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2022年 第40卷  第5期

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科学研究
含氯离子苯酚废水高级氧化过程AOX生成研究
颉亚玮, 徐冉云, 丁伟, 蒋毅恒, 张奔, 刘宏远
2022, 40(5): 1-8. doi: 10.13205/j.hjgc.202205001
摘要:
难降解工业废水中普遍存在的高浓度Cl-影响废水的高级氧化深度处理效果,并产生有害有机氯代副产物。以苯酚为目标污染物,研究了Cl-存在下UV/PDS和UV/H2O2 2种高级氧化技术处理苯酚过程中可吸附有机卤素(adsorbable organic halogens,AOX)的生成规律。结果表明:实验条件下(1000,10000 mg/L Cl-),UV/PDS对苯酚的矿化效果优于UV/H2O2,但UV/PDS出水中AOX浓度约为UV/H2O2的10倍;UV/H2O2体系在强酸性条件(pH=3)下更容易生成AOX,而UV/PDS体系的AOX生成量受溶液初始pH的影响并不显著;通过对4种氯自由基稳态浓度的模拟计算发现:随着Cl-浓度从1000 mg/L升高至10000 mg/L,氯自由基总浓度在UV/H2O2和UV/PDS中升高了1~2个数量级,且UV/PDS体系中氯自由基浓度显著高于UV/H2O2,这可能是导致不同条件高级氧化出水中AOX浓度显著不同的原因;同样地,处理含酚实际废水时,UV/PDS体系生成更多AOX,且废水中有机物组成及其结构对AOX生成的影响高于废水TOC浓度的影响。
微藻在不同氨氮条件下固定CO2耦合净化废水实验
孔佳, 沈伯雄, 孔文文, 单凯旋
2022, 40(5): 9-17,94. doi: 10.13205/j.hjgc.202205002
摘要:
为探究小球藻同步固定CO2、净化废水及生产蛋白质的潜力,实验研究不同氨氮浓度(30,60,90 mg/L NH4Cl)和CO2体积分数(0.038%和10%)对小球藻(Chlorella vulgaris)生长、固碳、氮磷营养盐去除及蛋白质生产的影响,并将Logistic方程与改进的Monod方程相结合,描述小球藻比生长速率与氮、磷营养盐的关系。结果表明:10% CO2组生物量(380.16~499.52 mg/L)是0.038% CO2组生物量(44.73~120.00 mg/L)的3.54~8.30倍,同时,10% CO2组中氨氮和磷酸盐消耗速率明显高于0.038% CO2组。小球藻比生长速率、固碳速率、蛋白质含量均与生物量呈正相关(R2≥0.83,P<0.05),且在10% CO2和60 mg/L NH4Cl条件下获得最大值,分别为0.21 d-1、42.62 mg/(L·d)和228.43 mg/L。此外,拟合结果显示Logistic方程与改进的Monod方程联合应用可较好地描述小球藻的生长过程(R2=0.39~0.96),且10% CO2条件下的营养盐更易被小球藻吸收。实验结果可为微藻同步固定CO2、净化废水及副产物(如蛋白质)生产的应用提供理论参考。
抗生素菌渣催化热解特性的研究
常晓囡, 李再兴, 李益飞, 郑子轩
2022, 40(5): 18-24,30. doi: 10.13205/j.hjgc.202205003
摘要:
为了将生物质转化为高品质的液体燃料,以青霉素菌渣为催化热解实验原料,在温度为400,500,600,700℃下进行热解实验,以生物质油产率最大化为目的,探究最佳热解温度。在此基础上,选用CoO/HZSM-5和NiO/HZSM-5作为催化剂,对青霉素菌渣进行催化热解实验,探究催化剂对生物油催化提质的作用。结果表明:不添加催化剂时,青霉素菌渣在500℃条件下热解所得的生物质油产率达到最高。在此温度条件下,添加催化剂CoO/HZSM-5和NiO/HZSM-5时,生物质油的产率相对降低,但催化热解后生物油中烃类物质含量分别增加8.66,7.41百分点,达到25.34%和24.09%;含氧类物质如醇类、酯类和醛类物质含量分别降低9.68,12.49百分点,为31.74%和30.34%;含氮杂环类物质含量分别降低5.96,12.49百分点,为32.51%和35.07%。天冬氨酸、组氨酸、谷氨酸和中间产物DKP的催化热解实验进一步解释了青霉素菌渣催化热解的机理。
Fe3O4-RGO纳米复合催化剂类芬顿处理垃圾渗滤液
武奇, 范建伟
2022, 40(5): 25-30. doi: 10.13205/j.hjgc.202205004
摘要:
采用共沉淀法制备Fe3O4-RGO纳米复合催化剂,并将其应用于类芬顿处理垃圾渗滤液,研究了反应时间、初始pH值、催化剂质量浓度和H2O2投加量对Fe3O4-RGO纳米复合催化剂类芬顿降解垃圾渗滤液COD去除率的影响。结果表明:反应时间为90 min,初始pH值为3,催化剂质量浓度为1 mg/L,H2O2投加量为0.08 mmol/L时,COD去除率达到最大值64.7%。有机物组分对比结果显示,类芬顿反应后垃圾渗滤液中大分子有机物得到较好的降解转化。Fe3O4-RGO纳米复合催化剂具有较好的重复利用性,重复使用5次后对垃圾渗滤液的COD去除率仅降低2.3%。
化学沉淀法处理高盐含磷废水
李晴晴, 杨彦, 席欢, 郭风, 张建峰, 阮仕平
2022, 40(5): 31-36. doi: 10.13205/j.hjgc.202205005
摘要:
高盐含磷废水具有盐含量高、污染物成分复杂和生物处理难等特点。生产鸟粪石后的浓海水因添加过量的Na2HPO4及NH4HCO3等诱导剂和稀释剂,其上清液中会有PO3-4-P残留。针对其上清液磷含量超标的问题,使用化学沉淀法进行除磷实验。选用聚合氯化铝(PAC)、FeCl3、Ca (OH)2、聚丙烯酰胺(PAM)作为实验药剂,研究了反应时间、单一药剂添加量和药剂复配等因素对除磷效果的影响,筛选出2种满足出水磷含量要求(0.5 mg/L)的工艺条件。方案1:添加n (Ca)/n (P)=4.5的Ca (OH)2,处理后溶液PO3-4-P含量为0.2 mg/L;方案2:添加n (Al)∶n (P)=0.5的PAC+n (Ca)/n (P)=4.0的Ca (OH)2+0.5 g/L PAM,处理后溶液PO3-4-P含量为0.4 mg/L。综合分析,方案1操作方便,方案2有助于固液分离,二者均可以用作废水处理方案,研究结果为高盐含磷废水处理提供了一个切实可行的思路。
MBBR及UVC高级氧化技术深度处理典型医药品微污染物效能
周康, 王贞凯, 张桂成, 陈新安, 程艳, 罗刚, 孙胜鹏
2022, 40(5): 37-43. doi: 10.13205/j.hjgc.202205006
摘要:
研究了移动床生物膜反应器(MBBR)对废水中6种典型医药品微污染物的生化去除特性,对比探究了短波紫外光(UVC)活化H2O2、HSO-5和S2O2-8工艺在连续流模式下对MBBR生化出水中残余目标医药品的深度处理效能。结果显示:MBBR能有效降解避蚊胺、吉非罗齐和布洛芬,其平均降解速率分别为835.5,889.2,653.3μg/(L·d),但难以有效去除卡马西平、克罗米通和甲氧苄啶。目标医药品微污染物对MBBR中有机碳源去除和氨氮的硝化过程影响较小。高通量基因测序结果表明:MBBR中的优势菌群包括变形菌门(65.6%)、浮霉菌门(14.8%)、拟杆菌门(7.4%)和绿弯菌门(4.2%);优势菌属包括生丝微菌属(31.6%)、甲基娇养杆菌属(10.7%)、SMIA02(9.6%)和OLB12(4.9%)。UVC活化H2O2、HSO-5和S2O2-8工艺能够有效降解MBBR出水中残余的目标医药品微污染物,在氧化剂浓度为1.0 mmol/L的条件下,目标医药品去除率达到92.7%~99.4%。与UVC/H2O2工艺相比,UVC/S2O2-8和UVC/HSO-5工艺对目标医药品微污染物的去除具有更明显的选择性。
碳化改性硅藻土对四环素的吸附
郭志伟, 赵宝龙, 郑志宏, 洪飞宇, 辛思远, 王晓伟, 王兴肖, 张珍珍, 牛芳, 李国亭
2022, 40(5): 44-52. doi: 10.13205/j.hjgc.202205007
摘要:
为提高天然硅藻土对水体中有机污染物的吸附去除性能,以葡萄糖为碳源,通过一步低温热解法对天然硅藻土进行碳化改性。利用扫描电镜(SEM/EDX)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、Zeta电位等技术表征了碳化改性的硅藻土(CD300)的结构特点和化学性质,并以四环素(TC)为目标污染物,对CD300吸附TC的吸附动力学、吸附等温线和热力学进行研究分析。结果表明:在300℃下CD300对TC的吸附效果最佳,较天然硅藻土的吸附性能提高了110.6%。表征结果证实了碳化产物成功负载至天然硅藻土表面且改性不会明显影响天然硅藻土的形貌结构。Elovich动力学模型表明,CD300吸附TC以化学吸附为主。颗粒内扩散模型显示,CD300对TC的吸附由液膜扩散和内扩散2个阶段控制,而内扩散阶段为主要的速率控制步骤。吸附等温线分析显示,Freundlich模型拟合效果更好(R2>0.966),表明吸附为多分子层吸附过程。热力学参数ΔG0<0、ΔH0>0和ΔS0>0,说明吸附过程为自发、吸热且混乱度增加。溶液初始pH值和离子影响强度实验证明,TC分子与CD300间可能存在较强的外层结合,而静电作用在吸附过程中占据了主导作用。此外,碳化改性的硅藻土拥有良好的再生性能,表明其可作为一种高效吸附剂用于有机污染物的吸附去除。
1株金霉素降解菌的筛选及基于响应面法的降解条件优化
何汶珊, 张茹, 李思琦, 李文进, 宋哲华, 彭光, 沈鹏, 王晓慧
2022, 40(5): 53-58,66. doi: 10.13205/j.hjgc.202205008
摘要:
从河南驻马店金霉素制药厂活性污泥中分离、筛选出1株金霉素降解菌,经16SrDNA鉴定为芽孢杆菌属(Bacillus sp.),命名为JMS-B01。为进一步提高该菌株的金霉素降解率,对其进行降解条件优化。采用正交试验确定显著影响金霉素降解率的3个因素(温度、金霉素浓度、接种量),通过Box-Behnken试验设计及响应面法分析确定最佳降解条件。结果表明:拟合所得的预测值与实际值相关性良好,最佳降解条件为温度34.0℃、金霉素浓度102.5 mg/L、接种量2%(体积分数),在此条件下金霉素降解率可达到96.50%。其中,温度是影响菌株JMS-B01对金霉素降解率的最重要因素之一。
复合磁性纳米凝胶球对典型抗生素的吸附特性
曾子君, 梁莹, 荣宏伟, 骆华勇, 廖权
2022, 40(5): 59-66. doi: 10.13205/j.hjgc.202205009
摘要:
以复合磁性纳米凝胶球(Fe3O4@PVA-SA-PAC)为吸附剂,探究其对水中磺胺甲噁唑(SMX)、环丙沙星(CIP)、甲氧苄啶(TMP)抗生素类污染物去除效果,并分析pH、投加量、污染物初始浓度、吸附时间等因素对吸附过程的影响。结果表明:pH=3时最有利于抗生素吸附;吸附量随着初始浓度增大而上升,随着投加量增加而下降;3种抗生素吸附表现为物理吸附和化学吸附共存、均质单分子层吸附与非均质多分子层吸附共同作用的状态。其中SMX与CIP吸附更符合准二级动力学模型,而TMP更符合准一级动力学模型;温度为308 K时,Langmuir与Freundlich方程均达到较高拟合度(0.938≤R2≤0.998),此时SMX、TMP和CIP的最大吸附量分别为47.188,59.649,96.468 mg/g;竞争性吸附试验表明复合凝胶球可同时吸附多种目标抗生素污染物,具备良好吸附应用前景。
不同金属改性的蒙脱土对普萘洛尔的吸附
荆秀艳, 王文姬, 董强飞, 乔乐乐, 邓月华
2022, 40(5): 67-74. doi: 10.13205/j.hjgc.202205010
摘要:
采用浸渍法将蒙脱土用5种金属阳离子饱和,分别得到铁基蒙脱土、铜基蒙脱土、钾基蒙脱土、钠基蒙脱土和钙基蒙脱土,研究普萘洛尔在这5种金属阳离子饱和的蒙脱土上的吸附行为,探明主要影响因素,并推测可能的吸附机制。结果表明:5种金属阳离子饱和的蒙脱土对普萘洛尔均具有较高的吸附能力,且吸附能力顺序为铁基蒙脱土>铜基蒙脱土>钾基蒙脱土>钠基蒙脱土>钙基蒙脱土。pH为3~9时吸附量增加,是由于溶液中H+与普萘洛尔在金属阳离子饱和蒙脱土上吸附位点竞争力减弱;pH为9~11时吸附量减少,是由于普萘洛尔主要以分子状态存在,静电引力下降。K+、Na+和Ca2+的存在会抑制普萘洛尔的吸附。腐植酸加入会促进普萘洛尔的吸附,但促进作用随腐植酸浓度升高而减弱,甚至出现抑制作用。Langmuir等温吸附模型和准二级动力学方程能较好地描述普萘洛尔的吸附过程。研究结果有望为全面掌握普萘洛尔在土壤环境中的迁移转化规律提供的理论依据。
厌氧互营苯甲酸降解菌 Sporotomaculum syntrophicum对玉米秸秆沼气发酵的生物强化作用
朱心宇, 张洁, 孙晓娇, 陈光辉, 王晓霞, 张培玉, 邱艳玲
2022, 40(5): 75-81. doi: 10.13205/j.hjgc.202205011
摘要:
木质素的有效降解是提高秸秆等木质纤维素原料沼气发酵效率的有效途径。木质素很难被厌氧微生物分解利用,然而有研究表明木质素可以经由苯甲酸、苯酚等芳香族化合物被微生物分解利用。采用批次试验探究厌氧苯甲酸降解菌Sporotomaculum syntrophicum FB对秸秆沼气发酵的影响。强化菌株S.syntrophicum接种比例的结果表明,接种比例为5%、10%和20%时,甲烷产量分别为252.2,244.9,234.8 mL/g TS,比对照组提高了20.5%、17.0%和12.2%,TS去除率提高了2.9%、3.1%和3.4%。投加5%~20% S.syntrophicum后的玉米秸秆中纤维素、半纤维素、木质素的去除率,比对照组提高了12%~13%,3%~5%和38%~46%。进一步试验结果显示,添加S.syntrophicum使甲基纤维素、木聚糖和碱木质素(纤维素、半纤维素和木质素的模式物)的甲烷产量分别提高了15.7%、11.4%和7.8%。
中高分子量聚丙烯酰胺对污泥厌氧消化的影响
王旭东, 李先国, 张海清, 潘康红, 张大海
2022, 40(5): 82-87. doi: 10.13205/j.hjgc.202205012
摘要:
市政污水处理厂剩余污泥通常通过脱水和进一步厌氧消化实现减量和资源化。阳离子聚丙烯酰胺(cPAM)是脱水过程中常用的絮凝剂,其对后续厌氧消化性能的影响研究仍不深入。研究发现:中高分子量cPAM会抑制厌氧消化过程中有机质的溶出与水解、产酸和产甲烷效率;且中分子量的cPAM抑制效果更强。添加中分子量cPAM的溶解性蛋白质、多糖和短链脂肪酸(SCFAs)的最高产量比对照组分别降低了22.3%、28.4%和38.6%,添加高分子量cPAM的实验组则分别降低了7.4%、19.4%和25.9%;相应地,添加中、高分子量cPAM污泥的30 d甲烷累积产量为(40.4±1.4),(49.8±1.3) mL CH4/g VSS,比对照组的(61.0±1.4) mL CH4/g VSS分别降低了33.7%、18.3%。由此建议剩余污泥脱水过程中,要综合考虑cPAM添加量和分子量对后续厌氧消化性能的影响,以达到效益最佳。
碱处理对污泥产甲烷与中间产物氨基酸的影响及两者相关性研究
徐慧婷, 刘辉, 马长文, 陈浩, 朱志浩, 徐天陈, 叶建锋
2022, 40(5): 88-94. doi: 10.13205/j.hjgc.202205013
摘要:
以剩余污泥为底物,研究了碱处理pH对污泥有机物溶出,水解产生的氨基酸种类和构型以及厌氧消化产甲烷的影响。分别采用2种动力学模型对产甲烷过程进行拟合,并利用Spearman分析考察了氨基酸与产甲烷之间相关性。结果显示:碱处理pH为11时COD溶出率最大,最终累积产甲烷量较空白组提高了1.4倍。改进Gompertz模型对产甲烷过程拟合效果较好,拟合系数均在0.989以上,误差范围在3.9%以内。碱处理可提高水解产物氨基酸含量和种类,溶出的氨基酸同时具有L型和D型,其中L、D-Cys含量最高。L型氨基酸含量高于其对映体(Thr除外),Thr的外消旋化程度(D/(D+L))最高(54.0%),其次为Cys (45.5%)和Ala (44.0%)。氨基酸中D-Leu、D-Asp、L-Thr和L-Cys含量与甲烷产量之间有较强的相关性,其Spearman系数分别为0.894、0.9、0.9和0.9(P<0.05)。这为后续研究氨基酸及其构型对厌氧消化产甲烷的影响提供理论参考,为调控厌氧消化提供新的思路。
长江口入海通道水质综合分析与模型预测
曾一川, 曾会国, 袁伟皓, 冯翔宇, 李保, 王华
2022, 40(5): 95-102,108. doi: 10.13205/j.hjgc.202205014
摘要:
以中国最大河口地区为例,2004—2018年对包括徐六泾、启东港、南港、北港在内的4个长江口主要入海通道断面进行定期监测。对水样中的高锰酸盐指数、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)等水质参数进行测定,运用综合水质标识指数法(WQII)对入海通道断面水质进行综合分析。选择溶解氧(DO)作为响应变量,建立各断面逐步回归方程、季节性差分自回归移动平均模型(SARIMA),并对2018年10—12月进行预测以检验模型精度,比较2种模型在各断面的适用性。结果显示:1)长江口各入海通道断面DO浓度在空间上呈现徐六泾最高、北支其次、南支最低的规律,平均值为8.73 mg/L;2)各断面综合水质标识指数从相对最优开始排列依次为启东港(3.110)>徐六泾(3.120)>北港(3.220)>南港(3.420);3)除南港断面外,SARIMA模型相较逐步回归方程对长江口断面DO浓度预测的相对偏差更小。
pH对果蔬、园林垃圾混合厌氧水解产酸的影响
杨梦, 蒋建国, 徐一雯, 刘诺
2022, 40(5): 103-108. doi: 10.13205/j.hjgc.202205015
摘要:
采用厌氧水解技术处理果蔬、园林混合垃圾,探究pH值对产酸效果的影响。在45℃、pH=6的条件下,第11天时反应器内消化液的挥发性脂肪酸(VFA)浓度达到最大值12.94 g/L,是未调控pH条件下VFA浓度的3.37倍,同时使达到最大值的时间减少了20%,大大提高了产酸效率。同时,调控pH可以促进溶解性有机物(SCOD)转化为挥发性脂肪酸,VFA/SCOD在pH=6条件下第11天时达到最大值,为48.73%。进一步对比分析不同条件下的消化液VFA组分和氨氮浓度,调控pH=6可使发酵类型从乙醇型发酵转为丁酸型发酵,也有利于蛋白质的分解。
重金属Ni、Cr复合污染下李氏禾的根际环境特征
覃辉, 林华, 丁娜, 师恩泽, 甘淑萍
2022, 40(5): 109-116. doi: 10.13205/j.hjgc.202205016
摘要:
为了将李氏禾应用于Ni、Cr复合污染土壤修复领域,通过根箱实验,研究了Ni、Cr复合污染下李氏禾根际环境特征的变化。结果表明:在不同浓度的Ni、Cr处理下,李氏禾根际土壤的pH值均显著低于(P<0.01)非根际土壤与基质土壤,根际土壤的脲酶、酸性磷酸酶、酸性转化酶活性均显著高于(P<0.05)非根际土壤与基质土壤。随着Ni、Cr处理浓度升高,李氏禾的pH值、土壤酶活性均呈不同程度的下降,李氏禾的株高、生物量及富集系数也受到抑制。在相关性分析中,李氏禾的株高和生物量与土壤pH值、土壤酶活性呈显著正相关(P<0.01),土壤pH值与土壤酶活性同样呈显著正相关(P<0.01)。高通量测序结果表明:李氏禾根际土壤相对丰度最高的3种菌群为变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes);相对丰度最高的3种菌属依次为Alicyclobacillus属、Bordetella属和Mucilaginibacter属;Hydrotalea属对李氏禾的生长及富集能力可能具有促进作用。李氏禾可耐受较高水平的Ni、Cr污染,其根际可能存在金属抗性细菌,是一种潜在的可用于Ni、Cr复合污染土壤修复的植物。
永定河北京段基于模糊数学的水体富营养化评价
章筱悦, 李洁, 孙寓姣, 潘成忠, 黄宇佳, 尹萌
2022, 40(5): 117-122. doi: 10.13205/j.hjgc.202205017
摘要:
以永定河北京段为研究对象,进行水质和水生态调查及动态指标的监测,选取候选评价指标,采用主成分分析法对评价指标进行筛选,并运用熵权法确定指标权重,从而构建河流富营养化评价指标体系。基于模糊数学算法,对永定河北京段进行了富营养化评价。结果表明:该水体富营养化问题较为广泛,但总体的富营养程度较轻。采用综合营养状态指数法和评分法进行评价对比研究,验证了该方法的可信度,且具有指标选择更灵活、评价结果更客观的优越性,可作为永定河北京段水体富营养化评价的重要方法和手段。
贵州晴隆锑矿尾砂中锑和砷的生物有效性及生态风险评价
肖涵, 韩志伟, 熊佳, 罗广飞, 田雨桐, 杨淼
2022, 40(5): 123-132. doi: 10.13205/j.hjgc.202205018
摘要:
为探明锑矿尾砂中锑(Sb)和砷(As)的形态分布特征及生态风险,选取贵州省晴隆锑尾矿库为研究对象,在尾砂剖面上(0~330 cm)采集样品33件,基于物相表征分析、冗余分析(RDA)及生态风险评价等方法,阐明了锑和砷在尾砂剖面上的形态分布及变化特征,并对其生态风险进行评价。结果表明:尾砂中主要以石英(SiO2)、辉锑矿(Sb2S3)及方解石(CaCO3)3种矿物存在;尾砂浸出液重金属浓度远低于毒性浸出标准;尾砂中Sb含量明显随深度增加而增加,而As含量在剖面上分布相对均匀。Sb各形态含量顺序为残渣态(1196.17 mg/kg)>可还原态(131.46 mg/kg)>弱酸提取态(54.07 mg/kg)>可氧化态(41.59 mg/kg),而As各形态含量顺序为残渣态(282.27 mg/kg)>可还原态(71.1 mg/kg)>可氧化态(42.06 mg/kg)>弱酸提取态(5.12 mg/kg);Sb和As的有效态含量分别占总量的16.94%和30.34%,其主要形态是可还原态。基于重金属总量的内梅罗综合污染指数评价法和潜在生态危害指数法的评价结果为存在重度污染和严重环境生态风险;基于重金属形态含量的风险评估编码法(RAC)和次生相原生相分布比值法(RSP)评价结果为低污染和低生态风险。基于重金属形态含量的评价方法可更客观准确地评价其可能对环境产生的潜在生态风险。
四湖流域径流及蓝水绿水资源时空分布模拟
尹述政, 许峰, 王文荟, 霍雯蓉, 黄运新
2022, 40(5): 133-140. doi: 10.13205/j.hjgc.202205019
摘要:
为了解四湖流域的水文特征及蓝水绿水资源时空分布,通过水系概化、子流域划分、总出口概化、湖泊概化,完成SWAT模型构建,采用SUFI-2算法分析了模型参数的敏感性,基于决定系数R2、Nash-Sutcliffe效率系数ENS与相对误差|Re|评价了模型的有效性。结果表明:1)对四湖流域径流模拟影响较大的参数有ALPHA_BF (基流α系数)、GWQMN (基流判定系数)、CH_K2(河道水力传导系数)、CN2_AGRL[SCS曲线系数(耕地)]、CH_N2(主河道曼宁系数)和SOL_AWC (土壤层含水率参数),表明地下水模块参数和河网概化参数对四湖流域水文过程影响较大;2)月径流模拟过程与实测水文过程拟合较好,率定期和验证期R2与ENS分别为0.75、0.72和0.69、0.63,|Re|均在5%以内,均达到令人满意的结果;3)四湖流域绿水资源量年度变化相比蓝水资源更为稳定,降雨量与蓝水资源呈正相关,在空间上蓝水资源分布较为均匀,绿水资源分布呈西北部、东南部多,中部少的分布特征,绿水系数与绿水资源分布特征相似,降雨量对蓝水资源空间分布影响较大。
技术及应用
曝气精确控制实现污水处理厂节能降耗的应用
荆玉姝, 牟润芝, 姜怡名, 刘长青, 杨延栋
