物膜载体为PN/A工艺的快速启动和稳定运行提供了一种有效的方法。
2024, 42(1): 24-28.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401004
摘要:
污水再生和循环利用是开发非常规水资源、减少污染物排放的重要途径。然而,目前我国污水的再生和利用率均较低,再生过程中能耗、药耗较高,绿色循环系统尚未形成。为此,从资源、环境、生态及安全的角度出发,研究和总结了污水再生的生态方法,提出了再生水生态处理和生态化处理的关系和内涵;分析了再生水生态储存的方式和要点,提出了再生水资源化储存的水质条件和环境影响;讨论了水生态系统及敏感生物群落对再生水排放的生态响应和生态风险,提出了污染物共暴露风险阻断的主要路径;阐释了再生水作为城市地表水体生态需水补给的关键控制因素,提出了再生水与水体生态融合、促进水体生态恢复的实践策略。
污水再生和循环利用是开发非常规水资源、减少污染物排放的重要途径。然而,目前我国污水的再生和利用率均较低,再生过程中能耗、药耗较高,绿色循环系统尚未形成。为此,从资源、环境、生态及安全的角度出发,研究和总结了污水再生的生态方法,提出了再生水生态处理和生态化处理的关系和内涵;分析了再生水生态储存的方式和要点,提出了再生水资源化储存的水质条件和环境影响;讨论了水生态系统及敏感生物群落对再生水排放的生态响应和生态风险,提出了污染物共暴露风险阻断的主要路径;阐释了再生水作为城市地表水体生态需水补给的关键控制因素,提出了再生水与水体生态融合、促进水体生态恢复的实践策略。
2024, 42(1): 29-36.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401005
摘要:
对福州市晋安湖不同点位的上覆水及沉积物中营养盐和抗生素开展了一年监测,重点解析了传统污染物与新污染物引起的时空分布差异,对其引起的生态风险进行了评价。研究结果显示,湖体上覆水总氮浓度全年维持在较高水平(1.88~4.96 mg/L),而总磷在夏季表现出较高的浓度水平(0.15~0.55 mg/L),湖体在夏季呈现中度富营养状态(TLI值介于59.92~66.34)。湖体沉积物总氮含量为30.0~1780.0 mg/kg,总磷含量为81.4~2585.0 mg/kg,显示为中度或重度的富营养化污染。上覆水、沉积物中检测到5种抗生素(磺胺甲噁唑、四环素、磺胺多辛、磺胺林、土霉素)的浓度范围分别为0.49~13.03 ng/L、0.23~4.80 ng/g,抗生素的浓度及生态风险在冬季高于其他季节。针对城市人工湖可能同时存在的富营养化风险和生态风险,需要考虑常规污染物与新污染物的时间、空间分布特征,选择更为有效的技术对关键点位存在的复合污染进行针对性治理。
对福州市晋安湖不同点位的上覆水及沉积物中营养盐和抗生素开展了一年监测,重点解析了传统污染物与新污染物引起的时空分布差异,对其引起的生态风险进行了评价。研究结果显示,湖体上覆水总氮浓度全年维持在较高水平(1.88~4.96 mg/L),而总磷在夏季表现出较高的浓度水平(0.15~0.55 mg/L),湖体在夏季呈现中度富营养状态(TLI值介于59.92~66.34)。湖体沉积物总氮含量为30.0~1780.0 mg/kg,总磷含量为81.4~2585.0 mg/kg,显示为中度或重度的富营养化污染。上覆水、沉积物中检测到5种抗生素(磺胺甲噁唑、四环素、磺胺多辛、磺胺林、土霉素)的浓度范围分别为0.49~13.03 ng/L、0.23~4.80 ng/g,抗生素的浓度及生态风险在冬季高于其他季节。针对城市人工湖可能同时存在的富营养化风险和生态风险,需要考虑常规污染物与新污染物的时间、空间分布特征,选择更为有效的技术对关键点位存在的复合污染进行针对性治理。
2024, 42(1): 37-46.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401006
摘要:
膜生物反应器(MBR)技术能够将膜分离和生物处理相结合,具有处理效率高、适用性强和应用前景好等显著优势。简要介绍了MBR的基本原理和工艺类型,分析了有机负荷、污泥浓度、预处理、曝气强度以及温度等主要因素对MBR性能的影响。凭借易组装和高度模块化的特点,MBR工艺被广泛应用于市政废水、农村分散废水、工业废水、海水淡化以及内容物回收等领域。通过典型实际工程案例分析,发现现阶段MBR工艺主要用于大型污水厂的提标改造、污水深度处理以及小型污水厂对分散污水的回收。介绍了MBR技术在膜材料开发、工艺优化、新式MBR、微生物、耦合工艺以及对新型污染物处理等方面的最新研究进展,最后展望了MBR工艺的研究前景和未来发展趋势,指出解决膜污染和降低能耗是MBR工艺优化的重点研究方向。
膜生物反应器(MBR)技术能够将膜分离和生物处理相结合,具有处理效率高、适用性强和应用前景好等显著优势。简要介绍了MBR的基本原理和工艺类型,分析了有机负荷、污泥浓度、预处理、曝气强度以及温度等主要因素对MBR性能的影响。凭借易组装和高度模块化的特点,MBR工艺被广泛应用于市政废水、农村分散废水、工业废水、海水淡化以及内容物回收等领域。通过典型实际工程案例分析,发现现阶段MBR工艺主要用于大型污水厂的提标改造、污水深度处理以及小型污水厂对分散污水的回收。介绍了MBR技术在膜材料开发、工艺优化、新式MBR、微生物、耦合工艺以及对新型污染物处理等方面的最新研究进展,最后展望了MBR工艺的研究前景和未来发展趋势,指出解决膜污染和降低能耗是MBR工艺优化的重点研究方向。
2024, 42(1): 47-54.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401007
摘要:
基于生物膜环状反应器,模拟培养氯消毒和氯胺消毒体系下的管壁生物膜,从生长特性、群落结构和功能丰度等方面探究管壁生物膜特性,研究不同消毒方式(氯和氯胺)胁迫下生物膜的特性差异。结果表明:与氯相比,氯胺消毒下生物膜的单位面积生物量更高,且活菌占比更大,表明在相同浓度水平下,氯比氯胺更能抑制管壁微生物的生长繁殖和细胞活性。氯胺消毒下生物膜的群落丰富度和多样性高于氯消毒,2种消毒方式下的生物膜群落结构和功能丰度存在显著差异。氯消毒下,γ-变形菌纲(平均相对丰度63.8%)占据主要优势,Nevskia属(32.9%)和嗜甲基菌属(20.4%)为优势菌属;氯胺消毒下,α-变形菌纲(53.8%)为最优势菌纲,慢生根瘤菌属(10.4%)为优势菌属。与氯胺相比,氯消毒下生物膜的新陈代谢功能丰度更具优势,尤其是在氨基酸代谢、碳水化合物代谢和脂类代谢关乎有机物利用的功能方面,分别增加36%、41%和48%,为供水管网中的微生物污染控制和以生物膜为前体物的副产物生成控制提供了一定理论基础。
