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当期目录

2024年 第42卷  第4期

“受环境工程影响的生态环境效应与风险评价”专题
污水处理厂废水排放对近海抗生素污染的贡献:以杭州湾为例
李菲菲, 苏志国, 曹丰, 母清林, 黄备, 陈吕军, 温东辉
2024, 42(4): 1-8. doi: 10.13205/j.hjgc.202404001
摘要:
以污染形势严峻的东海杭州湾(HB)为研究对象,采用超高效液相色谱质谱联用仪,探究6类77种抗生素在污水处理厂、近岸纳污区和近海地区的组成和分布规律。检测结果显示,污水处理厂对抗生素的去除率介于31.1%~88.8%,其中对喹诺酮类抗生素去除率最高,平均为80.3%。污水厂出水排入相应的近岸纳污区,嘉兴(JX)纳污区检出53种抗生素,平均浓度为48180.7 ng/L,上虞(SY)纳污区检出63种抗生素,平均浓度为341.2 ng/L。主成分分析结果表明,污水处理厂是SY纳污区抗生素污染的重要来源,而JX纳污区抗生素受污水处理厂排水的影响小,明显受到含有兽用抗生素的其他污染源影响。近岸纳污区汇集了含抗生素废水后,成为近海抗生素污染的"源"。近海检出51种抗生素,平均浓度达189.5 ng/L。抗生素浓度从近岸向近海扩散存在明显的"距离衰减"趋势,尤其以喹诺酮类抗生素的衰减幅度最大。
城镇污水处理厂N2O排放:排放特征及控制措施
张亦藜, 刘辉, 钱晓雍
2024, 42(4): 9-21. doi: 10.13205/j.hjgc.202404002
摘要:
城镇污水处理厂是重要的氧化亚氮(N2O)排放源。归纳了不同地域、不同工艺城镇污水处理厂N2O排放特征,从运行参数优化和新技术开发与应用层面分析了N2O减排措施。我国城镇污水处理厂N2O排放量呈现出东部地区高于西部地区、污水处理高于污泥处理的特征。在"双碳"背景下,N2O减排不宜以NO等副产物和能耗的增加为代价。城镇污水处理厂可采用敞开式池体加盖加罩、精确曝气系统等工程措施,在无大幅电耗增加的前提下最大限度改善反应条件,实现城镇污水处理厂N2O减排;同时,推进好氧颗粒污泥、厌氧氨氧化、耦合好氧-缺氧氮分解工艺等新技术产业化,并将尾水及侧流污水N2O处理设施纳入建设,助力城镇污水处理厂近零排放。总的来说,运行参数的完善和技术的进步有助于城镇污水处理厂N2O减排,对实现城镇污水处理厂低碳运行意义深远。
不同水质条件下污水管道甲烷排放规律及微生物作用机制
赵刚, 蒋明, 韦志成, 王凤, 罗景阳, 唐建国
2024, 42(4): 22-30. doi: 10.13205/j.hjgc.202404003
摘要:
城市污水管道是甲烷等温室气体的重要潜在来源,影响因素繁多。目前,不同水质条件对管道甲烷产排特性、底物的转化规律和微生物作用机制仍有待进一步解析。通过静态模拟试验探究了污水管道系统中不同污水浓度下(100~700 mg COD/L)挥发性脂肪酸(VFAs)含量及甲烷排放特征。结果表明:管道系统中污水COD浓度越高,VFAs和甲烷产量越高。与低浓度污水(100 mg COD/L)相比,高浓度污水管道系统中(500,700 mg COD/L)VFAs产量增长了2.4,4.1倍,甲烷排放量增加了8.1,21.0倍。机理分析发现,管道系统内高浓度污水有利于水解、酸化和产甲烷等厌氧微生物的富集,并导致与胞外水解(如dacC)、胞内代谢(如yhdR)、脂肪酸生成(如pta)和甲烷生成(ftr、fwd)等相关的功能基因表达的上调,进而提升微生物产甲烷代谢活性。偏最小二乘路径模型(PLS-PM)分析表明:功能微生物群落(λ=0.721)和相关代谢基因的表达(λ=0.640)是影响污水管道甲烷产排的主要因素,而污水COD浓度为次要因子(λ=0.623)。
垃圾焚烧厂渗沥液处理系统碳排放特性研究
冮沁彦, 马小茜, 刘超, 汪涵, 王亚宜
2024, 42(4): 31-39. doi: 10.13205/j.hjgc.202404004
摘要:
推进污水处理过程碳减排对于实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。垃圾焚烧渗沥液成分复杂、污染物浓度高,其处理系统是温室气体的重要排放源之一。然而,目前渗沥液处理系统碳排放特性尚不清晰,这阻碍了减污降碳方案制定与实施步伐。以长三角地区某典型生活垃圾焚烧发电厂渗沥液处理系统为研究对象,采用生命周期评价方法(life cycle assessment,LCA)对其进行碳足迹核算,重点关注其在不同水质、水量条件下的碳排放特性并评估其减污降碳潜力。结果表明:渗沥液处理系统的直接碳排放量呈春夏高、秋冬低的趋势,其中,N2O是最重要的直接碳排放来源(0.4~47.7 t CO2 eq);间接碳排放量远高于直接碳排放量,电力是最大的间接碳排放来源(78.2~121.3 t CO2 eq)。虽然外加碳源可在一定程度上减少直接碳排放量,但会增加间接碳排放量。回收厌氧消化(anaerobic digestion,AD)单元中产生的CH4(0~160.3 t CO2 eq)是实现渗沥液处理系统碳中和重要途径。垃圾分类后虽然直接和间接碳排放量有所降低,但碳回收量有限,使得渗沥液处理厂净碳排放量增加,渗沥液处理系统从碳汇转变为碳源。总体来说,在渗沥液处理系统碳减排策略中,电力是需要重点控制的碳排放来源,可通过提高脱氮效果来减少直接碳排放量。在各渗沥液处理单元中,两级硝化反硝化(A/O)工艺的升级改进至关重要,可有效实现节能减排。
基于Visual Modflow的重庆某垃圾填埋场封场后地下水污染物运移模拟研究
杨延梅, 夏铜, 张赟, 敖亮
2024, 42(4): 40-47. doi: 10.13205/j.hjgc.202404005
摘要:
垃圾填埋场作为潜在的地下水污染源,在封场后渗滤液仍可能泄漏对周边地下水造成极大的污染风险,因此,研究填埋场渗滤液泄漏后污染物运移规律对于填埋场封场后的管理和地下水污染监测具有重要意义。 基于Visual Modflow 软件建立水流和溶质运移模型,仅考虑填埋区底部长期连续泄漏这一非正常工况,对生活填埋场典型污染物(COD)的运移扩散规律进行预测。 结果表明:研究区地下水流向从北向南流动,COD泄漏后向下游方向运移;填埋区底部长期连续泄漏使污染羽的扩散范围、距离、最大浓度不断增大,到3650 d时已经超出研究区边界,对右侧的CY河造成污染,因此发现泄漏后一定要及时采取有效措施,如气相抽提、PRB技术等,避免污染物继续运移扩散;必须加强填埋场及其周边地下水的监测工作,定期检查维护地下水监测井,建立合理的应急响应机制。
填埋场中鸟类觅食的污染物传播风险探究
王志杰, 祁程, 楼紫阳, 王罗春, 王川
2024, 42(4): 48-57. doi: 10.13205/j.hjgc.202404006
摘要:
垃圾填埋场中大量的剩余食物吸引鸟类进入觅食。在有机质类垃圾被消耗的同时,塑料、重金属和病原体等污染物也被鸟类携带进入栖息地,对当地生态环境产生潜在影响。基于现有文献报道,梳理了鸟类在填埋场污染物迁移过程中扮演的角色,详细分析了塑料、重金属、抗生素耐药菌通过鸟类传播的具体途径及对环境造成的负面影响。根据鸟类进入填埋场的原因,针对性提出了未来填埋场管理的相关建议。以期在保护鸟类生态的同时,有效降低填埋场内污染物的传播风险及危害程度。
我国城镇供热管网输配再生水的应用前景与风险管控分析
张倬玮, 薛松, 巫寅虎, 孙博, 管运涛, 胡洪营
2024, 42(4): 58-65. doi: 10.13205/j.hjgc.202404007
摘要:
为解决当前我国再生水管网建设滞后难题,提高再生水利用效率,提出了利用供热管网输配再生水,分析了我国供热管网输配再生水的应用前景,识别了风险类型和主要风险因子,提出了管控措施建议。结果表明:化学腐蚀、生物腐蚀、结垢和"黄水"是供热管网输配再生水的主要风险。A级再生水是供热管网补水的优选水源。pH、无机盐和有机物是供热管网输配再生水用于工业的风险因子,营养物质、重金属是用于景观环境、城镇杂用和农业的风险因子。软化、脱氧和去除有机物是供热管网输配再生水风险管控必备措施。去除营养物质,控制重金属,降低拉森指数,按比例切换水源是各情景的针对性风险管控关键要点。结合太原市水质分析了主要应用情景与管控措施的可行性,可为城镇供热管网输配再生水提供理论依据和技术参考。
火电厂烟囱高度变化对空气质量的影响评估及启示
任家豪, 肖斌, 陈义珍, 张凯, 赵妤希
2024, 42(4): 66-73. doi: 10.13205/j.hjgc.202404008
摘要:
为了解火电厂在全面实施"超低排放"后是否仍有必要采用高烟囱排放,以益阳电厂为例,用AERMOD模型模拟2种排放高度(210 m与60 m)在不同气象年对益阳市国控站点大气污染物浓度的影响。结果显示,无论在典型气象年还是不利气象年,临时烟囱(60 m)相比原烟囱(210 m)对各站点大气污染物浓度都有不利影响,导致典型气象年各污染物最大日均浓度增加8.82~20.19 μg/m3,最大年均浓度增加0.91~2.08 μg/m3,不利气象年的影响总体上大于典型气象年。同时,使用临时烟囱排放导致益阳市NO2最大占标率上升21.9%, PM2.5最大占标率上升11.4%,多个站点颗粒物超标天数增加≥2 d。考虑中国仍以煤电为主的现状,以及空气质量改善的迫切需求,因此应审慎考虑大幅降低排放烟囱的高度。
水污染防治
中国多区域生产消费方式转型对珠江流域用水的影响
钟秋萌, 邓梓君, 梁雨晗, 李慧, 梁赛
2024, 42(4): 74-81. doi: 10.13205/j.hjgc.202404009
摘要:
社会经济系统与流域水系统构成了流域复合生态系统,探究了流域内外生产消费方式转型对流域用水量的影响可为流域复合生态系统的水资源管理提供新思路。以珠江流域复合生态系统为例,基于环境投入产出模型和结构分解分析追踪了2007—2017年中国多区域生产消费方式转型对珠江流域用水的影响。结果表明:流域外最终需求驱动了珠江流域20%~23%的用水,且流域外生产消费方式转型对珠江流域用水量的贡献不容忽略。浙江、河北等地对珠江流域用水增量贡献较大;上海、北京对流域用水减量贡献超过流域内除广西和广东外的其他省份,主要归因于最终需求结构优化。用水强度降低是促进流域用水量减少的重要因素。然而,除通过生产侧节水措施降低流域内用水强度外,亟须突破以末端控制为主的水资源管理思路,从多区域复合生态系统视角关注流域内外各地区的协同生产消费方式转型,同时从需求侧调控带动全产业链节水。
GAST-SWMM耦合数值模型在大尺度城区致涝风险评估中的应用
银雅伦, 侯精明, 李欣怡, 栾广学, 高徐军, 王添, 沈健, 乔梦曦
2024, 42(4): 82-90. doi: 10.13205/j.hjgc.202404010
摘要:
开展城区暴雨致涝风险评估对内涝整治及城市安全发展至关重要,以银川市310 km2主城区为例,建立基于GPU加速技术的城市地表积涝及地下管网排水过程的GAST-SWMM高效高分辨率耦合模型。通过实测内涝积水点信息对模型进行验证,分别模拟20年和30年一遇24 h长历时暴雨条件下研究区域规划前后的内涝区位及风险等级,并分析其内涝削减情况,绘制内涝风险图。结果表明:与实测值相比,模型模拟误差<6%,具有较高的模拟精度;规划后与规划前相比,积水面积峰值削减率的平均值分别达到41.6%和45.03%,积水水深峰值削减率的平均值分别达到51.74%和56.05%,且高风险积水点全部降低为中风险与低风险。耦合数值模型在大尺度城区暴雨致涝风险评估中应用效果较好,研究结果对银川市暴雨易涝点防治及消除具有重要的参考价值。
东江流域水环境中对羟基苯甲酸酯及其代谢物的赋存特征及生态风险评估
张雷, 李雪梅, 魏源, 冯承莲, 苏海磊, 刘玉贤, 赵亚男, 李飞龙, 郭芬, 张远, 薛靖川
2024, 42(4): 91-99. doi: 10.13205/j.hjgc.202404011
摘要:
对羟基苯甲酸酯(Parabens)作为防腐剂被广泛用于食品、化妆品、药品和工业产品的生产和使用中。然而,作为一种新兴的内分泌干扰物,Parabens在水环境中长期积累会对生态环境和人类健康造成威胁。分析了东江水体与底泥中Parabens及其常见代谢物的赋存特征,并评估了其可能造成的生态风险。结果表明:东江水体中Parabens含量为1.17~17.01 ng/L,底泥中Parabens含量为19.0~765.959 ng/g。其中,西枝江(XZJ)段水体及底泥中Parabens的平均含量均较高,分别为3.62 ng/L、155.99 ng/g。对羟基苯甲酸甲酯(Methyl parabens, MeP)和其主要代谢产物对羟基苯甲酸(4-hydroxybenzoic acid, 4-HB)是东江流域水环境中Parabens的主要存在单体。Parabens各种单体水平在不同地区也表现出一定的差异性,可能与食品、药品和化妆品的不同消费习惯有关。风险评估表明,东江水体中Parabens的生态风险水平较低,但是长期暴露可能会对生态系统造成较大危害,需要引起关注和重视。研究结果为此类物质的风险评估和环境管理提供了科学支撑。
碳氮比对MBBR系统脱氮性能及微生物群落的影响
