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2024年 第42卷 第8期
2024, 42(8): 1-7.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408001
摘要:
为解决水电站建设过程中疏浚大量沉积物的处置难题,在金沙江上游拉哇水电站坝址区采集了河床覆盖层中堰塞湖相沉积物样品,分析样品理化性质和重金属含量,评价沉积物中重金属污染程度及潜在生态风险,探讨沉积物资源化利用的可行途径。结果表明,沉积物样品pH值为7.77~7.91,呈弱碱性;沉积物样品不均匀系数Cμ>10,粒组较多,级配连续;沉积物样品质地为壤土,包括砂质壤土和粉砂质壤土;沉积物有机质含量为1.33%~1.86%,属偏低等级。地累积指数法(Igeo)评价结果表明,沉积物样品未受重金属污染。潜在生态风险指数法评价结果表明,仅有Ⅰ号勘探线沉积物样品中的Cd存在中等潜在生态风险。综上,拉哇水电站坝址堰塞湖相静水沉积物可作为替代表土的覆盖物用于园林绿化或建筑材料。但由于沉积物自身有机质匮乏,可以通过添加当地市政污泥、餐厨垃圾、畜禽粪便及其堆肥产品等富含有机质和营养元素的废弃物来提高沉积物覆盖层肥力。此外,还可以通过掺混矿煤渣、水泥等,利用固化技术提高沉积物基建材的抗压和抗折强度。
为解决水电站建设过程中疏浚大量沉积物的处置难题,在金沙江上游拉哇水电站坝址区采集了河床覆盖层中堰塞湖相沉积物样品,分析样品理化性质和重金属含量,评价沉积物中重金属污染程度及潜在生态风险,探讨沉积物资源化利用的可行途径。结果表明,沉积物样品pH值为7.77~7.91,呈弱碱性;沉积物样品不均匀系数Cμ>10,粒组较多,级配连续;沉积物样品质地为壤土,包括砂质壤土和粉砂质壤土;沉积物有机质含量为1.33%~1.86%,属偏低等级。地累积指数法(Igeo)评价结果表明,沉积物样品未受重金属污染。潜在生态风险指数法评价结果表明,仅有Ⅰ号勘探线沉积物样品中的Cd存在中等潜在生态风险。综上,拉哇水电站坝址堰塞湖相静水沉积物可作为替代表土的覆盖物用于园林绿化或建筑材料。但由于沉积物自身有机质匮乏,可以通过添加当地市政污泥、餐厨垃圾、畜禽粪便及其堆肥产品等富含有机质和营养元素的废弃物来提高沉积物覆盖层肥力。此外,还可以通过掺混矿煤渣、水泥等,利用固化技术提高沉积物基建材的抗压和抗折强度。
2024, 42(8): 8-16.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408002
摘要:
为了维持盐地碱蓬群落分布格局与种群特征稳定,黄河三角洲国家级自然保护区自2019年起,在退化盐地碱蓬湿地开展了基于微地形调整及利用淡水补充压盐2种技术的生态修复工程。对修复工程进行了跟踪监测,对比分析了修复工程区、退化区以及自然湿地区中盐地碱蓬对的形态与群落特征、土壤理化性质以及大型底栖动物群落特征,以评估不同修复措施的实施效果。结果表明,微地形修复措施修复效果显著,修复区中盐地碱蓬密度、盖度和生物量均高于退化对照区,并与自然湿地区接近;底栖动物密度也得到了显著提升,但是群落结构发生了变化,多样性指数与均匀度指数下降。而淡水补充修复区由于补水中断,修复效果并不显著。
为了维持盐地碱蓬群落分布格局与种群特征稳定,黄河三角洲国家级自然保护区自2019年起,在退化盐地碱蓬湿地开展了基于微地形调整及利用淡水补充压盐2种技术的生态修复工程。对修复工程进行了跟踪监测,对比分析了修复工程区、退化区以及自然湿地区中盐地碱蓬对的形态与群落特征、土壤理化性质以及大型底栖动物群落特征,以评估不同修复措施的实施效果。结果表明,微地形修复措施修复效果显著,修复区中盐地碱蓬密度、盖度和生物量均高于退化对照区,并与自然湿地区接近;底栖动物密度也得到了显著提升,但是群落结构发生了变化,多样性指数与均匀度指数下降。而淡水补充修复区由于补水中断,修复效果并不显著。
2024, 42(8): 17-24.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408003
摘要:
开展区域水质监测与成因分析是实施水污染治理的重要前提。基于2021—2022年湖南省的547个监测断面的地表水水质指标数据,依据GB 3838—2002《地表水环境质量标准》,分析湖南省地表水水质时间变化规律与区域性差异,采用主成分分析法识别主要污染指标,运用灰色关联度法探究驱动水质异质化的主要因子。主要研究结果表明:2021—2022年湖南省水质整体良好,每月Ⅰ—Ⅱ类水断面比例不低于70%。湖南省地表水水质的月际变化特征表现为夏季劣于其他季节。与2021年相比,2022年水质状况有所提升。高锰酸盐指数、氨氮、总磷和溶解氧为湖南省主要污染指标。各驱动因子中,工业取水总量、城镇污水排放量、地区生产总值和城镇人口与水质指标的灰色关联度均值>0.8,是驱动不同城市地表水水质异质化的关键性因子,且与工业型城市的水环境质量关联紧密。
开展区域水质监测与成因分析是实施水污染治理的重要前提。基于2021—2022年湖南省的547个监测断面的地表水水质指标数据,依据GB 3838—2002《地表水环境质量标准》,分析湖南省地表水水质时间变化规律与区域性差异,采用主成分分析法识别主要污染指标,运用灰色关联度法探究驱动水质异质化的主要因子。主要研究结果表明:2021—2022年湖南省水质整体良好,每月Ⅰ—Ⅱ类水断面比例不低于70%。湖南省地表水水质的月际变化特征表现为夏季劣于其他季节。与2021年相比,2022年水质状况有所提升。高锰酸盐指数、氨氮、总磷和溶解氧为湖南省主要污染指标。各驱动因子中,工业取水总量、城镇污水排放量、地区生产总值和城镇人口与水质指标的灰色关联度均值>0.8,是驱动不同城市地表水水质异质化的关键性因子,且与工业型城市的水环境质量关联紧密。