基于生物膜环状反应器,模拟培养氯消毒和氯胺消毒体系下的管壁生物膜,从生长特性、群落结构和功能丰度等方面探究管壁生物膜特性,研究不同消毒方式(氯和氯胺)胁迫下生物膜的特性差异。结果表明:与氯相比,氯胺消毒下生物膜的单位面积生物量更高,且活菌占比更大,表明在相同浓度水平下,氯比氯胺更能抑制管壁微生物的生长繁殖和细胞活性。氯胺消毒下生物膜的群落丰富度和多样性高于氯消毒,2种消毒方式下的生物膜群落结构和功能丰度存在显著差异。氯消毒下,γ-变形菌纲(平均相对丰度63.8%)占据主要优势,Nevskia属(32.9%)和嗜甲基菌属(20.4%)为优势菌属;氯胺消毒下,α-变形菌纲(53.8%)为最优势菌纲,慢生根瘤菌属(10.4%)为优势菌属。与氯胺相比,氯消毒下生物膜的新陈代谢功能丰度更具优势,尤其是在氨基酸代谢、碳水化合物代谢和脂类代谢关乎有机物利用的功能方面,分别增加36%、41%和48%,为供水管网中的微生物污染控制和以生物膜为前体物的副产物生成控制提供了一定理论基础。
2024, 42(1): 55-62.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401008
摘要:
乳化油废水普遍具有有机污染物质浓度高、成分复杂,处理难度大的特征。利用脉冲电场,实现油水分离,并结合脉冲电场活化过硫酸盐产生具有强氧化性的SO-4·,对破乳后废水中有机物进行降解。结果表明:脉冲电场破乳试验中,当电源电压为18 V,溶液pH=2,电源频率为800 Hz,占空比为50%,极板间距为2.5 cm,反应时间为50 min时破乳效果最好,对于初始COD浓度为78340 mg/L的乳化油废水,COD的去除率高达98.03%;脉冲电场活化PMS处理破乳后废水试验中,当ρ(PMS),ρ(COD)=3,溶液pH=2,电源电压为15 V,频率为3000 Hz,占空比(一个脉冲循环内,通电时间占总时间的比例)为70%,极板间距为2.5 cm,反应时间为2 h时,乳化油废水中有机物降解率最高达60.8%;且相同条件下,脉冲电源+PMS处理体系较直流电源+PMS处理体系降解率高出6.4百分点。
乳化油废水普遍具有有机污染物质浓度高、成分复杂,处理难度大的特征。利用脉冲电场,实现油水分离,并结合脉冲电场活化过硫酸盐产生具有强氧化性的SO-4·,对破乳后废水中有机物进行降解。结果表明:脉冲电场破乳试验中,当电源电压为18 V,溶液pH=2,电源频率为800 Hz,占空比为50%,极板间距为2.5 cm,反应时间为50 min时破乳效果最好,对于初始COD浓度为78340 mg/L的乳化油废水,COD的去除率高达98.03%;脉冲电场活化PMS处理破乳后废水试验中,当ρ(PMS),ρ(COD)=3,溶液pH=2,电源电压为15 V,频率为3000 Hz,占空比(一个脉冲循环内,通电时间占总时间的比例)为70%,极板间距为2.5 cm,反应时间为2 h时,乳化油废水中有机物降解率最高达60.8%;且相同条件下,脉冲电源+PMS处理体系较直流电源+PMS处理体系降解率高出6.4百分点。
2024, 42(1): 63-71.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401009
摘要:
厌氧发酵-气化耦合技术是一种高效的生物质燃气化技术,具备显著的能源转化优势。为准确评估厌氧发酵程度对该耦合系统环境效益的影响,利用全生命周期分析方法,通过Gabi软件对所建立的不同厌氧发酵时间下酒糟厌氧发酵-气化耦合制备燃气模型进行环境影响评价。结果表明:厌氧发酵-气化梯度耦合反应系统基于能量流产生的环境正面影响可抵消基于物质流产生的环境负面影响,从而使系统获得正面的综合环境效益。厌氧发酵时间为8 d时系统环境影响结果最优,其环境影响潜值为-2.02×10-9。对厌氧发酵-气化耦合系统的耦合程度进行控制,可在优化系统能量收益的同时产生最有利的环境影响,从而为耦合技术的应用提供理论指导。
厌氧发酵-气化耦合技术是一种高效的生物质燃气化技术,具备显著的能源转化优势。为准确评估厌氧发酵程度对该耦合系统环境效益的影响,利用全生命周期分析方法,通过Gabi软件对所建立的不同厌氧发酵时间下酒糟厌氧发酵-气化耦合制备燃气模型进行环境影响评价。结果表明:厌氧发酵-气化梯度耦合反应系统基于能量流产生的环境正面影响可抵消基于物质流产生的环境负面影响,从而使系统获得正面的综合环境效益。厌氧发酵时间为8 d时系统环境影响结果最优,其环境影响潜值为-2.02×10-9。对厌氧发酵-气化耦合系统的耦合程度进行控制,可在优化系统能量收益的同时产生最有利的环境影响,从而为耦合技术的应用提供理论指导。
2024, 42(1): 72-78.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401010
摘要:
随着科技的发展,数字化、智能化技术在经济、社会发展中发挥着更加关键的作用。我国提出了一系列数字化、智能化战略要求,以推动各行业实现数字化、智能化转型,推动经济发展和实现可持续发展。钢铁行业在生产过程中会产生大量的粉尘,对环境和人体健康造成严重危害。但除尘系统作为钢铁行业环保设备的重要组成部分,当前数字化、智能化水平依然较低。该项目根据运营管理的实际需要,结合信息化网络平台与大数据分析技术,开展了环境除尘系统数据采集与传输技术、刮板输灰系统自动化视觉检测技术、智能脉冲阀喷吹控制和漏袋诊断定位系统、风机故障智能诊断技术、电气室智能巡检诊断技术等技术开发,并在宝钢湛江钢铁进行了工程应用。该技术提高了设备维检工作效率,降低了维护人力成本,提高了设备运行的安全稳定性,进一步实现环境除尘系统的科学化、智能化、精细化运营管理,提升企业环保专业化运营技术水平和市场竞争力。
随着科技的发展,数字化、智能化技术在经济、社会发展中发挥着更加关键的作用。我国提出了一系列数字化、智能化战略要求,以推动各行业实现数字化、智能化转型,推动经济发展和实现可持续发展。钢铁行业在生产过程中会产生大量的粉尘,对环境和人体健康造成严重危害。但除尘系统作为钢铁行业环保设备的重要组成部分,当前数字化、智能化水平依然较低。该项目根据运营管理的实际需要,结合信息化网络平台与大数据分析技术,开展了环境除尘系统数据采集与传输技术、刮板输灰系统自动化视觉检测技术、智能脉冲阀喷吹控制和漏袋诊断定位系统、风机故障智能诊断技术、电气室智能巡检诊断技术等技术开发,并在宝钢湛江钢铁进行了工程应用。该技术提高了设备维检工作效率,降低了维护人力成本,提高了设备运行的安全稳定性,进一步实现环境除尘系统的科学化、智能化、精细化运营管理,提升企业环保专业化运营技术水平和市场竞争力。
2024, 42(1): 79-84.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401011
摘要:
识别由于主观篡改或设备工况异常导致的污染物排放数据异常现象,对于重点排污单位环境污染监控、整治和管理有着重要意义。以河北省某钢铁企业为例,基于每小时工况数据和烟尘浓度建立预测模型,采用改进的损失函数MSECorrLoss进行TabNet模型训练,并与XGBoost、LightGBM和BiLSTM模型进行对比,提出了一种基于阈值划分的K-error算法进行烟尘排放异常数据的识别,结果表明:1)相较RMSELoss损失函数,采用改进的MSECorrLoss训练后,TabNet模型MAPE由15.33%下降为15.10%,且模型收敛更快。2)LightGBM和XGBoost训练速度快,但LightGBM预测精度低(RMSE=0.3201, MAPE=29.45%),XGBoost和BiLSTM模型鲁棒性与稳定性(RMSE:0.3403~0.3425, MAPE:13.58%~18.38%)不及TabNet(RMSE:0.2886~0.2934, MAPE:15.10%~15.33%)。虽然TabNet训练时间较长,但无需人工进行特征选取,应用限制低,在烟尘预测中具有良好的应用效果。3)基于工况数据构建的TabNet模型在污染物排放预测上具有较高的预测精度与稳定性,结合K-error检测算法可以克服阈值法带来的主观性。该方法可以快速检测污染物排放异常数据,为环境管理决策提供参考。
识别由于主观篡改或设备工况异常导致的污染物排放数据异常现象,对于重点排污单位环境污染监控、整治和管理有着重要意义。以河北省某钢铁企业为例,基于每小时工况数据和烟尘浓度建立预测模型,采用改进的损失函数MSECorrLoss进行TabNet模型训练,并与XGBoost、LightGBM和BiLSTM模型进行对比,提出了一种基于阈值划分的K-error算法进行烟尘排放异常数据的识别,结果表明:1)相较RMSELoss损失函数,采用改进的MSECorrLoss训练后,TabNet模型MAPE由15.33%下降为15.10%,且模型收敛更快。2)LightGBM和XGBoost训练速度快,但LightGBM预测精度低(RMSE=0.3201, MAPE=29.45%),XGBoost和BiLSTM模型鲁棒性与稳定性(RMSE:0.3403~0.3425, MAPE:13.58%~18.38%)不及TabNet(RMSE:0.2886~0.2934, MAPE:15.10%~15.33%)。虽然TabNet训练时间较长,但无需人工进行特征选取,应用限制低,在烟尘预测中具有良好的应用效果。3)基于工况数据构建的TabNet模型在污染物排放预测上具有较高的预测精度与稳定性,结合K-error检测算法可以克服阈值法带来的主观性。该方法可以快速检测污染物排放异常数据,为环境管理决策提供参考。
2024, 42(1): 85-94.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401012
摘要:
单一低温等离子体技术(NTP)和单一湿式非均相催化技术降解VOCs时分别面临O3排放和需要氧化剂连续供应的问题。为解决单一技术瓶颈,将NTP与湿式非均相催化技术相结合降解氯苯(CB),将NTP副产物O3作为湿式系统的氧化剂来源,从而达到深度矿化CB的目的。活性炭(AC)作为非均相催化剂的载体,表面负载不同金属组分后投加到湿式反应器中。结果表明,与单一NTP相比,NTP耦合液相非均相系统能够显著改善CB的降解。当Fe作为活性组分,Fe-C催化剂投加量为1 g/L,溶液初始pH为7,供电电压为14 kV时,耦合系统得到了最佳CB降解性能,CB去除率和矿化率分别达到了81.4%和48%。Fe-C投加使得液相CB吸收传质系数从0.0280 s-1增加到0.1207 s-1,使得催化过程的传质增强因子达到了9.81。最后,根据各系统中间有机体推测出了CB降解途径。
单一低温等离子体技术(NTP)和单一湿式非均相催化技术降解VOCs时分别面临O3排放和需要氧化剂连续供应的问题。为解决单一技术瓶颈,将NTP与湿式非均相催化技术相结合降解氯苯(CB),将NTP副产物O3作为湿式系统的氧化剂来源,从而达到深度矿化CB的目的。活性炭(AC)作为非均相催化剂的载体,表面负载不同金属组分后投加到湿式反应器中。结果表明,与单一NTP相比,NTP耦合液相非均相系统能够显著改善CB的降解。当Fe作为活性组分,Fe-C催化剂投加量为1 g/L,溶液初始pH为7,供电电压为14 kV时,耦合系统得到了最佳CB降解性能,CB去除率和矿化率分别达到了81.4%和48%。Fe-C投加使得液相CB吸收传质系数从0.0280 s-1增加到0.1207 s-1,使得催化过程的传质增强因子达到了9.81。最后,根据各系统中间有机体推测出了CB降解途径。
2024, 42(1): 95-101.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401013
摘要:
为了探讨发酵园林废弃物对盐渍土性质的影响及其固碳减排效应,利用大田试验,设置发酵园林废弃物施用(T1)、混施膨润土(T2)与对照(CK)3组处理。通过土壤pH、EC、总孔隙度、饱和导水率、速效氮磷钾、有机碳储量变化(ΔSOC)、微生物量碳(MBC)、细菌与真菌群落结构揭示其变化规律。结果表明:园林废弃物堆肥相比于传统焚烧处理可减少53%碳排放,发酵园林废弃物的施用可使ΔSOC增加5~24倍。T1、T2组处理的土壤容重与EC显著低于CK组,总孔隙度和饱和导水率显著高于CK组。T2的养分含量最高,土壤有机质和速效氮的含量均为CK组的2倍,堆肥与膨润土混施可显著提高土壤养分含量,改良效果显著高于其他处理。发酵园林废弃物的施用还可以改变微生物群落结构,变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、芽单孢菌门和酸杆菌门为主要的优势菌。真菌中子囊菌门、担子菌门、壶菌门、被孢霉门为主要的优势菌。Pearson相关分析也表明:酸杆菌门和放线菌门与有机碳储量、微生物量碳、土壤养分等呈显著正相关,与土壤盐分、容重呈显著负相关。
为了探讨发酵园林废弃物对盐渍土性质的影响及其固碳减排效应,利用大田试验,设置发酵园林废弃物施用(T1)、混施膨润土(T2)与对照(CK)3组处理。通过土壤pH、EC、总孔隙度、饱和导水率、速效氮磷钾、有机碳储量变化(ΔSOC)、微生物量碳(MBC)、细菌与真菌群落结构揭示其变化规律。结果表明:园林废弃物堆肥相比于传统焚烧处理可减少53%碳排放,发酵园林废弃物的施用可使ΔSOC增加5~24倍。T1、T2组处理的土壤容重与EC显著低于CK组,总孔隙度和饱和导水率显著高于CK组。T2的养分含量最高,土壤有机质和速效氮的含量均为CK组的2倍,堆肥与膨润土混施可显著提高土壤养分含量,改良效果显著高于其他处理。发酵园林废弃物的施用还可以改变微生物群落结构,变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、芽单孢菌门和酸杆菌门为主要的优势菌。真菌中子囊菌门、担子菌门、壶菌门、被孢霉门为主要的优势菌。Pearson相关分析也表明:酸杆菌门和放线菌门与有机碳储量、微生物量碳、土壤养分等呈显著正相关,与土壤盐分、容重呈显著负相关。
