登录
注册
E-alert
登录
注册
E-alert
2024年 第42卷 第9期
2024, 42(9): 1-12.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409001
摘要:
生物脱氮技术是废水处理中关键的氮去除方法。然而,传统的生物脱氮过程通常受限于废水中电子供体的不足,这导致了对外源电子供体的大量需求。选择合适的外源电子供体并优化其在生物脱氮中的应用,是提高脱氮效率、降低运营成本,并减少环境影响的关键。综述了不同类型的外源电子供体对于生物反硝化过程的微生物作用机制及其应用进展,重点讨论了不同营养型反硝化系统的功能微生物群落特征与增效机制。在厘清不同电子供体应用策略的基础上,重点探讨了混合营养型反硝化系统的潜力,该系统结合了异养与自养反硝化的优点,有助于提升自身的稳定性和处理效率。最后,展望了未来反硝化电子供体的研究方向,探讨通过综合调控电子供体类型和供给方式来优化脱氮过程的新策略,可为突破生物脱氮技术中电子供体不足问题的提供重要参考。
生物脱氮技术是废水处理中关键的氮去除方法。然而,传统的生物脱氮过程通常受限于废水中电子供体的不足,这导致了对外源电子供体的大量需求。选择合适的外源电子供体并优化其在生物脱氮中的应用,是提高脱氮效率、降低运营成本,并减少环境影响的关键。综述了不同类型的外源电子供体对于生物反硝化过程的微生物作用机制及其应用进展,重点讨论了不同营养型反硝化系统的功能微生物群落特征与增效机制。在厘清不同电子供体应用策略的基础上,重点探讨了混合营养型反硝化系统的潜力,该系统结合了异养与自养反硝化的优点,有助于提升自身的稳定性和处理效率。最后,展望了未来反硝化电子供体的研究方向,探讨通过综合调控电子供体类型和供给方式来优化脱氮过程的新策略,可为突破生物脱氮技术中电子供体不足问题的提供重要参考。
2024, 42(9): 13-28.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409002
摘要:
氢能是未来国家能源体系的重要组成部分,是战略性新兴产业重点发展方向。开发绿色环保的制氢技术是构建国家未来氢能体系、实现“双碳”目标的重要支撑。然而,目前主流的可再生能源电解水制氢技术,对水质要求极高,需消耗大量清洁水源,存在“资源-能源”不平衡的问题。从污水中制备绿氢,可同步解决废水处理及水制氢淡水消耗两大问题,是实现污水处理过程中碳中和的理想策略。从原理、装备及工艺角度,系统综述了污水制氢技术的现状与挑战,分析了当前通过生化和膜过滤等预处理与电解相结合的工艺在污水制氢中的工程化应用。同时,重点探讨了旋流技术与污水电解制氢的创新整合路径。通过引入旋流技术,强化传质与流场控制,可实现污水电解过程中高效、低能耗的氢气产出,开创污水资源化利用与清洁能源生产的多赢局面。
氢能是未来国家能源体系的重要组成部分,是战略性新兴产业重点发展方向。开发绿色环保的制氢技术是构建国家未来氢能体系、实现“双碳”目标的重要支撑。然而,目前主流的可再生能源电解水制氢技术,对水质要求极高,需消耗大量清洁水源,存在“资源-能源”不平衡的问题。从污水中制备绿氢,可同步解决废水处理及水制氢淡水消耗两大问题,是实现污水处理过程中碳中和的理想策略。从原理、装备及工艺角度,系统综述了污水制氢技术的现状与挑战,分析了当前通过生化和膜过滤等预处理与电解相结合的工艺在污水制氢中的工程化应用。同时,重点探讨了旋流技术与污水电解制氢的创新整合路径。通过引入旋流技术,强化传质与流场控制,可实现污水电解过程中高效、低能耗的氢气产出,开创污水资源化利用与清洁能源生产的多赢局面。
2024, 42(9): 29-41.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409003
摘要:
在低碳目标和循环经济框架下,资源回收与提取得到广泛关注。高盐废水中蕴藏着丰富的资源,直接排放会造成环境污染和资源浪费。围绕纳滤膜在高盐环境中资源回收与提取的应用前景,梳理了近年来离子选择性纳滤技术的发展趋势。总结了纳滤膜空间位阻效应、道南效应、介电排斥效应和溶质脱水合及溶质-膜材料弱相互作用等对溶质分离的作用机理,论述了纳滤技术的分离因子、纯度、回收率和渗透率等评价指标的意义及其对纳滤膜性能的要求。此外,选取了海水资源提取、工业废水零排放、盐湖提锂和电镀废水处理4种具有代表性的高盐环境,介绍了目前纳滤膜的应用现状和发展方向。最后,从资源回收的角度,以回收率和纯度作为标准,分析了水渗透性和分离选择性的优化方法,为面向高盐环境资源提取的高选择性纳滤膜定制设计提供建议。
在低碳目标和循环经济框架下,资源回收与提取得到广泛关注。高盐废水中蕴藏着丰富的资源,直接排放会造成环境污染和资源浪费。围绕纳滤膜在高盐环境中资源回收与提取的应用前景,梳理了近年来离子选择性纳滤技术的发展趋势。总结了纳滤膜空间位阻效应、道南效应、介电排斥效应和溶质脱水合及溶质-膜材料弱相互作用等对溶质分离的作用机理,论述了纳滤技术的分离因子、纯度、回收率和渗透率等评价指标的意义及其对纳滤膜性能的要求。此外,选取了海水资源提取、工业废水零排放、盐湖提锂和电镀废水处理4种具有代表性的高盐环境,介绍了目前纳滤膜的应用现状和发展方向。最后,从资源回收的角度,以回收率和纯度作为标准,分析了水渗透性和分离选择性的优化方法,为面向高盐环境资源提取的高选择性纳滤膜定制设计提供建议。
2024, 42(9): 42-50.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409004
摘要:
分析黄河三角洲潮滩湿地大型底栖动物群落时空变化特征,有助于了解黄河三角洲潮滩湿地生境质量状态,以及湿地生态系统对环境变化的响应特征。通过文献集成分析,探索了近20年黄河三角洲潮滩湿地大型底栖动物群落变化特征。结果表明:大型底栖动物群落的优势种发生了明显转变,优势种个体体型有变小趋势。群落的密度和生物量随着研究区域的不同而不同,整体上黄河三角洲北部区域(侵蚀区)高于南部区域(淤积区)。北部侵蚀区域底栖动物的密度和生物量为南部淤积区域的3倍之多。群落多样性水平整体不高,且随着时间变化呈减小趋势。该研究结果有助于加深对黄河三角洲湿地大型底栖动物的年际变化特征的理解,可为评估围垦活动对大型底栖动物群落的影响提供基础数据支持。
分析黄河三角洲潮滩湿地大型底栖动物群落时空变化特征,有助于了解黄河三角洲潮滩湿地生境质量状态,以及湿地生态系统对环境变化的响应特征。通过文献集成分析,探索了近20年黄河三角洲潮滩湿地大型底栖动物群落变化特征。结果表明:大型底栖动物群落的优势种发生了明显转变,优势种个体体型有变小趋势。群落的密度和生物量随着研究区域的不同而不同,整体上黄河三角洲北部区域(侵蚀区)高于南部区域(淤积区)。北部侵蚀区域底栖动物的密度和生物量为南部淤积区域的3倍之多。群落多样性水平整体不高,且随着时间变化呈减小趋势。该研究结果有助于加深对黄河三角洲湿地大型底栖动物的年际变化特征的理解,可为评估围垦活动对大型底栖动物群落的影响提供基础数据支持。
2024, 42(9): 51-62.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409005
摘要:
近年来,纳滤(NF)和反渗透(RO)技术在饮用水净化、污水处理及脱盐等领域得到了广泛应用。然而,膜污染和低传质分离效率是制约NF/RO技术发展的主要挑战。解决这些问题需要借助灵敏、精确的表征分析技术深入解析其内在机制,电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)作为一种高灵敏的分析检测技术,能够实现实时、原位表征,在膜污染和膜分离传质过程研究中展现出独特的优势。系统综述了EIS技术在表征分析NF/RO膜污染和传质过程中的研究与应用进展,介绍了EIS的工作原理、等效电路模型,总结了其在膜污染类型识别、膜污染在线监测以及膜分离传质过程表征等方面的研究动态,最后讨论了EIS在膜分离领域应用中存在的局限性,并展望了EIS技术的未来发展方向。