2024, 42(8): 25-34.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408004
摘要:
以废弃的杉木屑为原材料,制备出富微孔的生物质炭(简称FWB),以2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)为目标污染物,研究了不同吸附条件对FWB吸附2,4-DCP的影响,并利用动力学模型(准一级动力学、准二级动力学和颗粒内扩散模型)、等温吸附模型(Langmuir、Freundlich和Temkin模型)和吸附热力学模型(Van’t Hoff模型)对吸附过程进行拟合,分析其吸附特性;结合SEM-EDS、BET、FTIR、XRD和XPS表征方法分析FWB的基本特性和吸附机理。结果表明:吸附过程符合准二级动力学模型和Freundlich模型,即FWB对2,4-DCP的吸附是以多分子层的化学吸附为主,最大吸附容量为138.05 mg/g,吸附过程为自发的吸热过程;该生物炭拥有较高的比表面积(326.770 m2/g),平均孔径为1.960 nm,总孔容为0.219 mL/g,微孔孔容(0.178 mL/g)占总孔容的81.279%。
以废弃的杉木屑为原材料,制备出富微孔的生物质炭(简称FWB),以2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)为目标污染物,研究了不同吸附条件对FWB吸附2,4-DCP的影响,并利用动力学模型(准一级动力学、准二级动力学和颗粒内扩散模型)、等温吸附模型(Langmuir、Freundlich和Temkin模型)和吸附热力学模型(Van’t Hoff模型)对吸附过程进行拟合,分析其吸附特性;结合SEM-EDS、BET、FTIR、XRD和XPS表征方法分析FWB的基本特性和吸附机理。结果表明:吸附过程符合准二级动力学模型和Freundlich模型,即FWB对2,4-DCP的吸附是以多分子层的化学吸附为主,最大吸附容量为138.05 mg/g,吸附过程为自发的吸热过程;该生物炭拥有较高的比表面积(326.770 m2/g),平均孔径为1.960 nm,总孔容为0.219 mL/g,微孔孔容(0.178 mL/g)占总孔容的81.279%。
2024, 42(8): 35-42.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408005
摘要:
低C/N高氨氮废水的传统生物脱氮方法存在曝气能耗大、外加碳源量高等不足。将富集氨氧化菌(AOB)的短程硝化功能污泥与小球藻联合构建藻菌共生短程脱氮系统,研究挂膜方式和光照强度等因素对系统脱氮除磷效能影响,并利用高通量测序技术手段分析微生物功能菌群结构,探究系统内的氮转化路径。结果表明:驯化污泥中氨氧化菌(AOB)相对丰度为19.31%,亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)在AOB中占比为94.41%,具有良好的短程硝化能力。藻菌共生系统实现了高效脱氮,在采用先接种污泥再接种微藻挂膜且设置光照强度为5000 lux时,其对模拟沼液的TN、TP去除效果最佳,去除率分别为93.22%、82.38%。藻菌共生系统稳定运行37 d后,生物膜中微生物丰富度提高,陶厄氏菌属(Thauera)相对丰度达56.42%,成为反硝化优势菌种,AOB相对丰度减少至5.65%,亚硝酸盐氧化菌(NOB)丰度仍极低,此时脱氮效率能够保持在90%以上。藻菌共生短程脱氮系统主要通过短程硝化反硝化(约88.46%)和生物同化作用(约6.79%)实现高效脱氮,比传统生物脱氮技术节省反硝化碳源约60.5%。
低C/N高氨氮废水的传统生物脱氮方法存在曝气能耗大、外加碳源量高等不足。将富集氨氧化菌(AOB)的短程硝化功能污泥与小球藻联合构建藻菌共生短程脱氮系统,研究挂膜方式和光照强度等因素对系统脱氮除磷效能影响,并利用高通量测序技术手段分析微生物功能菌群结构,探究系统内的氮转化路径。结果表明:驯化污泥中氨氧化菌(AOB)相对丰度为19.31%,亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)在AOB中占比为94.41%,具有良好的短程硝化能力。藻菌共生系统实现了高效脱氮,在采用先接种污泥再接种微藻挂膜且设置光照强度为5000 lux时,其对模拟沼液的TN、TP去除效果最佳,去除率分别为93.22%、82.38%。藻菌共生系统稳定运行37 d后,生物膜中微生物丰富度提高,陶厄氏菌属(Thauera)相对丰度达56.42%,成为反硝化优势菌种,AOB相对丰度减少至5.65%,亚硝酸盐氧化菌(NOB)丰度仍极低,此时脱氮效率能够保持在90%以上。藻菌共生短程脱氮系统主要通过短程硝化反硝化(约88.46%)和生物同化作用(约6.79%)实现高效脱氮,比传统生物脱氮技术节省反硝化碳源约60.5%。
2024, 42(8): 43-50.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408006