2024, 42(1): 102-109.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401014
摘要:
低碳背景下,剩余污泥的资源化利用是实现污水处理厂有机固废减污降碳协同增效的重要举措。厌氧共发酵技术则是实现污泥资源化利用的最有效手段之一。通过剩余污泥与其他有机固废厌氧共发酵产生的高值产物(如挥发性脂肪酸等)可广泛应用于工业产品生产中,在实现污泥资源化利用的同时,降低了碳排放。然而,现有研究主要聚焦在剩余污泥厌氧共发酵产酸效能的探讨,在共发酵产酸的机理及优化调控手段等方面缺乏系统性的总结与分析。因此,基于以往研究,系统分析了剩余污泥与餐厨垃圾、农业废弃物等共发酵产酸效能,讨论了C/N值、pH值、温度以及污泥停留时间等工艺参数对剩余污泥厌氧共发酵过程的影响,提出了剩余污泥厌氧共发酵产酸的下游应用,并从能源与经济角度对剩余污泥厌氧共发酵技术进行了展望,以期为剩余污泥厌氧共发酵技术的低碳化应用提供参考。
低碳背景下,剩余污泥的资源化利用是实现污水处理厂有机固废减污降碳协同增效的重要举措。厌氧共发酵技术则是实现污泥资源化利用的最有效手段之一。通过剩余污泥与其他有机固废厌氧共发酵产生的高值产物(如挥发性脂肪酸等)可广泛应用于工业产品生产中,在实现污泥资源化利用的同时,降低了碳排放。然而,现有研究主要聚焦在剩余污泥厌氧共发酵产酸效能的探讨,在共发酵产酸的机理及优化调控手段等方面缺乏系统性的总结与分析。因此,基于以往研究,系统分析了剩余污泥与餐厨垃圾、农业废弃物等共发酵产酸效能,讨论了C/N值、pH值、温度以及污泥停留时间等工艺参数对剩余污泥厌氧共发酵过程的影响,提出了剩余污泥厌氧共发酵产酸的下游应用,并从能源与经济角度对剩余污泥厌氧共发酵技术进行了展望,以期为剩余污泥厌氧共发酵技术的低碳化应用提供参考。
2024, 42(1): 110-118.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401015
摘要:
研究塑料废弃物的热解特性有助于实现其清洁高效转化利用。借助热重技术总结对比了高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和聚丙烯的不同升温速率(10,20,30,40,50℃/min)热解及不同催化剂(HZSM-5、Hβ和HUSY)催化热解的特性及规律。升温速率的增长使反应出现热迟滞现象,催化剂的加入对样品热解速率提高的效果也不尽相同。为了提供更有力的理论支持,运用3种动力学分析方法Coats-Redfern (CR)、Flynn-Wall-Ozawa (FWO)和分布式活化能法(DAEM),对样品在不同条件下的动力学参数进行计算和分析。CR模型验证了各热解反应符合一级化学反应模型并发现催化剂可以大幅降低反应活化能;FWO法和DAEM得到的表观活化能数值接近。DAEM模型显示活化能在转化率α增长的过程中先上升再逐步下降,在α=40%~50%时活化能最高,且包含动力学补偿效应。
研究塑料废弃物的热解特性有助于实现其清洁高效转化利用。借助热重技术总结对比了高密度聚乙烯、低密度聚乙烯和聚丙烯的不同升温速率(10,20,30,40,50℃/min)热解及不同催化剂(HZSM-5、Hβ和HUSY)催化热解的特性及规律。升温速率的增长使反应出现热迟滞现象,催化剂的加入对样品热解速率提高的效果也不尽相同。为了提供更有力的理论支持,运用3种动力学分析方法Coats-Redfern (CR)、Flynn-Wall-Ozawa (FWO)和分布式活化能法(DAEM),对样品在不同条件下的动力学参数进行计算和分析。CR模型验证了各热解反应符合一级化学反应模型并发现催化剂可以大幅降低反应活化能;FWO法和DAEM得到的表观活化能数值接近。DAEM模型显示活化能在转化率α增长的过程中先上升再逐步下降,在α=40%~50%时活化能最高,且包含动力学补偿效应。
2024, 42(1): 119-125.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401016
摘要:
钢铁企业产生的烧结机头灰等固体废弃物钾含量较高,若不经处理直接作为炼铁原料返回烧结循环利用,不仅会影响烧结矿质量,还会导致高炉炼铁过程焦比升高、顺行受阻等问题。同时,我国钾矿储量不足,钾盐对外依存度超过1/2。针对上述问题,对钢铁除尘灰的处理和钾盐的生产消耗现状进行了简单介绍,深入剖析了含钾除尘作为烧结原料对炼铁过程的影响;介绍了转底炉回转窑处理除尘灰工艺,并指出其也会造成二次锌灰中K的富集;基于含钾除尘灰的理化特性及含钾物质存在状态,对采用“浮选-重选”和“水浸-分离-净化-结晶”2种工艺对含钾除尘灰中钾提取的研究进展进行了详细介绍。明确了若冶金烧结含钾除尘灰、转底炉和回转窑二次锌灰全部进行KCl的回收,有望使我国KCl的对外依存度降低20%左右,具有重要的意义。
钢铁企业产生的烧结机头灰等固体废弃物钾含量较高,若不经处理直接作为炼铁原料返回烧结循环利用,不仅会影响烧结矿质量,还会导致高炉炼铁过程焦比升高、顺行受阻等问题。同时,我国钾矿储量不足,钾盐对外依存度超过1/2。针对上述问题,对钢铁除尘灰的处理和钾盐的生产消耗现状进行了简单介绍,深入剖析了含钾除尘作为烧结原料对炼铁过程的影响;介绍了转底炉回转窑处理除尘灰工艺,并指出其也会造成二次锌灰中K的富集;基于含钾除尘灰的理化特性及含钾物质存在状态,对采用“浮选-重选”和“水浸-分离-净化-结晶”2种工艺对含钾除尘灰中钾提取的研究进展进行了详细介绍。明确了若冶金烧结含钾除尘灰、转底炉和回转窑二次锌灰全部进行KCl的回收,有望使我国KCl的对外依存度降低20%左右,具有重要的意义。
2024, 42(1): 126-134.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401017
摘要:
为有效提高剩余污泥溶胞效率并减少剩余污泥产量,采用水力空化与臭氧反应相结合的方法促进剩余污泥溶胞。系统探究了二者协同作用下剩余污泥的减量效果、有机质的释放、胞外聚合物(EPS)的解聚,分析污泥形态结构和各类溶解性有机物的变化趋势。结果表明:当臭氧浓度为(160±10) g/m3,水力空化联合臭氧处理135 min后,污泥的挥发性悬浮固体和总悬浮固体去除率分别为79.12%和68.55%,DDCOD达到90.67%,ρ(NH+4-N)由(3.15±0.07) mg/L增加至(42.75±0.21) mg/L,蛋白质和多糖总量分别提高了627.05%和957.28%。剩余污泥经水力空化联合臭氧氧化处理后,粒度扫描和显微镜观察结果表明其颗粒较原泥显著变小;三维荧光结果显示该方法可有效增强污泥溶胞效果,在促进污泥溶胞和减量方面表现出显著的协同效应。