近年来,纳滤(NF)和反渗透(RO)技术在饮用水净化、污水处理及脱盐等领域得到了广泛应用。然而,膜污染和低传质分离效率是制约NF/RO技术发展的主要挑战。解决这些问题需要借助灵敏、精确的表征分析技术深入解析其内在机制,电化学阻抗谱(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)作为一种高灵敏的分析检测技术,能够实现实时、原位表征,在膜污染和膜分离传质过程研究中展现出独特的优势。系统综述了EIS技术在表征分析NF/RO膜污染和传质过程中的研究与应用进展,介绍了EIS的工作原理、等效电路模型,总结了其在膜污染类型识别、膜污染在线监测以及膜分离传质过程表征等方面的研究动态,最后讨论了EIS在膜分离领域应用中存在的局限性,并展望了EIS技术的未来发展方向。
2024, 42(9): 63-73.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409006
摘要:
我国城市建设的高密度决定了溢流污水治理宜采用占地少的快速处理技术。构建以快速过滤为核心的溢流污水处理工艺,考察了滤料种类、过滤速度、填充量等因素对过滤效果的影响,并在材料表征及机理分析的基础上研究了不同过滤材料效果差异的原因。结果表明:聚酯纤维球和亲水性聚氨酯海绵在20,40 m/h滤速条件下均表现出良好且稳定的过滤效果,聚丙烯PP棉仅在20 m/h滤速条件下具有良好且稳定的过滤效果。在150%填充量条件下,3种滤料均表现出良好的过滤效果。污染物的去除完全取决于悬浮物的去除,因此过滤性能可等同于悬浮物去除性能。中试试验中,以聚酯纤维球为主要滤料,在40 m/h滤速条件下,对COD、SS的平均去除率分别为47.98%、82.37%。为现有成熟高分子弹性材料作为滤料与快速过滤工艺相结合应用于溢流污水处理相关研究提供参考。
我国城市建设的高密度决定了溢流污水治理宜采用占地少的快速处理技术。构建以快速过滤为核心的溢流污水处理工艺,考察了滤料种类、过滤速度、填充量等因素对过滤效果的影响,并在材料表征及机理分析的基础上研究了不同过滤材料效果差异的原因。结果表明:聚酯纤维球和亲水性聚氨酯海绵在20,40 m/h滤速条件下均表现出良好且稳定的过滤效果,聚丙烯PP棉仅在20 m/h滤速条件下具有良好且稳定的过滤效果。在150%填充量条件下,3种滤料均表现出良好的过滤效果。污染物的去除完全取决于悬浮物的去除,因此过滤性能可等同于悬浮物去除性能。中试试验中,以聚酯纤维球为主要滤料,在40 m/h滤速条件下,对COD、SS的平均去除率分别为47.98%、82.37%。为现有成熟高分子弹性材料作为滤料与快速过滤工艺相结合应用于溢流污水处理相关研究提供参考。
2024, 42(9): 74-90.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409007
摘要:
溶解性有机物(DOM)在自然界的水环境中广泛存在,是水相有机物的主要组成部分。DOM表现出复杂的环境与生态反馈功能,与微生物的生长代谢有着紧密关系。在循环的自然生态过程中,河流是各种源汇的输送体,海洋成为最终的受纳体,统计分析了水体DOM在废水－污水－河流/湖泊－海洋环境中的性质和分布,指出DOM发挥着生物初级生产力、能量提供、光合效应、化学调控、微量金属传输、碳汇等方面的功能,并最终影响人类健康的观点。DOM的组成复杂,包括多糖、蛋白质、腐殖质、脂质和小分子有机酸等。自然途径通过大分子有机物的腐烂降解、动物及微生物的新陈代谢、植物根系的分泌物和植物生长衰亡过程,这些途径受地理－环境－气候等因素的影响;人为途径向水源中引入DOM不可忽视,其中,大部分来自污废水处理排放尾水中的残余有机污染物。DOM的转化与归趋影响着自来水厂的出水水质和天然水体中的微生物群落结构,因此,对DOM的定性定量分析十分重要。对此,系统介绍了DOM的分析原理、应用对象与技术特征,并提出发展测量技术、识别表征、生成机制、多相化学以及生态健康等方面的联用与瞬态技术的社会需求。最后,通过自然水体、城市污水、工业废水、厌氧发酵与渗滤液等来源,分析讨论了DOM浓度梯度的环境影响,强调元素水平的生态可持续发展与平衡机制的学术意义,认为DOM的元素驱动机制、生态调控机制以及信息通量分析成为未来该领域研究的重要方向。
溶解性有机物(DOM)在自然界的水环境中广泛存在,是水相有机物的主要组成部分。DOM表现出复杂的环境与生态反馈功能,与微生物的生长代谢有着紧密关系。在循环的自然生态过程中,河流是各种源汇的输送体,海洋成为最终的受纳体,统计分析了水体DOM在废水－污水－河流/湖泊－海洋环境中的性质和分布,指出DOM发挥着生物初级生产力、能量提供、光合效应、化学调控、微量金属传输、碳汇等方面的功能,并最终影响人类健康的观点。DOM的组成复杂,包括多糖、蛋白质、腐殖质、脂质和小分子有机酸等。自然途径通过大分子有机物的腐烂降解、动物及微生物的新陈代谢、植物根系的分泌物和植物生长衰亡过程,这些途径受地理－环境－气候等因素的影响;人为途径向水源中引入DOM不可忽视,其中,大部分来自污废水处理排放尾水中的残余有机污染物。DOM的转化与归趋影响着自来水厂的出水水质和天然水体中的微生物群落结构,因此,对DOM的定性定量分析十分重要。对此,系统介绍了DOM的分析原理、应用对象与技术特征,并提出发展测量技术、识别表征、生成机制、多相化学以及生态健康等方面的联用与瞬态技术的社会需求。最后,通过自然水体、城市污水、工业废水、厌氧发酵与渗滤液等来源,分析讨论了DOM浓度梯度的环境影响,强调元素水平的生态可持续发展与平衡机制的学术意义,认为DOM的元素驱动机制、生态调控机制以及信息通量分析成为未来该领域研究的重要方向。
2024, 42(9): 91-99.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409008
摘要:
随着全球人口增长和工业发展,社会生产和生活对磷的需求不断增加。从含磷废水中回收磷可同时解决水体磷污染与磷资源短缺的问题。近年来,蓝铁石[Fe3(PO4)2·8H2O]结晶磷回收技术,因其适用pH范围广、亚铁药剂廉价易得、应用前景广阔等优点而被大量研究。目前,蓝铁石结晶处理含磷废水技术仍处于起步阶段,有待解决的问题主要包括结晶的优化条件未完全确定,结晶过程机制尚不清晰,废水中抑制因子影响的解除方法未建立,结晶产物较小不易分离与再利用等。总结了国内外蓝铁石结晶技术在含磷废水处理方面的研究成果,并从蓝铁石性质与应用、蓝铁石结晶原理与反应器和蓝铁石结晶影响因素3方面进行阐述,为推进蓝铁石结晶磷回收技术在含磷废水处理中的研究和工程化应用提供参考。
随着全球人口增长和工业发展,社会生产和生活对磷的需求不断增加。从含磷废水中回收磷可同时解决水体磷污染与磷资源短缺的问题。近年来,蓝铁石[Fe3(PO4)2·8H2O]结晶磷回收技术,因其适用pH范围广、亚铁药剂廉价易得、应用前景广阔等优点而被大量研究。目前,蓝铁石结晶处理含磷废水技术仍处于起步阶段,有待解决的问题主要包括结晶的优化条件未完全确定,结晶过程机制尚不清晰,废水中抑制因子影响的解除方法未建立,结晶产物较小不易分离与再利用等。总结了国内外蓝铁石结晶技术在含磷废水处理方面的研究成果,并从蓝铁石性质与应用、蓝铁石结晶原理与反应器和蓝铁石结晶影响因素3方面进行阐述,为推进蓝铁石结晶磷回收技术在含磷废水处理中的研究和工程化应用提供参考。
2024, 42(9): 100-107.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409009
摘要:
为了积极响应《关于推进污水处理减污降碳协同增效的实施意见》,全面推进城镇污水处理行业的减污降碳,对无锡市某同步化学除磷污水处理厂开展全流程分析,诊断除磷药剂聚合氯化铝铁(PAFC)投加对工艺稳定性的影响,探究倒置AAO工艺节药方式。该厂采用缺氧/厌氧/好氧(倒置AAO)工艺,处理规模达15 万m3/d,长期通过投加PAFC保障出水水质稳定。全流程分析发现,该厂一期工艺PAFC药耗逐年增加,尽管实现了TP的高效去除(98%),但残留的PAFC大量回流至厌氧段,导致磷酸盐提前去除,恶化活性污泥(AS)吸磷能力,吸磷速率仅为0.44 mg P/(g SS·h)。因此,进一步开展了一期工艺PAFC药耗调节实验,以期逐步恢复AS吸磷能力。结果表明,将PAFC投加量控制在0.027~0.053 kg/m3即可实现磷酸盐的稳定去除,同时保障污泥沉降性能,而较高投加量的PAFC(≥0.077 kg/m3)将快速去除磷酸盐,并明显抑制好氧吸磷过程。