摘要:
为探究动态混合的强化混凝效果及影响因素,借助在某给水处理厂设置的动态混合、静态混合和管式混合中试试验装置,开展了混凝效果对比试验。结果表明:综合混凝效果顺序为动态混合＞静态混合＞管式混合,其中动态混合的浑浊度及色度去除率分别可达91%、95%,絮体形态较大且密实,利于沉降,静态混合和管式混合的絮体相对较松散;动态混合及其他混合方式对CODMn、TOC的去除率仅为20%~35%;动态混合在较低PAC投加量(20 mg/L)条件下,对低温低浊水的处理效果较另两类混合方式更好,浊度去除率仍可达90%。流量、转速、涡轮转角、管道-涡轮直径比、安装距离等因素对动态混合影响研究表明,应用动态混合方式处理小流量工况时应搭配小转速且距絮凝池较近的安装距离,大流量则相反;建议选择较小涡轮转角(30°~45°),涡轮直径比对混凝效果无显著影响。
为探究动态混合的强化混凝效果及影响因素,借助在某给水处理厂设置的动态混合、静态混合和管式混合中试试验装置,开展了混凝效果对比试验。结果表明:综合混凝效果顺序为动态混合＞静态混合＞管式混合,其中动态混合的浑浊度及色度去除率分别可达91%、95%,絮体形态较大且密实,利于沉降,静态混合和管式混合的絮体相对较松散;动态混合及其他混合方式对CODMn、TOC的去除率仅为20%~35%;动态混合在较低PAC投加量(20 mg/L)条件下,对低温低浊水的处理效果较另两类混合方式更好,浊度去除率仍可达90%。流量、转速、涡轮转角、管道-涡轮直径比、安装距离等因素对动态混合影响研究表明,应用动态混合方式处理小流量工况时应搭配小转速且距絮凝池较近的安装距离,大流量则相反;建议选择较小涡轮转角(30°~45°),涡轮直径比对混凝效果无显著影响。
2024, 42(8): 51-60.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408007
摘要:
截流设施是水污染防治中的关键构筑物。为探究不同截流设施内流体运动情况及截流能力的确定方法,开展了中试试验与计算流体力学模拟。流体运动分析结果表明,过流断面缩小的束窄作用使得截流管内出现不同水流特征,可划分为宽顶堰流阶段、闸孔自由出流阶段、闸孔淹没出流阶段和满管有压力流阶段。堰的阻水和水流转弯使得堰式截流设施在远离截流管一侧出现易淤积点。槽式截流设施受槽的跌水影响,发生水流破碎并大量掺气,增大水损;槽堰式截流设施在堰槽比<1.2时主要受槽的影响,在堰槽比>1.4时堰的影响占据主导地位。结合流体力学与数学分析推导得到了不同型式截流设施截流能力的确定方法。
截流设施是水污染防治中的关键构筑物。为探究不同截流设施内流体运动情况及截流能力的确定方法,开展了中试试验与计算流体力学模拟。流体运动分析结果表明,过流断面缩小的束窄作用使得截流管内出现不同水流特征,可划分为宽顶堰流阶段、闸孔自由出流阶段、闸孔淹没出流阶段和满管有压力流阶段。堰的阻水和水流转弯使得堰式截流设施在远离截流管一侧出现易淤积点。槽式截流设施受槽的跌水影响,发生水流破碎并大量掺气,增大水损;槽堰式截流设施在堰槽比<1.2时主要受槽的影响,在堰槽比>1.4时堰的影响占据主导地位。结合流体力学与数学分析推导得到了不同型式截流设施截流能力的确定方法。
2024, 42(8): 61-71.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408008
摘要:
颗粒物是径流雨水中氮磷污染物的主要载体,控制占比较大的颗粒物可有效削减污染负荷。颗粒物携带的氮磷容易受到pH、温度、溶解氧、有机质等外部环境因子影响发生转化。首先总结了径流颗粒物中氮磷的来源,对比分析了地表、管道和水体沉积物中氮磷组分变化特征,发现三类沉积物中,总氮由88%~92%的有机氮和8%~12%的无机氮组成;总磷则由5%~20%的有机磷和80%~95%的无机磷组成。其次归纳了颗粒物在不同场景下的粒径分布,以及不同粒径颗粒物上氮磷污染物主要赋存范围变化,其中粒径在11~150 μm区间内的沉积物可贡献雨水径流中20%~50%的颗粒态氮和40%~50%的颗粒态磷。最后分析了颗粒物自身特征(粒径、元素组成、表面形态)、其他环境因子(pH、温度、溶解氧、有机质)和微生物对颗粒物中氮磷赋存的影响,如当水体温度从6.85 ℃升至29.85 ℃时,单位质量颗粒物对磷的吸附率提高了12%。研究归纳了颗粒物中氮磷污染物相关研究中存在的不足,可为城市径流氮磷污染精准调控提供借鉴。
颗粒物是径流雨水中氮磷污染物的主要载体,控制占比较大的颗粒物可有效削减污染负荷。颗粒物携带的氮磷容易受到pH、温度、溶解氧、有机质等外部环境因子影响发生转化。首先总结了径流颗粒物中氮磷的来源,对比分析了地表、管道和水体沉积物中氮磷组分变化特征,发现三类沉积物中,总氮由88%~92%的有机氮和8%~12%的无机氮组成;总磷则由5%~20%的有机磷和80%~95%的无机磷组成。其次归纳了颗粒物在不同场景下的粒径分布,以及不同粒径颗粒物上氮磷污染物主要赋存范围变化,其中粒径在11~150 μm区间内的沉积物可贡献雨水径流中20%~50%的颗粒态氮和40%~50%的颗粒态磷。最后分析了颗粒物自身特征(粒径、元素组成、表面形态)、其他环境因子(pH、温度、溶解氧、有机质)和微生物对颗粒物中氮磷赋存的影响,如当水体温度从6.85 ℃升至29.85 ℃时,单位质量颗粒物对磷的吸附率提高了12%。研究归纳了颗粒物中氮磷污染物相关研究中存在的不足,可为城市径流氮磷污染精准调控提供借鉴。