为有效提高剩余污泥溶胞效率并减少剩余污泥产量,采用水力空化与臭氧反应相结合的方法促进剩余污泥溶胞。系统探究了二者协同作用下剩余污泥的减量效果、有机质的释放、胞外聚合物(EPS)的解聚,分析污泥形态结构和各类溶解性有机物的变化趋势。结果表明:当臭氧浓度为(160±10) g/m3,水力空化联合臭氧处理135 min后,污泥的挥发性悬浮固体和总悬浮固体去除率分别为79.12%和68.55%,DDCOD达到90.67%,ρ(NH+4-N)由(3.15±0.07) mg/L增加至(42.75±0.21) mg/L,蛋白质和多糖总量分别提高了627.05%和957.28%。剩余污泥经水力空化联合臭氧氧化处理后,粒度扫描和显微镜观察结果表明其颗粒较原泥显著变小;三维荧光结果显示该方法可有效增强污泥溶胞效果,在促进污泥溶胞和减量方面表现出显著的协同效应。
2024, 42(1): 135-143.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401018
摘要:
针对白酒酿造行业丢糟固废污染大、处理难等问题,以某大型白酒生产企业开发的丢糟热化学资源化、能源化新工艺为对象,运用物质流能量流分析、生命周期评价等方法,定量揭示新工艺技术不同应用情景下的环境影响。研究发现:与原丢糟处理工艺相比,丢糟热化学处理新工艺对酿酒全过程的全球暖化潜势、富营养化潜势等7类环境影响有显著改善,其中全球暖化潜势降幅可达40%~60%。但同时,因新工艺用电量为原工艺的19倍左右,新工艺全生命周期在人类毒性、海洋水生生态毒性、陆地生物毒性的环境影响比原系统分别高出9%、26%、73%。新工艺能源化产物的差异,对全生命周期10种环境有显著影响,副产热水的工艺路径全球暖化潜势较副产蒸汽增加49%。基于生命周期视角,建议新工艺热化学余热回收宜优先生产蒸汽,全系统蒸汽不足部分建议用天然气锅炉代替电锅炉生产,同时应强化重点设备的节能改造,以此显著降低白酒酿造全系统环境影响。
针对白酒酿造行业丢糟固废污染大、处理难等问题,以某大型白酒生产企业开发的丢糟热化学资源化、能源化新工艺为对象,运用物质流能量流分析、生命周期评价等方法,定量揭示新工艺技术不同应用情景下的环境影响。研究发现:与原丢糟处理工艺相比,丢糟热化学处理新工艺对酿酒全过程的全球暖化潜势、富营养化潜势等7类环境影响有显著改善,其中全球暖化潜势降幅可达40%~60%。但同时,因新工艺用电量为原工艺的19倍左右,新工艺全生命周期在人类毒性、海洋水生生态毒性、陆地生物毒性的环境影响比原系统分别高出9%、26%、73%。新工艺能源化产物的差异,对全生命周期10种环境有显著影响,副产热水的工艺路径全球暖化潜势较副产蒸汽增加49%。基于生命周期视角,建议新工艺热化学余热回收宜优先生产蒸汽,全系统蒸汽不足部分建议用天然气锅炉代替电锅炉生产,同时应强化重点设备的节能改造,以此显著降低白酒酿造全系统环境影响。
2024, 42(1): 144-149.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401019
摘要:
建设海绵城市是城市面源污染控制和内涝防治的重要手段,在我国已进入全域推广阶段。为量化海绵城市源头设施在施工建设和运行阶段产生的环境和经济影响,针对目前国内外海绵城市源头设施生命周期环境(life cycle assessment, LCA)与生命周期经济(life cycle costing, LCC)集成量化评价研究存在的不足,选取某学校内场地5种典型海绵城市源头设施,采用LCA-LCC集成评价方法,量化分析不同源头设施的环境影响、环境效益、经济影响和经济成本,并识别关键影响因子。结果表明,源头设施施工建设阶段会产生较大环境影响与经济成本,运行阶段会产生较大环境与经济效益。运行阶段对径流水量和水质控制所产生的总环境影响回收期在8年以内,总经济成本回收期在2年以内,总体效益可观。
建设海绵城市是城市面源污染控制和内涝防治的重要手段,在我国已进入全域推广阶段。为量化海绵城市源头设施在施工建设和运行阶段产生的环境和经济影响,针对目前国内外海绵城市源头设施生命周期环境(life cycle assessment, LCA)与生命周期经济(life cycle costing, LCC)集成量化评价研究存在的不足,选取某学校内场地5种典型海绵城市源头设施,采用LCA-LCC集成评价方法,量化分析不同源头设施的环境影响、环境效益、经济影响和经济成本,并识别关键影响因子。结果表明,源头设施施工建设阶段会产生较大环境影响与经济成本,运行阶段会产生较大环境与经济效益。运行阶段对径流水量和水质控制所产生的总环境影响回收期在8年以内,总经济成本回收期在2年以内,总体效益可观。
2024, 42(1): 150-156.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401020
摘要:
为评估建成区外客水汇入对山东省某市城区管网排水压力的影响,基于InfoWorks ICM构建一维、二维耦合雨洪模型,在不同模拟条件下分析城区管网排水能力及内涝积水情况,并基于模型结果提出优化方案。结果表明:建成区外客水汇入是导致该市主城区管网超负荷、节点溢流及内涝积水的主要原因;在2 a、3 a一遇2 h设计降雨下,客水汇入时超过1/2管道超负荷运行,溢流节点分别占1.38%和3.1%;在20 a、30 a一遇24 h设计降雨下,淹水面积占城区研究区域面积的35.9%及38.7%,其中9.60%及9.94%为高风险积水区;综合考虑经济性及有效性,采用建设地表方涵、排洪沟的方式截流地表径流客水的方式以缓解城区管网排水压力。经验证,优化方案能有效削减客水汇入对城区内涝积水的影响,对高风险积水区面积削减最明显。在20 a、30 a一遇24 h设计降雨下,研究区域高风险积水区面积优化后比优化前削减了75%、71%,最大积水深度下降至1 m以下。
为评估建成区外客水汇入对山东省某市城区管网排水压力的影响,基于InfoWorks ICM构建一维、二维耦合雨洪模型,在不同模拟条件下分析城区管网排水能力及内涝积水情况,并基于模型结果提出优化方案。结果表明:建成区外客水汇入是导致该市主城区管网超负荷、节点溢流及内涝积水的主要原因;在2 a、3 a一遇2 h设计降雨下,客水汇入时超过1/2管道超负荷运行,溢流节点分别占1.38%和3.1%;在20 a、30 a一遇24 h设计降雨下,淹水面积占城区研究区域面积的35.9%及38.7%,其中9.60%及9.94%为高风险积水区;综合考虑经济性及有效性,采用建设地表方涵、排洪沟的方式截流地表径流客水的方式以缓解城区管网排水压力。经验证,优化方案能有效削减客水汇入对城区内涝积水的影响,对高风险积水区面积削减最明显。在20 a、30 a一遇24 h设计降雨下,研究区域高风险积水区面积优化后比优化前削减了75%、71%,最大积水深度下降至1 m以下。