为了积极响应《关于推进污水处理减污降碳协同增效的实施意见》,全面推进城镇污水处理行业的减污降碳,对无锡市某同步化学除磷污水处理厂开展全流程分析,诊断除磷药剂聚合氯化铝铁(PAFC)投加对工艺稳定性的影响,探究倒置AAO工艺节药方式。该厂采用缺氧/厌氧/好氧(倒置AAO)工艺,处理规模达15 万m3/d,长期通过投加PAFC保障出水水质稳定。全流程分析发现,该厂一期工艺PAFC药耗逐年增加,尽管实现了TP的高效去除(98%),但残留的PAFC大量回流至厌氧段,导致磷酸盐提前去除,恶化活性污泥(AS)吸磷能力,吸磷速率仅为0.44 mg P/(g SS·h)。因此,进一步开展了一期工艺PAFC药耗调节实验,以期逐步恢复AS吸磷能力。结果表明,将PAFC投加量控制在0.027~0.053 kg/m3即可实现磷酸盐的稳定去除,同时保障污泥沉降性能,而较高投加量的PAFC(≥0.077 kg/m3)将快速去除磷酸盐,并明显抑制好氧吸磷过程。
2024, 42(9): 108-115.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409010
摘要:
采用正交试验和单因素优化的方法,以海水、盐卤和工业氧化镁替代传统商业镁源,对磷酸铁废水中的磷生成鸟粪石(Struvite)的不同效能、鸟粪石的组分、影响因素及其条件的优化进行了比较分析。结果表明:以海水为镁源,在最佳反应pH=10、n(Mg)/n(P)=1.2、搅拌速度=200 r/min、反应时间=20 min时磷的去除率为93.2%,生成的鸟粪石纯度和产量分别为76.8%和522.5 g/m3,单位量Mg2+(1 g)获得的鸟粪石量为4.6 g;以工业MgO为镁源,在最佳反应条件pH=7、n(Mg)/n(P)=1.4、搅拌速度=250 r/min、反应时间=1 h时磷去除率达98.0%,生成的鸟粪石纯度和产量分别为78.0%和633.0 g/m3,单位量Mg2+(1 g)获得的鸟粪石量为5.0 g;盐卤被认为是本研究最优镁源,在最佳反应pH=10、n(Mg)/n(P)=1.4、搅拌速度=200 r/min、反应时间=30 min时,磷去除率达96.7%,生成的鸟粪石纯度和产量最高,为93.0%和674.2 g/m3,单位量Mg2+获得的鸟粪石量也最大,为5.1 g。综合对比,3种镁源中盐卤效果最佳,可作为最优镁源。
采用正交试验和单因素优化的方法,以海水、盐卤和工业氧化镁替代传统商业镁源,对磷酸铁废水中的磷生成鸟粪石(Struvite)的不同效能、鸟粪石的组分、影响因素及其条件的优化进行了比较分析。结果表明:以海水为镁源,在最佳反应pH=10、n(Mg)/n(P)=1.2、搅拌速度=200 r/min、反应时间=20 min时磷的去除率为93.2%,生成的鸟粪石纯度和产量分别为76.8%和522.5 g/m3,单位量Mg2+(1 g)获得的鸟粪石量为4.6 g;以工业MgO为镁源,在最佳反应条件pH=7、n(Mg)/n(P)=1.4、搅拌速度=250 r/min、反应时间=1 h时磷去除率达98.0%,生成的鸟粪石纯度和产量分别为78.0%和633.0 g/m3,单位量Mg2+(1 g)获得的鸟粪石量为5.0 g;盐卤被认为是本研究最优镁源,在最佳反应pH=10、n(Mg)/n(P)=1.4、搅拌速度=200 r/min、反应时间=30 min时,磷去除率达96.7%,生成的鸟粪石纯度和产量最高,为93.0%和674.2 g/m3,单位量Mg2+获得的鸟粪石量也最大,为5.1 g。综合对比,3种镁源中盐卤效果最佳,可作为最优镁源。
2024, 42(9): 116-123.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409011
摘要:
为推动污水生物脱氮技术绿色转型,针对厌氧氨氧化中底物亚硝氮(NO2--N)难以稳定获得的问题,利用好氧颗粒污泥(AGS)诱导其进行内源短程反硝化(EPD),实现低碳源条件下NO2--N的积累,可为主流厌氧氨氧化的应用推广提供理论支撑。当进水ρ(COD)/ρ(NO3--N)为3时,采用厌氧/缺氧/微氧条件,可实现EPD颗粒污泥的富集与稳定,NO3--N→NO2--N转化率(NTR)达到72.73%。在厌氧段,消耗有机物和糖原(Gly),合成聚羟基烷酸(PHA),ΔPHA/ΔGly(1.30 mol C/mol C)接近聚糖菌(GAOs)模型值,说明内碳源储存主要由GAOs完成。在缺氧段,NO2--N积累,并伴随PHA降低和Gly合成,硝酸盐还原酶活性显著高于亚硝酸盐还原酶活性,证明系统实现了EPD过程。通过优化运行参数发现,当ρ(COD)/ρ(NO3--N)为4.2时,系统的NTR提高至80.01%。批次试验结果表明,pH由6.0上升至9.0时,NTR升高至89.15%;温度从40 ℃降低至5 ℃时,NTR达到峰值91.16%,说明碱性和低温条件下更有利于NO2--N累积。因此,选择合适的COD/NO3--N、pH和温度,能够有效提升EPD过程的NO2--N积累效果。
为推动污水生物脱氮技术绿色转型,针对厌氧氨氧化中底物亚硝氮(NO2--N)难以稳定获得的问题,利用好氧颗粒污泥(AGS)诱导其进行内源短程反硝化(EPD),实现低碳源条件下NO2--N的积累,可为主流厌氧氨氧化的应用推广提供理论支撑。当进水ρ(COD)/ρ(NO3--N)为3时,采用厌氧/缺氧/微氧条件,可实现EPD颗粒污泥的富集与稳定,NO3--N→NO2--N转化率(NTR)达到72.73%。在厌氧段,消耗有机物和糖原(Gly),合成聚羟基烷酸(PHA),ΔPHA/ΔGly(1.30 mol C/mol C)接近聚糖菌(GAOs)模型值,说明内碳源储存主要由GAOs完成。在缺氧段,NO2--N积累,并伴随PHA降低和Gly合成,硝酸盐还原酶活性显著高于亚硝酸盐还原酶活性,证明系统实现了EPD过程。通过优化运行参数发现,当ρ(COD)/ρ(NO3--N)为4.2时,系统的NTR提高至80.01%。批次试验结果表明,pH由6.0上升至9.0时,NTR升高至89.15%;温度从40 ℃降低至5 ℃时,NTR达到峰值91.16%,说明碱性和低温条件下更有利于NO2--N累积。因此,选择合适的COD/NO3--N、pH和温度,能够有效提升EPD过程的NO2--N积累效果。
2024, 42(9): 124-131.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409012
摘要:
甲醇被广泛用作为提高低碳氮比污水处理效果时使用的外加碳源,但其对工业园区污水处理,特别是抗生素抗性基因(ARGs)影响的报道较少。通过16S rRNA高通量测序和宏基因组测序等方法,对投加甲醇新疆某工业园区污水厂(采用氧化沟+MBR工艺)的处理效果、功能微生物丰度和ARGs变化进行了研究。结果表明:甲醇的投加使该工业园区污水厂出水稳定达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准;具有降解甲基功能的unclassified_c_Gammaproteobacteria和具有反硝化功能的生丝菌属(Hyphomicrobium)在活性污泥中相对丰度分别高达31.92%和28.68%;进水中ARGs为150.77×10-6,出水ARGs下降到25.77×10-6。研究结果有助于人们深入认识甲醇在工业园区污水处理过程中的作用,并为工业园区污水处理过程新污染物ARGs的控制提供数据支持和理论指导。