2024, 42(8): 72-77.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408009
摘要:
污水中蕴含着丰富的热能,回收利用污水中的热能是节能领域的一个重要研究方向。污水源热泵技术是回收利用污水热能的重要技术手段,然而,污水源热泵在污水中长期运行会导致其换热器受到腐蚀结垢的影响,从而降低污水热能的转化效率和污水处理厂的资源利用率。因此,以城市污水处理厂水源热泵换热器为研究对象,深入探究影响其传热性能的关键水质因素,并综合评价其在复杂水质条件下所采取的防护措施的效果。
污水中蕴含着丰富的热能,回收利用污水中的热能是节能领域的一个重要研究方向。污水源热泵技术是回收利用污水热能的重要技术手段,然而,污水源热泵在污水中长期运行会导致其换热器受到腐蚀结垢的影响,从而降低污水热能的转化效率和污水处理厂的资源利用率。因此,以城市污水处理厂水源热泵换热器为研究对象,深入探究影响其传热性能的关键水质因素,并综合评价其在复杂水质条件下所采取的防护措施的效果。
2024, 42(8): 78-86.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408010
摘要:
近年来,工业园区涉水环境污染事件频发。江苏省作为化工大省,水系密布,工业集聚,环境安全形势严峻复杂,亟需开展适合江苏省特点的突发水污染事件环境风险防控体系研究。以重点园区突发水污染事件三级防控体系调查资料为依据,系统梳理了江苏省突发水污染事件三级防控体系建设现状及存在的问题,并从事故应急池建设、临时坝构建、智慧应急系统等方面阐述了三级防控体系设计要点。同时,以某环境风险突出的涉重园区为例,开展企业、公共管网(应急池)、区内水体三级防控体系设计,以期为其他地区开展水环境风险防控工作提供借鉴。
近年来,工业园区涉水环境污染事件频发。江苏省作为化工大省,水系密布,工业集聚,环境安全形势严峻复杂,亟需开展适合江苏省特点的突发水污染事件环境风险防控体系研究。以重点园区突发水污染事件三级防控体系调查资料为依据,系统梳理了江苏省突发水污染事件三级防控体系建设现状及存在的问题,并从事故应急池建设、临时坝构建、智慧应急系统等方面阐述了三级防控体系设计要点。同时,以某环境风险突出的涉重园区为例,开展企业、公共管网(应急池)、区内水体三级防控体系设计,以期为其他地区开展水环境风险防控工作提供借鉴。
2024, 42(8): 87-96.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408011
摘要:
氮氧化物NOx作为大气污染物之一,已经造成了严重的环境问题,危及生态环境和人类健康。用氨选择性催化还原(NH3-SCR) NOx已成为脱硝的重要应用技术。区别于传统方式合成的负载型ZSM-5催化剂,采用浸渍后水热的方式一锅法合成Ce、Mn双金属改性ZSM-5催化剂,并在此基础上引入碱处理改性方法对ZSM-5分子筛进行预处理,成功合成了比表面积和孔隙结构等形貌得到改善的CeMn/ZSM-5-OH催化剂,175~350 ℃内NOx转化率＞90%,且相比CeMn/ZSM-5样品低温段活性提升近40%。碱处理过后的CeMn/ZSM-5-OH催化剂生成了更多的Ce3+和Mn4+,加大了其对反应气体NO和NH3的吸附性;XPS结果表明晶格氧参与了Ce3+和Mn4+之间的电子转移作用,有利于NO与NH3的活化,从而推动NH3-SCR反应的进行。
氮氧化物NOx作为大气污染物之一,已经造成了严重的环境问题,危及生态环境和人类健康。用氨选择性催化还原(NH3-SCR) NOx已成为脱硝的重要应用技术。区别于传统方式合成的负载型ZSM-5催化剂,采用浸渍后水热的方式一锅法合成Ce、Mn双金属改性ZSM-5催化剂,并在此基础上引入碱处理改性方法对ZSM-5分子筛进行预处理,成功合成了比表面积和孔隙结构等形貌得到改善的CeMn/ZSM-5-OH催化剂,175~350 ℃内NOx转化率＞90%,且相比CeMn/ZSM-5样品低温段活性提升近40%。碱处理过后的CeMn/ZSM-5-OH催化剂生成了更多的Ce3+和Mn4+,加大了其对反应气体NO和NH3的吸附性;XPS结果表明晶格氧参与了Ce3+和Mn4+之间的电子转移作用,有利于NO与NH3的活化,从而推动NH3-SCR反应的进行。
2024, 42(8): 97-104.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408012
摘要:
氯苯类化合物作为一类挥发性有机氯废气,具有疏水性、挥发性和生物毒性,难以从环境中去除。构建了电化学氧化体系,研究了单因素对氯苯废气的处理效果,利用响应面法研究了电流密度、极板间距和电解质浓度与废气去除率之间的关系,通过Design-Expert 10.0.1软件处理数据,优化反应条件。单因素实验结果表明:选用Ti/Ti4O7为阳极,不锈钢网为阴极,0.15 mol/L NaCl为电解质,电流密度为10.0 mA/cm2,极板间距为4.0 cm,处理流量为0.40 L/min时,对浓度2.90 g/m3氯苯废气的平均去除率RE为57.99%,平均去除容量EC可达20.18 g/(m3·h),平均能耗Esp为190.2 kW·h/kg。响应面法分析结果表明:电流密度对去除率影响最大,电解质浓度影响最小;电解质浓度和电流密度双因子交互作用对去除率影响最显著;最优实验条件为0.149 mol/L NaCl,18.11 mA/cm2电流密度,3.804 cm极板间距,此时去除率为66.43%;方差分析表明回归模型达到显著性水平,经验证该模型可应用到实际废气的电化学处理中。