2024, 42(1): 157-165.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401021
摘要:
通过一步法合成了蒙脱土负载硫化纳米零价铁(CSZVI),使用TEM、BET、XRD、XPS、接触角测量仪对CSZVI的表面物化性质和材料结构进行表征,重点探究了n(S)/n(Fe)对CSZVI去除有机污染物的影响。结果表明:蒙脱土负载有效抑制了硫化纳米零价铁(SnZVI)的团聚并降低了其粒径;在m(蒙脱土)/m(铁)=5时,CSZVI表现出最高的反应活性,在15 min内对氟苯尼考(FF)的降解效率达到100%;n(S)/n(Fe)为0.112时,CSZVI对2,4-二硝基甲苯(DNT)、对硝基苯酚(PNP)、FF、氯霉素(CAP)均表现出最高的反应活性,随着n(S)/n(Fe)增加,反应活性均表现出下降趋势;与纯水相相比,在V(水)/V(乙醇)=7∶3的共溶剂体系中,随着n(S)/n(Fe)增加其对相对亲水的PNP产生的抑制作用增大,而对相对疏水的FF所产生的抑制作用减小。研究结果证明,n(S)/n(Fe)增加会增强CSZVI的表面疏水性,从而提升对疏水污染物降解效率,降低对亲水污染物降解效率。
通过一步法合成了蒙脱土负载硫化纳米零价铁(CSZVI),使用TEM、BET、XRD、XPS、接触角测量仪对CSZVI的表面物化性质和材料结构进行表征,重点探究了n(S)/n(Fe)对CSZVI去除有机污染物的影响。结果表明:蒙脱土负载有效抑制了硫化纳米零价铁(SnZVI)的团聚并降低了其粒径;在m(蒙脱土)/m(铁)=5时,CSZVI表现出最高的反应活性,在15 min内对氟苯尼考(FF)的降解效率达到100%;n(S)/n(Fe)为0.112时,CSZVI对2,4-二硝基甲苯(DNT)、对硝基苯酚(PNP)、FF、氯霉素(CAP)均表现出最高的反应活性,随着n(S)/n(Fe)增加,反应活性均表现出下降趋势;与纯水相相比,在V(水)/V(乙醇)=7∶3的共溶剂体系中,随着n(S)/n(Fe)增加其对相对亲水的PNP产生的抑制作用增大,而对相对疏水的FF所产生的抑制作用减小。研究结果证明,n(S)/n(Fe)增加会增强CSZVI的表面疏水性,从而提升对疏水污染物降解效率,降低对亲水污染物降解效率。
2024, 42(1): 166-176.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401022
摘要:
新污染物在土壤中具有生物毒性、环境持久性和生物积累性等特征,广泛存在于我国污染场地中。对污染场地土壤中新污染物的研究现状、迁移转化机制和修复进程方面的研究进行综述,对典型新污染物在土壤中的来源和生物毒性进行详细讨论,并展望我国污染场地新污染物修复的未来,以期对今后新污染物检测—代谢途径—土壤修复技术全链条深入研究、新污染物治理的理论依据和实际应用的发展提供参考。
新污染物在土壤中具有生物毒性、环境持久性和生物积累性等特征,广泛存在于我国污染场地中。对污染场地土壤中新污染物的研究现状、迁移转化机制和修复进程方面的研究进行综述,对典型新污染物在土壤中的来源和生物毒性进行详细讨论,并展望我国污染场地新污染物修复的未来,以期对今后新污染物检测—代谢途径—土壤修复技术全链条深入研究、新污染物治理的理论依据和实际应用的发展提供参考。
2024, 42(1): 177-183.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401023
摘要:
石油烃是一种典型的石化场地特征污染物,具有较强的人体健康和生态系统毒性。在各类修复技术中,原位生物修复技术扰动小、成本低、安全性好,适合在役场地污染土壤修复,但该类技术存在修复周期长、去除效率低等问题。针对石油烃污染土壤生物修复技术存在的制约问题,制备了4种用于强化石油烃污染物微生物降解的新型增溶剂,其临界胶束浓度均为100~120 mg/kg,表面张力约为30 mN/m。淋洗试验的条件下,LAS-1、LIS-1、LAS-2 3种增溶剂均能将27000 mg/kg的石油烃含量降低至4500 mg/kg以下,污染物溶出效果主要取决于增溶剂与污染土壤的用量比。微生物-增溶试验中,增溶剂强化效果明显,淋洗处理方式与增溶处理效果一致,对提高增溶剂性能评价效率有着良好的借鉴意义。
石油烃是一种典型的石化场地特征污染物,具有较强的人体健康和生态系统毒性。在各类修复技术中,原位生物修复技术扰动小、成本低、安全性好,适合在役场地污染土壤修复,但该类技术存在修复周期长、去除效率低等问题。针对石油烃污染土壤生物修复技术存在的制约问题,制备了4种用于强化石油烃污染物微生物降解的新型增溶剂,其临界胶束浓度均为100~120 mg/kg,表面张力约为30 mN/m。淋洗试验的条件下,LAS-1、LIS-1、LAS-2 3种增溶剂均能将27000 mg/kg的石油烃含量降低至4500 mg/kg以下,污染物溶出效果主要取决于增溶剂与污染土壤的用量比。微生物-增溶试验中,增溶剂强化效果明显,淋洗处理方式与增溶处理效果一致,对提高增溶剂性能评价效率有着良好的借鉴意义。
2024, 42(1): 184-190.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401024
摘要:
为研究高浓度苯诱导石油降解菌红平红球菌KB1形成的活的非可培养状态(VBNC)及VBNC状态细胞复苏后的生理特性和石油降解能力,采用LB培养基和基础培养基培养红平红球菌KB1,通过紫外分光光度法、扫描电镜和透射电镜观测苯诱导下红平红球菌KB1的VBNC状态形成过程及特征,用红外分光光度法测定复苏后细胞石油降解能力。结果表明,高浓度苯对红平红球菌KB1生长有明显抑制作用,在苯浓度2.5%培养液中6 h后红平红球菌KB1进入VBNC状态,细胞形态发生变化,但结构完整。VBNC状态的细胞在一定条件下复苏为可培养形式,复苏细胞保持了良好环境适应能力和较高石油降解能力。
为研究高浓度苯诱导石油降解菌红平红球菌KB1形成的活的非可培养状态(VBNC)及VBNC状态细胞复苏后的生理特性和石油降解能力,采用LB培养基和基础培养基培养红平红球菌KB1,通过紫外分光光度法、扫描电镜和透射电镜观测苯诱导下红平红球菌KB1的VBNC状态形成过程及特征,用红外分光光度法测定复苏后细胞石油降解能力。结果表明,高浓度苯对红平红球菌KB1生长有明显抑制作用,在苯浓度2.5%培养液中6 h后红平红球菌KB1进入VBNC状态,细胞形态发生变化,但结构完整。VBNC状态的细胞在一定条件下复苏为可培养形式,复苏细胞保持了良好环境适应能力和较高石油降解能力。
