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2024年 第42卷 第3期
2024, 42(3): 1-16.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403001
摘要:
近海海洋大气边界层是陆海气相互作用的特殊区域,发展近海海洋边界层大气污染立体探测技术、获取海洋大气边界层内主要污染成分及关键气象参数的高精度垂直探测信息,对于提高陆地、海洋和大气中的污染来源、化学机制和传输过程认识、提高沿海地区大气环境与气象预报的准确性具有重要意义。针对近海海洋边界层大气污染综合立体探测技术,总结了近年来在国家重点研发计划支持下我国在近海海洋大气探测设备研发、关键技术发展和近海大气污染形成机制研究等方面的进展。当前我国已发展了包括海洋大气廓线激光雷达、湍流交换测量、海气通量观测、海洋气溶胶探测设备等一系列近海海洋边界层探测技术,解决了沿海海洋地区恶劣环境条件造成的技术瓶颈,并基于这些探测设备与技术开展了大量近海海洋大气污染研究。技术与设备的发展完善了我国近海海洋地区边界层大气污染立体监测技术体系与能力,对我国东部沿海区域大气污染防治有积极支撑作用。
近海海洋大气边界层是陆海气相互作用的特殊区域,发展近海海洋边界层大气污染立体探测技术、获取海洋大气边界层内主要污染成分及关键气象参数的高精度垂直探测信息,对于提高陆地、海洋和大气中的污染来源、化学机制和传输过程认识、提高沿海地区大气环境与气象预报的准确性具有重要意义。针对近海海洋边界层大气污染综合立体探测技术,总结了近年来在国家重点研发计划支持下我国在近海海洋大气探测设备研发、关键技术发展和近海大气污染形成机制研究等方面的进展。当前我国已发展了包括海洋大气廓线激光雷达、湍流交换测量、海气通量观测、海洋气溶胶探测设备等一系列近海海洋边界层探测技术,解决了沿海海洋地区恶劣环境条件造成的技术瓶颈,并基于这些探测设备与技术开展了大量近海海洋大气污染研究。技术与设备的发展完善了我国近海海洋地区边界层大气污染立体监测技术体系与能力,对我国东部沿海区域大气污染防治有积极支撑作用。
2024, 42(3): 17-24.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403002
摘要:
城市污水处理厂的二级出水中含有大量条件致病菌,对人体健康构成了潜在威胁。以污水厂二级出水为处理对象,探究慢滤工艺在不同运行条件下(进水碳氮比、钙离子浓度、酸碱性)对水中条件致病菌(铜绿假单胞菌、军团菌和鸟分支杆菌)和溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)的去除效能,并对条件致病菌的含量与DOC和大肠杆菌的浓度分别进行相关性分析。结果表明:在滤速5 cm/h条件下,改变进水水质条件,生物膜慢滤对条件致病菌和DOC的去除效果均优于无生物膜慢滤,当C/N为10,ρ(Ca2+)为60 mg/L,pH值为7时,生物膜慢滤对条件致病菌的去除效果最佳;在最佳运行条件下,生物膜慢滤出水中条件致病菌含量与DOC浓度呈正相关;除ρ(Ca2+)外,在其他最佳运行条件(C/N为10,pH值为7)下,生物膜慢滤出水中条件致病菌的含量与大肠杆菌浓度均呈正相关。综上,生物膜慢滤工艺可以有效去除二级出水中的条件致病菌和有机物,可作为二级出水深度处理的有效方式,并为再生水回用过程中的水风险提供安全保障。
城市污水处理厂的二级出水中含有大量条件致病菌,对人体健康构成了潜在威胁。以污水厂二级出水为处理对象,探究慢滤工艺在不同运行条件下(进水碳氮比、钙离子浓度、酸碱性)对水中条件致病菌(铜绿假单胞菌、军团菌和鸟分支杆菌)和溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)的去除效能,并对条件致病菌的含量与DOC和大肠杆菌的浓度分别进行相关性分析。结果表明:在滤速5 cm/h条件下,改变进水水质条件,生物膜慢滤对条件致病菌和DOC的去除效果均优于无生物膜慢滤,当C/N为10,ρ(Ca2+)为60 mg/L,pH值为7时,生物膜慢滤对条件致病菌的去除效果最佳;在最佳运行条件下,生物膜慢滤出水中条件致病菌含量与DOC浓度呈正相关;除ρ(Ca2+)外,在其他最佳运行条件(C/N为10,pH值为7)下,生物膜慢滤出水中条件致病菌的含量与大肠杆菌浓度均呈正相关。综上,生物膜慢滤工艺可以有效去除二级出水中的条件致病菌和有机物,可作为二级出水深度处理的有效方式,并为再生水回用过程中的水风险提供安全保障。
2024, 42(3): 25-32.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403003
摘要:
部分亚硝化(PN)是厌氧氨氧化(ANAMMOX)获取亚硝酸盐(NO2--N) 作为基质的重要途径。然而,市政污水氨氮(NH4+-N)浓度较低且波动频繁,导致难以实现稳定的PN。对此,通过缩短水力停留时间(HRT)的方式启动2个反应器,对比不同氮负荷(NLR)下,PN系统中氮素转化规律及微生物群落结构的变化。结果表明:在低氧环境下,R1的NLR从0.15 kg/(m3·d)提高至0.5 kg/(m3·d),氨氮转化率(ACR)从45%升高至65%,亚氮积累率(NAR)从0升高至95%,表明可以实现PN的快速启动,但是稳定运行60 d后PN出现失稳。然而,在高NLR［0.8~1.2 kg/(m3·d)］条件下,ACR和NAR最高分别可达到68%和85%,且能稳定运行,表明高NLR启动运行更易获得稳定有效的NOB抑制。微生物群落结构进一步表明,随着NLR的提高,R2中NOB的相对丰度远低于R1中NOB的相对丰度;同时,R2中NOB的优势菌逐渐由Nitrospira转变为Nitrolancea。这表明高负荷运行下,NOB菌属类型会发生改变。这为解决主流条件下PN-Anammox工艺的应用瓶颈问题提供了新方法,具有重要的研究意义和应用价值。
部分亚硝化(PN)是厌氧氨氧化(ANAMMOX)获取亚硝酸盐(NO2--N) 作为基质的重要途径。然而,市政污水氨氮(NH4+-N)浓度较低且波动频繁,导致难以实现稳定的PN。对此,通过缩短水力停留时间(HRT)的方式启动2个反应器,对比不同氮负荷(NLR)下,PN系统中氮素转化规律及微生物群落结构的变化。结果表明:在低氧环境下,R1的NLR从0.15 kg/(m3·d)提高至0.5 kg/(m3·d),氨氮转化率(ACR)从45%升高至65%,亚氮积累率(NAR)从0升高至95%,表明可以实现PN的快速启动,但是稳定运行60 d后PN出现失稳。然而,在高NLR［0.8~1.2 kg/(m3·d)］条件下,ACR和NAR最高分别可达到68%和85%,且能稳定运行,表明高NLR启动运行更易获得稳定有效的NOB抑制。微生物群落结构进一步表明,随着NLR的提高,R2中NOB的相对丰度远低于R1中NOB的相对丰度;同时,R2中NOB的优势菌逐渐由Nitrospira转变为Nitrolancea。这表明高负荷运行下,NOB菌属类型会发生改变。这为解决主流条件下PN-Anammox工艺的应用瓶颈问题提供了新方法,具有重要的研究意义和应用价值。
2024, 42(3): 33-40.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403004
摘要:
吸附具有成本低、能耗小、操作方便和环境友好等优点,在污水净化领域具有广泛应用潜力。通过简单的溶剂热法制备了缺陷Zr基金属有机框架(UiO-66-NH2)吸附剂,并将其用于去除废水中四环素。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、氮气吸附-脱附和X射线光电子能谱等手段对吸附剂进行表征。为获得吸附剂去除废水中四环素最佳条件,以四环素的吸附量为响应值,在单因素实验基础上,采用Box-Behnken设计(BBD)响应曲面法(RSM)考察吸附剂投加量、溶液pH值、四环素初始浓度以及吸附时间等因素相互作用和影响。结果表明,经实验修正后的最佳吸附条件:吸附剂投加量为10 mg,pH=3.80,四环素初始浓度为27 mg/L,吸附时间为3 h;此条件下,吸附剂对四环素的吸附量可达71.85 mg/g。此外,再生实验表明,经过5次循环吸附后,吸附剂仍具有较强的吸附能力(68.33 mg/g),是一种相对稳定的吸附材料。
吸附具有成本低、能耗小、操作方便和环境友好等优点,在污水净化领域具有广泛应用潜力。通过简单的溶剂热法制备了缺陷Zr基金属有机框架(UiO-66-NH2)吸附剂,并将其用于去除废水中四环素。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、氮气吸附-脱附和X射线光电子能谱等手段对吸附剂进行表征。为获得吸附剂去除废水中四环素最佳条件,以四环素的吸附量为响应值,在单因素实验基础上,采用Box-Behnken设计(BBD)响应曲面法(RSM)考察吸附剂投加量、溶液pH值、四环素初始浓度以及吸附时间等因素相互作用和影响。结果表明,经实验修正后的最佳吸附条件:吸附剂投加量为10 mg,pH=3.80,四环素初始浓度为27 mg/L,吸附时间为3 h;此条件下,吸附剂对四环素的吸附量可达71.85 mg/g。此外,再生实验表明,经过5次循环吸附后,吸附剂仍具有较强的吸附能力(68.33 mg/g),是一种相对稳定的吸附材料。
2024, 42(3): 41-50.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403005
摘要:
以辽宁省沈阳市的浑河河水(HR)和丁香湖湖水(DXL)作为研究对象,通过淋溶实验和室内模拟光解实验,选用2,4,6-三甲基苯酚(TMP)作为三线态溶解性有机物(3DOM*)的探针,考察了不同温度条件下冰体融化时溶解性有机物(DOM)的光谱学特性变化,以及DOM、荧光物质和3DOM*的释放规律。结果表明:融化温度越低,HR与DXL 2种水样的SUVA254、E2/E3均显著增加,且DXL水样表现出的增加更为明显。HR和DXL水样中均包含类富里酸类物质、类腐植酸类物质,HR样品中还含有类芳香族蛋白类物质。冻结温度相同,融化温度越低,荧光物质从样品中析出得越规律,呈逐渐减少的趋势。融化温度越低,3DOM*的释放越规律,且HR表现得尤为明显,HR融化初期3DOM*的稳态浓度是原始水样的4.1倍。
以辽宁省沈阳市的浑河河水(HR)和丁香湖湖水(DXL)作为研究对象,通过淋溶实验和室内模拟光解实验,选用2,4,6-三甲基苯酚(TMP)作为三线态溶解性有机物(3DOM*)的探针,考察了不同温度条件下冰体融化时溶解性有机物(DOM)的光谱学特性变化,以及DOM、荧光物质和3DOM*的释放规律。结果表明:融化温度越低,HR与DXL 2种水样的SUVA254、E2/E3均显著增加,且DXL水样表现出的增加更为明显。HR和DXL水样中均包含类富里酸类物质、类腐植酸类物质,HR样品中还含有类芳香族蛋白类物质。冻结温度相同,融化温度越低,荧光物质从样品中析出得越规律,呈逐渐减少的趋势。融化温度越低,3DOM*的释放越规律,且HR表现得尤为明显,HR融化初期3DOM*的稳态浓度是原始水样的4.1倍。
2024, 42(3): 51-57.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403006
摘要:
我国每年约有近百万吨二硫化碳(CS2)用于粘胶纤维的生产。工业上常用曝气手段去除CS2,然而一些CS2会继续留存在水中并进入污水处理的硝化单元,影响运行效果。研究发现,短期胁迫下10 mg/L CS2即显著抑制硝化污泥活性,低浓度CS2(10~40 mg/L)会促进硝化污泥代谢活性和抗氧化活性,高浓度(100~200 mg/L)则会产生抑制。在长期CS2(20~200 mg/L)胁迫下硝化反应被完全抑制,长期运行过程中发现硝化污泥表面有白色浑浊物,经液相色谱与XPS分析发现该白色浑浊物为单质硫,推测可能发生了CS2→COS→H2S→S0→SO2-3→SO2-4的同化过程。在16S rRNA分析中也发现了参与硫氧化的Actinobacteria、Sinomonas丰度升高,也验证了这一推测。
我国每年约有近百万吨二硫化碳(CS2)用于粘胶纤维的生产。工业上常用曝气手段去除CS2,然而一些CS2会继续留存在水中并进入污水处理的硝化单元,影响运行效果。研究发现,短期胁迫下10 mg/L CS2即显著抑制硝化污泥活性,低浓度CS2(10~40 mg/L)会促进硝化污泥代谢活性和抗氧化活性,高浓度(100~200 mg/L)则会产生抑制。在长期CS2(20~200 mg/L)胁迫下硝化反应被完全抑制,长期运行过程中发现硝化污泥表面有白色浑浊物,经液相色谱与XPS分析发现该白色浑浊物为单质硫,推测可能发生了CS2→COS→H2S→S0→SO2-3→SO2-4的同化过程。在16S rRNA分析中也发现了参与硫氧化的Actinobacteria、Sinomonas丰度升高,也验证了这一推测。
2024, 42(3): 58-66.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403007
摘要:
表征多元混合物各组分浓度效应曲线(CRC)形态差异的参数σ2(k·ECx)可以预测多元混合物的联合毒性,进一步探索σ2(k·ECx)与多元混合物联合作用强度和方式的关系。选取11种环境污染物,按照物质CRC的参数k·ECx的数值分为D组(相异体系)和S组(相似体系),设计18组多元混合物,借助独立作用模型(IA)和效应残差比(ERRx)模型评价混合物的联合作用。结果表明:D组混合体系易发生联合作用方式的转变;S组混合体系联合作用方式保持不变。D组中σ2(k·ECx)较大的混合物不易发生联合作用方式的转变。D组混合物整体联合作用强度大于S组,各混合体系内联合作用强度与σ2(k·ECx)正相关。该研究揭示了参数σ2(k·ECx)与多元混合物联合作用的关系,实现了从几何角度对多元混合物联合作用的预判,为环境风险评价提供一定的理论支持。
表征多元混合物各组分浓度效应曲线(CRC)形态差异的参数σ2(k·ECx)可以预测多元混合物的联合毒性,进一步探索σ2(k·ECx)与多元混合物联合作用强度和方式的关系。选取11种环境污染物,按照物质CRC的参数k·ECx的数值分为D组(相异体系)和S组(相似体系),设计18组多元混合物,借助独立作用模型(IA)和效应残差比(ERRx)模型评价混合物的联合作用。结果表明:D组混合体系易发生联合作用方式的转变;S组混合体系联合作用方式保持不变。D组中σ2(k·ECx)较大的混合物不易发生联合作用方式的转变。D组混合物整体联合作用强度大于S组,各混合体系内联合作用强度与σ2(k·ECx)正相关。该研究揭示了参数σ2(k·ECx)与多元混合物联合作用的关系,实现了从几何角度对多元混合物联合作用的预判,为环境风险评价提供一定的理论支持。
2024, 42(3): 67-72.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403008
摘要:
采用浸渍法对普通煤质活性炭(AC)进行负载铁改性,探究了负载铁改性活性炭(Fe-AC)对城市污水厂二级出水中溶解性有机物(DOM)的吸附性能。EDS、XRD和FTIR等分析表明,铁成功以Fe2O3形式负载在活性炭上。经改性,活性炭比表面积增大29.3%。Fe-AC对二级出水中的DOM有良好的吸附性能,DOC去除率为50.0%~63.5%,UV254去除率为71.3%~88.2%,均明显高于AC。Fe-AC对DOM的吸附可用修正的Freundlich等温线很好地描述。此外,Fe-AC对NO3-和PO43-也具有良好的吸附效果,去除率分别为55.4%和76.5%。三维荧光光谱和紫外-可见吸收光谱表明,二级出水中的DOM主要为微生物代谢产生的腐植酸类物质,该有机组分可被Fe-AC很好地吸附去除。综上,Fe-AC吸附是一种有效的污水深度处理技术。
采用浸渍法对普通煤质活性炭(AC)进行负载铁改性,探究了负载铁改性活性炭(Fe-AC)对城市污水厂二级出水中溶解性有机物(DOM)的吸附性能。EDS、XRD和FTIR等分析表明,铁成功以Fe2O3形式负载在活性炭上。经改性,活性炭比表面积增大29.3%。Fe-AC对二级出水中的DOM有良好的吸附性能,DOC去除率为50.0%~63.5%,UV254去除率为71.3%~88.2%,均明显高于AC。Fe-AC对DOM的吸附可用修正的Freundlich等温线很好地描述。此外,Fe-AC对NO3-和PO43-也具有良好的吸附效果,去除率分别为55.4%和76.5%。三维荧光光谱和紫外-可见吸收光谱表明,二级出水中的DOM主要为微生物代谢产生的腐植酸类物质,该有机组分可被Fe-AC很好地吸附去除。综上,Fe-AC吸附是一种有效的污水深度处理技术。
2024, 42(3): 73-81.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403009
摘要:
通过在合成功能材料层状双金属氢氧化物(layered double hydroxides, LDHs)过程中加入一定比例的清淤污泥制得改性污泥;并将其作为原料之一,制备4种不同质量掺混比的海绵城市用可净水透水砖。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD),对掺混改性污泥前后透水砖的表面形态、化学成分与晶体结构进行表征;通过抗压性和透水性检测,结合吸附预试验结果,确定最佳改性质量掺混比;开展等温吸附、吸附动力学和热力学试验,探究掺混改性污泥前后透水砖对磷酸盐的吸附特性和作用机制。结果表明: 1)掺混比为1∶1的改性清淤污泥透水砖,相较于其他几种掺混比更具实用性,在初始浓度32 mg/L,透水砖投加量1.2 g,吸附时间360 min时,对磷酸盐的吸附容量达到2.08 mg/g; 2)掺混改性污泥前后透水砖对磷酸盐的吸附过程均符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型,且掺混后透水砖对磷酸盐的最大饱和吸附容量提升了25%;3)改性污泥的掺混,使得透水砖吸附磷酸盐所需能量减少,自发性增强,有助于透水砖在实际应用中对雨水的净化。
通过在合成功能材料层状双金属氢氧化物(layered double hydroxides, LDHs)过程中加入一定比例的清淤污泥制得改性污泥;并将其作为原料之一,制备4种不同质量掺混比的海绵城市用可净水透水砖。利用场发射扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD),对掺混改性污泥前后透水砖的表面形态、化学成分与晶体结构进行表征;通过抗压性和透水性检测,结合吸附预试验结果,确定最佳改性质量掺混比;开展等温吸附、吸附动力学和热力学试验,探究掺混改性污泥前后透水砖对磷酸盐的吸附特性和作用机制。结果表明: 1)掺混比为1∶1的改性清淤污泥透水砖,相较于其他几种掺混比更具实用性,在初始浓度32 mg/L,透水砖投加量1.2 g,吸附时间360 min时,对磷酸盐的吸附容量达到2.08 mg/g; 2)掺混改性污泥前后透水砖对磷酸盐的吸附过程均符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型,且掺混后透水砖对磷酸盐的最大饱和吸附容量提升了25%;3)改性污泥的掺混,使得透水砖吸附磷酸盐所需能量减少,自发性增强,有助于透水砖在实际应用中对雨水的净化。
2024, 42(3): 82-91.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403010
摘要:
疏浚重金属污染底泥由于具有含水率高、强度低等特性,无法直接作为工程材料应用,并且会对环境造成污染。设计合成了一种丙烯酸-苯乙烯磺酸共聚物(AA-SSS),并与水泥和纳米水化硅酸钙(早强剂)混合,开发了一种有机-无机复合固化剂。探究了有机-无机复合固化剂对底泥固化抗压强度和重金属离子稳定化的影响,并分析了其机理。结果表明:有机-无机复合固化剂对底泥固化强度增强效果显著,在10%水泥、1% AA-SSS、2%早强剂添加量下,底泥固化1 d的抗压强度为0.85 MPa,相比未加固化剂,提高了467%。在该条件下,底泥中的Pb2+、Ni2+、Cd2+、Cr3+的浸出浓度分别从7.05,8.32,4.40,7.12 mg/L降至2.68,2.61,0.68,2.05 mg/L,经固化稳定化后底泥酸浸出液中重金属浓度均低于危险废物鉴别标准值。水泥水化产物加强了淤泥颗粒之间的胶结,并包裹固定金属离子,同时AA-SSS和纳米水化硅酸钙可以分散和促进水泥水化,并通过静电作用和吸附作用固定金属离子。研究表明有机-无机复合固化剂在提高底泥抗压强度和重金属离子稳定化具有良好的应用前景。
疏浚重金属污染底泥由于具有含水率高、强度低等特性,无法直接作为工程材料应用,并且会对环境造成污染。设计合成了一种丙烯酸-苯乙烯磺酸共聚物(AA-SSS),并与水泥和纳米水化硅酸钙(早强剂)混合,开发了一种有机-无机复合固化剂。探究了有机-无机复合固化剂对底泥固化抗压强度和重金属离子稳定化的影响,并分析了其机理。结果表明:有机-无机复合固化剂对底泥固化强度增强效果显著,在10%水泥、1% AA-SSS、2%早强剂添加量下,底泥固化1 d的抗压强度为0.85 MPa,相比未加固化剂,提高了467%。在该条件下,底泥中的Pb2+、Ni2+、Cd2+、Cr3+的浸出浓度分别从7.05,8.32,4.40,7.12 mg/L降至2.68,2.61,0.68,2.05 mg/L,经固化稳定化后底泥酸浸出液中重金属浓度均低于危险废物鉴别标准值。水泥水化产物加强了淤泥颗粒之间的胶结,并包裹固定金属离子,同时AA-SSS和纳米水化硅酸钙可以分散和促进水泥水化,并通过静电作用和吸附作用固定金属离子。研究表明有机-无机复合固化剂在提高底泥抗压强度和重金属离子稳定化具有良好的应用前景。
2024, 42(3): 92-98.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403011
摘要:
采用溶胶凝胶法制备得到具有高稳定性和高电催化活性的含锡锑中间层的铅锑电极,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量色散谱(EDS)、Brunauer-Emmett-Teller(BET)、线性伏安测试(LSV)及循环伏安测试(CV)等测试方法对制备电极的物相结构、表面形貌、元素组成、比表面积及电催化性能进行分析表征,并考察了不同铅锑电极对二(2-乙基己基)磷酸酯废水的电催化降解性能及其稳定性。结果表明:含锡锑中间层的铅锑电极涂层主要为焦绿石型复合氧化物(Pb3Sb2O8.47)6.4,中间层表面的较大粗糙度及致密结构有利于提高电极稳定性,活性层表面的蜂窝状微孔结构使电催化性能显著增加。LSV及CV测试表明:含锡锑中间层的铅锑电极具有较好的电催化活性及导电性;该电极在电解二(2-乙基己基)磷酸酯废水2 h的COD去除率可达到92.5%,连续使用62 h后COD去除率能维持在91%以上,电极加速寿命可达到30 h,换算成一般工业电流密度(0.1 A/cm2)下的电极实际使用寿命可达到5.5年。含锡锑中间层的铅锑电极具有优越的电催化活性及稳定性,在高盐有机废水处理中具有良好的应用前景。
采用溶胶凝胶法制备得到具有高稳定性和高电催化活性的含锡锑中间层的铅锑电极,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量色散谱(EDS)、Brunauer-Emmett-Teller(BET)、线性伏安测试(LSV)及循环伏安测试(CV)等测试方法对制备电极的物相结构、表面形貌、元素组成、比表面积及电催化性能进行分析表征,并考察了不同铅锑电极对二(2-乙基己基)磷酸酯废水的电催化降解性能及其稳定性。结果表明:含锡锑中间层的铅锑电极涂层主要为焦绿石型复合氧化物(Pb3Sb2O8.47)6.4,中间层表面的较大粗糙度及致密结构有利于提高电极稳定性,活性层表面的蜂窝状微孔结构使电催化性能显著增加。LSV及CV测试表明:含锡锑中间层的铅锑电极具有较好的电催化活性及导电性;该电极在电解二(2-乙基己基)磷酸酯废水2 h的COD去除率可达到92.5%,连续使用62 h后COD去除率能维持在91%以上,电极加速寿命可达到30 h,换算成一般工业电流密度(0.1 A/cm2)下的电极实际使用寿命可达到5.5年。含锡锑中间层的铅锑电极具有优越的电催化活性及稳定性,在高盐有机废水处理中具有良好的应用前景。
2024, 42(3): 99-107.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403012
摘要:
MFC-A2/O是一种新型生物电化学系统,可以在降解废水中有机物的同时将化学能转化为电能,进一步推动"减污降碳,协同增效"目标的落实,对未来污水处理系统的升级改造具有重要的参考价值。结合诸多学者关于MFC-A2/O系统脱氮产电性能的研究,介绍了MFC-A2/O的工作原理,并对其系统结构(电极材料、电池构型、投加微生物)和运行参数(C/N、HRT、外电阻、pH、其他条件因素)进行了综述,同时总结了该系统当前存在的问题与不足,探讨了该系统在脱氮产电性能方面的优势与发展前景,为MFC-A2/O系统的优化提供参考。
MFC-A2/O是一种新型生物电化学系统,可以在降解废水中有机物的同时将化学能转化为电能,进一步推动"减污降碳,协同增效"目标的落实,对未来污水处理系统的升级改造具有重要的参考价值。结合诸多学者关于MFC-A2/O系统脱氮产电性能的研究,介绍了MFC-A2/O的工作原理,并对其系统结构(电极材料、电池构型、投加微生物)和运行参数(C/N、HRT、外电阻、pH、其他条件因素)进行了综述,同时总结了该系统当前存在的问题与不足,探讨了该系统在脱氮产电性能方面的优势与发展前景,为MFC-A2/O系统的优化提供参考。
2024, 42(3): 108-114.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403013
摘要:
为改善除尘滤芯脉冲喷吹清灰不良的问题,以异形滤芯为研究对象,考察了滤芯形状、喷吹角度和喷吹压差组合条件下的脉冲喷吹性能,构建脉冲喷吹的数值模型,运用Ansys Fluent软件对滤芯内部流场进行模拟及分析。结果表明:倒梯形和收缩形滤芯内对撞区的静压较大,梯形和鼓胀形滤芯内静压区较小;喷吹角度从-45°增加到45°,直筒形和收缩形滤芯的喷吹压力和喷吹性能整体表现为先增后降的趋势,最佳喷吹角度为30°;增大喷吹压差PR有助于提高滤芯的喷吹性能,并且压差对于收缩形滤芯喷吹性能的提升要强于直筒形滤芯。总体上,除尘滤芯的收缩形结构有利于提高对撞脉喷清灰性能。
为改善除尘滤芯脉冲喷吹清灰不良的问题,以异形滤芯为研究对象,考察了滤芯形状、喷吹角度和喷吹压差组合条件下的脉冲喷吹性能,构建脉冲喷吹的数值模型,运用Ansys Fluent软件对滤芯内部流场进行模拟及分析。结果表明:倒梯形和收缩形滤芯内对撞区的静压较大,梯形和鼓胀形滤芯内静压区较小;喷吹角度从-45°增加到45°,直筒形和收缩形滤芯的喷吹压力和喷吹性能整体表现为先增后降的趋势,最佳喷吹角度为30°;增大喷吹压差PR有助于提高滤芯的喷吹性能,并且压差对于收缩形滤芯喷吹性能的提升要强于直筒形滤芯。总体上,除尘滤芯的收缩形结构有利于提高对撞脉喷清灰性能。
2024, 42(3): 115-121.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403014
摘要:
臭氧(O3)对生态环境质量影响程度不断加深,统计发现,2019—2021年长沙市O3超标的高发时间为夏、秋季,总辐射量≥0.85 MJ/m2、最高气温≥32 ℃、相对湿度≤65%为长沙市O3生成较为有利的气象条件。利用基于观测的模型(OBM)模拟了污染高值时段长沙市3个站点区域的最优达标减排方案:环保学院站点区域应单独削减40%VOCs;高新区环保局站点区域应单独削减21%VOCs;马坡岭站点区域不具备达标条件,但单独削减VOCs可使O3浓度下降速度最快。因此在不利的气象条件下,有针对性地设计科学的减排方案,可以显著降低O3浓度。
臭氧(O3)对生态环境质量影响程度不断加深,统计发现,2019—2021年长沙市O3超标的高发时间为夏、秋季,总辐射量≥0.85 MJ/m2、最高气温≥32 ℃、相对湿度≤65%为长沙市O3生成较为有利的气象条件。利用基于观测的模型(OBM)模拟了污染高值时段长沙市3个站点区域的最优达标减排方案:环保学院站点区域应单独削减40%VOCs;高新区环保局站点区域应单独削减21%VOCs;马坡岭站点区域不具备达标条件,但单独削减VOCs可使O3浓度下降速度最快。因此在不利的气象条件下,有针对性地设计科学的减排方案,可以显著降低O3浓度。
2024, 42(3): 122-130.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403015
摘要:
工业电除尘器受反电晕、微细颗粒捕集效率低等因素影响使超低排放运行过程不稳定,故采用开孔式收尘极板并优化极配形式与参数以减缓上述问题发生,并保证电除尘器高效稳定运行。通过COMSOL Multiphysics模拟试验研究了不同同极间距、线距、板形、线形对电场与除尘性能的影响。结果表明:500 mm同极间距利于高比电阻粉尘捕集。最佳线距处于同极间距的0.5~1倍范围内,此时板表面平均电流密度最大。4种多孔板结构对反电晕现象均有一定的减缓作用,错孔板结构收尘场强最大,除尘性能最优;空腔内增加极板对0.01~0.1 μm微细颗粒物捕集效率提升16%。4种线形中,新型鱼骨线除尘性能优于其他线形,采用错孔式收尘极板与新型鱼骨线相配时,除尘区域内收尘场强最佳,颗粒物理论有效驱进速度较其他极配形式提升47%,减少了电除尘器的投资成本和运行费用。该研究结果可为多孔电极电除尘器在超低排放设计应用中提供参考。
工业电除尘器受反电晕、微细颗粒捕集效率低等因素影响使超低排放运行过程不稳定,故采用开孔式收尘极板并优化极配形式与参数以减缓上述问题发生,并保证电除尘器高效稳定运行。通过COMSOL Multiphysics模拟试验研究了不同同极间距、线距、板形、线形对电场与除尘性能的影响。结果表明:500 mm同极间距利于高比电阻粉尘捕集。最佳线距处于同极间距的0.5~1倍范围内,此时板表面平均电流密度最大。4种多孔板结构对反电晕现象均有一定的减缓作用,错孔板结构收尘场强最大,除尘性能最优;空腔内增加极板对0.01~0.1 μm微细颗粒物捕集效率提升16%。4种线形中,新型鱼骨线除尘性能优于其他线形,采用错孔式收尘极板与新型鱼骨线相配时,除尘区域内收尘场强最佳,颗粒物理论有效驱进速度较其他极配形式提升47%,减少了电除尘器的投资成本和运行费用。该研究结果可为多孔电极电除尘器在超低排放设计应用中提供参考。
2024, 42(3): 131-137.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403016
摘要:
提出利用餐厨垃圾轻物质生产富氢合成气,并将富氢合成气生物甲烷化与现有餐厨垃圾厌氧消化单元耦合的工艺路线,为评估其可行性,考察了耦合系统的长期运行性能,并分析了该系统提升现有甲烷(CH4)产量的潜力。结果表明:在餐厨垃圾有机负荷(以挥发性固体质量计)为0.5~2.0 g/(L·d)、富氢合成气流量为0~5.28 L/d条件下,餐厨垃圾厌氧消化与富氢合成气生物甲烷化均能保持稳定运行,且沼气提纯效果明显,尤其在餐厨垃圾有机负荷为0.5,1.0 g/(L·d)时,产品气中CH4的平均含量分别高达96.4%和86.6%;提高富氢合成气生物甲烷化速率以及优化调控反应体系的pH值、有效碱度和有机酸积累量有助于进一步提高该耦合系统的处理能力和运行稳定性;以300 t/d餐厨垃圾处理厂为例,该耦合系统预计能提高94.5%的CH4产量,后续有必要结合成本效益分析,进一步评估该耦合工艺的工业化应用潜力。
提出利用餐厨垃圾轻物质生产富氢合成气,并将富氢合成气生物甲烷化与现有餐厨垃圾厌氧消化单元耦合的工艺路线,为评估其可行性,考察了耦合系统的长期运行性能,并分析了该系统提升现有甲烷(CH4)产量的潜力。结果表明:在餐厨垃圾有机负荷(以挥发性固体质量计)为0.5~2.0 g/(L·d)、富氢合成气流量为0~5.28 L/d条件下,餐厨垃圾厌氧消化与富氢合成气生物甲烷化均能保持稳定运行,且沼气提纯效果明显,尤其在餐厨垃圾有机负荷为0.5,1.0 g/(L·d)时,产品气中CH4的平均含量分别高达96.4%和86.6%;提高富氢合成气生物甲烷化速率以及优化调控反应体系的pH值、有效碱度和有机酸积累量有助于进一步提高该耦合系统的处理能力和运行稳定性;以300 t/d餐厨垃圾处理厂为例,该耦合系统预计能提高94.5%的CH4产量,后续有必要结合成本效益分析,进一步评估该耦合工艺的工业化应用潜力。
2024, 42(3): 138-146.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403017
摘要:
采用不同比例的麸皮和发酵青草等生物质材料耦合黑臭水体疏浚底泥进行好氧堆肥中试试验。针对实际工程产生的疏浚底泥,探究适宜比例的调理剂投加配比。设置不同物料配比的对照组2组(CK0、CK1)、试验组5组(T1—T5)进行中试试验,通过理化性质、种子发芽率等指标检测揭示不同原料配比对底泥好氧堆肥过程中堆肥性能的影响。结果表明:堆肥初期,含水率控制在50%左右,C/N控制在25~35,1 d后各堆体温度均超过50 ℃,各组高温期(温度>55 ℃)维持时间超过5 d,均符合HJ 1266—2022《生物质废物堆肥污染控制技术规范》标准要求。堆肥过程中,堆体升温速率和最高温度随着生物质材料添加量的增加呈递增趋势,其中T1和T2组的最高温度均超过70 ℃并维持24 h以上,这证明将麸皮和发酵青草2种生物质材料按适宜比例混合作为调理剂能够促进堆体快速发酵;堆肥结束后,各组挥发分含量稳定在20%~30%,含水率为7%~16%,pH值为8.15~8.30,各组种子发芽指数(GI)均>140%。其中,T2组固氮作用最显著、堆肥品质最优。因此,在实际生产中,按m(疏浚底泥)∶m(发酵青草)∶m(麸皮)=400∶125∶125进行好氧发酵堆肥,可显著降低物料生物毒性并产生高肥效种植土。
采用不同比例的麸皮和发酵青草等生物质材料耦合黑臭水体疏浚底泥进行好氧堆肥中试试验。针对实际工程产生的疏浚底泥,探究适宜比例的调理剂投加配比。设置不同物料配比的对照组2组(CK0、CK1)、试验组5组(T1—T5)进行中试试验,通过理化性质、种子发芽率等指标检测揭示不同原料配比对底泥好氧堆肥过程中堆肥性能的影响。结果表明:堆肥初期,含水率控制在50%左右,C/N控制在25~35,1 d后各堆体温度均超过50 ℃,各组高温期(温度>55 ℃)维持时间超过5 d,均符合HJ 1266—2022《生物质废物堆肥污染控制技术规范》标准要求。堆肥过程中,堆体升温速率和最高温度随着生物质材料添加量的增加呈递增趋势,其中T1和T2组的最高温度均超过70 ℃并维持24 h以上,这证明将麸皮和发酵青草2种生物质材料按适宜比例混合作为调理剂能够促进堆体快速发酵;堆肥结束后,各组挥发分含量稳定在20%~30%,含水率为7%~16%,pH值为8.15~8.30,各组种子发芽指数(GI)均>140%。其中,T2组固氮作用最显著、堆肥品质最优。因此,在实际生产中,按m(疏浚底泥)∶m(发酵青草)∶m(麸皮)=400∶125∶125进行好氧发酵堆肥,可显著降低物料生物毒性并产生高肥效种植土。
2024, 42(3): 147-155.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403018
摘要:
以山楂核为原料,通过热解炭化-CO2活化两步法制备颗粒活性炭。基于热重分析-傅里叶红外光谱联用技术(TG-FTIR),研究了山楂核的热解炭化和山楂核炭化物的CO2气化特性,对山楂核炭化物和活性炭的物理化学性质进行了表征和比较,研究了活性炭对水中洛美沙星的吸附等温线模型,并设计了一种新型悬浮式活性炭吸附袋,模拟了其净化洛美沙星污染水体的应用场景。结果表明:山楂核的主要热解温度区间为230~420 ℃,挥发性热解产物主要为CO2、乙酸、糠醛、左旋葡萄糖。山楂核炭与CO2之间的气化反应的起始温度为850 ℃,主要产物为CO。当炭化温度为600 ℃,炭化时间为120 min,活化温度为900 ℃,活化时间为90 min,CO2流量为200 mL/min,活性炭的比表面积和总孔体积分别达到870 m2/g和0.483 cm3/g。活性炭对洛美沙星吸附过程可用Langmuir模型描述,其最大单分子层吸附量为137 mg/g。在静置条件下,悬浮式活性炭吸附袋可有效去除水中洛美沙星,其吸附动力学符合拟二级动力学模型。
以山楂核为原料,通过热解炭化-CO2活化两步法制备颗粒活性炭。基于热重分析-傅里叶红外光谱联用技术(TG-FTIR),研究了山楂核的热解炭化和山楂核炭化物的CO2气化特性,对山楂核炭化物和活性炭的物理化学性质进行了表征和比较,研究了活性炭对水中洛美沙星的吸附等温线模型,并设计了一种新型悬浮式活性炭吸附袋,模拟了其净化洛美沙星污染水体的应用场景。结果表明:山楂核的主要热解温度区间为230~420 ℃,挥发性热解产物主要为CO2、乙酸、糠醛、左旋葡萄糖。山楂核炭与CO2之间的气化反应的起始温度为850 ℃,主要产物为CO。当炭化温度为600 ℃,炭化时间为120 min,活化温度为900 ℃,活化时间为90 min,CO2流量为200 mL/min,活性炭的比表面积和总孔体积分别达到870 m2/g和0.483 cm3/g。活性炭对洛美沙星吸附过程可用Langmuir模型描述,其最大单分子层吸附量为137 mg/g。在静置条件下,悬浮式活性炭吸附袋可有效去除水中洛美沙星,其吸附动力学符合拟二级动力学模型。
2024, 42(3): 156-163.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403019
摘要:
磷石膏和赤泥是典型的2大工业废渣,排放量大、成分复杂、环境风险高,再利用难度较大。基于磷石膏属高钙碱性,赤泥为富铝硅酸性的矿物特点,采用两渣协同处理实现钙质循环再用同步回收铝钠的技术思路。小试试验结果表明:最适宜工艺条件为烧结温度850 ℃,2倍还原剂理论添加量,C/S=2.1,N/A=1.1,烧结时间7 min,该条件下铝和钠的回收率分别为82.14%和83.48%。在此条件下进行了中试试验,结果表明:相较于小试试验,中试试验获得的铝钠回收率略低(Al2O3 76.32%,Na2O 81.25%);其烧结熟料及浸出渣XRD分析表明,与熟料比较,渣中铝酸钠峰值减弱,而钙硅等化合物峰值加强,表明熟料中铝钠溶出效果良好,钙硅等化合物进入渣相;从SEM图可见,熟料微观形貌疏松,表明烧结质量良好;而浸出渣粒度变细、分散,表明熟料浸出性能优异;采用碳酸化分解溶出工序制备的铝酸钠溶液,所得Al(OH)3产品相比氧化铝企业种分工艺生产的Al(OH)3,两者Al2O3含量相当,但前者纯度更低,这可能是源于原料和工艺的差异,且浸出渣碱含量较高(Na2O 3.19%),制约了其大规模利用。试验验证了两渣高温协同处理资源化利用的技术思路可行,但该技术在制备合格Al(OH)3产品及降低渣中碱含量方面仍需进一步优化。
磷石膏和赤泥是典型的2大工业废渣,排放量大、成分复杂、环境风险高,再利用难度较大。基于磷石膏属高钙碱性,赤泥为富铝硅酸性的矿物特点,采用两渣协同处理实现钙质循环再用同步回收铝钠的技术思路。小试试验结果表明:最适宜工艺条件为烧结温度850 ℃,2倍还原剂理论添加量,C/S=2.1,N/A=1.1,烧结时间7 min,该条件下铝和钠的回收率分别为82.14%和83.48%。在此条件下进行了中试试验,结果表明:相较于小试试验,中试试验获得的铝钠回收率略低(Al2O3 76.32%,Na2O 81.25%);其烧结熟料及浸出渣XRD分析表明,与熟料比较,渣中铝酸钠峰值减弱,而钙硅等化合物峰值加强,表明熟料中铝钠溶出效果良好,钙硅等化合物进入渣相;从SEM图可见,熟料微观形貌疏松,表明烧结质量良好;而浸出渣粒度变细、分散,表明熟料浸出性能优异;采用碳酸化分解溶出工序制备的铝酸钠溶液,所得Al(OH)3产品相比氧化铝企业种分工艺生产的Al(OH)3,两者Al2O3含量相当,但前者纯度更低,这可能是源于原料和工艺的差异,且浸出渣碱含量较高(Na2O 3.19%),制约了其大规模利用。试验验证了两渣高温协同处理资源化利用的技术思路可行,但该技术在制备合格Al(OH)3产品及降低渣中碱含量方面仍需进一步优化。
2024, 42(3): 164-170.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403020
摘要:
通过研究磷石膏基稳定材料在酸雨淋溶、淡水浸泡、碳化和冻融等极端情况下性能劣化后污染物浸出和现场路段主要环境敏感点污染物检出情况,评价其可能的环境风险。实验室劣化模拟试验分析表明:所有性能劣化试验浸出液中TP均满足GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水质标准;重金属含量始终低于GB 3838—2002中Ⅰ类水质标准;在整个试验周期内,pH均优于普通水泥稳定材料;氟含量除了在碳化劣化之外,其他条件劣化后浸出液均满足GB/T 14848—2017《地下水质量标准》的Ⅳ类或GB 5084—2021《农田灌溉水质标准》。现场试验路段环境敏感点污染物检测结果表明:周边环境中氟化物浓度显著降低,土壤和周边地表水中TP及重金属浓度呈无规则统计规律,试验路段环境中TP及重金属浓度与磷石膏基稳定材料之间不存在明显的关联关系。因此,磷石膏基稳定材料应做好配方设计,科学管理施工过程,定期进行适当养护,才能在道路上推广应用时保持环境污染风险可控。
通过研究磷石膏基稳定材料在酸雨淋溶、淡水浸泡、碳化和冻融等极端情况下性能劣化后污染物浸出和现场路段主要环境敏感点污染物检出情况,评价其可能的环境风险。实验室劣化模拟试验分析表明:所有性能劣化试验浸出液中TP均满足GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水质标准;重金属含量始终低于GB 3838—2002中Ⅰ类水质标准;在整个试验周期内,pH均优于普通水泥稳定材料;氟含量除了在碳化劣化之外,其他条件劣化后浸出液均满足GB/T 14848—2017《地下水质量标准》的Ⅳ类或GB 5084—2021《农田灌溉水质标准》。现场试验路段环境敏感点污染物检测结果表明:周边环境中氟化物浓度显著降低,土壤和周边地表水中TP及重金属浓度呈无规则统计规律,试验路段环境中TP及重金属浓度与磷石膏基稳定材料之间不存在明显的关联关系。因此,磷石膏基稳定材料应做好配方设计,科学管理施工过程,定期进行适当养护,才能在道路上推广应用时保持环境污染风险可控。
2024, 42(3): 171-175.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403021
摘要:
我国是CO2排放大国,水泥、钢铁、化工等高碳排放行业节能降碳势在必行。钢渣碳酸化是利用冶金固废转炉渣吸收捕集温室气体CO2的低碳技术,既可实现CO2捕集消纳,还可通过碳酸化反应实现钢渣的安定化处理,提升钢渣建材制品性能。因此,钢渣碳酸化技术应用前景较为广阔。基于此,详细介绍了国内外钢渣碳酸化技术研究、发展及存在问题,进一步分析了前沿的微生物碳酸化钢渣技术及其应用情况。提出应加强开发低投入、高成效的碳酸化效率提升技术,如钢渣微生物碳酸化技术,在保证碳酸化钢渣凝胶特性的同时,同步提升钢渣碳酸化效率和速率,以具有实现钢渣资源化利用和碳减排的重大意义。
我国是CO2排放大国,水泥、钢铁、化工等高碳排放行业节能降碳势在必行。钢渣碳酸化是利用冶金固废转炉渣吸收捕集温室气体CO2的低碳技术,既可实现CO2捕集消纳,还可通过碳酸化反应实现钢渣的安定化处理,提升钢渣建材制品性能。因此,钢渣碳酸化技术应用前景较为广阔。基于此,详细介绍了国内外钢渣碳酸化技术研究、发展及存在问题,进一步分析了前沿的微生物碳酸化钢渣技术及其应用情况。提出应加强开发低投入、高成效的碳酸化效率提升技术,如钢渣微生物碳酸化技术,在保证碳酸化钢渣凝胶特性的同时,同步提升钢渣碳酸化效率和速率,以具有实现钢渣资源化利用和碳减排的重大意义。
2024, 42(3): 176-183.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403022
摘要:
现代城市建设中,狭长且超深的基坑肥槽因作业空间受限回填质量普遍偏低,肥槽回填土后期易产生不均匀沉降、渗水以及抗浮等问题,亟待采取新型有效的措施提高肥槽回填质量。微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)作为一种新型加固技术,可用于提高回填土强度并降低回填土渗透。为探究MICP技术应用于肥槽回填土的改性效果,以室内试验为先导,探讨2种改性方法在不同菌液细胞浓度、胶结干粉施加比例及胶结液浓度的配比下的改性效果,再将最佳配比的改性方法应用于实际工程验证。结果表明:2种改性方法中渗流法相较于拌制法胶结质量可控、改性效果更好。渗流法最优添加物配比为10倍稀释的菌液及低浓度0.5 mol/L∶0.5 mol/L(尿素与氯化钙浓度比例)的胶结液。现场验证试验改性后肥槽回填土相较于常规措施回填土,无侧限抗压强度提升174.2％~772.7％,压缩系数值减小0.09~0.41,孔隙比减小0.08~0.5,渗透系数降低1~4个数量级。改性后肥槽回填土对比常规措施回填土不均匀沉降基本消除,阻隔地下水渗流能力增强,回填质量显著提高。
现代城市建设中,狭长且超深的基坑肥槽因作业空间受限回填质量普遍偏低,肥槽回填土后期易产生不均匀沉降、渗水以及抗浮等问题,亟待采取新型有效的措施提高肥槽回填质量。微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)作为一种新型加固技术,可用于提高回填土强度并降低回填土渗透。为探究MICP技术应用于肥槽回填土的改性效果,以室内试验为先导,探讨2种改性方法在不同菌液细胞浓度、胶结干粉施加比例及胶结液浓度的配比下的改性效果,再将最佳配比的改性方法应用于实际工程验证。结果表明:2种改性方法中渗流法相较于拌制法胶结质量可控、改性效果更好。渗流法最优添加物配比为10倍稀释的菌液及低浓度0.5 mol/L∶0.5 mol/L(尿素与氯化钙浓度比例)的胶结液。现场验证试验改性后肥槽回填土相较于常规措施回填土,无侧限抗压强度提升174.2％~772.7％,压缩系数值减小0.09~0.41,孔隙比减小0.08~0.5,渗透系数降低1~4个数量级。改性后肥槽回填土对比常规措施回填土不均匀沉降基本消除,阻隔地下水渗流能力增强,回填质量显著提高。
2024, 42(3): 184-189.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403023
摘要:
以典型农药生产场地污染土壤为研究对象,选取常温解吸、化学氧化和热解吸修复技术,对高污染(>120 mg/kg)和低污染(<25 mg/kg)土壤中苯、1,4-二氯苯和1,2-二氯苯进行修复试验。结果表明:常温解吸技术(生石灰+机械翻动)、化学氧化技术(碱活化过硫酸钠)和热解吸技术(200~400 ℃)对污染土壤中苯、1,4-二氯苯、1,2-二氯苯均有显著的去除作用,但不同修复技术的修复效果存在显著差异。常温解吸技术、碱活化过硫酸钠氧化技术在实验条件下尚不能完全满足修复要求,而热解吸(最优条件:温度为400 ℃、停留时间为20 min)技术对低污染和高污染土壤中3种目标污染物均能修复达标。
以典型农药生产场地污染土壤为研究对象,选取常温解吸、化学氧化和热解吸修复技术,对高污染(>120 mg/kg)和低污染(<25 mg/kg)土壤中苯、1,4-二氯苯和1,2-二氯苯进行修复试验。结果表明:常温解吸技术(生石灰+机械翻动)、化学氧化技术(碱活化过硫酸钠)和热解吸技术(200~400 ℃)对污染土壤中苯、1,4-二氯苯、1,2-二氯苯均有显著的去除作用,但不同修复技术的修复效果存在显著差异。常温解吸技术、碱活化过硫酸钠氧化技术在实验条件下尚不能完全满足修复要求,而热解吸(最优条件:温度为400 ℃、停留时间为20 min)技术对低污染和高污染土壤中3种目标污染物均能修复达标。
2024, 42(3): 190-198.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403024
摘要:
微波热脱附土壤中的有机污染物凭借高效、清洁等优点受到广泛关注。近年来,多数微波土壤热脱附研究装置均由家用微波炉改造而来,无法满足微波热脱附实际应用所需的高功率、高精度温度控制等条件。因此,选用苯系物中的邻二甲苯作为目标污染物,以自配污染土壤为样品,采用自制微波热脱附装置为平台进行实验,针对微波功率、微波加热时长、土壤含水率等工艺条件进行单因素影响实验。同时,构建微波加热土壤模型,设置相同条件,并得到相符的结果。并利用该模型推测其他单因素影响实验的假设。实验与模拟结果表明:微波对土壤热脱附的最佳功率为1600 W,热脱附时间为27 min,含水率为17%,推测样品放置于临近加热腔中心位置时对邻二甲苯去除率最佳。
微波热脱附土壤中的有机污染物凭借高效、清洁等优点受到广泛关注。近年来,多数微波土壤热脱附研究装置均由家用微波炉改造而来,无法满足微波热脱附实际应用所需的高功率、高精度温度控制等条件。因此,选用苯系物中的邻二甲苯作为目标污染物,以自配污染土壤为样品,采用自制微波热脱附装置为平台进行实验,针对微波功率、微波加热时长、土壤含水率等工艺条件进行单因素影响实验。同时,构建微波加热土壤模型,设置相同条件,并得到相符的结果。并利用该模型推测其他单因素影响实验的假设。实验与模拟结果表明:微波对土壤热脱附的最佳功率为1600 W,热脱附时间为27 min,含水率为17%,推测样品放置于临近加热腔中心位置时对邻二甲苯去除率最佳。
2024, 42(3): 199-206.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403025
摘要:
以炼油厂周边土壤中筛选出的产表面活性剂石油降解菌为研究对象,探究其产生表面活性剂的发酵条件及对土壤的修复效果。根据血平板、排油圈实验选定1株优势产表面活性剂菌株,编号为M-8,经生理生化试验和16S rDNA序列分析鉴定其为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus);通过TLC、红外光谱分析测定菌株M-8产生脂肽类表面活性剂;为使菌株产生更多的表面活性剂,采用Plackett-Burman和Box-Behnken实验对发酵条件进行优化。结果表明:在pH为8.15,蔗糖为21.8 g/L,磷源为12.33 g/L,发酵培养3 d条件下,菌株表面活性剂的产量可达到(1.305±0.05) g/L。在实验室模拟条件下,以石油降解率、脱氢酶活性及土壤呼吸强度为指标,测定处理48 d后对石油污染土壤的修复效果。结果表明:处理48 d后,添加菌株组石油去除率达到91.23%,且添加菌株的土壤脱氢酶活性及呼吸强度远高于未添加菌株的土壤。
以炼油厂周边土壤中筛选出的产表面活性剂石油降解菌为研究对象,探究其产生表面活性剂的发酵条件及对土壤的修复效果。根据血平板、排油圈实验选定1株优势产表面活性剂菌株,编号为M-8,经生理生化试验和16S rDNA序列分析鉴定其为蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus);通过TLC、红外光谱分析测定菌株M-8产生脂肽类表面活性剂;为使菌株产生更多的表面活性剂,采用Plackett-Burman和Box-Behnken实验对发酵条件进行优化。结果表明:在pH为8.15,蔗糖为21.8 g/L,磷源为12.33 g/L,发酵培养3 d条件下,菌株表面活性剂的产量可达到(1.305±0.05) g/L。在实验室模拟条件下,以石油降解率、脱氢酶活性及土壤呼吸强度为指标,测定处理48 d后对石油污染土壤的修复效果。结果表明:处理48 d后,添加菌株组石油去除率达到91.23%,且添加菌株的土壤脱氢酶活性及呼吸强度远高于未添加菌株的土壤。
2024, 42(3): 207-214.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403026
摘要:
基于文献计量学方法,对锑生态环境风险和水质基准相关研究领域的发展趋势进行探讨。通过检索Web of Science数据库中2000—2022年的相关文献,分析文献数量、作者、机构、期刊、关键词等指标,并采用共现分析、聚类分析和关键词演化分析来揭示研究热点和前沿。结果表明:锑生态环境风险和水质基准研究领域文献数量自2000年以来呈逐年增多的趋势,中国和美国的科学家贡献最多。其研究点主要集中在锑污染的来源、传输、转化、生态效应等方面。聚类分析结果显示,锑在环境中的分布特征和健康风险是当前研究的热门方向,而锑在土壤、水体和大气中的分布与迁移成为研究的重要问题。关键词演化分析发现,锑污染物的检测与监测、锑对生态系统的影响、锑的生物富集与转移、锑的迁移转化与去除技术等逐渐成为未来研究的重点。研究结果有助于了解锑生态环境风险和水质基准研究领域的发展动态和趋势,为锑的科学利用与管理研究提供参考和借鉴。
基于文献计量学方法,对锑生态环境风险和水质基准相关研究领域的发展趋势进行探讨。通过检索Web of Science数据库中2000—2022年的相关文献,分析文献数量、作者、机构、期刊、关键词等指标,并采用共现分析、聚类分析和关键词演化分析来揭示研究热点和前沿。结果表明:锑生态环境风险和水质基准研究领域文献数量自2000年以来呈逐年增多的趋势,中国和美国的科学家贡献最多。其研究点主要集中在锑污染的来源、传输、转化、生态效应等方面。聚类分析结果显示,锑在环境中的分布特征和健康风险是当前研究的热门方向,而锑在土壤、水体和大气中的分布与迁移成为研究的重要问题。关键词演化分析发现,锑污染物的检测与监测、锑对生态系统的影响、锑的生物富集与转移、锑的迁移转化与去除技术等逐渐成为未来研究的重点。研究结果有助于了解锑生态环境风险和水质基准研究领域的发展动态和趋势,为锑的科学利用与管理研究提供参考和借鉴。
2024, 42(3): 215-224.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403027
摘要:
大气能见度是机场运行的重要指标之一,探究机场低能见度天气形成机理、准确预测能见度变化趋势对保障航空交通安全高效运行至关重要。选取天津机场为研究对象,开展大气光学参数、污染物浓度及气象条件监测,研究了2020年12月08—23日一次典型霾天气过程中机场大气消光特性,并基于广义加性模型(generalized additive model,GAM)和梯度提升回归树模型(gradient boost regression tree,GBRT)分别构建机场能见度预测模型,对比并确定最优模型。结果表明,在天津机场冬季一次典型霾污染引起的低能见度过程中,大气总消光系数Bext为37.4~891.7 Mm-1,平均值为346.0 Mm-1。其中,Bsp、Bap、Bag、Bsg对Bext的贡献占比分别为73.7%、11.7%、5.9%和8.7%,气溶胶污染是造成能见度降低的主要因素,GBRT分析显示1 μm以下粒子对总消光的相对贡献最大。同时,大气黑碳(BC)和NO2也会通过消光作用降低能见度。利用气象参数和污染物浓度数据,通过GAM和GBRT模型均可以对机场能见度进行较为准确的预测,其中GBRT模型的拟合效果优于GAM模型,表明GBRT模型可在多发的霾天气中提供准确可靠的机场能见度预测。
大气能见度是机场运行的重要指标之一,探究机场低能见度天气形成机理、准确预测能见度变化趋势对保障航空交通安全高效运行至关重要。选取天津机场为研究对象,开展大气光学参数、污染物浓度及气象条件监测,研究了2020年12月08—23日一次典型霾天气过程中机场大气消光特性,并基于广义加性模型(generalized additive model,GAM)和梯度提升回归树模型(gradient boost regression tree,GBRT)分别构建机场能见度预测模型,对比并确定最优模型。结果表明,在天津机场冬季一次典型霾污染引起的低能见度过程中,大气总消光系数Bext为37.4~891.7 Mm-1,平均值为346.0 Mm-1。其中,Bsp、Bap、Bag、Bsg对Bext的贡献占比分别为73.7%、11.7%、5.9%和8.7%,气溶胶污染是造成能见度降低的主要因素,GBRT分析显示1 μm以下粒子对总消光的相对贡献最大。同时,大气黑碳(BC)和NO2也会通过消光作用降低能见度。利用气象参数和污染物浓度数据,通过GAM和GBRT模型均可以对机场能见度进行较为准确的预测,其中GBRT模型的拟合效果优于GAM模型,表明GBRT模型可在多发的霾天气中提供准确可靠的机场能见度预测。
2024, 42(3): 225-232.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403028
摘要:
为指导袋式除尘器滤袋由圆筒变为褶皱结构的升级改造设计,采用计算流体力学数值模拟方法对比分析了滤袋长度和结构、理论过滤风速、渗透率对圆筒滤袋和褶皱滤袋纵向过滤风速均匀性的影响,并分析了过滤风量不变时,将圆筒滤袋改造为不同长度褶皱滤袋后过滤风速分布的变化。结果表明,褶皱滤袋较同长度、同外径、同过滤风量圆筒滤袋过滤风速分布不均匀,且随袋长增加均匀性变差,袋长超过4 m的褶皱滤袋上部1/4处过滤风速迅速增大,甚至超过圆筒滤袋;随理论过滤风速的增加,褶皱滤袋下部过滤风速变化不大,但上部1/4处过滤风速迅速增大,故褶皱滤袋理论过滤风速的设置不宜过高,以<0.63 m/min为宜;随着滤袋渗透率的减小,滤袋整体过滤风速分布不均匀,褶皱滤袋差异性更加显著,因此其清灰阻力不宜过高。将L=8 m的圆筒滤袋改造为L=5~8 m的褶皱滤袋后,滤袋越长,理论过滤风速越小,过滤风速均匀性越差,综合考虑过滤风速及其均匀性两方面因素,建议将袋长设计为7 m。
为指导袋式除尘器滤袋由圆筒变为褶皱结构的升级改造设计,采用计算流体力学数值模拟方法对比分析了滤袋长度和结构、理论过滤风速、渗透率对圆筒滤袋和褶皱滤袋纵向过滤风速均匀性的影响,并分析了过滤风量不变时,将圆筒滤袋改造为不同长度褶皱滤袋后过滤风速分布的变化。结果表明,褶皱滤袋较同长度、同外径、同过滤风量圆筒滤袋过滤风速分布不均匀,且随袋长增加均匀性变差,袋长超过4 m的褶皱滤袋上部1/4处过滤风速迅速增大,甚至超过圆筒滤袋;随理论过滤风速的增加,褶皱滤袋下部过滤风速变化不大,但上部1/4处过滤风速迅速增大,故褶皱滤袋理论过滤风速的设置不宜过高,以<0.63 m/min为宜;随着滤袋渗透率的减小,滤袋整体过滤风速分布不均匀,褶皱滤袋差异性更加显著,因此其清灰阻力不宜过高。将L=8 m的圆筒滤袋改造为L=5~8 m的褶皱滤袋后,滤袋越长,理论过滤风速越小,过滤风速均匀性越差,综合考虑过滤风速及其均匀性两方面因素,建议将袋长设计为7 m。
2024, 42(3): 233-242.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403029
摘要:
中国是当前全球最大的氢氟碳化物(HFCs)生产国和消费国,生产量和出口量均占全球的1/2以上。HFCs是重要的空调制冷剂,也是强效温室气体。建立了车用空调制冷剂排放清单及预测模型,以HFCs国际履约和碳达峰碳中和为目标,结合车用空调制冷剂排放管控现状、汽车保有量发展趋势等,对基准情景、强化情景和国际对标情景下的车用空调制冷剂排放量和消费量进行了预测分析。结合行业发展和管控目标,对不同减排路径进行了分析,提出了未来我国车用空调HFCs减排的管控建议。
中国是当前全球最大的氢氟碳化物(HFCs)生产国和消费国,生产量和出口量均占全球的1/2以上。HFCs是重要的空调制冷剂,也是强效温室气体。建立了车用空调制冷剂排放清单及预测模型,以HFCs国际履约和碳达峰碳中和为目标,结合车用空调制冷剂排放管控现状、汽车保有量发展趋势等,对基准情景、强化情景和国际对标情景下的车用空调制冷剂排放量和消费量进行了预测分析。结合行业发展和管控目标,对不同减排路径进行了分析,提出了未来我国车用空调HFCs减排的管控建议。
2024, 42(3): 243-253.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403030
摘要:
建筑垃圾具有复杂的时空特征,其产生量、变化量难以估算和准确监测,测绘科学和环境科学领域均针对这些问题进行了相关研究。建筑垃圾的多源遥感精准识别、堆放量和变化量的准确监测与模拟,是加强城市生态环境保护和治理,揭示城市建筑系统代谢机理的基础和关键。从多学科交叉视角,梳理国内外建筑垃圾空间分布、体量估算及变化监测与模拟的发展趋势和代表性研究进展,以期进一步支撑环境保护和城市建筑代谢的深入研究。将建筑垃圾监测及其空间分布分为传统方法和机器学习或深度学习辅助的遥感识别方法进行总结。建筑垃圾的体量估算方法包括基于统计数据和基于立体模型的估算方法。最后总结了建筑垃圾变化量动态监测和城市建筑代谢模拟的研究现状。通过系统分析和总结该领域的研究成果,提出目前存在的问题以及未来发展趋势的展望,对提高建筑垃圾等固体废物的监管水平,保护城市生态环境,促进城市建筑代谢的交叉学科研究具有参考价值。
建筑垃圾具有复杂的时空特征,其产生量、变化量难以估算和准确监测,测绘科学和环境科学领域均针对这些问题进行了相关研究。建筑垃圾的多源遥感精准识别、堆放量和变化量的准确监测与模拟,是加强城市生态环境保护和治理,揭示城市建筑系统代谢机理的基础和关键。从多学科交叉视角,梳理国内外建筑垃圾空间分布、体量估算及变化监测与模拟的发展趋势和代表性研究进展,以期进一步支撑环境保护和城市建筑代谢的深入研究。将建筑垃圾监测及其空间分布分为传统方法和机器学习或深度学习辅助的遥感识别方法进行总结。建筑垃圾的体量估算方法包括基于统计数据和基于立体模型的估算方法。最后总结了建筑垃圾变化量动态监测和城市建筑代谢模拟的研究现状。通过系统分析和总结该领域的研究成果,提出目前存在的问题以及未来发展趋势的展望,对提高建筑垃圾等固体废物的监管水平,保护城市生态环境,促进城市建筑代谢的交叉学科研究具有参考价值。
2024, 42(3): 254-260.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403031
摘要:
厨房产生的尾菜垃圾以及餐后垃圾在质地上差异较大,预处理环节若不能有效识别餐厨垃圾的类型,进而采取合适的工作参数,经常导致减量化处理设备处理效果差甚至无法正常进行的问题。针对尾菜垃圾和餐后垃圾在图像上的差异,对不同季节的蔬菜产生的尾菜垃圾以及不同饮食风格下产生的餐后垃圾进行图像采集和处理,在此基础上采用ResNet18作为基础网络,引入注意力机制设计1个全新深度学习模型进行餐厨垃圾识别,并用ResNet18、ECANET+ResNet18、SENET+ResNet18、SANET+ResNet18模型进行对比。结果表明:上述4种网络模型均有较高的准确率。准确率分别为96.73%、97.10%、97.28%和96.92%;损失率分别为4.35%、4.11%、3.76%和4.17%;在训练时间方面,ECANET+ResNet18的训练时间最短,比ResNet18快350 s。ECANET+ResNet18网络有效提高了ResNet18网络的性能,达到了最高准确率和最小的损失率,能够满足餐厨垃圾的机器识别要求。
厨房产生的尾菜垃圾以及餐后垃圾在质地上差异较大,预处理环节若不能有效识别餐厨垃圾的类型,进而采取合适的工作参数,经常导致减量化处理设备处理效果差甚至无法正常进行的问题。针对尾菜垃圾和餐后垃圾在图像上的差异,对不同季节的蔬菜产生的尾菜垃圾以及不同饮食风格下产生的餐后垃圾进行图像采集和处理,在此基础上采用ResNet18作为基础网络,引入注意力机制设计1个全新深度学习模型进行餐厨垃圾识别,并用ResNet18、ECANET+ResNet18、SENET+ResNet18、SANET+ResNet18模型进行对比。结果表明:上述4种网络模型均有较高的准确率。准确率分别为96.73%、97.10%、97.28%和96.92%;损失率分别为4.35%、4.11%、3.76%和4.17%;在训练时间方面,ECANET+ResNet18的训练时间最短,比ResNet18快350 s。ECANET+ResNet18网络有效提高了ResNet18网络的性能,达到了最高准确率和最小的损失率,能够满足餐厨垃圾的机器识别要求。
2024, 42(3): 261-267.
doi: 10.13205/j.hjgc.202403032
摘要:
针对土壤中石油烃热脱附机制不清的问题,创建了土壤侧与烟气侧耦合传热仿真模型,并将土壤侧的传质过程简化为变比热条件下的传热过程,耦合扩散火焰燃烧模型、灰气体加权和模型与离散坐标辐射模型,对国内工业化应用的热脱附设备进行了数值模拟。结果表明:标准工况下的设备运行参数与实测结果基本符合,验证了数值模拟的准确性;对于不同的热源形式与设备结构,传热效率主要受辐射传热与结构空间几何特性影响,基本符合以下规律:直燃式设备内辐射传热强度较高、所需的物料停留时间较短,而恒温烟气式设备由于热源温度低、辐射传热强度降低,热脱附效果对物料停留时间的依赖性较强;直燃式回转窑受料层运动形式与烟气侧流动传热影响,综合传热系数最高。
针对土壤中石油烃热脱附机制不清的问题,创建了土壤侧与烟气侧耦合传热仿真模型,并将土壤侧的传质过程简化为变比热条件下的传热过程,耦合扩散火焰燃烧模型、灰气体加权和模型与离散坐标辐射模型,对国内工业化应用的热脱附设备进行了数值模拟。结果表明:标准工况下的设备运行参数与实测结果基本符合,验证了数值模拟的准确性;对于不同的热源形式与设备结构,传热效率主要受辐射传热与结构空间几何特性影响,基本符合以下规律:直燃式设备内辐射传热强度较高、所需的物料停留时间较短,而恒温烟气式设备由于热源温度低、辐射传热强度降低,热脱附效果对物料停留时间的依赖性较强;直燃式回转窑受料层运动形式与烟气侧流动传热影响,综合传热系数最高。