氯苯类化合物作为一类挥发性有机氯废气,具有疏水性、挥发性和生物毒性,难以从环境中去除。构建了电化学氧化体系,研究了单因素对氯苯废气的处理效果,利用响应面法研究了电流密度、极板间距和电解质浓度与废气去除率之间的关系,通过Design-Expert 10.0.1软件处理数据,优化反应条件。单因素实验结果表明:选用Ti/Ti4O7为阳极,不锈钢网为阴极,0.15 mol/L NaCl为电解质,电流密度为10.0 mA/cm2,极板间距为4.0 cm,处理流量为0.40 L/min时,对浓度2.90 g/m3氯苯废气的平均去除率RE为57.99%,平均去除容量EC可达20.18 g/(m3·h),平均能耗Esp为190.2 kW·h/kg。响应面法分析结果表明:电流密度对去除率影响最大,电解质浓度影响最小;电解质浓度和电流密度双因子交互作用对去除率影响最显著;最优实验条件为0.149 mol/L NaCl,18.11 mA/cm2电流密度,3.804 cm极板间距,此时去除率为66.43%;方差分析表明回归模型达到显著性水平,经验证该模型可应用到实际废气的电化学处理中。
2024, 42(8): 105-115.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408013
摘要:
大气颗粒物浓度与环境污染息息相关,准确预测PM2.5浓度对生态环境保护至关重要。选取西安市2020年1月1日—2021年12月31日的PM2.5浓度数据和气象数据,针对PM2.5序列非平稳非线性的特点,通过自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)将PM2.5浓度序列分解为多个本征模态分量,减少数据噪声,以样本熵(SE)作为指标对分量进行k均值聚类(k-means聚类),去除冗余信息,然后将重构分量输入到双向长短期记忆神经网络模型(BiLSTM模型)中,辅以气象数据和独热编码处理后的时间数据增强输入特征,输出各分量的预测结果,叠加后得到最终的PM2.5浓度预测结果。结果表明:与常见的XGBoost模型、长短期记忆神经网络(LSTM)模型、BiLSTM模型和其他组合模型相比,CEEMDAN-SE-BiLSTM模型在未来4个时刻(T+3、T+6、T+12、T+24)的预测性能更优。其均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分比误差(MAPE)均有降低,T+3时刻的决定系数(R2)达到0.993,预测精度大幅提升。此外,在全国范围内选取5个城市(郑州、成都、北京、上海和广州)验证该模型的泛化性,结果显示,5个城市的预测误差均较小。CEEMDAN-SE-BiLSTM模型对PM2.5浓度序列的短期预测具有较好的普适性、准确性。
大气颗粒物浓度与环境污染息息相关,准确预测PM2.5浓度对生态环境保护至关重要。选取西安市2020年1月1日—2021年12月31日的PM2.5浓度数据和气象数据,针对PM2.5序列非平稳非线性的特点,通过自适应噪声完备集合经验模态分解(CEEMDAN)将PM2.5浓度序列分解为多个本征模态分量,减少数据噪声,以样本熵(SE)作为指标对分量进行k均值聚类(k-means聚类),去除冗余信息,然后将重构分量输入到双向长短期记忆神经网络模型(BiLSTM模型)中,辅以气象数据和独热编码处理后的时间数据增强输入特征,输出各分量的预测结果,叠加后得到最终的PM2.5浓度预测结果。结果表明:与常见的XGBoost模型、长短期记忆神经网络(LSTM)模型、BiLSTM模型和其他组合模型相比,CEEMDAN-SE-BiLSTM模型在未来4个时刻(T+3、T+6、T+12、T+24)的预测性能更优。其均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)、平均绝对百分比误差(MAPE)均有降低,T+3时刻的决定系数(R2)达到0.993,预测精度大幅提升。此外,在全国范围内选取5个城市(郑州、成都、北京、上海和广州)验证该模型的泛化性,结果显示,5个城市的预测误差均较小。CEEMDAN-SE-BiLSTM模型对PM2.5浓度序列的短期预测具有较好的普适性、准确性。
2024, 42(8): 116-124.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408014
摘要:
为了掌握抗生素菌渣掺混对城市生活垃圾燃烧性能的影响,选取典型的链霉素菌渣,利用热重分析仪研究了城市生活垃圾掺混链霉素菌渣的燃烧特性和协同效应,采用Kissinger-Akahire-Sunose(KAS)法和Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法分析了样品的动力学特征,并在固定床上进行掺混燃烧实验,研究了样品NO排放特征。结果表明:当掺混比为10%时,样品的可燃指数提高了9.7%,综合燃烧特性指数提高了11.1%,平均活化能降低了6.9%,2种物质混燃过程的协同效应主要表现为促进固定碳的燃烧;随着掺混比从10%增加至30%,样品的可燃指数和综合燃烧特性指数逐渐下降,平均活化能逐渐升高,协同效应转变为抑制固定碳的燃烧。NO排放浓度随链霉素菌渣掺混比例的增加而升高,且链霉素菌渣与城市生活垃圾之间的相互作用进一步促进了NO的排放。