2024, 42(1): 191-198.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401025
摘要:
我国水利工程建设从水患治理逐步走向水生态环境修复,工程建设始终发挥着重要的支撑作用。以深圳典型高密度建成区水库水源地生态库建设为例,通过工程建设前后监测和模型等方法,研究雨源型缺水超大城市生态库溢流截污对水源地水环境提升效果。结果表明:生态库建成后水源地各类污染物达标且水质平均提升3.6倍,受调水影响东湖区水动力和水质明显优于西湖区。初期雨水110 mm时和正常雨水40 mm时,可实施生态库集雨溢流入库,模型预测常雨工况库区水质优于初雨工况,初雨和常雨可显著提高水资源利用和水环境状况。生态库建成后,初雨和常雨入库使得水环境容量对现状分别提升4.7,3.3倍。研究对于水源型和水质型缺水发达城市水源地建设研究提供了科学依据。
我国水利工程建设从水患治理逐步走向水生态环境修复,工程建设始终发挥着重要的支撑作用。以深圳典型高密度建成区水库水源地生态库建设为例,通过工程建设前后监测和模型等方法,研究雨源型缺水超大城市生态库溢流截污对水源地水环境提升效果。结果表明:生态库建成后水源地各类污染物达标且水质平均提升3.6倍,受调水影响东湖区水动力和水质明显优于西湖区。初期雨水110 mm时和正常雨水40 mm时,可实施生态库集雨溢流入库,模型预测常雨工况库区水质优于初雨工况,初雨和常雨可显著提高水资源利用和水环境状况。生态库建成后,初雨和常雨入库使得水环境容量对现状分别提升4.7,3.3倍。研究对于水源型和水质型缺水发达城市水源地建设研究提供了科学依据。
2024, 42(1): 199-205.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401026
摘要:
针对传统污染地块地下水污染风险评价忽略污染扩散风险的问题,以湖南某地下水污染地块及周边为研究区,开展风险评估和动态变化趋势评估。采用定量-定性结合的方式,通过指标筛选和确定,建立了耦合数值模拟预测和风险筛查静态风险评估的污染地块地下水污染动态风险评估方法。模拟预测结果表明,地块土壤和地下水中的污染物随时间逐渐向下游扩散,地下水中Cr(Ⅵ)在38 d时浓度达到最大值1239.5 mg/L,585 d时迁移至河流,917 d时地下水污染羽面积达到最大。基于风险筛查的地下水污染风险评估,和基于数值模拟和风险筛查的地下水污染动态风险2种方法计算得到的地块地下水污染风险总分分别为76.2和72.4,风险分级均为高风险地块,但后者略低于前者,表明针对污染物在包气带和饱水带中的迁移情况,定性分析结果相比定量分析结果可能趋于保守。动态风险评估结果显示,该地块始终为高风险地块,地下水污染风险先上升再下降,在500~700 d时达到最高风险95.2分。建议污染地块应尽快开展地下水风险管控或修复,避免污染扩散导致风险进一步增大。
针对传统污染地块地下水污染风险评价忽略污染扩散风险的问题,以湖南某地下水污染地块及周边为研究区,开展风险评估和动态变化趋势评估。采用定量-定性结合的方式,通过指标筛选和确定,建立了耦合数值模拟预测和风险筛查静态风险评估的污染地块地下水污染动态风险评估方法。模拟预测结果表明,地块土壤和地下水中的污染物随时间逐渐向下游扩散,地下水中Cr(Ⅵ)在38 d时浓度达到最大值1239.5 mg/L,585 d时迁移至河流,917 d时地下水污染羽面积达到最大。基于风险筛查的地下水污染风险评估,和基于数值模拟和风险筛查的地下水污染动态风险2种方法计算得到的地块地下水污染风险总分分别为76.2和72.4,风险分级均为高风险地块,但后者略低于前者,表明针对污染物在包气带和饱水带中的迁移情况,定性分析结果相比定量分析结果可能趋于保守。动态风险评估结果显示,该地块始终为高风险地块,地下水污染风险先上升再下降,在500~700 d时达到最高风险95.2分。建议污染地块应尽快开展地下水风险管控或修复,避免污染扩散导致风险进一步增大。
2024, 42(1): 206-214.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401027
摘要:
当前减污降碳协同控制大多关注国家或省级尺度,且聚焦单一环境介质,缺少城市尺度、多介质污染物与碳排放的协同性研究。分析了2013—2019年中国178个城市工业CO2排放与SO2、NOx、COD、NH3-N 4类不同介质污染物排放的协同度,并探究了影响协同度的社会经济因素。结果表明,工业CO2和各类污染物的年平均减排协同度呈现“N”型变化趋势。约40%的城市已实现工业协同减污降碳,约50%的城市只实现污染物减排,碳污均增排城市约占10%。加强政府政策力度是影响城市工业协同减污降碳的关键因素,且东、中、西部城市工业协同减污降碳的关键影响因素具有异质性。此外,鼓励科技创新和吸引人才回流是促进老工业城市协同减污降碳的关键因素。
当前减污降碳协同控制大多关注国家或省级尺度,且聚焦单一环境介质,缺少城市尺度、多介质污染物与碳排放的协同性研究。分析了2013—2019年中国178个城市工业CO2排放与SO2、NOx、COD、NH3-N 4类不同介质污染物排放的协同度,并探究了影响协同度的社会经济因素。结果表明,工业CO2和各类污染物的年平均减排协同度呈现“N”型变化趋势。约40%的城市已实现工业协同减污降碳,约50%的城市只实现污染物减排,碳污均增排城市约占10%。加强政府政策力度是影响城市工业协同减污降碳的关键因素,且东、中、西部城市工业协同减污降碳的关键影响因素具有异质性。此外,鼓励科技创新和吸引人才回流是促进老工业城市协同减污降碳的关键因素。
2024, 42(1): 215-222.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401028
摘要:
为促进CO2转化与利用技术深入发展,助力“双碳”政策顺利实施,通过开展基础研究的方式,在调制具有钙钛矿复合结构的催化剂基础上,开展了一系列CO2加氢合成甲烷(CH4)的实验研究。对比考察了催化剂各构成要素对催化性能的影响。通过单因素变量实验,详细探究了温度与催化性能之间的关系,借助XRD、BET、SEM、CO2-TPD、XPS等分析手段对催化剂微观结构进行详细分析和表征,解析了催化剂理化性质对催化活性的影响,明确了在钙钛矿型催化剂中掺杂Mg对调控CH4选择性的积极作用。结果显示,催化剂La0.9Mg0.1Co0.5Ni0.5O3在常压下具有优异的催化性能,在350~500℃内,可以获得接近100%的CH4选择性。表征方法证明Mg的掺杂可以提供更多的CO2吸附位点,对提升催化性能具有重要的辅助作用。