曾锦涌, 柯水洲, 袁辉洲, 祝凉, 马晶伟, 袁佳佳
2024, 42(4): 100-110. doi: 10.13205/j.hjgc.202404012
摘要:
采用不同碳氮比(C/N)的合成废水,比较了连续流和序批式2种运行方式下单级移动床生物膜反应器(MBBR)的脱氮性能差异。结合宏基因组测序技术,对不同阶段载体上的生物膜进行了微生物群落和功能基因丰度分析,并分析了反应器内主要的氮素代谢通路,旨在探讨不同C/N和运行方式对MBBR系统脱氮性能和生物膜群落结构的影响。结果显示:C/N的变化对MBBR工艺NH+4-N去除影响不大,各阶段NH+4-N去除率均保持在95%以上,但同步硝化反硝化(SND)效率因受到反硝化性能的限制,各阶段存在较大差异。此外,SBMBBR反应器中总无机氮(TIN)去除率始终高于CFMBBR反应器,原因可能是反硝化过程中起关键作用的narGHInapABnirKnirSnorBCnosZ功能基因的序列数总和存在差异。不同运行方式下的反应器中主要优势菌门和菌种差异明显,也是SBMBBR与CFMBBR反应器之间脱氮性能差异较大的重要原因之一。该结果可为MBBR反应器处理较低C/N的城市生活废水的优化设计和运行提供参考。
羟胺-氨三乙酸强化Fe(Ⅲ)/H2O2体系降解橙黄G的研究
王真然, 彭藴斓, 刘义青, 付永胜
2024, 42(4): 111-118. doi: 10.13205/j.hjgc.202404013
摘要:
为改进传统芬顿法存在的pH应用范围窄、铁泥产量大的缺陷,构建了Fe(Ⅲ)-氨三乙酸(NTA)/羟胺(HAm)/H2O2体系以降解偶氮染料橙黄G(OG)。结果表明:Fe(Ⅲ)-NTA/HAm/H2O2体系可在中性条件下高效降解OG,降解率可达到90%以上,[DK]·OH是体系内降解OG的主要活性物种。OG在Fe(Ⅲ)-NTA/HAm/H2O2体系中的降解速率随着溶液pH的升高而降低,适当增加Fe(Ⅲ)、NTA、HAm、H2O2浓度有利于OG在该体系中的降解,但过量添加这些试剂会对OG的降解产生抑制作用。NTA的引入可将体系的pH应用范围从酸性拓展至弱碱性,而加入HAm可通过促进体系内Fe(Ⅱ)再生以大幅削减Fe的用量。与传统芬顿法相比,Fe(Ⅲ)-NTA/HAm/H2O2体系有效弥补了其存在的短板,具有较大的应用潜力。
磷石膏堆场渗滤液的分级结晶与磷回收研究
陈宇琦, 邵登科, 韩飞扬, 刘小宁
2024, 42(4): 119-124. doi: 10.13205/j.hjgc.202404014
摘要:
考虑磷资源的不可再生性和不可或缺性,基于鸟粪石结晶法处理和回收磷石膏渗滤液中的磷具有重要的环境和经济意义。系统研究了湖北省某肥料厂磷石膏堆场渗滤液废水中高效回收磷的可行性和结晶参数优化。结果显示:改变单次磷回收结晶条件[pH、n(Mg)/n(P)和n(N)/n(P)],渗滤液中磷回收率最大值仅为67.8%。响应曲面设计实验进一步证实,参数因子增加到一定程度后,磷回收率随着pH、n(Mg)/n(P)和n(N)/n(P)的增加没有显著变化。综合考虑各因素对废水回收磷的影响,确定在磷石膏渗滤液中磷回收的最优条件参数为pH=8.6,n(Mg)/n(P)=1.6,n(N)/n(P)=1。采用分级结晶的方法,经过3次结晶,磷回收率达到97.9%。结合仪器表征和Minteq模型分析结果,磷回收阶段主要产物为鸟粪石以及少量的磷酸钙,且鸟粪石中重金属含量极低。
城镇污水管网互联互通规划设计要点与实例分析
陈建
2024, 42(4): 125-131. doi: 10.13205/j.hjgc.202404015
摘要:
在污水干管之间、干管与污水厂之间设置连通管实现污水系统互联互通,可以显著提升污水系统的韧性与安全。我国现在污水管网互联互通工程已开展,然而关于其规划设计实施的要点还有待进一步研究。通过梳理国内外城镇污水管网互联互通的相关实例,提出污水管网互联互通全过程设计要点,包括规划有富余规模污水处理厂、合理确定污水处理厂超产规模、泵站集成化设计、按需确定污水管网排水干线连通位置、采用顶管与盾构相结合的方式建设连通管、完善后期养护与管控等。此外,以某市污水规划为例,具体阐释了管网互联互通的应用场景,以期为城镇污水管网互联互通的规范实施提供参考。
高锰酸钾氧化氨基三亚甲基膦酸的效能
彭娟娟, 刘少敏, 朱敬林
2024, 42(4): 132-138. doi: 10.13205/j.hjgc.202404016
摘要:
高锰酸钾(KMnO4)能有效降解水中有机污染物,但其氧化有机膦酸过程尚不明确。以氨基三亚甲基膦酸(NTMP)为例,采用自由基捕获实验和电子顺磁共振波谱(EPR)探究其在KMnO4体系下降解的主要活性氧化物种,并考察了溶液化学性质(如pH、共存物质、实际水体等)对KMnO4氧化降解NTMP的影响。结果表明:KMnO4直接氧化是NTMP降解的主要途径,且NTMP降解受pH影响较大。当pH=5.0时,KMnO4氧化NTMP的效果最佳,其中51.4% NTMP被氧化生成PO3-4,远高于UV/H2O2和UV/过硫酸钾(PDS)体系。水体中共存物质(SO2-4、NO-3、HCO-3和腐植酸)对NTMP的降解抑制作用较小。此外,在实际水体中KMnO4对NTMP仍有较高的降解效率,且其选择性优于自由基体系。研究结果可为实际废水中有机膦酸的高效去除提供重要参考。
大气污染控制
兰州市中心城区与西固炼化工业区VOCs污染特性及来源解析对比分析
刘浩天, 仝纪龙, 杨宏, 刘永乐, 敖丛杰, 王书苏
2024, 42(4): 139-147. doi: 10.13205/j.hjgc.202404017
摘要:
兰州市作为我国西部典型的工业城市,近年来臭氧(O3)污染较为显著,而挥发性有机物(VOCs)在O3和PM2.5等二次污染物生成中起关键作用。为研究兰州市VOCs污染特性和来源,分别选取中心城区东部兰州大学和西部西固炼化工业区监测站点的VOCs组分监测数据,基于PMF模型对2站点VOCs污染特性及来源进行研究和对比分析。结果表明:西固炼化工业区VOCs排放水平(年均值70.86×10-9)整体高于中心城区(年均值32.24×10-9),烷、烯、卤代烃是两区域主要的VOCs构成物种。其中卤代烃浓度超过中心城区2.5倍,烯烃、芳香烃浓度超过2倍,而炔烃的污染水平有所下降;整体上两区域VOCs浓度变化趋势均为冬、春季浓度高(中心城区12月最高,西固炼化工业区5月最高),夏、秋季浓度低(最低对应7月,8月);PMF源解析结果显示,机动车尾气源、油气挥发源以及有机溶剂使用源是中心城区3类主要的VOCs来源,而工业源是西固炼化工业区最重要的VOCs来源,因此兰州市VOCs减排控制重点为减少石油化工产业、机动车尾气以及溶剂使用等人为源排放。
太阳能光催化与多元通风协同作用下室内污染物迁移特性分析
何建炜, 黄晓燕, 黄若楠, 蔡阳, 赵福云
2024, 42(4): 148-156. doi: 10.13205/j.hjgc.202404018
摘要:
为实现太阳能光催化通风墙系统全年空气净化同时强化室内通风,提出一种太阳能光催化与多元通风协同的模型,并分析了其冬、夏季污染物迁移特性。通过计算流体力学方法研究了太阳光照强度以及风机初始风速对系统污染物去除率与综合评价指标的影响。数值模拟结果表明:所建立的多元通风污染物去除协同模型可靠且可行;随着光照强度增大,冬季模型综合评价指数逐渐升高,从0.00提升至1.00,而夏季模型整体呈负相关,从0.50降低至0.37;随着风机初始风速提高,冬季模型综合评价指数逐渐减小,降幅高达97%,而夏季模型综合评价指数呈先增大后减小再增大规律。可见,通过调整外界热流输入以及初始风速对促进室内污染物去除具有积极意义。
DBD等离子体协同Mn-TiO2/γ-Al2O3催化剂降解二甲苯
李茹, 李晓康, 冯燕, 王雪艳, 邢倩云
2024, 42(4): 157-166. doi: 10.13205/j.hjgc.202404019
摘要:
采用浸渍法制备Mn-TiO2/γ-Al2O3催化剂,协同介质阻挡放电(DBD)等离子体降解二甲苯。探究了不同放电功率、初始质量浓度、气体流量下DBD等离子体对二甲苯的氧化性能;利用XRD和FT-IR对催化剂进行表征,以分析DBD等离子体放电前后催化剂的晶型与性能。结果表明:在放电功率为20 W,二甲苯进气浓度为38.62 mg/m3,进气流量为0.65 L/min条件下,协同Mn-TiO2/γ-Al2O3催化剂后,二甲苯降解率达到75.8%,反应器的能效为0.1027 g/(kW·h),同时O3浓度降低至36.94 mg/m3。表征结果显示,DBD等离子体放电前后未改变催化剂晶型与性能。为进一步分析降解二甲苯过程中产生的中间产物,通过FT-IR、GC-MS及发射光谱法进行诊断,发现加入催化剂后中间产物的种类和数量减少、发射光谱强度增强、特征谱线的数量增多。研究结果可为DBD等离子体在降解二甲苯应用中的性能优化和催化剂的选择提供理论参考。