甲醇被广泛用作为提高低碳氮比污水处理效果时使用的外加碳源,但其对工业园区污水处理,特别是抗生素抗性基因(ARGs)影响的报道较少。通过16S rRNA高通量测序和宏基因组测序等方法,对投加甲醇新疆某工业园区污水厂(采用氧化沟+MBR工艺)的处理效果、功能微生物丰度和ARGs变化进行了研究。结果表明:甲醇的投加使该工业园区污水厂出水稳定达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中一级A标准;具有降解甲基功能的unclassified_c_Gammaproteobacteria和具有反硝化功能的生丝菌属(Hyphomicrobium)在活性污泥中相对丰度分别高达31.92%和28.68%;进水中ARGs为150.77×10-6,出水ARGs下降到25.77×10-6。研究结果有助于人们深入认识甲醇在工业园区污水处理过程中的作用,并为工业园区污水处理过程新污染物ARGs的控制提供数据支持和理论指导。
2024, 42(9): 132-147.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409013
摘要:
水环境污染是21世纪人类迫切需要解决的难题之一。光催化技术作为新兴的水处理技术,符合绿色、循环、低碳的发展理念。钒酸铋(BiVO4)是当今热点光催化剂,具有优异的化学和光子特性,良好的可见光响应能力能够使其利用太阳光中48%的可见光谱。但单组分BiVO4光生载流子复合速度快,电荷运输能力较差,近年来相关学者开发了多种BiVO4基异质结光催化剂,有效改善了单组分BiVO4的不足。系统综述了BiVO4基异质结的光催化机理(Ⅰ型、Ⅱ型和Z型)、异质结构建方式(协同金属氧化物、金属硫化物、同系铋基材料和金属有机框架)、光催化体系的优化方法(界面接触方式、晶面和形貌调控、元素掺杂、碳材料修饰和空位工程)以及应用过程的优化方法(光催化膜技术、负载锚定)在水处理研究中的最新进展,提出了当前研究中亟待解决的科学问题,为未来开发稳定高效的BiVO4基异质结光催化材料提供参考。
水环境污染是21世纪人类迫切需要解决的难题之一。光催化技术作为新兴的水处理技术,符合绿色、循环、低碳的发展理念。钒酸铋(BiVO4)是当今热点光催化剂,具有优异的化学和光子特性,良好的可见光响应能力能够使其利用太阳光中48%的可见光谱。但单组分BiVO4光生载流子复合速度快,电荷运输能力较差,近年来相关学者开发了多种BiVO4基异质结光催化剂,有效改善了单组分BiVO4的不足。系统综述了BiVO4基异质结的光催化机理(Ⅰ型、Ⅱ型和Z型)、异质结构建方式(协同金属氧化物、金属硫化物、同系铋基材料和金属有机框架)、光催化体系的优化方法(界面接触方式、晶面和形貌调控、元素掺杂、碳材料修饰和空位工程)以及应用过程的优化方法(光催化膜技术、负载锚定)在水处理研究中的最新进展,提出了当前研究中亟待解决的科学问题,为未来开发稳定高效的BiVO4基异质结光催化材料提供参考。
2024, 42(9): 148-155.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409014
摘要:
为考察氯化锂(LiCl)共混改性对聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜耐氯性的影响,采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为致孔剂和亲水改性剂,通过非溶剂致相分离法制备了PVDF和PVDF/LiCl膜,考察了次氯酸钠(NaClO)静态加速老化前后2种膜性质和性能的变化。结果表明:添加LiCl使得相转化成膜过程中更多的PVP保留在膜上,且增加了PVDF的极性β相比例,使 PVDF/LiCl膜的亲水性增强,孔隙率增加;NaClO老化造成PVP氧化流失和膜亲水性降低,采用牛血清蛋白作为模型有机物的过滤实验表明,NaClO老化使PVDF和PVDF/LiCl膜的污染阻力分别增加88%和49%,PVDF/LiCl膜抗污染性能下降幅度明显小于PVDF膜。总体而言,LiCl共混改性减缓了NaClO造成的PVDF膜性质的变化,提升了PVDF膜的耐氯性。
为考察氯化锂(LiCl)共混改性对聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜耐氯性的影响,采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为致孔剂和亲水改性剂,通过非溶剂致相分离法制备了PVDF和PVDF/LiCl膜,考察了次氯酸钠(NaClO)静态加速老化前后2种膜性质和性能的变化。结果表明:添加LiCl使得相转化成膜过程中更多的PVP保留在膜上,且增加了PVDF的极性β相比例,使 PVDF/LiCl膜的亲水性增强,孔隙率增加;NaClO老化造成PVP氧化流失和膜亲水性降低,采用牛血清蛋白作为模型有机物的过滤实验表明,NaClO老化使PVDF和PVDF/LiCl膜的污染阻力分别增加88%和49%,PVDF/LiCl膜抗污染性能下降幅度明显小于PVDF膜。总体而言,LiCl共混改性减缓了NaClO造成的PVDF膜性质的变化,提升了PVDF膜的耐氯性。
2024, 42(9): 156-166.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409015
摘要:
研究含盐废液中典型杂质对硫酸钠溶解行为影响机制,有利于优化硫酸钠废盐结晶工艺,促进硫酸钠高值化利用。以煤化工行业硫酸钠杂质体系为研究对象,使用OLI与COSMO-RS研究了温度、典型无机杂质离子和有机杂质对硫酸钠溶解度、溶剂化及相互作用的影响规律。结果表明,硫酸钠溶解行为由杂质极性、Na+与SO42-溶剂化能力、杂质浓度及同离子效应共同控制,极性影响最强。弱极性Ca2+、NH4+、K+、HCO3-、F-、NO3-促进硫酸钠结晶,其中,阳离子通过同离子效应协同促进硫酸钠结晶,阴离子通过同离子效应及削弱Na+与SO42-溶剂化作用协同促进硫酸钠结晶;强极性Mg2+、CO32-抑制硫酸钠结晶,Mg2+通过增强Na+与SO42-溶剂化协同促进硫酸钠溶解,CO32-通过强极性特征,促进硫酸钠溶解,在含盐废液中去除Mg2+和CO32-是促进硫酸钠结晶的必要措施;低浓度有机杂质通过削弱Na+与SO42-溶剂化作用促进Na2SO4结晶。相关理论研究为硫酸钠废盐资源化提供理论支撑。
研究含盐废液中典型杂质对硫酸钠溶解行为影响机制,有利于优化硫酸钠废盐结晶工艺,促进硫酸钠高值化利用。以煤化工行业硫酸钠杂质体系为研究对象,使用OLI与COSMO-RS研究了温度、典型无机杂质离子和有机杂质对硫酸钠溶解度、溶剂化及相互作用的影响规律。结果表明,硫酸钠溶解行为由杂质极性、Na+与SO42-溶剂化能力、杂质浓度及同离子效应共同控制,极性影响最强。弱极性Ca2+、NH4+、K+、HCO3-、F-、NO3-促进硫酸钠结晶,其中,阳离子通过同离子效应协同促进硫酸钠结晶,阴离子通过同离子效应及削弱Na+与SO42-溶剂化作用协同促进硫酸钠结晶;强极性Mg2+、CO32-抑制硫酸钠结晶,Mg2+通过增强Na+与SO42-溶剂化协同促进硫酸钠溶解,CO32-通过强极性特征,促进硫酸钠溶解,在含盐废液中去除Mg2+和CO32-是促进硫酸钠结晶的必要措施;低浓度有机杂质通过削弱Na+与SO42-溶剂化作用促进Na2SO4结晶。相关理论研究为硫酸钠废盐资源化提供理论支撑。
2024, 42(9): 167-179.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409016
摘要:
污水处理厂(WWTPs)是连接物质的社会循环和自然循环的枢纽。现代WWTPs能够去除污水中的大量污染物,但是残留污染物及菌体仍随排水进入自然环境,对受纳水域造成很大干扰。微生物驱动着物质的生物地球化学循环,受纳水域的微生物群落是响应排水干扰的先锋生物。从群落结构、响应策略、致病菌与抗生素抗性传播3个方面总结了WWTPs尾水排放对受纳水域微生物群落的影响。尾水排放显著改变了受纳水域的微生物群落结构;微生物群落通过改变营养利用策略与种间关系以响应排放干扰,使污染物代谢功能在微生物群落中富集。尾水是向水环境输入致病菌与耐药菌的重要点源,也在一定程度上促进了致病菌与抗生素抗性在微生物群落中的传播。充分理解WWTPs排水对受纳水体微生物群落的影响,是开展 WWTPs排水管理和健康风险控制的科学基础。
污水处理厂(WWTPs)是连接物质的社会循环和自然循环的枢纽。现代WWTPs能够去除污水中的大量污染物,但是残留污染物及菌体仍随排水进入自然环境,对受纳水域造成很大干扰。微生物驱动着物质的生物地球化学循环,受纳水域的微生物群落是响应排水干扰的先锋生物。从群落结构、响应策略、致病菌与抗生素抗性传播3个方面总结了WWTPs尾水排放对受纳水域微生物群落的影响。尾水排放显著改变了受纳水域的微生物群落结构;微生物群落通过改变营养利用策略与种间关系以响应排放干扰,使污染物代谢功能在微生物群落中富集。尾水是向水环境输入致病菌与耐药菌的重要点源,也在一定程度上促进了致病菌与抗生素抗性在微生物群落中的传播。充分理解WWTPs排水对受纳水体微生物群落的影响,是开展 WWTPs排水管理和健康风险控制的科学基础。
2024, 42(9): 180-190.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409017
摘要:
短程硝化-厌氧氨氧化(PNA)与短程反硝化-厌氧氨氧化(PDA)工艺的脱氮性能会受到许多参数的影响。在综合考虑各种参数的基础上,对2种工艺的脱氮性能进行预测,并识别关键参数,能够为其实际工程应用提供优化目标。解决上述问题时,实验方法耗时耗力,而传统数学模型难以处理非线性关系。因此采用机器学习技术,构建的随机森林(RF)机器学习模型对2个工艺的出水总氮(TN)浓度进行了高精度预测,对PNA和PDA工艺出水TN浓度预测结果的决定系数(R2)分别为0.728、0.812。SHAP方法能够较好地解释模型的预测过程,并对各参数进行了重要性排序。在PNA工艺中,出水TN浓度主要受到进水TN浓度及COD浓度的影响。在PDA工艺中,出水TN浓度首先受进水TN浓度及氮负荷的约束。在此基础上,进水COD浓度作为另一重要因素影响着工艺的出水TN浓度。进水COD浓度在2个工艺中的共同重要性表明,2种工艺在实际应用时需要预先做好污废水中碳源的管理与分配,预分离与应用策略非常重要。该研究采用机器学习模型为PNA与PDA工艺脱氮性能的预测提供了方法指导,并基于SHAP的模型解释为2种工艺在实际应用时的关键参数识别与优化提供了选择依据。
短程硝化-厌氧氨氧化(PNA)与短程反硝化-厌氧氨氧化(PDA)工艺的脱氮性能会受到许多参数的影响。在综合考虑各种参数的基础上,对2种工艺的脱氮性能进行预测,并识别关键参数,能够为其实际工程应用提供优化目标。解决上述问题时,实验方法耗时耗力,而传统数学模型难以处理非线性关系。因此采用机器学习技术,构建的随机森林(RF)机器学习模型对2个工艺的出水总氮(TN)浓度进行了高精度预测,对PNA和PDA工艺出水TN浓度预测结果的决定系数(R2)分别为0.728、0.812。SHAP方法能够较好地解释模型的预测过程,并对各参数进行了重要性排序。在PNA工艺中,出水TN浓度主要受到进水TN浓度及COD浓度的影响。在PDA工艺中,出水TN浓度首先受进水TN浓度及氮负荷的约束。在此基础上,进水COD浓度作为另一重要因素影响着工艺的出水TN浓度。进水COD浓度在2个工艺中的共同重要性表明,2种工艺在实际应用时需要预先做好污废水中碳源的管理与分配,预分离与应用策略非常重要。该研究采用机器学习模型为PNA与PDA工艺脱氮性能的预测提供了方法指导,并基于SHAP的模型解释为2种工艺在实际应用时的关键参数识别与优化提供了选择依据。
2024, 42(9): 191-200.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409018
摘要:
为探究长江流域丘陵城镇初期雨水污染特征及初雨调蓄池的截流效果,以重庆市永川区部分分流制汇水区为研究对象,对雨水排口污染物COD、SS、TN、TP、NH3-N浓度进行了监测,分析了各污染物随降雨历时的变化、降雨特征对污染物浓度的影响,并通过无量纲累积曲线和b参数法判断降雨对该区域的初期冲刷效应,采用SWMM管网模型模拟了不同重现期下研究区域系统排口负荷及截流调蓄效果。结果表明:研究区域雨水排口各污染物在不同降雨情况下均存在初期冲刷效应;降雨过程中大部分污染物浓度在降雨过程中呈下降趋势,且在降雨后期波动较小;各降雨特征因子与雨水排口各污染物平均浓度存在相关性;对于初期雨水调蓄池,当截流比例<30%时,污染物削减率增长率较大,当截流比例>30%时,污染物削减率增长率减缓;当截流比例相同且重现期增大时,SS和COD削减率增幅较大,TN、TP和NH3-N削减率增幅较小;模拟重现期为0.5年和1年2种条件下调蓄池截流调蓄控制,截流20%的雨水径流体积时,最高可控制54.71%的污染负荷。
为探究长江流域丘陵城镇初期雨水污染特征及初雨调蓄池的截流效果,以重庆市永川区部分分流制汇水区为研究对象,对雨水排口污染物COD、SS、TN、TP、NH3-N浓度进行了监测,分析了各污染物随降雨历时的变化、降雨特征对污染物浓度的影响,并通过无量纲累积曲线和b参数法判断降雨对该区域的初期冲刷效应,采用SWMM管网模型模拟了不同重现期下研究区域系统排口负荷及截流调蓄效果。结果表明:研究区域雨水排口各污染物在不同降雨情况下均存在初期冲刷效应;降雨过程中大部分污染物浓度在降雨过程中呈下降趋势,且在降雨后期波动较小;各降雨特征因子与雨水排口各污染物平均浓度存在相关性;对于初期雨水调蓄池,当截流比例<30%时,污染物削减率增长率较大,当截流比例>30%时,污染物削减率增长率减缓;当截流比例相同且重现期增大时,SS和COD削减率增幅较大,TN、TP和NH3-N削减率增幅较小;模拟重现期为0.5年和1年2种条件下调蓄池截流调蓄控制,截流20%的雨水径流体积时,最高可控制54.71%的污染负荷。
2024, 42(9): 201-210.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409019
摘要:
通过外加H2O2溶解固态钨网上表层钨单质并产生过氧钨酸,同时在前驱体溶液中加入硫代乙酰胺,结合水热合成法与煅烧法制备得到S2-掺杂的WO3光催化纳米线(标记为S-WO3),构建了氧空位介导的高活性亲水/亲氧光催化反应系统,深入探讨了S掺杂及氧空位对促进原始WO3光催化性能及自由基生产能力的内在机制,并通过一系列甲苯的光催化降解实验验证了其污染治理能效。结果表明:S-WO3在90 min内对甲苯的去除率为91.7%,是原始WO3的3.3倍;其对应的CO2转化率为90.1%,是原始WO3的15.8倍。X射线衍射(XRD,X-ray diffraction)和电子扫描电镜(SEM,scanning electron microscope)结果显示,S2-掺杂会引起WO3晶格畸变和应力场导致晶体重新定向生长,使WO3从纳米块状结构转变成纳米线状结构,因此S-WO3纳米线具有比原始WO3更大的比表面积,光吸收能力增强。此外,电子顺磁共振(EPR,electron paramagnetic resonance)结果表明:S2-掺杂也会引起WO3晶格中氧空位产生,并作为电子陷阱捕获光生电子,促进载流子分离,提高光电转换效率。同时,与原始WO3相比,S-WO3亲水性变大,能更加有效地吸附水分子和氧分子,增大被空穴氧化和光电子还原概率,生成强氧化性羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O2-)。综上,S2-掺杂显著增强了WO3降解矿化甲苯能力。且由于S-WO3直接生长在钨网上,这种自支撑特性使其物化性能稳定,连续5次循环实验,其甲苯降解效率未见衰减,且反应过程中不产生苯等有毒中间体。相关研究结果展示了S-WO3催化剂作为高效持久降解VOCs的催化能力和实际应用前景。
通过外加H2O2溶解固态钨网上表层钨单质并产生过氧钨酸,同时在前驱体溶液中加入硫代乙酰胺,结合水热合成法与煅烧法制备得到S2-掺杂的WO3光催化纳米线(标记为S-WO3),构建了氧空位介导的高活性亲水/亲氧光催化反应系统,深入探讨了S掺杂及氧空位对促进原始WO3光催化性能及自由基生产能力的内在机制,并通过一系列甲苯的光催化降解实验验证了其污染治理能效。结果表明:S-WO3在90 min内对甲苯的去除率为91.7%,是原始WO3的3.3倍;其对应的CO2转化率为90.1%,是原始WO3的15.8倍。X射线衍射(XRD,X-ray diffraction)和电子扫描电镜(SEM,scanning electron microscope)结果显示,S2-掺杂会引起WO3晶格畸变和应力场导致晶体重新定向生长,使WO3从纳米块状结构转变成纳米线状结构,因此S-WO3纳米线具有比原始WO3更大的比表面积,光吸收能力增强。此外,电子顺磁共振(EPR,electron paramagnetic resonance)结果表明:S2-掺杂也会引起WO3晶格中氧空位产生,并作为电子陷阱捕获光生电子,促进载流子分离,提高光电转换效率。同时,与原始WO3相比,S-WO3亲水性变大,能更加有效地吸附水分子和氧分子,增大被空穴氧化和光电子还原概率,生成强氧化性羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O2-)。综上,S2-掺杂显著增强了WO3降解矿化甲苯能力。且由于S-WO3直接生长在钨网上,这种自支撑特性使其物化性能稳定,连续5次循环实验,其甲苯降解效率未见衰减,且反应过程中不产生苯等有毒中间体。相关研究结果展示了S-WO3催化剂作为高效持久降解VOCs的催化能力和实际应用前景。
2024, 42(9): 211-221.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409020
摘要:
垃圾焚烧发电已成为我国城市生活垃圾处理的主要方式,随着焚烧烟气污染物排放标准日趋严格,烟气多污染物串联分步净化工艺存在流程长、占地大、设备多、投资和运行成本高的问题。为解决以上问题,垃圾焚烧烟气净化工艺有必要从“单一污染物控制”向“多污染物协同控制”发展,烟气多污染物一体化净化成为新趋势。讨论了垃圾焚烧烟气多污染物一体化协同净化技术的机理、技术特征、关键影响因素、优缺点以及工程应用情况,最后提出了对未来研究的建议和展望,以期为开发一体化净化新技术提供启示,并推动县域小型垃圾焚烧发电厂烟气处理的发展。
垃圾焚烧发电已成为我国城市生活垃圾处理的主要方式,随着焚烧烟气污染物排放标准日趋严格,烟气多污染物串联分步净化工艺存在流程长、占地大、设备多、投资和运行成本高的问题。为解决以上问题,垃圾焚烧烟气净化工艺有必要从“单一污染物控制”向“多污染物协同控制”发展,烟气多污染物一体化净化成为新趋势。讨论了垃圾焚烧烟气多污染物一体化协同净化技术的机理、技术特征、关键影响因素、优缺点以及工程应用情况,最后提出了对未来研究的建议和展望,以期为开发一体化净化新技术提供启示,并推动县域小型垃圾焚烧发电厂烟气处理的发展。
2024, 42(9): 222-228.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409021
摘要:
使用Ca(OH)2作为固体反应物去除工业烟气流中的HCl是一种简单而有效的工艺解决方案。实际应用中有很多种情景,需要将HCl预先脱除后再进行后续污染物治理。然而,烟气中的SO2与HCl在碱性吸收剂上有本能的、强烈的竞争,造成了不利影响,使去除机制混乱,以往的研究尚未达成令人信服的共识。为了解决这一问题,在固定床反应器上设计了一系列实验来评估SO2对吸收剂脱除HCl性能的影响。结合表征结果与热力学特征进一步研究了SO2对HCl的竞争机理。结果表明,在Ca(OH)2吸收剂表面HCl对活性位点竞争的优先性优于SO2,从而HCl能够进入吸收剂内部继续反应。但在竞争过程中部分SO2仍然能通过消耗Ca(OH)2吸收剂表面的活性位点,形成产物层而降低表面活性,从而对HCl的脱除产生不利影响。这些发现有助于阐明烧结烟气中钙基吸收剂上SO2与HCl的竞争机制。
使用Ca(OH)2作为固体反应物去除工业烟气流中的HCl是一种简单而有效的工艺解决方案。实际应用中有很多种情景,需要将HCl预先脱除后再进行后续污染物治理。然而,烟气中的SO2与HCl在碱性吸收剂上有本能的、强烈的竞争,造成了不利影响,使去除机制混乱,以往的研究尚未达成令人信服的共识。为了解决这一问题,在固定床反应器上设计了一系列实验来评估SO2对吸收剂脱除HCl性能的影响。结合表征结果与热力学特征进一步研究了SO2对HCl的竞争机理。结果表明,在Ca(OH)2吸收剂表面HCl对活性位点竞争的优先性优于SO2,从而HCl能够进入吸收剂内部继续反应。但在竞争过程中部分SO2仍然能通过消耗Ca(OH)2吸收剂表面的活性位点,形成产物层而降低表面活性,从而对HCl的脱除产生不利影响。这些发现有助于阐明烧结烟气中钙基吸收剂上SO2与HCl的竞争机制。
2024, 42(9): 229-239.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409022
摘要:
在全球环境问题日益突出,尤其是对大气汞污染控制的高度重视下,科研人员在针对燃煤烟气及其他工业排放中单质汞(Hg0)脱除技术的研究上取得了显著进步。其中,Hg0氧化催化剂扮演着核心角色,通过催化转化Hg0为易于捕集和处理的二价汞化合物,有效降低了大气中汞排放。尽管该方面已有一定的研究成果,但设计与开发新型高效、稳定且适应复杂工况条件的Hg0氧化催化剂,当前仍面临诸多挑战。系统梳理了Hg0控制技术和几种主要的Hg0氧化催化剂类型(包括分子筛、钙钛矿、贵金属催化剂、过渡金属氧化物和钒基SCR催化剂)、特性和优缺点。并深入探讨了Hg0氧化过程的可能机理,包括均相和多相氧化机制,以及影响Hg0氧化性能的关键因素。该研究结果丰富了汞污染防治的理论基础,也为未来设计更加高效实用的Hg0氧化催化剂提供了参考。
在全球环境问题日益突出,尤其是对大气汞污染控制的高度重视下,科研人员在针对燃煤烟气及其他工业排放中单质汞(Hg0)脱除技术的研究上取得了显著进步。其中,Hg0氧化催化剂扮演着核心角色,通过催化转化Hg0为易于捕集和处理的二价汞化合物,有效降低了大气中汞排放。尽管该方面已有一定的研究成果,但设计与开发新型高效、稳定且适应复杂工况条件的Hg0氧化催化剂,当前仍面临诸多挑战。系统梳理了Hg0控制技术和几种主要的Hg0氧化催化剂类型(包括分子筛、钙钛矿、贵金属催化剂、过渡金属氧化物和钒基SCR催化剂)、特性和优缺点。并深入探讨了Hg0氧化过程的可能机理,包括均相和多相氧化机制,以及影响Hg0氧化性能的关键因素。该研究结果丰富了汞污染防治的理论基础,也为未来设计更加高效实用的Hg0氧化催化剂提供了参考。
2024, 42(9): 240-246.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409023
摘要:
化粪池是城市粪便污水系统温室气体的主要排放源,但目前人们对化粪池温室气体的排放特征仍不太了解,碳排放核算也缺乏基础参数。夏季是化粪池温室气体排放的主要季节,通过试验模拟了华北某小区夏季化粪池对实际生活污水的厌氧降解过程,考察了温室气体的排放特征和影响因素,并测算了该小区化粪池的CH4排放因子。结果表明,25~28 ℃时,模拟化粪池系统对COD和VFA的去除率分别为53.4%~76.9%和13.6%~24.9%,其CH4和CO2排放强度分别为3.1~8.1 mg/L和10.3~16.7 mg/L;化粪池对COD的去除率随化粪池底部沉积物的增多、进水水量降低及水温的升高而增大,CH4排放强度呈现相同的规律,沉积物高度、进水流量对化粪池CO2的排放强度影响较小,但是水温升高后CO2的排放强度将明显增加;化粪池排放的CH4主要以气态形式存在于反应器的顶部空间,CO2主要溶解于液相,随水流排出;在28 ℃和25 ℃条件下,化粪池去除单位质量(1 kg) COD产生的CH4量分别为0.103 kg和0.077 kg,排放的CH4量分别为0.029 kg和0.021 kg,居民人均CH4产量分别为12.36 g CH4/(cap·d)和9.24 g CH4/(cap·d)。
化粪池是城市粪便污水系统温室气体的主要排放源,但目前人们对化粪池温室气体的排放特征仍不太了解,碳排放核算也缺乏基础参数。夏季是化粪池温室气体排放的主要季节,通过试验模拟了华北某小区夏季化粪池对实际生活污水的厌氧降解过程,考察了温室气体的排放特征和影响因素,并测算了该小区化粪池的CH4排放因子。结果表明,25~28 ℃时,模拟化粪池系统对COD和VFA的去除率分别为53.4%~76.9%和13.6%~24.9%,其CH4和CO2排放强度分别为3.1~8.1 mg/L和10.3~16.7 mg/L;化粪池对COD的去除率随化粪池底部沉积物的增多、进水水量降低及水温的升高而增大,CH4排放强度呈现相同的规律,沉积物高度、进水流量对化粪池CO2的排放强度影响较小,但是水温升高后CO2的排放强度将明显增加;化粪池排放的CH4主要以气态形式存在于反应器的顶部空间,CO2主要溶解于液相,随水流排出;在28 ℃和25 ℃条件下,化粪池去除单位质量(1 kg) COD产生的CH4量分别为0.103 kg和0.077 kg,排放的CH4量分别为0.029 kg和0.021 kg,居民人均CH4产量分别为12.36 g CH4/(cap·d)和9.24 g CH4/(cap·d)。
2024, 42(9): 247-254.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409024
摘要:
随着电炉炼钢在我国钢铁生产领域的占比不断增大,炼钢过程所带来的二噁英污染问题也日益严峻。活性炭吸附技术是目前电炉炼钢企业脱除烟气中二噁英的主要手段。围绕适用于二噁英吸附的活性炭制备开展了一系列研究,结果表明:1)羟丙基甲基纤维素(HPMC)与低熔点玻璃粉(ST880)可作为新型绿色黏结剂用于活性炭成型,避免了煤焦油和沥青的使用,减少了活性炭生产过程中污染物的产生。HPMC为水溶性纤维素醚类衍生物,主要用来提高活性炭在高温活化前的耐磨强度;低熔点玻璃粉作为无机功能材料,具有优异的热稳定性和高温黏结性,保证了活性炭在高温活化过程不会破碎成粉、高温活化后仍具有较好的耐磨强度。2)根据二噁英吸附对活性炭孔结构参数的要求,采用简单的水蒸气活化法对成型活性炭进行了定向孔结构改造。适宜的液态水流量不仅关系到样品的产率,还会影响样品的孔隙性质。提高液态水流量,或在液态水总量一定时延长活化时间均有利于水蒸气在活性炭内部的扩散以及与碳原子的反应,容易得到中孔率较高的活性炭。在950 ℃下通入180 mL/h的液态水活化4 h,活性炭收率为50.1%,中孔体积为0.36 cm3/g,所得样品对二噁英的脱除效率为90.9%。
随着电炉炼钢在我国钢铁生产领域的占比不断增大,炼钢过程所带来的二噁英污染问题也日益严峻。活性炭吸附技术是目前电炉炼钢企业脱除烟气中二噁英的主要手段。围绕适用于二噁英吸附的活性炭制备开展了一系列研究,结果表明:1)羟丙基甲基纤维素(HPMC)与低熔点玻璃粉(ST880)可作为新型绿色黏结剂用于活性炭成型,避免了煤焦油和沥青的使用,减少了活性炭生产过程中污染物的产生。HPMC为水溶性纤维素醚类衍生物,主要用来提高活性炭在高温活化前的耐磨强度;低熔点玻璃粉作为无机功能材料,具有优异的热稳定性和高温黏结性,保证了活性炭在高温活化过程不会破碎成粉、高温活化后仍具有较好的耐磨强度。2)根据二噁英吸附对活性炭孔结构参数的要求,采用简单的水蒸气活化法对成型活性炭进行了定向孔结构改造。适宜的液态水流量不仅关系到样品的产率,还会影响样品的孔隙性质。提高液态水流量,或在液态水总量一定时延长活化时间均有利于水蒸气在活性炭内部的扩散以及与碳原子的反应,容易得到中孔率较高的活性炭。在950 ℃下通入180 mL/h的液态水活化4 h,活性炭收率为50.1%,中孔体积为0.36 cm3/g,所得样品对二噁英的脱除效率为90.9%。
2024, 42(9): 255-260.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409025
摘要:
烟气中三氧化硫(SO3)是固定源可凝结颗粒物的主要气态前体物之一,排入大气环境后可形成“蓝烟”,具有较强的腐蚀性和环境毒性。目前监测烟气中SO3的方法有多种,测量结果差异较大、准确性较难评判,需要对SO3监测设备进行定期标定。但由于SO3反应活性高、难以稳定保存,导致缺少标气,这大大限制了SO3测量的准确性。研制了基于催化氧化SO2生成SO3的便携式标气发生装置,并对其SO3的产率、稳定性及其影响因素进行了评测。结果表明:在填装600 mg钒催化剂(40~60目),持续通入0.1 L/min、1000 ppm(μmol/mol)的SO2气体,催化温度430 ℃的条件下,SO2转化效率为98.5%。用洁净零空气按一定比例对高浓度SO3气体进行稀释混合,可线性输出浓度范围10~1000 ppm的SO3标气,用于SO3监测设备的标定和质控。
烟气中三氧化硫(SO3)是固定源可凝结颗粒物的主要气态前体物之一,排入大气环境后可形成“蓝烟”,具有较强的腐蚀性和环境毒性。目前监测烟气中SO3的方法有多种,测量结果差异较大、准确性较难评判,需要对SO3监测设备进行定期标定。但由于SO3反应活性高、难以稳定保存,导致缺少标气,这大大限制了SO3测量的准确性。研制了基于催化氧化SO2生成SO3的便携式标气发生装置,并对其SO3的产率、稳定性及其影响因素进行了评测。结果表明:在填装600 mg钒催化剂(40~60目),持续通入0.1 L/min、1000 ppm(μmol/mol)的SO2气体,催化温度430 ℃的条件下,SO2转化效率为98.5%。用洁净零空气按一定比例对高浓度SO3气体进行稀释混合,可线性输出浓度范围10~1000 ppm的SO3标气,用于SO3监测设备的标定和质控。
2024, 42(9): 261-275.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409026
摘要:
随着我国城市化水平的不断提升,污水厂产生的污泥量目前已位居世界首位。作为一项新兴处理技术,污泥热解炭化有着低污染、低排放、高资源回收性的特点,可助力城镇供排水系统实现节能减碳与绿色发展目标。对我国热解技术的政策发展历程及标准化工作进行了总结,系统性综述了影响污泥热解炭化过程的关键因子及响应机制,并对热解炭化过程中污染物的迁移转化规律进行了探讨,明确了热解炭化可实现重金属的钝化、抗生素抗性基因和微塑料等新污染物的削减。热解炭化前合适的预处理方式可以减少污泥热解过程中NOx、SOx等污染物前驱体的生成。微波辅助热解及污泥与其他生物质共热解的相关研究,为污泥炭化提供了创新思路。污泥热解炭经改性处理可用作吸附剂、催化剂和土壤改良剂等高值化资源产品。我国目前已经建设起诸多污泥热解炭化的典型工程案例,对于污泥炭化的进一步推广具有重要指导意义。但现有污泥热解装备仍存在传质效率低等问题,亟需进一步创新研发,标准规范方面需要进一步完善相关的运行与环评导则、污染物控制与产物质量标准、价格机制等。
随着我国城市化水平的不断提升,污水厂产生的污泥量目前已位居世界首位。作为一项新兴处理技术,污泥热解炭化有着低污染、低排放、高资源回收性的特点,可助力城镇供排水系统实现节能减碳与绿色发展目标。对我国热解技术的政策发展历程及标准化工作进行了总结,系统性综述了影响污泥热解炭化过程的关键因子及响应机制,并对热解炭化过程中污染物的迁移转化规律进行了探讨,明确了热解炭化可实现重金属的钝化、抗生素抗性基因和微塑料等新污染物的削减。热解炭化前合适的预处理方式可以减少污泥热解过程中NOx、SOx等污染物前驱体的生成。微波辅助热解及污泥与其他生物质共热解的相关研究,为污泥炭化提供了创新思路。污泥热解炭经改性处理可用作吸附剂、催化剂和土壤改良剂等高值化资源产品。我国目前已经建设起诸多污泥热解炭化的典型工程案例,对于污泥炭化的进一步推广具有重要指导意义。但现有污泥热解装备仍存在传质效率低等问题,亟需进一步创新研发,标准规范方面需要进一步完善相关的运行与环评导则、污染物控制与产物质量标准、价格机制等。
2024, 42(9): 276-284.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409027
摘要:
新冠肺炎疫情期间,全球医疗废物产生量急剧增加,同时也暴露出医疗废物应急处置缺陷。目前我国医疗废物常规处置需求已基本满足,但在应急情况、边远地区处置方面仍存在设施储备不足、管理依据缺失等问题。应对此问题,医疗废物小型化原位处置技术被广泛研发并投入应用,以解决部分地区医疗废物应急处置、远距离运输以及产生源分散等带来的环境与健康风险。基于我国医疗废物处置现状,梳理现存问题,比较分析了医疗废物小型化原位处置技术,并结合医疗废物集中处置方面的商业模式,对小型化原位处置商业模式进行探讨,以期为医疗废物小型化原位处置技术的应用与推广提供参考。
新冠肺炎疫情期间,全球医疗废物产生量急剧增加,同时也暴露出医疗废物应急处置缺陷。目前我国医疗废物常规处置需求已基本满足,但在应急情况、边远地区处置方面仍存在设施储备不足、管理依据缺失等问题。应对此问题,医疗废物小型化原位处置技术被广泛研发并投入应用,以解决部分地区医疗废物应急处置、远距离运输以及产生源分散等带来的环境与健康风险。基于我国医疗废物处置现状,梳理现存问题,比较分析了医疗废物小型化原位处置技术,并结合医疗废物集中处置方面的商业模式,对小型化原位处置商业模式进行探讨,以期为医疗废物小型化原位处置技术的应用与推广提供参考。
2024, 42(9): 285-291.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409028
摘要:
为探明不同水热预处理方法对秸秆结构特征、化学组成和酶解特性的影响及其机制,采用了单独水热、KOH、CH3COOH、HCl、FeCl2 5种水热条件对水稻秸秆进行预处理,从物料损失、化学组分、比表面积、孔隙结构、化学结构、表面粗糙度、粒径分布及酶解后糖浓度进行分析,阐明了不同预处理方法对秸秆组成结构及酶解特性的影响机制。结果表明:碱热预处理能通过酯键的断裂从而有效去除秸秆中的木质素,木质素回收率低至46.2%;而木质素的溶出造成了孔道坍塌,相对结晶度显著增加(38.9%),孔径和比表面积减小至9.24 nm和2.62 m2/g。酸处理均能促进半纤维素的溶解,使得秸秆中形成了更多的小孔和微孔。碱热预处理后,秸秆的粒径由0.334 mm降至0.141 mm,分形维数由1.92减至1.71,疏松的结构促进了酶解反应效率,总糖浓度达到39.9 g/L,且葡萄糖和木糖占比较大,而HCl组预处理后的葡萄糖含量最高。
为探明不同水热预处理方法对秸秆结构特征、化学组成和酶解特性的影响及其机制,采用了单独水热、KOH、CH3COOH、HCl、FeCl2 5种水热条件对水稻秸秆进行预处理,从物料损失、化学组分、比表面积、孔隙结构、化学结构、表面粗糙度、粒径分布及酶解后糖浓度进行分析,阐明了不同预处理方法对秸秆组成结构及酶解特性的影响机制。结果表明:碱热预处理能通过酯键的断裂从而有效去除秸秆中的木质素,木质素回收率低至46.2%;而木质素的溶出造成了孔道坍塌,相对结晶度显著增加(38.9%),孔径和比表面积减小至9.24 nm和2.62 m2/g。酸处理均能促进半纤维素的溶解,使得秸秆中形成了更多的小孔和微孔。碱热预处理后,秸秆的粒径由0.334 mm降至0.141 mm,分形维数由1.92减至1.71,疏松的结构促进了酶解反应效率,总糖浓度达到39.9 g/L,且葡萄糖和木糖占比较大,而HCl组预处理后的葡萄糖含量最高。
2024, 42(9): 292-300.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409029
摘要:
随着新兴产业光固化3D打印技术的迅速发展,光固化3D打印废物(photocured waste, PCW)作为一种新型固废,可能会给环境带来新的挑战。目前PCW增长迅速但产量较低,没有针对性的回收处置方式,主要作为城市生活垃圾(municipal solid waste, MSW)的一部分进行处置。由于其热固性难降解特点,处置方式以焚烧为主,但PCW的焚烧特性尚不清晰。因此研究了PCW在焚烧过程热失重特性,应用Flynn Wall-Ozawa(FWO)、Starink和Kissinger-Akahira Sunose(KAS)3种动力学模型对PCW焚烧反应动力学模型进行计算。结合PCW随MSW处置现状,进一步对比PCW随MSW焚烧处置过程活化能变化,同时利用TG-FTIR对反应过程的分析结果进行验证。结果表明,KAS法和Starink法的结果相似,拟合效果均较好。PCW的焚烧过程主要分为4个阶段,活化能在210~400 kJ/mol,在高温下更容易发生分解。PCW随MSW焚烧前后热失重过程较为相似,主要分为2个阶段,在温度为440 ℃时活化能最高,反应最为困难。PCW随MSW焚烧会增加充分燃烧反应耗能,随着PCW产量不断增加,可能对MSW焚烧处置产生一定影响。随着光固化3D打印技术应用日益广泛,其废弃物的合理处置应得到关注。
随着新兴产业光固化3D打印技术的迅速发展,光固化3D打印废物(photocured waste, PCW)作为一种新型固废,可能会给环境带来新的挑战。目前PCW增长迅速但产量较低,没有针对性的回收处置方式,主要作为城市生活垃圾(municipal solid waste, MSW)的一部分进行处置。由于其热固性难降解特点,处置方式以焚烧为主,但PCW的焚烧特性尚不清晰。因此研究了PCW在焚烧过程热失重特性,应用Flynn Wall-Ozawa(FWO)、Starink和Kissinger-Akahira Sunose(KAS)3种动力学模型对PCW焚烧反应动力学模型进行计算。结合PCW随MSW处置现状,进一步对比PCW随MSW焚烧处置过程活化能变化,同时利用TG-FTIR对反应过程的分析结果进行验证。结果表明,KAS法和Starink法的结果相似,拟合效果均较好。PCW的焚烧过程主要分为4个阶段,活化能在210~400 kJ/mol,在高温下更容易发生分解。PCW随MSW焚烧前后热失重过程较为相似,主要分为2个阶段,在温度为440 ℃时活化能最高,反应最为困难。PCW随MSW焚烧会增加充分燃烧反应耗能,随着PCW产量不断增加,可能对MSW焚烧处置产生一定影响。随着光固化3D打印技术应用日益广泛,其废弃物的合理处置应得到关注。
2024, 42(9): 301-310.
doi: 10.13205/j.hjgc.202409030
摘要:
为实现可持续绿色能源目标,将来源广泛的生物质能源高效资源化,采用暗光混合发酵技术,从好氧污泥、厌氧污泥、湖泥、牛粪中富集了4种暗光混合菌群利用葡萄糖进行厌氧发酵制氢实验,并对发酵过程中微生物、产氢、生长、物质变化特性进行研究。16S rRNA 高通量结果显示,4种菌群均是以红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)为主的暗光混合菌群,菌群结构具有多样性,菌群之间差异明显。其中,牛粪混合菌群产氢性能最好,在30 mmol/L葡萄糖、35 ℃、5000 lux条件下,累积氢气产率为(633.93±4.87) mL/L,最大产氢速率为(8.55±0.31) mL/(L·h),能量转化率可达到9.22%,底物中7.32%的电子流向H2。结果表明:暗光混合菌群能高效地利用底物进行厌氧发酵制氢。
为实现可持续绿色能源目标,将来源广泛的生物质能源高效资源化,采用暗光混合发酵技术,从好氧污泥、厌氧污泥、湖泥、牛粪中富集了4种暗光混合菌群利用葡萄糖进行厌氧发酵制氢实验,并对发酵过程中微生物、产氢、生长、物质变化特性进行研究。16S rRNA 高通量结果显示,4种菌群均是以红假单胞菌属(Rhodopseudomonas)为主的暗光混合菌群,菌群结构具有多样性,菌群之间差异明显。其中,牛粪混合菌群产氢性能最好,在30 mmol/L葡萄糖、35 ℃、5000 lux条件下,累积氢气产率为(633.93±4.87) mL/L,最大产氢速率为(8.55±0.31) mL/(L·h),能量转化率可达到9.22%,底物中7.32%的电子流向H2。结果表明:暗光混合菌群能高效地利用底物进行厌氧发酵制氢。