为促进CO2转化与利用技术深入发展,助力“双碳”政策顺利实施,通过开展基础研究的方式,在调制具有钙钛矿复合结构的催化剂基础上,开展了一系列CO2加氢合成甲烷(CH4)的实验研究。对比考察了催化剂各构成要素对催化性能的影响。通过单因素变量实验,详细探究了温度与催化性能之间的关系,借助XRD、BET、SEM、CO2-TPD、XPS等分析手段对催化剂微观结构进行详细分析和表征,解析了催化剂理化性质对催化活性的影响,明确了在钙钛矿型催化剂中掺杂Mg对调控CH4选择性的积极作用。结果显示,催化剂La0.9Mg0.1Co0.5Ni0.5O3在常压下具有优异的催化性能,在350~500℃内,可以获得接近100%的CH4选择性。表征方法证明Mg的掺杂可以提供更多的CO2吸附位点,对提升催化性能具有重要的辅助作用。
2024, 42(1): 223-234.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401029
摘要:
准确预测河流水质变化是流域水环境管理的重要基础。目前常用的基于数据驱动的深度学习模型依赖大量的监测数据训练,然而很多河流数据缺乏,无法满足水质预测精度要求。提出了一种基于极端梯度提升模型(XGBoost)的迁移条件选择方法,利用全国河流自动监测站点的水质参数(水温、pH、溶解氧、总氮)数据集,研究建立长短期记忆神经网络(LSTM)模型库,通过迁移学习条件的优化,提升LSTM模型的预测能力。结果表明:1)采用不同源域和迁移方式训练出的模型,其预测精度有很大差异;2)基于XGBoost模型选择最佳迁移条件,迁移模型的预测误差(RMSE)降低了9.6%~28.9%,LSTM模型预测精度明显提升;3)选取合适的迁移方式、选用性质接近的源域数据、增加训练数据量均可以提升迁移模型的预测精度。该建模方法可应用于实测数据少的河流水质预测,为流域水环境精细化管理提供技术支持。
准确预测河流水质变化是流域水环境管理的重要基础。目前常用的基于数据驱动的深度学习模型依赖大量的监测数据训练,然而很多河流数据缺乏,无法满足水质预测精度要求。提出了一种基于极端梯度提升模型(XGBoost)的迁移条件选择方法,利用全国河流自动监测站点的水质参数(水温、pH、溶解氧、总氮)数据集,研究建立长短期记忆神经网络(LSTM)模型库,通过迁移学习条件的优化,提升LSTM模型的预测能力。结果表明:1)采用不同源域和迁移方式训练出的模型,其预测精度有很大差异;2)基于XGBoost模型选择最佳迁移条件,迁移模型的预测误差(RMSE)降低了9.6%~28.9%,LSTM模型预测精度明显提升;3)选取合适的迁移方式、选用性质接近的源域数据、增加训练数据量均可以提升迁移模型的预测精度。该建模方法可应用于实测数据少的河流水质预测,为流域水环境精细化管理提供技术支持。
2024, 42(1): 235-242.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401030
摘要:
贝类重金属污染已成为亟待解决的海洋食品安全问题,镉是重要的污染源之一。食用被重金属镉污染的翡翠贻贝会严重危害身体健康。研究了基于近红外反射光谱的镉污染贻贝无损、快速检测方法。通过采集正常贻贝和镉污染贻贝的950~1700 nm光谱数据,构建基于最小二乘投影孪生支持向量机(least squares projection twin support vector machine, LSPTSVM)检测模型,优化模型参数和正交投影轴数量获得最佳检测性能。提出的LSPTSVM模型检测镉污染贻贝准确率达到99.50%,优于其他孪生支持向量机模型。LSPTSVM模型适用于小样本数据集。针对难以获得大量镉污染训练样本情况,LSPTSVM模型较其他模型具有更好的稳健性。结果表明:近红外光谱结合LSPTSVM模型可实现镉污染贻贝检测,为贝类的品质评价和安全检测提供一种新的方法。
贝类重金属污染已成为亟待解决的海洋食品安全问题,镉是重要的污染源之一。食用被重金属镉污染的翡翠贻贝会严重危害身体健康。研究了基于近红外反射光谱的镉污染贻贝无损、快速检测方法。通过采集正常贻贝和镉污染贻贝的950~1700 nm光谱数据,构建基于最小二乘投影孪生支持向量机(least squares projection twin support vector machine, LSPTSVM)检测模型,优化模型参数和正交投影轴数量获得最佳检测性能。提出的LSPTSVM模型检测镉污染贻贝准确率达到99.50%,优于其他孪生支持向量机模型。LSPTSVM模型适用于小样本数据集。针对难以获得大量镉污染训练样本情况,LSPTSVM模型较其他模型具有更好的稳健性。结果表明:近红外光谱结合LSPTSVM模型可实现镉污染贻贝检测,为贝类的品质评价和安全检测提供一种新的方法。
2024, 42(1): 243-252.
doi: 10.13205/j.hjgc.202401031
摘要:
近年来,近岸海域富营养化与赤潮暴发问题日益突显,对粤港澳大湾区核心城市深圳的可持续发展构成重要挑战。为有效解决这一问题,了解深圳近岸海域水质和赤潮暴发事件的时空动态变化至关重要。利用MODIS卫星传感器数据,建立了水质遥感反演和赤潮自动化提取模型,首次揭示了深圳海域水质关键参数与赤潮暴发的时空格局,并分析了主要驱动因素。研究结果显示,深圳市辖海域赤潮年均影响范围为300.50 km2,年均暴发频次为2.38次。2015—2022年,赤潮暴发覆盖面积每年增长约为6.7%。珠江口和深圳湾海域的悬浮泥沙浓度和叶绿素a浓度高于大鹏湾和大亚湾,并呈增长趋势。尽管珠江口东部海域富营养化程度高,赤潮暴发频次却较低,主要受河口悬浮泥沙的影响。而水质较好的大鹏湾和大亚湾赤潮暴发频次较高,且呈逐年上升趋势,这可能与氮磷比的变化有关。南澳、葵涌与坝光海域的氮磷比含量需重点关注,并对其陆域片区的面源污染源进行综合评估,研究结果可为稳步推进深圳及其周边海域环境治理修复和考核管理提供重要基准信息。
近年来,近岸海域富营养化与赤潮暴发问题日益突显,对粤港澳大湾区核心城市深圳的可持续发展构成重要挑战。为有效解决这一问题,了解深圳近岸海域水质和赤潮暴发事件的时空动态变化至关重要。利用MODIS卫星传感器数据,建立了水质遥感反演和赤潮自动化提取模型,首次揭示了深圳海域水质关键参数与赤潮暴发的时空格局,并分析了主要驱动因素。研究结果显示,深圳市辖海域赤潮年均影响范围为300.50 km2,年均暴发频次为2.38次。2015—2022年,赤潮暴发覆盖面积每年增长约为6.7%。珠江口和深圳湾海域的悬浮泥沙浓度和叶绿素a浓度高于大鹏湾和大亚湾,并呈增长趋势。尽管珠江口东部海域富营养化程度高,赤潮暴发频次却较低,主要受河口悬浮泥沙的影响。而水质较好的大鹏湾和大亚湾赤潮暴发频次较高,且呈逐年上升趋势,这可能与氮磷比的变化有关。南澳、葵涌与坝光海域的氮磷比含量需重点关注,并对其陆域片区的面源污染源进行综合评估,研究结果可为稳步推进深圳及其周边海域环境治理修复和考核管理提供重要基准信息。
2024, 42(1): 253-256.
摘要:
