登录
注册
E-alert
登录
注册
E-alert
2024年 第42卷 第6期
2024, 42(6): 1-8.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406001
摘要:
油滴的上浮运动特性是水体中石油类污染物迁移转化特征研究的重要组成内容之一。对静止水体中单油滴的上浮运动过程进行研究,得到不同粒径油滴的运动轨迹、瞬时速度以及稳定状态下油滴的形状和终端速度,并分别分析了油滴粒径与形变程度、瞬时速度与运动轨迹、终端速度UT与粒径d、阻力系数CD和雷诺数Re之间的关系。研究发现,水体中油滴形状以圆球体和椭球体为主,形变随粒径增大而加剧,但整体形变程度较小;油滴运动轨迹随粒径增大由直线型逐渐向S形变化,且水平振荡幅度逐渐增大,但油滴水平振荡对油滴垂向速度的影响极小可忽略不计;UT随油滴粒径增加逐渐增至峰值,通过峰值后,UT轻微降低,而后趋于平稳;油滴CD随Re增大呈先逐渐降低至稳定后迅速增大的变化趋势。同时,基于实验数据并结合Stokes定律拟合得到1组更为精准的适用于Re<2000时油滴的CD—Re关系式。
油滴的上浮运动特性是水体中石油类污染物迁移转化特征研究的重要组成内容之一。对静止水体中单油滴的上浮运动过程进行研究,得到不同粒径油滴的运动轨迹、瞬时速度以及稳定状态下油滴的形状和终端速度,并分别分析了油滴粒径与形变程度、瞬时速度与运动轨迹、终端速度UT与粒径d、阻力系数CD和雷诺数Re之间的关系。研究发现,水体中油滴形状以圆球体和椭球体为主,形变随粒径增大而加剧,但整体形变程度较小;油滴运动轨迹随粒径增大由直线型逐渐向S形变化,且水平振荡幅度逐渐增大,但油滴水平振荡对油滴垂向速度的影响极小可忽略不计;UT随油滴粒径增加逐渐增至峰值,通过峰值后,UT轻微降低,而后趋于平稳;油滴CD随Re增大呈先逐渐降低至稳定后迅速增大的变化趋势。同时,基于实验数据并结合Stokes定律拟合得到1组更为精准的适用于Re<2000时油滴的CD—Re关系式。
2024, 42(6): 9-16.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406002
摘要:
以硫代硫酸钠为电子供体,采用梯度增加基质负荷的方式,在SBR反应器中完成硫自养反硝化(SAD)工艺启动。通过接种厌氧氨氧化(Anammox)污泥,采用pH和NO-3-N/NH+4-N联合调控策略进行研究,实现硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化(SAD/A)自养脱氮系统快速启动及稳定运行。结果表明:30 d成功将反硝化污泥驯化为SAD污泥,90 d后,SBR反应器成功富集SAD污泥,系统NO-3-N去除率可达到85%以上。SAD/A系统2种种泥最佳接种比为3∶1,运行14 d后SAD/A系统成功启动。30 d后,系统NO-3-N去除率可达到85%,NH+4-N去除率达到80%。pH值为8,且ρ(NO-3-N)/ρ(NH+4-N)为1.8时,耦合系统脱氮效率最佳,实现稳定运行。高通量测序结果表明:SAD/A系统整体的物种多样性和丰富度增加,优势微生物菌属为厌氧氨氧化菌属(Candidatus Brocadia)和硫杆菌属(Thiobacillus),二者相对丰度相近,系统耦合度较好。
以硫代硫酸钠为电子供体,采用梯度增加基质负荷的方式,在SBR反应器中完成硫自养反硝化(SAD)工艺启动。通过接种厌氧氨氧化(Anammox)污泥,采用pH和NO-3-N/NH+4-N联合调控策略进行研究,实现硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化(SAD/A)自养脱氮系统快速启动及稳定运行。结果表明:30 d成功将反硝化污泥驯化为SAD污泥,90 d后,SBR反应器成功富集SAD污泥,系统NO-3-N去除率可达到85%以上。SAD/A系统2种种泥最佳接种比为3∶1,运行14 d后SAD/A系统成功启动。30 d后,系统NO-3-N去除率可达到85%,NH+4-N去除率达到80%。pH值为8,且ρ(NO-3-N)/ρ(NH+4-N)为1.8时,耦合系统脱氮效率最佳,实现稳定运行。高通量测序结果表明:SAD/A系统整体的物种多样性和丰富度增加,优势微生物菌属为厌氧氨氧化菌属(Candidatus Brocadia)和硫杆菌属(Thiobacillus),二者相对丰度相近,系统耦合度较好。
2024, 42(6): 17-24.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406003
摘要:
燃煤电厂脱硫废水有机物成分复杂,极大地影响零排放系统的高效低耗运行,并存在一定的生物毒性风险。采用现场测试和模拟实验的方法,对某燃煤电厂脱硫废水处理过程中的有机物组分及生物毒性进行解析。结果表明:"两级澄清法"和"高效絮凝剂法"虽不能有效去除脱硫废水的有机物,但能降低废水中的腐植酸类物质。纳滤浓水的回流作用使调节池出水色氨酸和酪氨酸类蛋白质占比降低至30%,但腐植酸类物质占比大幅升高至60%。脱硫废水中污染物的分子量主要集中在2084,612 Da附近,纳滤浓水污染物的分子量相比预处理出水略小,污染物可能通过吸附、堵塞孔隙等导致膜污染。"两级澄清法"和"高效絮凝剂法"能大幅削减调节池出水的生物毒性,发光细菌发光抑制率分别由46.23%下降至12.45%和2.57%;而纳滤浓水富集了大量腐植酸等生物毒性物质,发光抑制率升高至49.05%。脱硫废水有机物较低的分子量导致较高的纳滤膜污染,而腐植酸等的富集增加了纳滤浓水的生物毒性。
燃煤电厂脱硫废水有机物成分复杂,极大地影响零排放系统的高效低耗运行,并存在一定的生物毒性风险。采用现场测试和模拟实验的方法,对某燃煤电厂脱硫废水处理过程中的有机物组分及生物毒性进行解析。结果表明:"两级澄清法"和"高效絮凝剂法"虽不能有效去除脱硫废水的有机物,但能降低废水中的腐植酸类物质。纳滤浓水的回流作用使调节池出水色氨酸和酪氨酸类蛋白质占比降低至30%,但腐植酸类物质占比大幅升高至60%。脱硫废水中污染物的分子量主要集中在2084,612 Da附近,纳滤浓水污染物的分子量相比预处理出水略小,污染物可能通过吸附、堵塞孔隙等导致膜污染。"两级澄清法"和"高效絮凝剂法"能大幅削减调节池出水的生物毒性,发光细菌发光抑制率分别由46.23%下降至12.45%和2.57%;而纳滤浓水富集了大量腐植酸等生物毒性物质,发光抑制率升高至49.05%。脱硫废水有机物较低的分子量导致较高的纳滤膜污染,而腐植酸等的富集增加了纳滤浓水的生物毒性。
2024, 42(6): 25-34.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406004
摘要:
针对医药废水中抗生素和重金属难以被有效去除的问题,采用金属有机骨架杂化泡沫MIL-100(Fe)/CMC吸附四环素(tetracycline, TC)和铜离子(Cu2+),利用X射线衍射、扫描电镜、氮气吸附脱附和热重分析技术,分析MOFs杂化泡沫理化性能,通过吸附试验研究杂化泡沫吸附性能影响因素、稳定性和吸附机理。结果表明:MIL-100(Fe)/CMC具有丰富的孔道结构和较高的热稳定性,在初始浓度为30 mg/L,MIL-100(Fe)/CMC投加量为40 mg,吸附时间为16 h,pH=6时,MIL-100(Fe)/CMC对TC和Cu2+的最大吸附容量分别为80.40,80.04 mg/g,且离子强度(NaCl)与吸附性能呈负相关。MIL-100(Fe)/CMC具有良好的吸附和循环再生性能,6次循环再生后对TC和Cu2+去除率均保持在70%以上;MIL-100(Fe)/CMC对TC与Cu2+的吸附为自发放热过程,符合Langmuir等温线模型和拟一级动力学模型。金属有机骨架杂化泡沫对于抗生素和重金属混合污染物去除效果表明其在处理医药废水方面具有广阔的应用前景。
针对医药废水中抗生素和重金属难以被有效去除的问题,采用金属有机骨架杂化泡沫MIL-100(Fe)/CMC吸附四环素(tetracycline, TC)和铜离子(Cu2+),利用X射线衍射、扫描电镜、氮气吸附脱附和热重分析技术,分析MOFs杂化泡沫理化性能,通过吸附试验研究杂化泡沫吸附性能影响因素、稳定性和吸附机理。结果表明:MIL-100(Fe)/CMC具有丰富的孔道结构和较高的热稳定性,在初始浓度为30 mg/L,MIL-100(Fe)/CMC投加量为40 mg,吸附时间为16 h,pH=6时,MIL-100(Fe)/CMC对TC和Cu2+的最大吸附容量分别为80.40,80.04 mg/g,且离子强度(NaCl)与吸附性能呈负相关。MIL-100(Fe)/CMC具有良好的吸附和循环再生性能,6次循环再生后对TC和Cu2+去除率均保持在70%以上;MIL-100(Fe)/CMC对TC与Cu2+的吸附为自发放热过程,符合Langmuir等温线模型和拟一级动力学模型。金属有机骨架杂化泡沫对于抗生素和重金属混合污染物去除效果表明其在处理医药废水方面具有广阔的应用前景。
2024, 42(6): 35-42.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406005
摘要:
为探究华南城镇面源污染的季节性效能,应对下游感潮河段低溶解氧问题,以东江支流沙河流域惠州茶亭生态调蓄塘(ERP)为对象进行监测,分析污染物沿程的迁移转化过程和处理效能。结果表明:ERP中有机物和磷主要通过沉降、过滤、截留等物理过程去除,而氮主要通过生物硝化反硝化作用去除。此外,塘内局部DO浓度较高,反硝化过程被抑制,产生了NO-3-N积累。整体而言,在湿地/集水区面积比率为0.9%的条件下,ERP系统处理效能稳定,旱、雨两季COD、NH+4-N、TP、TN的平均削减率分别为8.4%、59.3%、66.7%、31.8%和23.2%、52.9%、51.5%、23.4%,除了TN和NO-3-N的去除能力受到限制外,其余指标旱季和雨季出水均优于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅴ类标准。研究结果可为周边城镇面源污染控制提供技术支撑。
为探究华南城镇面源污染的季节性效能,应对下游感潮河段低溶解氧问题,以东江支流沙河流域惠州茶亭生态调蓄塘(ERP)为对象进行监测,分析污染物沿程的迁移转化过程和处理效能。结果表明:ERP中有机物和磷主要通过沉降、过滤、截留等物理过程去除,而氮主要通过生物硝化反硝化作用去除。此外,塘内局部DO浓度较高,反硝化过程被抑制,产生了NO-3-N积累。整体而言,在湿地/集水区面积比率为0.9%的条件下,ERP系统处理效能稳定,旱、雨两季COD、NH+4-N、TP、TN的平均削减率分别为8.4%、59.3%、66.7%、31.8%和23.2%、52.9%、51.5%、23.4%,除了TN和NO-3-N的去除能力受到限制外,其余指标旱季和雨季出水均优于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅴ类标准。研究结果可为周边城镇面源污染控制提供技术支撑。
2024, 42(6): 43-53.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406006
摘要:
垃圾渗沥液是一种难处理的高浓度有机废水,其所含污染物的资源化利用被认为是垃圾渗沥液处置的重要研究方向。从垃圾渗沥液有机物组分出发,重点综述了通过萃取法、吸附法、膜法、沉淀法、离心法等方式直接回收,以及通过厌氧发酵法、电化学法、物理化学法、生物转化法等方式间接回收垃圾渗沥液中有机物的资源化研究进展,讨论了垃圾渗沥液有机质回收的必要性及技术可行性,对VFA、HS、甲烷、氢能、电能、PHA等回收产物的基础应用进行了概述,总结了垃圾渗沥液有机物资源化技术工程应用现状,分析了各相关技术的工程化生产的可行性,提出了试验阶段转向工程化应用的技术壁垒,从经济性、技术可行性角度提出了建议,并对垃圾渗沥液资源化利用前景提出展望。
垃圾渗沥液是一种难处理的高浓度有机废水,其所含污染物的资源化利用被认为是垃圾渗沥液处置的重要研究方向。从垃圾渗沥液有机物组分出发,重点综述了通过萃取法、吸附法、膜法、沉淀法、离心法等方式直接回收,以及通过厌氧发酵法、电化学法、物理化学法、生物转化法等方式间接回收垃圾渗沥液中有机物的资源化研究进展,讨论了垃圾渗沥液有机质回收的必要性及技术可行性,对VFA、HS、甲烷、氢能、电能、PHA等回收产物的基础应用进行了概述,总结了垃圾渗沥液有机物资源化技术工程应用现状,分析了各相关技术的工程化生产的可行性,提出了试验阶段转向工程化应用的技术壁垒,从经济性、技术可行性角度提出了建议,并对垃圾渗沥液资源化利用前景提出展望。
2024, 42(6): 54-62.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406007
摘要:
传统油田采出污水处理设备占地面积大,处理效率低,采用水平流网格管油水分离技术对其进行改造,探究其油水泥分离效果。通过Fluent软件模拟、室内实验、现场实验相结合的方式,研究水平流网格管内的油水泥三相分离规律。Fluent软件数值模拟结果表明,管长越长、流体流速越小,油水分离效果越好;入口含油量增大,出水含油量升高,6 m管长进口含油量应控制在0.1%以内。室内实验及现场实验结果同数值模拟结果基本一致,印证了数值模拟解释的油水泥分离规律。此外,现场实验中,入口流速为0.02~0.05 m/s、入口含油量为590~2710 mg/L时,出水油含量为63~86 mg/L、悬浮物含量为86~145 mg/L。网格管对油及悬浮物去除效果稳定,抗水质波动能力强,占地面积小,投资及运行成本低,具有一定的推广参考。
传统油田采出污水处理设备占地面积大,处理效率低,采用水平流网格管油水分离技术对其进行改造,探究其油水泥分离效果。通过Fluent软件模拟、室内实验、现场实验相结合的方式,研究水平流网格管内的油水泥三相分离规律。Fluent软件数值模拟结果表明,管长越长、流体流速越小,油水分离效果越好;入口含油量增大,出水含油量升高,6 m管长进口含油量应控制在0.1%以内。室内实验及现场实验结果同数值模拟结果基本一致,印证了数值模拟解释的油水泥分离规律。此外,现场实验中,入口流速为0.02~0.05 m/s、入口含油量为590~2710 mg/L时,出水油含量为63~86 mg/L、悬浮物含量为86~145 mg/L。网格管对油及悬浮物去除效果稳定,抗水质波动能力强,占地面积小,投资及运行成本低,具有一定的推广参考。
2024, 42(6): 63-70.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406008
摘要:
系统分析了广西地区钢铁行业产业布局、装备水平、超低排放改造进展和大气污染防控现状,剖析了超低排放改造过程中存在的共性难题,结合当前环保要求和污染治理技术发展现状,并提出了利用区位优势,加快引导长流程炼钢转型为短流程炼钢等针对广西壮族自治区钢铁行业绿色高质量发展和转型的对策与建议。
系统分析了广西地区钢铁行业产业布局、装备水平、超低排放改造进展和大气污染防控现状,剖析了超低排放改造过程中存在的共性难题,结合当前环保要求和污染治理技术发展现状,并提出了利用区位优势,加快引导长流程炼钢转型为短流程炼钢等针对广西壮族自治区钢铁行业绿色高质量发展和转型的对策与建议。
2024, 42(6): 71-81.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406009
摘要:
为探究安阳市北部郊区PM2.5中水溶性无机离子(WSIIs)的季节变化、来源特征及其消光贡献,于2018年3月—2019年2月对PM2.5中化学组分及气态污染物进行在线观测。结果表明:PM2.5及WSIIs年均浓度分别为(76.68±73.00),(45.60±34.17) μg/m3,且二者均呈冬季浓度最高,夏季最低的趋势。不同季节铵盐的存在形式主要为(NH4)2SO4、NH4NO3和NH4Cl。PMF源解析结果表明,二次硝酸盐、二次硫酸盐、扬尘源及燃烧源是WSIIs的主要来源。同时,基于改进的IMPROVE经验公式计算各组分的消光贡献,其结果显示二次离子组分(SNA)对大气消光的贡献超过67%。不利的气象条件下污染物的排放和积累是造成本地区冬季PM2.5重污染的重要原因,同时,SNA尤其是SO2-4的迅速增加也会导致较高的PM2.5浓度。因此,控制SNA浓度有利于降低大气PM2.5浓度,同时也助于大气能见度的提升。
为探究安阳市北部郊区PM2.5中水溶性无机离子(WSIIs)的季节变化、来源特征及其消光贡献,于2018年3月—2019年2月对PM2.5中化学组分及气态污染物进行在线观测。结果表明:PM2.5及WSIIs年均浓度分别为(76.68±73.00),(45.60±34.17) μg/m3,且二者均呈冬季浓度最高,夏季最低的趋势。不同季节铵盐的存在形式主要为(NH4)2SO4、NH4NO3和NH4Cl。PMF源解析结果表明,二次硝酸盐、二次硫酸盐、扬尘源及燃烧源是WSIIs的主要来源。同时,基于改进的IMPROVE经验公式计算各组分的消光贡献,其结果显示二次离子组分(SNA)对大气消光的贡献超过67%。不利的气象条件下污染物的排放和积累是造成本地区冬季PM2.5重污染的重要原因,同时,SNA尤其是SO2-4的迅速增加也会导致较高的PM2.5浓度。因此,控制SNA浓度有利于降低大气PM2.5浓度,同时也助于大气能见度的提升。
2024, 42(6): 82-93.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406010
摘要:
活性窗口窄是钒钛基催化剂在介质阻挡放电NH3选择性催化还原(SCR)中的关键限制因素之一。采用水热法制备的V2O5/微孔TiO2催化剂,在介质阻挡放电的协同作用下具有明显的宽NH3-SCR活性窗口特征。通过对比空管、4V/TiO2和该微孔载体钒钛催化剂室温下的催化性能,以及催化剂在N2/O2、N2/O2/NH3、N2/O2/NO气氛下的反应行为,分析了该催化剂的催化反应机理,对微孔载体催化剂进行了硫水耐受性测试,并采用XRD、SEM、BET、XPS、TGA、FTIR等方法对材料的微观形貌结构特征等进行了分析。结果表明:4V/MP-TiO2催化剂的脱硝效率较常规钒钛催化剂提高了33.68%,在243~442 J/L内均能保持80%以上的脱硝效率,在降低能耗的同时具有良好的耐硫、水性能。这是由于微孔TiO2整体结构疏松,具有丰富的孔结构,改善了载体的孔容,提高了催化剂的分散性,为NH3提供了更多的活性吸附位点,有利于拓宽活性窗口,同时微孔TiO2提高了催化剂氧化NO的能力,有助于高能量密度区间快速SCR反应的进行。
活性窗口窄是钒钛基催化剂在介质阻挡放电NH3选择性催化还原(SCR)中的关键限制因素之一。采用水热法制备的V2O5/微孔TiO2催化剂,在介质阻挡放电的协同作用下具有明显的宽NH3-SCR活性窗口特征。通过对比空管、4V/TiO2和该微孔载体钒钛催化剂室温下的催化性能,以及催化剂在N2/O2、N2/O2/NH3、N2/O2/NO气氛下的反应行为,分析了该催化剂的催化反应机理,对微孔载体催化剂进行了硫水耐受性测试,并采用XRD、SEM、BET、XPS、TGA、FTIR等方法对材料的微观形貌结构特征等进行了分析。结果表明:4V/MP-TiO2催化剂的脱硝效率较常规钒钛催化剂提高了33.68%,在243~442 J/L内均能保持80%以上的脱硝效率,在降低能耗的同时具有良好的耐硫、水性能。这是由于微孔TiO2整体结构疏松,具有丰富的孔结构,改善了载体的孔容,提高了催化剂的分散性,为NH3提供了更多的活性吸附位点,有利于拓宽活性窗口,同时微孔TiO2提高了催化剂氧化NO的能力,有助于高能量密度区间快速SCR反应的进行。
2024, 42(6): 94-102.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406011
摘要:
以铁尾矿、煤矸石作为原料,借鉴钢铁冶金中铁矿球团造块的方法和装备来制备高强轻质陶粒。考察了造球参数对陶粒坯体性能的影响,以及焙烧制度对陶粒性能的影响,并探究了陶粒的物相组成、结构与其性能的构效关系,以实现陶粒性能调控。结果表明:基于Riley化学成分三相图计算出45%铁尾矿与55%煤矸石的配料结构,在原料粒度为-0.074 mm占比60%、造球时间8 min、生坯含水率10.5%的条件下制备生坯,生坯干燥后在1175 ℃温度下焙烧25 min制得陶粒,其堆积密度、表观密度、1 h吸水率和筒压强度分别为859 kg/m3、1705 kg/m3、8.0%和6.7 MPa,满足高强轻质陶粒各项指标要求。陶粒的主要物相为石英、长石和赤铁矿,可为陶粒提供强度;陶粒中发达的孔洞有利于降低堆积密度、表观密度,但陶粒外层孔洞过度发达,易对筒压强度产生不利影响。
以铁尾矿、煤矸石作为原料,借鉴钢铁冶金中铁矿球团造块的方法和装备来制备高强轻质陶粒。考察了造球参数对陶粒坯体性能的影响,以及焙烧制度对陶粒性能的影响,并探究了陶粒的物相组成、结构与其性能的构效关系,以实现陶粒性能调控。结果表明:基于Riley化学成分三相图计算出45%铁尾矿与55%煤矸石的配料结构,在原料粒度为-0.074 mm占比60%、造球时间8 min、生坯含水率10.5%的条件下制备生坯,生坯干燥后在1175 ℃温度下焙烧25 min制得陶粒,其堆积密度、表观密度、1 h吸水率和筒压强度分别为859 kg/m3、1705 kg/m3、8.0%和6.7 MPa,满足高强轻质陶粒各项指标要求。陶粒的主要物相为石英、长石和赤铁矿,可为陶粒提供强度;陶粒中发达的孔洞有利于降低堆积密度、表观密度,但陶粒外层孔洞过度发达,易对筒压强度产生不利影响。
2024, 42(6): 103-110.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406012
摘要:
近年来,我国餐厨易腐有机垃圾产生量逐年上升,为提高其降解速率,亟须开发高效降解餐厨易腐有机垃圾的工艺。筛选了能够适应餐厨易腐有机垃圾且能高效降解油脂能力的菌株,以期实现餐厨易腐有机垃圾快速降解和资源化。从餐厨易腐有机垃圾及部分被油污染的土壤中采集样品,采用16S rDNA测序技术并构建菌株发育树,利用响应面分析方法研究菌株最适生长条件。通过筛选及功能验证,获得1株高效降解油脂菌株TH1,初步鉴定为粘质沙布雷氏菌(Serratia marcescens)。单因素实验和响应面方法表明,该菌株在温度30 ℃、pH=7.54、盐度1%的条件下,脂肪酶活力高达213.70 U/L。该研究可为后续开发复合菌剂进行餐厨易腐有机垃圾高效降解、机理研究及资源化利用提供种质资源。
近年来,我国餐厨易腐有机垃圾产生量逐年上升,为提高其降解速率,亟须开发高效降解餐厨易腐有机垃圾的工艺。筛选了能够适应餐厨易腐有机垃圾且能高效降解油脂能力的菌株,以期实现餐厨易腐有机垃圾快速降解和资源化。从餐厨易腐有机垃圾及部分被油污染的土壤中采集样品,采用16S rDNA测序技术并构建菌株发育树,利用响应面分析方法研究菌株最适生长条件。通过筛选及功能验证,获得1株高效降解油脂菌株TH1,初步鉴定为粘质沙布雷氏菌(Serratia marcescens)。单因素实验和响应面方法表明,该菌株在温度30 ℃、pH=7.54、盐度1%的条件下,脂肪酶活力高达213.70 U/L。该研究可为后续开发复合菌剂进行餐厨易腐有机垃圾高效降解、机理研究及资源化利用提供种质资源。
2024, 42(6): 111-118.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406013
摘要:
油脂作为餐厨废弃物中的成分,对餐厨废弃物堆肥有着重要影响。在餐厨废弃物中添加0(T1)、3%(T2)、6%(T3)、12%(T4)的植物油进行好氧堆肥,油脂添加量以堆肥添加的餐厨废弃物干重为基准,通过表征堆肥过程中理化性质、腐植酸组分、腐植酸前体变化规律,研究了油脂对餐厨废弃物好氧堆肥过程中腐殖化过程的影响。结果表明:添加不同浓度油脂的餐厨废弃物,经过30 d好氧堆肥后,T1—T4处理组堆肥均达到腐熟要求,最高温度分别为70.9,64.8,65,67.2 ℃,堆肥高温期均达到7 d以上,种子发芽率分别为119.22%、113.50%、114.03%和120.52%。T2、T3、T4处理组在堆肥高温期油脂发生累积,油脂含量最高时为初始油脂含量的1.66,1.99,1.76倍。堆肥第30天时,T1—T4处理组的胡富比(HA/FA)分别为0.55、0.70、0.80、1.30,含油量为12%时,胡富比最高,说明含油量为12%时,堆肥腐殖化程度最强。添加12%油脂可以延长堆肥高温期,促进前体物质形成,从而促进堆肥腐殖化过程。冗余分析结果表明,油脂含量与腐植酸前体物质和腐殖质组分形成含量呈显著正相关。综上,当油脂含量为餐厨废弃物干重的12%时,油脂降解对餐厨废弃物好氧堆肥腐殖化过程的促进作用最好。
油脂作为餐厨废弃物中的成分,对餐厨废弃物堆肥有着重要影响。在餐厨废弃物中添加0(T1)、3%(T2)、6%(T3)、12%(T4)的植物油进行好氧堆肥,油脂添加量以堆肥添加的餐厨废弃物干重为基准,通过表征堆肥过程中理化性质、腐植酸组分、腐植酸前体变化规律,研究了油脂对餐厨废弃物好氧堆肥过程中腐殖化过程的影响。结果表明:添加不同浓度油脂的餐厨废弃物,经过30 d好氧堆肥后,T1—T4处理组堆肥均达到腐熟要求,最高温度分别为70.9,64.8,65,67.2 ℃,堆肥高温期均达到7 d以上,种子发芽率分别为119.22%、113.50%、114.03%和120.52%。T2、T3、T4处理组在堆肥高温期油脂发生累积,油脂含量最高时为初始油脂含量的1.66,1.99,1.76倍。堆肥第30天时,T1—T4处理组的胡富比(HA/FA)分别为0.55、0.70、0.80、1.30,含油量为12%时,胡富比最高,说明含油量为12%时,堆肥腐殖化程度最强。添加12%油脂可以延长堆肥高温期,促进前体物质形成,从而促进堆肥腐殖化过程。冗余分析结果表明,油脂含量与腐植酸前体物质和腐殖质组分形成含量呈显著正相关。综上,当油脂含量为餐厨废弃物干重的12%时,油脂降解对餐厨废弃物好氧堆肥腐殖化过程的促进作用最好。
2024, 42(6): 119-126.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406014
摘要:
随着"无废城市"建设的不断推进,装修垃圾治理需求与日俱增,但目前办公楼装修垃圾发生量预测与资源化研究尚不足。利用BP神经网络对全国31个省市(除港澳台外)办公楼装修垃圾发生源特征及趋势进行研究。经检验,训练后的BP神经网络拟合优度R=0.93693>0.9,模型精度为优秀。根据BP模型预测结果,到2030年全国办公楼装修垃圾发生总量将达到785.6万t,相较2020年增长率为36.8%。利用ArcGIS手段对我国办公楼装修垃圾排放进行时空分布表征,发现全国发生量高区域以东南沿海和川渝地区为主,中南地区为辅,其余地区发生量整体偏低。由于废弃物中废纸面石膏板占比最大,高达58.9%,因此对其进行了资源化处理处置研究。通过与脱硫石膏对比实验证明,其力学性能表现较好,在高掺量情况下性能优于脱硫石膏。通过不同工艺对比,确定了废纸面石膏板作为缓凝剂时的最佳掺入量以及水泥样品最佳力学性能。当掺入5%废石膏板时,水泥性能最优。原材料混磨制成的水泥样品最佳抗折强度为8.9 MPa,抗压强度为46.5 MPa。
随着"无废城市"建设的不断推进,装修垃圾治理需求与日俱增,但目前办公楼装修垃圾发生量预测与资源化研究尚不足。利用BP神经网络对全国31个省市(除港澳台外)办公楼装修垃圾发生源特征及趋势进行研究。经检验,训练后的BP神经网络拟合优度R=0.93693>0.9,模型精度为优秀。根据BP模型预测结果,到2030年全国办公楼装修垃圾发生总量将达到785.6万t,相较2020年增长率为36.8%。利用ArcGIS手段对我国办公楼装修垃圾排放进行时空分布表征,发现全国发生量高区域以东南沿海和川渝地区为主,中南地区为辅,其余地区发生量整体偏低。由于废弃物中废纸面石膏板占比最大,高达58.9%,因此对其进行了资源化处理处置研究。通过与脱硫石膏对比实验证明,其力学性能表现较好,在高掺量情况下性能优于脱硫石膏。通过不同工艺对比,确定了废纸面石膏板作为缓凝剂时的最佳掺入量以及水泥样品最佳力学性能。当掺入5%废石膏板时,水泥性能最优。原材料混磨制成的水泥样品最佳抗折强度为8.9 MPa,抗压强度为46.5 MPa。
2024, 42(6): 127-135.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406015
摘要:
为改善重金属污染,提高固体废弃物利用率,以精炼渣(LFS)和粉煤灰(FA)为原料,氢氧化钠与水玻璃作为碱激发剂,在碱激发条件下制备地质聚合物固化重金属Zn2+、Cd2+。研究Zn2+、Cd2+掺量对固化体强度的影响,通过浸出实验评价地质聚合物对Zn2+、Cd2+的固定效果,结合XRD、SEM-EDS、FT-IR、XPS等表征方法对固定机制进行研究。结果表明:精炼渣-粉煤灰基地质聚合物与Zn2+、Cd2+具有良好的相容性,含有1.0% Cd2+固化体28 d的抗压强度可达到40.62 MPa,水化浸出实验中Zn2+、Cd2+固化率均在99.6%以上;Zn2+、Cd2+加入后固化体中不会有新相生成,且在固化过程中未发生化学价态变化。金属离子能有效地固定在精炼渣基地质聚合物中,主要通过物理包封、吸附作用,少量重金属离子则是通过化学键合,以Si—O—M和Al—O—M (M=Zn、Cd)的形式存在于固化体中。
为改善重金属污染,提高固体废弃物利用率,以精炼渣(LFS)和粉煤灰(FA)为原料,氢氧化钠与水玻璃作为碱激发剂,在碱激发条件下制备地质聚合物固化重金属Zn2+、Cd2+。研究Zn2+、Cd2+掺量对固化体强度的影响,通过浸出实验评价地质聚合物对Zn2+、Cd2+的固定效果,结合XRD、SEM-EDS、FT-IR、XPS等表征方法对固定机制进行研究。结果表明:精炼渣-粉煤灰基地质聚合物与Zn2+、Cd2+具有良好的相容性,含有1.0% Cd2+固化体28 d的抗压强度可达到40.62 MPa,水化浸出实验中Zn2+、Cd2+固化率均在99.6%以上;Zn2+、Cd2+加入后固化体中不会有新相生成,且在固化过程中未发生化学价态变化。金属离子能有效地固定在精炼渣基地质聚合物中,主要通过物理包封、吸附作用,少量重金属离子则是通过化学键合,以Si—O—M和Al—O—M (M=Zn、Cd)的形式存在于固化体中。
2024, 42(6): 136-145.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406016
摘要:
土壤是塑料垃圾和微塑料的污染汇,研究农田土壤中微塑料污染状况和生态风险,可为土壤微塑料污染治理提供基础数据和理论依据。采集武汉市不同区域的大棚菜田土壤样品,通过尼罗红荧光染色法和拉曼光谱法对土壤中微塑料进行定量和定性分析,发现武汉市菜田耕作层土壤中微塑料丰度均值为(2938.9±1637.5)个/kg(以干重计),且以纤维和碎片形态为主;聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)是主要的聚合物类型,且二者显著正相关;采样区不同深度的微塑料具有形态和类型上的相似性;污染物负荷指数法评估风险显示所有采样区域风险等级均为Ⅰ类,采用风险指数法和潜在风险指数法评估,发现有聚氯乙烯(PVC)检出的采样点位风险较高,未来需要建立标准化的模型来评估微塑料的生态风险。