气流导柱对集尘滤筒脉冲清灰性能的影响
宋溪林, 丁问司
2024, 42(4): 167-174. doi: 10.13205/j.hjgc.202404020
摘要:
常规滤筒集尘器在反吹清灰时,存在滤筒下部清灰能量过盛而上部清灰能量不足的现象,导致滤筒上部清灰不彻底而下部易破损。提出了在滤筒内部设置气流导柱,引导反吹气流,改善滤筒内部流场的方案。采用数值模拟与试验测试相结合的方法,对滤筒反吹清灰性能进行了分析。结果表明:内置气流导柱的新型滤筒反吹压力分布更加均匀,滤筒中下部冲击压强下降至原型滤筒的65%,解决了过喷吹问题,滤筒上部形成冲击压强尖峰解决了欠喷吹问题。同等工况下,内置气流导柱的新型滤筒相比原型滤筒拥有更长的使用寿命,预估使用寿命可达到普通滤筒的8倍。
固废处理与资源化
厌氧消化外源添加剂研究进展
何艳, 颜晓旭, 李游, 刘虎虎, 杨辉, 段希宇, 卢向阳, 田云, 王翀
2024, 42(4): 175-186. doi: 10.13205/j.hjgc.202404021
摘要:
向厌氧消化系统中引入外源添加剂可提高厌氧消化系统性能,在快速启动、降低抑制作用、提高发酵效率、改善过程稳定性等方面发挥积极作用。近年来,有关厌氧消化添加剂的研究得到了迅速发展。综述了8类厌氧消化添加剂(微生物、酶、微量元素、纳米材料、吸附剂、导电材料、灰分和气体)的研究进展,重点讨论其在厌氧消化中的作用效果及作用机理,图像化呈现了各类添加剂在厌氧系统中的作用方式,讨论了添加剂使用需要关注的关键问题,并指明了目前的研究不足和未来的研究方向,旨在为厌氧消化添加剂的深入研究和应用提供重要参考。
建筑垃圾基充填体胶结特征及力学性能分析
姬红英, 李焕, 张东营, 高忠国, 李建林, 辛亚军
2024, 42(4): 187-195. doi: 10.13205/j.hjgc.202404022
摘要:
利用建筑垃圾进行煤矿采空区充填是控制地表沉陷、实现建筑垃圾资源化、减少土地占有面积的有效途径。通过对4组共12个不同水泥掺量建筑垃圾充填体表面孔洞分数计算及单轴抗压强度试验,分析了水泥掺量与充填体孔洞分数关系,探讨了水泥掺量与抗压强度、峰值应变、弹性模量的关系,提出了充填体破坏失稳模式,确定了充填体峰值强度、强度合理区间及快速提升的水泥掺量范围。结果表明:充填体孔洞分数与水泥掺量呈负相关,水泥掺量对充填体应力-应变曲线形态影响较大,水泥掺量为15%时,应力-应变曲线四阶段特征显著,水泥掺量越大(孔洞分数越少),弹性阶段越长,反之屈服阶段越长;随着水泥掺量增加(孔洞分数减小),充填体强度与弹性模量呈三次多项式增加趋势,轴向应变呈减小趋势且变缓趋于稳定;水泥掺量<10%时,充填体失稳为多裂纹粉碎性破坏,水泥掺量为10%~15%时,为双侧反拱剪切破坏,水泥掺量>15%时,为双侧垂直劈裂破坏;矿山建筑垃圾充填体在水泥掺量为7%~20%范围内,充填体强度为2.3647~15.7341 MPa,水泥掺量为18.6991%时,存在充填体强度峰值,充填体28 d强度提升是10 d强度的1.24倍。
多固废激发剂优化模型及微观机理分析
张建俊, 王宝强, 蔡冀奇, 姜英杰, 冉佳莹
2024, 42(4): 196-203. doi: 10.13205/j.hjgc.202404023
摘要:
采用矿渣粉、粉煤灰、钢渣、石灰、脱硫灰等固废配制尾矿砂充填体激发材料(MSWA)。构建多响应优化模型,分析MSWA原料显著性,开展微观试验探究水化机理。结果表明:多响应优化模型计算误差<2%,可有效反映配比意愿及原料显著性;试验组TS-3意愿值0.812为最优,3 d强度和扩展度分别为0.643 MPa和15.8 cm;3 d强度项中显著因子为水泥熟料(0.629)和钢渣(0.171),扩展度项显著因子为粉煤灰(0.761)。微观试验表明:在矿渣粉和石灰等提供的OH-和SO2-4溶液下,水泥熟料等原料中C3S和C3A迅速水化放热,粉煤灰可促进水化、改善砂浆和易性,且水化产物中C—S—H及AFt等发育良好,会使结构更致密,从而增强充填体的宏观力学性能。
湿热处理对餐厨垃圾脱油性及理化性质的影响
崔若琪, 车向前, 路臻, 李英男, 王攀, 任连海
2024, 42(4): 204-211. doi: 10.13205/j.hjgc.202404024
摘要:
通过改变加热温度(80,100,120,140 ℃)、加热时间(50,70,90,110 min)和离心转速(3000,5000,7000,9000 r/min)等因素,探究了湿热处理对餐厨垃圾脱油性及理化性质的影响。结果表明:湿热处理有利于提高餐厨垃圾的提油率,在加热温度为120 ℃,加热时间为90 min和离心转速9000 r/min的条件下,提油率最高达到95.37%;同时,湿热处理增加了SCOD及VFAs浓度,两者相较空白组最高增加了49.01%和110.27%,促进了有机物水解。另外,通过气质联用仪发现湿热处理促进了长链脂肪酸的生成,其含量与空白组相比增加了77.18%~149.14%,提高了餐厨油脂用作生物柴油原料的潜力;由三维荧光光谱分析得出,湿热处理后溶解性有机物的转化趋势是将溶解性微生物副产物区物质降解为稳定的腐植酸类物质,有利于后续餐厨垃圾的堆肥利用,说明对餐厨垃圾进行适度的湿热处理可有效提高提油率、有机物水解能力与生物可利用效率。
典型有色采选冶固废资源环境属性解析
彭苏怡, 杜佳盼, 王海鹰, 王云燕, 王庆伟, 史美清, 柯勇, 颜旭
2024, 42(4): 212-224. doi: 10.13205/j.hjgc.202404025
摘要:
有色金属采选冶固废产量大,通常含有多种重金属,兼具环境风险性和资源利用性。通过改进的层次分析法与Topsis计算方法,建立了采选冶固废资源环境属性解析方案,结合对15种典型固废的组成结构特征分析,可量化得到固废属性分值并指导其处理途径。结果表明:采矿废石和选矿尾矿等固废的资源属性强于环境属性,且建材化利用方向分值>0.5,表明其偏向建材化利用;污酸中和渣等硅钙基冶炼固废的环境属性强于资源属性,表明其环境污染风险较大,必须进行无害化处理;针铁矿渣等冶炼固废富含Fe、Zn等有价金属,且当前金属提取的经济技术可行性较高,资源属性强于环境属性,表明其偏向金属提取的资源化途径。其所建立的资源环境属性解析方法可为有色采选冶固废的处理和处置途径选取提供指导。
城市建筑废弃物制备复合水泥的环境和经济潜力评价
金宇, 郑大鹏, 王耀城, 董志君
2024, 42(4): 225-232. doi: 10.13205/j.hjgc.202404026
摘要:
当前水泥工业作为温室气体排放的重点行业,面临着CO2减排的巨大压力。近年来发展起来的石灰石煅烧黏土水泥是一种极具潜力的低碳水泥。原材料黏土和石灰石与建筑废弃物中的渣土和再生微粉具有类似的组成成分。以生命周期评价(LCA)方法为基本框架,通过建立产品的清单分析,评价了利用渣土和再生微粉为原料制备的建筑废弃物复合水泥在环境和经济方面的潜力。结果表明:建筑废弃物复合水泥的单位CO2排放量相比现有水泥产品可降低24%以上,生产成本可降低至少19%。未来水泥行业纳入碳交易体系,将进一步拉大建筑废弃物复合水泥与现有水泥产品的成本差距。
基于改进Inception ResNet V2网络的可回收垃圾分拣系统
徐丽, 周腊吾, 李高嘉
2024, 42(4): 233-241. doi: 10.13205/j.hjgc.202404027
摘要:
垃圾围城一直是困扰我国城市管理的一大难题。针对可回收垃圾处理过程难度大的问题,提出了1套基于改进的Inception ResNet V2网络结合ROBOT MG400机械臂进行可回收垃圾自动化分拣的系统。首先,对MG400机械臂上的夹具进行改进,使之更适用于垃圾抓取;然后,自主创建了50850张数据集,在此基础上对垃圾图像经过背景降噪、图像分类以及投票算法的处理,并在Inception ResNet V2网络的输出层加入CBAM注意力机制,提高模型识别的准确性;最后对整个系统进行了实验验证。结果表明:该系统可较为准确地分类垃圾并收集至对应垃圾收集容器中,训练时模型的准确率为99.35%,在系统中传送带运行时识别准确率为95.39%,改进的网络在实际应用中的mAP值比原模型高2.56%,并且系统的分拣效率可达到60件/min。该系统可高效率、高准确率、高精度独立地完成可回收垃圾的分拣工作。
土壤污染控制
热脱附修复石油烃污染土壤室内试验研究
李玉萍, 樊宝云, 董康冉, 万金忠, 艾英钵, 王保田
2024, 42(4): 242-249. doi: 10.13205/j.hjgc.202404028
摘要:
现有关于石油烃污染土壤热脱附修复的室内试验研究存在忽视土体天然结构、温控效果欠佳、较少考虑加热井和抽提井设计等问题,无法为原位热脱附修复技术设计提供很好的支撑。为克服以上难题,开发了一套新型的室内热脱附修复小尺寸模型试验装置,用于石油烃污染土热脱附修复试验。结果表明:污染土壤热脱附修复效果受热脱附温度和加热持续时间影响显著;不同位置处土壤的污染物去除率表现出较大的差异,距离加热管、抽提管和土层顶面越近,污染土壤修复效果越好;污染土壤试样顶部有无覆盖系统对其修复效果影响不大。研究还发现,热脱附修复后污染土壤中的颗粒组分、pH值和氮磷钾含量变化不大,而有机质含量和含水率则显著降低。开发的室内热脱附修复装置能够较好地服务于石油烃污染土壤原位热脱附修复技术,研究结果可为当前污染场地原位热脱附修复技术设计和场地环境评估提供参数依据。
不同植物对多西环素污染的胁迫响应及其修复潜力研究
陈进, 余忠花, 王亚娟, 胡闪闪, 高礼, 陶红
2024, 42(4): 250-257. doi: 10.13205/j.hjgc.202404029
摘要:
为研究不同植物在高浓度多西环素污染条件下的胁迫响应,评估其对多西环素污染的修复潜力,选取苦苣、生菜和香芹3种植物进行萌芽和水培实验,观测种子的萌芽、株高、根长和鲜重变化,并采用高效液相色谱检测不同时间水培营养液中多西环素的含量。结果表明:多西环素能够促进苦苣和生菜种子的萌发,对香芹种子萌发起抑制作用,且多西环素对种子根长的抑制效应明显大于芽长;3种植物对多西环素的胁迫响应有所不同:苦苣和香芹的株高、根长和鲜重对多西环素表现为明显的抑制作用,多西环素对生菜的株高和鲜重无明显的抑制作用,却对生菜根长有一定的促进作用;苦苣、生菜和香芹对水中多西环素去除率为81.75%、58.42%和53.16%,因此苦苣可作为降解抗生素污染的备选植物。
磁性疏水浒苔用于海滩污染石油的吸附及修复
乔金林, 金腾, 刘兆春, 任鑫悦, 刘利江, 李晓光, 于溢禛
2024, 42(4): 258-265. doi: 10.13205/j.hjgc.202404030
摘要:
油轮、钻井平台和油井的原油泄漏,造成石油类污染物进入海域并引起海洋生态环境恶化。采用化学改性的方法制备磁性疏水浒苔吸油材料。采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱和接触角测量对不同改性阶段浒苔的形貌、化学组成和润湿性进行了表征。浒苔经过多巴胺和十二硫醇改性后,对水滴的接触角约131.4°,对油的接触角约为0°,展现出优异的疏水和亲油特性。模拟海洋表面石油污染实验数据分析,发现改性后的浒苔对原油的最大吸附量为7.4 g/g,表现出优异的吸油能力。模拟石油污染沙滩实验表明:改性浒苔对粗砂粒表面附油的吸附率达到78.4%,说明疏水磁性浒苔在油污治理方面具有很高的价值和潜力。
海绵城市建设规划与实践
珠三角感潮河网区水环境容量总量控制实践研究
薛树红, 翟敏婷, 张维纳, 刘园, 黄健嫣, 王岩, 李桂伊
2024, 42(4): 266-272. doi: 10.13205/j.hjgc.202404031
摘要:
以珠三角感潮河网区为典型研究区,借鉴美国最大日负荷总量(TMDL)水质管理理念,提出了面向水质目标达标的南顺联安围水环境治理思路。以黑臭水体代表性指标NH3-N为例,基于陆域污染负荷和水体水质关联模型模拟手段,遵循"入河污染负荷计算-环境容量核算-污染负荷分配-工程措施预测"的思路,科学制定了NH3-N排放总量控制精细化方案。经模拟计算,控源截污工程能削减NH3-N入河污染负荷41.61 t/a,河涌水质达标率为92.66%,较工程实施前提升35.92%。河涌水质得到有效改善,基本实现区域考核目标。
基于监测数据的城市河道溢流污染计算方法
陈鑫, 蒋晨灿
2024, 42(4): 273-278. doi: 10.13205/j.hjgc.202404032
摘要:
为了能够在复杂城市区域内快速了解城市河道溢流污染规律和整体估算污染量,提出了以监测数据为基础、以封闭区域为整体的计算方法:利用区域内污水量、雨水进入污水系统的水量、水厂处理水量以及溢流水量四者之间的平衡关系,结合污染物浓度变化、水量变化监测数据对溢流污染量进行计算,并对应降雨数据总结溢流规律。结果表明,根据458 d 期间发生的60场次降雨实测数据、流量水质监测数据作为试算基础,计算所得结果与监测结果偏差了+11.7%,结果准确性尚可。该方法无需关注区域内部复杂的雨污管网情况,计算分析较为快速,具有一定准确度,能够为水环境规划、河道水环境工程的前期阶段提供支撑。