为了掌握抗生素菌渣掺混对城市生活垃圾燃烧性能的影响,选取典型的链霉素菌渣,利用热重分析仪研究了城市生活垃圾掺混链霉素菌渣的燃烧特性和协同效应,采用Kissinger-Akahire-Sunose(KAS)法和Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法分析了样品的动力学特征,并在固定床上进行掺混燃烧实验,研究了样品NO排放特征。结果表明:当掺混比为10%时,样品的可燃指数提高了9.7%,综合燃烧特性指数提高了11.1%,平均活化能降低了6.9%,2种物质混燃过程的协同效应主要表现为促进固定碳的燃烧;随着掺混比从10%增加至30%,样品的可燃指数和综合燃烧特性指数逐渐下降,平均活化能逐渐升高,协同效应转变为抑制固定碳的燃烧。NO排放浓度随链霉素菌渣掺混比例的增加而升高,且链霉素菌渣与城市生活垃圾之间的相互作用进一步促进了NO的排放。
2024, 42(8): 125-133.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408015
摘要:
以餐厨垃圾和剩余污泥为研究对象,考察不同物料配比(餐厨垃圾投加比例为0%,25%,50%,75%和100%)对16 d的厌氧共发酵产挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs) 的影响。结果表明:餐厨垃圾的加入有助于有机质的溶解,平衡体系C/N,弥补营养物质,从而提升厌氧发酵系统的性能。当餐厨垃圾投加比例为50%时,厌氧共发酵产VFAs达到最高为(282.8±2.9) mg COD/g VSS。在厌氧发酵过程中,产酸微生物(Prevotella_7,Lactobacillus,Veillonella)丰度逐渐升高,水解酶和产酸酶的相对活性在发酵初期被抑制,在中后期被促进,而产甲烷酶在整个过程均被抑制,从而促进了VFAs的产量。该成果为餐厨垃圾和剩余污泥厌氧共发酵产酸资源化利用提供了一定的理论基础。
以餐厨垃圾和剩余污泥为研究对象,考察不同物料配比(餐厨垃圾投加比例为0%,25%,50%,75%和100%)对16 d的厌氧共发酵产挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs) 的影响。结果表明:餐厨垃圾的加入有助于有机质的溶解,平衡体系C/N,弥补营养物质,从而提升厌氧发酵系统的性能。当餐厨垃圾投加比例为50%时,厌氧共发酵产VFAs达到最高为(282.8±2.9) mg COD/g VSS。在厌氧发酵过程中,产酸微生物(Prevotella_7,Lactobacillus,Veillonella)丰度逐渐升高,水解酶和产酸酶的相对活性在发酵初期被抑制,在中后期被促进,而产甲烷酶在整个过程均被抑制,从而促进了VFAs的产量。该成果为餐厨垃圾和剩余污泥厌氧共发酵产酸资源化利用提供了一定的理论基础。
2024, 42(8): 134-141.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408016
摘要:
为了系统地掌握焚烧残余物污染特征与环境风险,测定了6种样品的化学与矿相组成及重金属和氯污染特征,结合风险评价指数(RAC)和重金属综合毒性指数(STI)评估其环境风险。结果表明:炉排炉飞灰和流化床飞灰污染特征存在较大差异,前者呈现高钙高氯,Cu、Zn、Cd以F2态为主,Pb浸出毒性超标,而后者富含硅铝组分且Cl含量为5.79%。危废飞灰与医废飞灰呈现高钠高氯,Zn、Cd和Ni均以F1态为主,不同的是前者Cu浸出毒性超标,后者则为Zn并以ZnCl2存在。危废与医废炉渣均以SiO2、Al2O3和Fe2O3为主,且氯含量为3.27%,二者Cu、Ni含量分别高达7525.5,991.4,4168.8,628.2 mg/kg。风险评估结果表明:炉排炉、流化床、危废和医废飞灰STI均处于中高风险等级、危废和医废炉渣中各类重金属RAC与STI均处于中低风险等级;Cu或Pb对人体健康处于存在不良影响等级,Cd和Cr均处于较高致癌风险等级。
为了系统地掌握焚烧残余物污染特征与环境风险,测定了6种样品的化学与矿相组成及重金属和氯污染特征,结合风险评价指数(RAC)和重金属综合毒性指数(STI)评估其环境风险。结果表明:炉排炉飞灰和流化床飞灰污染特征存在较大差异,前者呈现高钙高氯,Cu、Zn、Cd以F2态为主,Pb浸出毒性超标,而后者富含硅铝组分且Cl含量为5.79%。危废飞灰与医废飞灰呈现高钠高氯,Zn、Cd和Ni均以F1态为主,不同的是前者Cu浸出毒性超标,后者则为Zn并以ZnCl2存在。危废与医废炉渣均以SiO2、Al2O3和Fe2O3为主,且氯含量为3.27%,二者Cu、Ni含量分别高达7525.5,991.4,4168.8,628.2 mg/kg。风险评估结果表明:炉排炉、流化床、危废和医废飞灰STI均处于中高风险等级、危废和医废炉渣中各类重金属RAC与STI均处于中低风险等级;Cu或Pb对人体健康处于存在不良影响等级,Cd和Cr均处于较高致癌风险等级。
2024, 42(8): 142-149.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408017
摘要:
氢气作为一种理想的洁净能源,具备出色的能源产出效率、环境友好和可持续再生等特点。然而,氢气产出量的不足制约了其工业应用。因此亟需开发一种更具经济效益的制氢技术。通过利用废弃的活性污泥进行厌氧发酵生物制氢,不仅操作简便且能源消耗较低,经济性突出。在污泥厌氧发酵产氢过程模拟方面,过程模型具备数据分析和预测、参数和操作策略优化、系统和设计优化能力,以及多因素分析和系统建模的能力。透过构建过程模型,能够更好地理解和引导污泥产氢过程,实现高效、稳定和可持续的污泥厌氧发酵制氢技术。然而,不同厌氧发酵过程模型各自具备优势和限制,有必要总结过程模型研究的进展,以便根据实际情况选择合适的模型进行发酵过程的优化和预测,以获得更精确的模拟结果,扩大模型的适用范围。基于此,综合分析了废弃活性污泥厌氧发酵产氢的最新工艺进展,以及厌氧发酵过程建模在预测和优化方面的应用现状及局限性,有助于推动污泥厌氧发酵产氢的相关应用,更有效地实现污泥资源的可持续利用。
氢气作为一种理想的洁净能源,具备出色的能源产出效率、环境友好和可持续再生等特点。然而,氢气产出量的不足制约了其工业应用。因此亟需开发一种更具经济效益的制氢技术。通过利用废弃的活性污泥进行厌氧发酵生物制氢,不仅操作简便且能源消耗较低,经济性突出。在污泥厌氧发酵产氢过程模拟方面,过程模型具备数据分析和预测、参数和操作策略优化、系统和设计优化能力,以及多因素分析和系统建模的能力。透过构建过程模型,能够更好地理解和引导污泥产氢过程,实现高效、稳定和可持续的污泥厌氧发酵制氢技术。然而,不同厌氧发酵过程模型各自具备优势和限制,有必要总结过程模型研究的进展,以便根据实际情况选择合适的模型进行发酵过程的优化和预测,以获得更精确的模拟结果,扩大模型的适用范围。基于此,综合分析了废弃活性污泥厌氧发酵产氢的最新工艺进展,以及厌氧发酵过程建模在预测和优化方面的应用现状及局限性,有助于推动污泥厌氧发酵产氢的相关应用,更有效地实现污泥资源的可持续利用。
2024, 42(8): 150-158.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408018
摘要:
典型电子废物拆解区土壤中镉(Cd)的污染特征与迁移特性尚不明确。以浙江台州某典型电子废物拆解区为例,通过污染调查、等温吸附实验、土柱实验与HYDRUS-1D软件探究Cd在土壤中的垂向污染特征与迁移特性。构建降雨淋溶作用下堆积渣体溶出的Cd的迁移模型,预测其在研究区土壤中的迁移情况。结果表明:土壤中Cd污染主要存在于研究区西南侧,该处有近30年的电子废物堆积渣体淋溶历史,Cd污染主要存在于0~40 cm土壤中。Cd在土壤中的等温吸附符合Langmuir方程,KL和qm分别为0.0373 L/kg和5465 mg/kg。调参后的两点模型(TSM模型)对Cd在土柱中的穿透过程拟合效果良好(R2=0.998),利用TSM模型预测了实际情景下Cd在土壤中的垂向污染现状,预测值与实测值较接近(R2=0.970),进一步验证了模型的准确性。堆积渣体淋溶情景下Cd的长期迁移情况预测结果表明:Cd污染主要存在于包气带浅层土壤中。当淋溶液Cd浓度为0.02 mg/L时,淋溶100 a时包气带底端淋出液中Cd浓度为0.0042 mg/L,尚未超过GB/T 14848—2017《地下水质量标准》Ⅲ类标准,该情景下地下水中Cd的污染风险较小。因此,对于浙江台州电子废物堆积渣体,需重点关注Cd在浅层土壤中的污染。建议及时清理拆解渣体,避免其长时间接受降雨淋溶。而对于渣体堆积时间<30年的区域,应重点修复0~40 cm深度土壤。
典型电子废物拆解区土壤中镉(Cd)的污染特征与迁移特性尚不明确。以浙江台州某典型电子废物拆解区为例,通过污染调查、等温吸附实验、土柱实验与HYDRUS-1D软件探究Cd在土壤中的垂向污染特征与迁移特性。构建降雨淋溶作用下堆积渣体溶出的Cd的迁移模型,预测其在研究区土壤中的迁移情况。结果表明:土壤中Cd污染主要存在于研究区西南侧,该处有近30年的电子废物堆积渣体淋溶历史,Cd污染主要存在于0~40 cm土壤中。Cd在土壤中的等温吸附符合Langmuir方程,KL和qm分别为0.0373 L/kg和5465 mg/kg。调参后的两点模型(TSM模型)对Cd在土柱中的穿透过程拟合效果良好(R2=0.998),利用TSM模型预测了实际情景下Cd在土壤中的垂向污染现状,预测值与实测值较接近(R2=0.970),进一步验证了模型的准确性。堆积渣体淋溶情景下Cd的长期迁移情况预测结果表明:Cd污染主要存在于包气带浅层土壤中。当淋溶液Cd浓度为0.02 mg/L时,淋溶100 a时包气带底端淋出液中Cd浓度为0.0042 mg/L,尚未超过GB/T 14848—2017《地下水质量标准》Ⅲ类标准,该情景下地下水中Cd的污染风险较小。因此,对于浙江台州电子废物堆积渣体,需重点关注Cd在浅层土壤中的污染。建议及时清理拆解渣体,避免其长时间接受降雨淋溶。而对于渣体堆积时间<30年的区域,应重点修复0~40 cm深度土壤。
2024, 42(8): 159-166.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408019
摘要:
建设用地土壤污染筛选值和管制值可用于土壤污染风险管控和修复决策。基于国内外建设用地土壤污染健康风险评估的基础理论和方法学,通过多介质暴露评估模型筛选、本土化模型参数确定、模型理论值计算、理论值修正定值等过程,针对深圳市建设用地土地利用特征和典型行业企业污染物类型,研究制定了第一类和第二类用地情形下68项污染物的土壤污染风险筛选值和管制值,分析了主要国家和地区建设用地的分类差异。研究表明:不同污染物的第二类用地筛选值均高于第一类用地,同一种污染物的管制值高于筛选值,制定的筛选值和管制值处于具有代表性的国内外同类土壤污染风险管控标准限值范围内,暴露评估模型选择、受体暴露、土壤性质、空气特征、污染物毒性等参数取值及模型理论计算值修正是国内外筛选值存在差异的主要原因。研究结果对深圳市建设用地土壤污染风险筛查和风险管制具有重要指导作用。
建设用地土壤污染筛选值和管制值可用于土壤污染风险管控和修复决策。基于国内外建设用地土壤污染健康风险评估的基础理论和方法学,通过多介质暴露评估模型筛选、本土化模型参数确定、模型理论值计算、理论值修正定值等过程,针对深圳市建设用地土地利用特征和典型行业企业污染物类型,研究制定了第一类和第二类用地情形下68项污染物的土壤污染风险筛选值和管制值,分析了主要国家和地区建设用地的分类差异。研究表明:不同污染物的第二类用地筛选值均高于第一类用地,同一种污染物的管制值高于筛选值,制定的筛选值和管制值处于具有代表性的国内外同类土壤污染风险管控标准限值范围内,暴露评估模型选择、受体暴露、土壤性质、空气特征、污染物毒性等参数取值及模型理论计算值修正是国内外筛选值存在差异的主要原因。研究结果对深圳市建设用地土壤污染风险筛查和风险管制具有重要指导作用。
2024, 42(8): 167-172.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408020
摘要:
通过突发环境事件应急监测与面向对象Petri网理论相结合,通过可行性分析后,将面向对象的Petri网建模工作应用到应急监测联动联防体系中。基于OPMSE仿真平台建立了辽宁省各城市、辽宁省各区域中心与辽宁省3个层次的突发环境事件模型。联动联防体系模型设定各层次的污染物监测能力阈值范围,如果相应的大气和水中的污染物浓度超过阈值,则应急监测交给下一级应急监测中心处理,从而构建了基于Petri网的突发环境事件应急监测联动联防体系模型。经过优化的组织体系联动联防方案,为应急监测提供技术保障,并为辽宁省突发环境事件应急监测联动联防体系的进一步完善提供了理论基础。
通过突发环境事件应急监测与面向对象Petri网理论相结合,通过可行性分析后,将面向对象的Petri网建模工作应用到应急监测联动联防体系中。基于OPMSE仿真平台建立了辽宁省各城市、辽宁省各区域中心与辽宁省3个层次的突发环境事件模型。联动联防体系模型设定各层次的污染物监测能力阈值范围,如果相应的大气和水中的污染物浓度超过阈值,则应急监测交给下一级应急监测中心处理,从而构建了基于Petri网的突发环境事件应急监测联动联防体系模型。经过优化的组织体系联动联防方案,为应急监测提供技术保障,并为辽宁省突发环境事件应急监测联动联防体系的进一步完善提供了理论基础。
2024, 42(8): 173-183.
doi: 10.13205/j.hjgc.202408021
摘要:
探究了混料设计方法应用于复合菌剂构建以及组分优化的可行性,以解决当前园林废弃物(GW)堆肥周期长,木质纤维素转化效率低的问题。利用分离培养与拮抗实验,确定了源自GW堆肥样品中的降解菌株及其互作关系。然后,通过混料设计将无拮抗效应的菌株按照不同比例进行复合,并测定相关酶活(漆酶Lac、木质素过氧化物酶Lip、锰过氧化物酶Mnp、羧甲基纤维素酶CMCase、滤纸酶FPAase),从而建立回归模型。构建的复合菌剂由特基拉芽胞杆菌(Bacillus tequilensis)、贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)、稻壳芽孢杆菌(Bacillus oryzaecorticis)组成,三者间的最佳比例分别为28.95%、39.63%、31.42%。同时在GW降解实验中,其最大酶活Lac:47.25 U/L、Lip:66.67 U/L、Mnp:99.65 U/L、CMCase:90.66 U/mL、FPAase:48.44 U/mL,第18天木质素与纤维素的降解率分别可达9.73%和13.48%。基于混料设计而构建的复合菌剂,短期产酶能力与生物降解能力突出,对于GW的堆肥化应用具有重要意义。
探究了混料设计方法应用于复合菌剂构建以及组分优化的可行性,以解决当前园林废弃物(GW)堆肥周期长,木质纤维素转化效率低的问题。利用分离培养与拮抗实验,确定了源自GW堆肥样品中的降解菌株及其互作关系。然后,通过混料设计将无拮抗效应的菌株按照不同比例进行复合,并测定相关酶活(漆酶Lac、木质素过氧化物酶Lip、锰过氧化物酶Mnp、羧甲基纤维素酶CMCase、滤纸酶FPAase),从而建立回归模型。构建的复合菌剂由特基拉芽胞杆菌(Bacillus tequilensis)、贝莱斯芽孢杆菌(Bacillus velezensis)、稻壳芽孢杆菌(Bacillus oryzaecorticis)组成,三者间的最佳比例分别为28.95%、39.63%、31.42%。同时在GW降解实验中,其最大酶活Lac:47.25 U/L、Lip:66.67 U/L、Mnp:99.65 U/L、CMCase:90.66 U/mL、FPAase:48.44 U/mL,第18天木质素与纤维素的降解率分别可达9.73%和13.48%。基于混料设计而构建的复合菌剂,短期产酶能力与生物降解能力突出,对于GW的堆肥化应用具有重要意义。