土壤是塑料垃圾和微塑料的污染汇,研究农田土壤中微塑料污染状况和生态风险,可为土壤微塑料污染治理提供基础数据和理论依据。采集武汉市不同区域的大棚菜田土壤样品,通过尼罗红荧光染色法和拉曼光谱法对土壤中微塑料进行定量和定性分析,发现武汉市菜田耕作层土壤中微塑料丰度均值为(2938.9±1637.5)个/kg(以干重计),且以纤维和碎片形态为主;聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)是主要的聚合物类型,且二者显著正相关;采样区不同深度的微塑料具有形态和类型上的相似性;污染物负荷指数法评估风险显示所有采样区域风险等级均为Ⅰ类,采用风险指数法和潜在风险指数法评估,发现有聚氯乙烯(PVC)检出的采样点位风险较高,未来需要建立标准化的模型来评估微塑料的生态风险。
2024, 42(6): 146-152.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406017
摘要:
研究了抗坏血酸/过硫酸盐去除土壤中阿特拉津的效率、影响因素及机理。当抗坏血酸和过硫酸盐浓度分别为10,30 mmol/L,初始pH为3.0时,土壤中阿特拉津降解率达到92.4%。共存的无机阴离子(Cl-和HCO-3)会抑制阿特拉津的降解。低浓度溶解态有机质(0~2.5 mg/L)能促进阿特拉津的氧化降解,高浓度溶解态有机质(>5 mg/L)会抑制阿特拉津的氧化降解。抗坏血酸一方面直接诱导过硫酸盐活化产生硫酸根自由基(SO-4·)和羟基自由基(·OH),另一方面促进土壤释放铁离子和Fe2+/Fe3+的循环,从而间接增强过硫酸盐的活化性能。此外,抗坏血酸增强了土壤中阿特拉津的解吸,降低了阿特拉津与氧化性自由基的传质阻力,有利于提升阿特拉津的氧化降解效率。抗坏血酸/过硫酸盐体系降解阿特拉津主要包括脱烷基氧化、脱氯和羟基化3种途径。
研究了抗坏血酸/过硫酸盐去除土壤中阿特拉津的效率、影响因素及机理。当抗坏血酸和过硫酸盐浓度分别为10,30 mmol/L,初始pH为3.0时,土壤中阿特拉津降解率达到92.4%。共存的无机阴离子(Cl-和HCO-3)会抑制阿特拉津的降解。低浓度溶解态有机质(0~2.5 mg/L)能促进阿特拉津的氧化降解,高浓度溶解态有机质(>5 mg/L)会抑制阿特拉津的氧化降解。抗坏血酸一方面直接诱导过硫酸盐活化产生硫酸根自由基(SO-4·)和羟基自由基(·OH),另一方面促进土壤释放铁离子和Fe2+/Fe3+的循环,从而间接增强过硫酸盐的活化性能。此外,抗坏血酸增强了土壤中阿特拉津的解吸,降低了阿特拉津与氧化性自由基的传质阻力,有利于提升阿特拉津的氧化降解效率。抗坏血酸/过硫酸盐体系降解阿特拉津主要包括脱烷基氧化、脱氯和羟基化3种途径。
2024, 42(6): 153-159.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406018
摘要:
污水处理厂的智能化管理需要高质量、丰富的数据支持。然而,在当前污水处理厂的运维管理中,过度曝气、过量投药及监测问题等导致水厂运维数据的数量和质量存在缺陷,基于此类缺陷数据支持的各种数据驱动模型性能不高。如何提高数据质量和数量对于各类人工智能模型的研究和应用非常关键。提出了一种基于生成对抗网络的污水厂数据增强方法(WP-GAN),以应对数据缺陷问题,并采用一种经典的污水处理厂人工神经网络模型(W-ANN)对所提出的方法进行验证。研究采用的数据集来自某大型城市污水处理厂的厌氧-缺氧-好氧(A2O)工艺,通过数据增强处理将实测数据扩增5倍,以增强前后的数据样本训练W-ANN模型后,模型性能得到显著提升:拟合度从20%提高到65%,最大模拟精度从67.85%提高到75.55%。该方法是一种应对数据缺陷的通用数据增强方法,可为污水厂智能管理的各种数据驱动模型提供更好的数据支持。
污水处理厂的智能化管理需要高质量、丰富的数据支持。然而,在当前污水处理厂的运维管理中,过度曝气、过量投药及监测问题等导致水厂运维数据的数量和质量存在缺陷,基于此类缺陷数据支持的各种数据驱动模型性能不高。如何提高数据质量和数量对于各类人工智能模型的研究和应用非常关键。提出了一种基于生成对抗网络的污水厂数据增强方法(WP-GAN),以应对数据缺陷问题,并采用一种经典的污水处理厂人工神经网络模型(W-ANN)对所提出的方法进行验证。研究采用的数据集来自某大型城市污水处理厂的厌氧-缺氧-好氧(A2O)工艺,通过数据增强处理将实测数据扩增5倍,以增强前后的数据样本训练W-ANN模型后,模型性能得到显著提升:拟合度从20%提高到65%,最大模拟精度从67.85%提高到75.55%。该方法是一种应对数据缺陷的通用数据增强方法,可为污水厂智能管理的各种数据驱动模型提供更好的数据支持。
2024, 42(6): 160-168.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406019
摘要:
可回收垃圾分拣是垃圾处理厂的重要工作,目前人工垃圾分拣效率低,工作环境恶劣,分拣成本高,为实现垃圾分拣的自动化,基于视觉的可回收垃圾自动检测研究具有重要意义。针对传统的水平框目标检测算法在检测时易丢失目标的方向信息,定位框重合现象严重,无法获取目标真实长宽,不利于后续分拣的缺点,提出基于RetinaNet的有向目标检测算法,该算法基于RetinaNet网络进行改进,在检测头中添加角度预测模块,使用PSC角度编码器改善角度回归边界问题,引入Balanced L1 loss损失函数平衡简单样本和困难样本的梯度贡献,替换骨干网络为Swin Transformer以增强网络特征提取能力。带角度预测的网络,能更准确地定位垃圾,改进后的网络精度(mAP)达到78.4%,比原算法提高了12百分点,同时与其他角度编码器相比PSC的检测效果均优于其他方法。
可回收垃圾分拣是垃圾处理厂的重要工作,目前人工垃圾分拣效率低,工作环境恶劣,分拣成本高,为实现垃圾分拣的自动化,基于视觉的可回收垃圾自动检测研究具有重要意义。针对传统的水平框目标检测算法在检测时易丢失目标的方向信息,定位框重合现象严重,无法获取目标真实长宽,不利于后续分拣的缺点,提出基于RetinaNet的有向目标检测算法,该算法基于RetinaNet网络进行改进,在检测头中添加角度预测模块,使用PSC角度编码器改善角度回归边界问题,引入Balanced L1 loss损失函数平衡简单样本和困难样本的梯度贡献,替换骨干网络为Swin Transformer以增强网络特征提取能力。带角度预测的网络,能更准确地定位垃圾,改进后的网络精度(mAP)达到78.4%,比原算法提高了12百分点,同时与其他角度编码器相比PSC的检测效果均优于其他方法。
2024, 42(6): 169-177.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406020
摘要:
当前高速发展的社会和迅速增长的城市人口,使得日益严峻的垃圾污染问题越发凸显,垃圾分类处理势在必行。人工处理存在任务重、效率低等问题。部分自动化的分类方法检测精度低,速度慢。为提高复杂场景下垃圾检测准确率,同时轻量化结构,使其便于部署,提出一种融合轻量化卷积模块、注意力机制和多重感受野模块的改进YOLO v5s的垃圾检测模型Lightweight Garbage Detection-YOLO(LGD-YOLO)。首先,在网络结构中引入Ghost卷积和包含GSConv的Slim-Neck模块,使模型变得更加轻量化;其次,嵌入坐标注意力机制,侧重于关注重要信息,以提高检测精度。最后,引入多重感受野模块,提高模型的多尺度检测能力,避免小目标物体的漏检。采用包含不同环境下垃圾图片的Trash_dataset数据集进行测试验证。结果表明:改进后的模型参数量和计算量分别为5.77 M和9.2 GFLOPs,与原模型相比分别减少22.4%和56.4%,单张图片检测速度为26.5 ms,达到垃圾检测的实时性要求。此外,改进的算法具有良好的检测精度,mAP0.5和mAP0.5∶0.95分别达到96.20%和77.77%,优于当前流行的目标检测算法。
当前高速发展的社会和迅速增长的城市人口,使得日益严峻的垃圾污染问题越发凸显,垃圾分类处理势在必行。人工处理存在任务重、效率低等问题。部分自动化的分类方法检测精度低,速度慢。为提高复杂场景下垃圾检测准确率,同时轻量化结构,使其便于部署,提出一种融合轻量化卷积模块、注意力机制和多重感受野模块的改进YOLO v5s的垃圾检测模型Lightweight Garbage Detection-YOLO(LGD-YOLO)。首先,在网络结构中引入Ghost卷积和包含GSConv的Slim-Neck模块,使模型变得更加轻量化;其次,嵌入坐标注意力机制,侧重于关注重要信息,以提高检测精度。最后,引入多重感受野模块,提高模型的多尺度检测能力,避免小目标物体的漏检。采用包含不同环境下垃圾图片的Trash_dataset数据集进行测试验证。结果表明:改进后的模型参数量和计算量分别为5.77 M和9.2 GFLOPs,与原模型相比分别减少22.4%和56.4%,单张图片检测速度为26.5 ms,达到垃圾检测的实时性要求。此外,改进的算法具有良好的检测精度,mAP0.5和mAP0.5∶0.95分别达到96.20%和77.77%,优于当前流行的目标检测算法。
2024, 42(6): 178-186.
doi: 10.13205/j.hjgc.202406021
摘要:
针对在产企业受到日常生产限制无法网格化全面布点采样,导致污染范围探明存在困难的问题,以湖南省某在产铅冶炼厂为研究对象,利用Voxler软件的空间插值手段结合部分采样数据,对较难取样的重点区域进行数据补充,并绘制特征污染物的空间分布范围图。结果表明:本研究中Voxler空间模型的应用,一方面直观表征污染分布情况,能有效填补在产企业详查内容的欠缺;另一方面,Voxler与传统二维分析模型对比能够提供更为准确的土壤污染体量。结果显示:厂区整体存在铅污染,超标污染土壤体量约为34万m3,在熔炼区、制酸区、原料堆存区下方还存在砷、镉、铅的复合污染,超标污染土壤体量约13万m3。空间范围的精准定位和污染体积的精准测算,可为后续在在产企业风险评估及污染控制方案从经济和技术角度提供设计支撑。
针对在产企业受到日常生产限制无法网格化全面布点采样,导致污染范围探明存在困难的问题,以湖南省某在产铅冶炼厂为研究对象,利用Voxler软件的空间插值手段结合部分采样数据,对较难取样的重点区域进行数据补充,并绘制特征污染物的空间分布范围图。结果表明:本研究中Voxler空间模型的应用,一方面直观表征污染分布情况,能有效填补在产企业详查内容的欠缺;另一方面,Voxler与传统二维分析模型对比能够提供更为准确的土壤污染体量。结果显示:厂区整体存在铅污染,超标污染土壤体量约为34万m3,在熔炼区、制酸区、原料堆存区下方还存在砷、镉、铅的复合污染,超标污染土壤体量约13万m3。空间范围的精准定位和污染体积的精准测算,可为后续在在产企业风险评估及污染控制方案从经济和技术角度提供设计支撑。