2022, 40(5): 141-145,165. doi: 10.13205/j.hjgc.202205020
摘要:
曝气系统是污水处理厂最主要的耗能单元,具有很高的节能潜力。在青岛张村河水质净化厂引进曝气精确分配与控制系统,考察了该系统的曝气控制效果、对出水水质的影响以及节能降耗潜力。结果显示:在1 d中2/3以上的时段内,曝气精确控制可将曝气池中溶解氧(DO)浓度控制在设定值±0.3 mg/L范围内。应用曝气精确控制后,污水处理厂平均出水ρ(COD)由19.6 mg/L降至16.7 mg/L,ρ(NH+4-N)由0.37 mg/L降至0.28 mg/L,ρ(TN)由8.48 mg/L降至7.36 mg/L,出水ρ(TN)<10 mg/L的天数占总运行时间比例由79%增至100%,出水水质更加稳定;同时曝气能耗节省24.8%,乙酸钠药耗降低15.1%。结果表明曝气精确控制是实现城市污水处理厂节能降耗的有效途径之一。
进水条件对侧流活性污泥水解工艺性能和微生物的影响
刘玉龙, 张智锋, 张黎, 张喆, 秦璐, 柴国栋, 郑兴, 王东琦
2022, 40(5): 146-151,158. doi: 10.13205/j.hjgc.202205021
摘要:
针对传统生物脱氮除磷工艺性能易受进水条件变化影响的缺点,构建了侧流活性污泥水解(SSH)工艺反应器,比较研究了该反应器与常规厌氧/缺氧/好氧(A2/O)工艺反应器在不同进水条件下的污染物处理性能和微生物群落的变化规律。试验结果表明:A2/O和SSH反应器化学需氧量(COD)去除性能的变化较小,整体COD去除率均维持在90%左右。进水负荷和流量的升高有利于提高脱氮除磷效果。A2/O和SSH反应器的总氮去除率分别从阶段Ⅰ的58%和72%升高到阶段Ⅲ的67%和83%,总磷去除率均从60%左右升高到85%以上。与A2/O反应器相比,进水条件变化对SSH反应器脱氮性能的影响较小。相同进水条件下SSH反应器脱氮性能更好,总氮平均去除率比A2/O反应器高出23%。高通量测序结果表明,SSH反应器中微生物群落的多样性更高,Dechloromonas、Accumulibacter等脱氮除磷功能菌的相对丰度更高,是反应器出水水质良好且稳定的重要原因。研究成果可为SSH工艺的设计与实际应用提供参考依据。
基于空气扩散阴极的过流式反应器产单线态氧降解水中亚甲基蓝
姚嘉雄, 谢世伟, 廖家成, 郭绍东
2022, 40(5): 152-158. doi: 10.13205/j.hjgc.202205022
摘要:
构建了钛基二氧化钌(Ti/RuO2)阳极耦合空气扩散阴极(ADC)的电化学氧化体系,利用过流式反应器对亚甲基蓝(MB)进行氧化去除。结果表明:ADC阴极在200 mA电流下产生H2O2的稳定浓度达到45.33 mg/L,电流效率为65.10%。ADC-RuO2体系对有机污染物的氧化具有选择性,几乎不能氧化苯甲酸钠,但对亚甲基蓝等染料具有较强的氧化作用。且该体系在叠氮化钠和2,5二甲基呋喃等存在时氧化能力受到显著抑制,证明其主要的活性氧化物为单线态氧(~1O2)。在停留时间为2 min和电流为200 mA条件下,该体系对0.1 mmol/L MB的去除率达到99%,并且MB浓度降低90%时对应的能耗为0.25 kW·h/m3
退役井场老化油污土壤的生物强化修复技术
丁明山, 刘京煊, 孙楠, 袁长忠, 汪卫东, 李晓栋, 王志坚
2022, 40(5): 159-165. doi: 10.13205/j.hjgc.202205023
摘要:
退役井场油污土壤含油量低、原油重质化严重,为恢复其土壤属性,探索原位生物强化修复技术。在分析油污土壤中原油性质和土著菌群结构的基础上,优选配伍好的外源嗜烃菌,并应用生物促进剂,以及将菌剂固定化以提升其抗环境冲击能力,提升现场生物修复效率。结果表明:井场油污土壤平均含油率为14.6 mg/g,重质组分含量达到57%,土著菌群结构中缺少降解重质组分的微生物。室内优选2株具有协同效应的重质组分降解菌,在生物促进剂用量为500 mg/L和以锯末固定外源菌条件下,降解达标时间由120 d缩减至80 d。现场开展了2700 m2场地原位修复试验,采用地耕法工艺,修复8个月后含油率由14.6 mg/g降至3.30 mg/g,达到GB 36600—2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》建设用地Ⅱ类用地要求。优选的重质油降解菌剂能提升原油污染物的降解速率,通过促进剂和菌剂投加方式的优化,可有效缩短修复周期。
袋式除尘滤料清洗再生实验
程姣, 杨璐璐, 柳静献
2022, 40(5): 166-170,177. doi: 10.13205/j.hjgc.202205024
摘要:
随着袋式除尘器在工业上的广泛应用,大量废旧滤袋的处理成为亟需解决的环境问题。实验探究了袋式过滤材料清洗复用的方法,研究了AMES (α-磺基脂肪酸甲酯钠)清洗剂浓度、清洗时间以及清洗温度对滤料清洗效果及使用性能的影响,以降低袋式除尘运行成本,实现循环经济。结果表明:在40℃的清洗温度下,将废旧聚苯硫醚滤料放入质量浓度为2.5%的AMES溶液中,采用自主设计的滚动清洗机清洗20 min,再联合超声波清洗机清洗10 min时,滤料的清洁度可达95.82%,滤料对0.3,0.5,1.0,2.5,5.0,10.0μm的过滤效率分别提升至81.09%、86.33%、94.86%、98.58%、99.28%、99.31%,透气度达8.182 m3/(m2·min),实现了良好的清洗效果,且清洗工艺对滤料的力学性能无明显影响。
风送式抑尘喷雾机喷嘴的优化选型
袁新虎, 王鹏飞, 刘黎明, 贺运初, 龚京忠
2022, 40(5): 171-177. doi: 10.13205/j.hjgc.202205025
摘要:
为了更好地指导风送式抑尘喷雾机喷嘴的选型,收集了5种内部结构的喷雾机喷嘴,对比其雾化特性,并检验选定的喷嘴应用于工程现场的降尘效果。结果表明:1)斯普瑞和泰格两种喷嘴具有较大的雾化角,能满足大面积降尘的需求,适用于大多数抑尘喷雾机;2)同一供水压力下,喷孔直径为0.5 mm的斯普瑞喷嘴雾滴粒径远小于其他结构的喷嘴,将其安装在抑尘喷雾机,能有利于细小颗粒粉尘的捕集;3)将喷孔直径为0.5 mm的斯普瑞喷嘴安装于工程现场抑尘喷雾机,实测全尘降尘效率和呼尘降尘效率分别高于90%和80%,降尘效果良好。
基于面向对象Petri网的环境大数据预处理
姜秋俚, 郭思言, 郭惠宣, 张佳琪, 王宁
2022, 40(5): 178-183,140. doi: 10.13205/j.hjgc.202205026
摘要:
通过大数据预处理与面向对象Petri理论结合,使数学模型应用到环境大数据预处理中,将模拟仿真数据与经预处理的在线监测数据进行误差分析。基于OPMSE仿真平台设定误差阈值范围,如果超出阈值范围,则采用物联网手段进行预警提示,从而再次进行数据预处理。监测数据校验通过后才能输出到环境综合管控平台的计算分析模块进行后续处理,可实现对环境管控平台数据采集和分析过程实时校验和预警。
环境管理
地铁建设环境影响评估及减排效益研究:以深圳市为例
粟月欢, 张宇, 段华波, 李强峰
2022, 40(5): 184-192,236. doi: 10.13205/j.hjgc.202205027
摘要:
地铁大规模建设和运营消耗了大量资源能源,已逐渐成为城市交通环境影响的主要贡献源。基于生命周期评价(life cycle assessment,LCA)方法,以深圳市为研究区域,定量分析了地铁建设过程的资源与能源消耗强度,选取全球变暖潜能值(global warming potential,GWP)为度量指标,构建了地铁建设碳排放分析框架及测算方法,并基于情景分析法预估了减排潜力。结果表明:截至2020年底,深圳已开通运营的地铁线站建设造成的碳排放量约累积达到2730万t CO2e,其中地铁车站建设碳排放量占比约为72%,地铁隧道建设碳排放量占比约为28%。建设阶段单位里程盾构隧道碳排放强度约为1.3万t CO2e/km,单位面积车站碳排放强度约为371 t CO2e/100 m2。通过推广绿色建造技术,如采用再生混凝土和再生钢材,地铁建设阶段最高碳减排率可达到8.5%/a,2021—2035年累积节碳可达到508万tCO2e,可一定程度上能缓解地铁建设的碳排放压力。
基于层次分析法评价清水廊道陆向缓冲带工程适宜性
尹浩, 詹亚, 张浏, 刘桂建
2022, 40(5): 193-196,250. doi: 10.13205/j.hjgc.202205028
摘要:
清水廊道陆向缓冲带是截留陆域污染入河前的最重要生态屏障,评价其工程适宜性,不仅要体现出陆向缓冲带对外源污染物拦截效果以及所选缓冲带技术本身的特点,还要体现出污染物拦截技术对于清水廊道周边环境、社会和经济等方面综合影响。基于层次分析法,选取了18个评价指标,构建清水廊道陆向缓冲带工程适宜性评价体系,并对光明大堰河清水廊道陆向缓冲带污染拦截工程进行适宜性评价。结果表明:在所评价的8个河段中,非常适宜的河段占62.5%,适宜的河段占37.5%,河段总体处于污染拦截效果较好状态。基于层次分析法的清水廊道陆向缓冲带污染拦截工程评价方法可将河岸带的功能管理、植被及生态重建、土地利用、滨水区规划和设计融入工程评价中,为清水廊道工程的实施提供理论支撑和数据支持。
综述
地下水原位化学修复数值模拟研究进展
张云
2022, 40(5): 197-204,217. doi: 10.13205/j.hjgc.202205029
摘要:
数值模拟是地下水原位化学修复设计的主要方法。从地下水原位化学修复过程的物理和化学作用出发,分析了土体平衡方程、流体相连续性方程和溶质运移方程等基本控制方程,比较了常用地下水原位修复数值模拟软件的特征,指出土体变形对地下水渗流和溶质运移的影响以及现有地下水原位化学修复模拟中存在的问题,需考虑以下3个方面:1)原位注入化学修复模拟时应考虑土体变形、地下水渗流和溶质运移的三维耦合模型和模拟计算;2)药剂注入方式以及药剂注入引起的土体变形和破坏及其对土体渗透性的影响;3)药剂注入对土体固结变形和强度的影响。
塑料制品中微塑料的释放行为及在环境中的迁移规律研究进展
刘超, 张晓然, 刘俊峰, 张紫阳, 宫永伟, 李海燕
2022, 40(5): 205-217. doi: 10.13205/j.hjgc.202205030
摘要:
塑料制品的管理及处置不善是导致微塑料污染的关键因素,微塑料不仅会与环境中多种污染物相互吸附,也极易被大型藻类、动物、植物等生物摄入富集,具有巨大的环境风险。城市作为塑料制品的主要生产以及消费主体,是微塑料污染的重要源头。塑料制品会受到各种环境因素的影响,如温度、光照、机械力、水力作用等,发生老化、裂解、剥离进而迁移至自然环境,存在潜在的污染风险。掌握微塑料从塑料制品中的释放行为以及在环境介质中的迁移规律,对评估城市源微塑料污染风险十分重要。综述了城市生活用品、垃圾、基础设施中微塑料的释放行为,阐述了微塑料在水、砂及土壤介质中的迁移规律,为微塑料污染的风险评估及防控提供依据。今后可在环境因素对城市塑料设施中微塑料释放、迁移的影响,以及微塑料与城市水环境中污染物的相互作用行为2个方面进行深入研究。
剩余污泥热碱处理及其对污泥厌氧消化的强化研究进展
唐心漪, 陈翔宇, 肖本益, 柳荣展
2022, 40(5): 218-226. doi: 10.13205/j.hjgc.202205031
摘要:
剩余污泥的处理处置已成为污水处理厂面临的一个重大挑战。厌氧消化是一种常用的污泥处理方法。传统的污泥厌氧消化存在许多不足,而污泥热碱处理能使之改善。综述了近年来污泥热碱处理的研究,从热碱处理的机理出发,总结了热碱处理对污泥性质和厌氧消化的影响,分析了影响污泥热碱处理效果的因素,并通过能耗分析讨论了热碱处理强化污泥厌氧消化的可行性,最后指出污泥热碱处理及其强化污泥厌氧消化存在的问题,并提出了建议和展望。
氯代吡啶类污染物吸附与转化技术研究进展及挑战
孙素云, 李宝磊, 孔德勇, 侯雅男, 马金凤, 郭建博, 宋圆圆
2022, 40(5): 227-236. doi: 10.13205/j.hjgc.202205032
摘要:
氯代吡啶类除草剂的大量生产及在农业生产和生活中的广泛应用,使其在废水、饮用水等环境中被不断检出,对生态环境和人类健康造成潜在危害。氯代吡啶类农药残留及其高效去除与转化技术,是水环境污染控制研究的热点和难点。从结构上看,碳氯键断裂是实现氯代吡啶类化合物降解的关键所在。基于国内外研究进展,综述了此类污染物的去除转化技术,从污染物吸附、高级氧化处理、催化氢化及耦合联用技术等角度,系统阐述了污染物去除转化的关键因素、相关工艺作用机制及现存技术挑战。在现有技术中,吸附法仍面临新型吸附材料研发、吸附剂再生等问题;高级氧化技术污染物矿化率高,但氧化效率低、运营成本高;催化氢化法定向选择催化降解污染物,但存在污染物降解不完全的问题;生物处理技术经济有效,但对污染物的去除转化率仍有待提高。研究表明:由于氯代吡啶类污染物的难降解特性及各工艺的局限性,单一的处理技术难以实现污染物矿化,多种处理方法联用是实现污染物高效去除的可行策略。开展环境中氯代吡啶类污染物的转化技术与机制研究,可为实现风险性污染物高效脱毒、降解提供参考。
生活垃圾焚烧飞灰处置技术与应用瓶颈
马懿, 郑仁栋, 周志昊, 姜佳豪, 王国斌, 严密
2022, 40(5): 237-243. doi: 10.13205/j.hjgc.202205033
摘要:
生活垃圾焚烧飞灰富含二噁英、重金属和可溶盐,属于危险废物,需进行无害化处理。但当前垃圾焚烧产业普遍存在“重烟气、轻飞灰”问题,造成飞灰处置技术和能力不足,已成为当前制约垃圾焚烧产业发展的重要瓶颈。综述了飞灰的产生、物化特性以及处置技术。重点介绍了当前普遍采用的3种处理方式以及技术应用难点,包括螯合稳定耦合填埋、水洗脱盐耦合水泥窑协同处置和熔融玻璃化处理等,以期为垃圾焚烧飞灰的无害化处置行业提供技术参考。
甾体类药物发酵菌渣的无害化与资源化研究进展
郭李恒, 关小红, 刘惠玲, 戴晓虎
2022, 40(5): 244-250. doi: 10.13205/j.hjgc.202205034
摘要:
我国为甾体类原料药的生产大国,微生物转化法生产甾体药物的过程中产生的发酵菌渣是一种非常宝贵的资源,但发酵菌渣中仍存在少量有毒的甾体类残留物,在我国被列入《国家危险废物名录》。目前,甾体药物发酵菌渣的处理仍存在一定困难,严重制约着制药企业的健康发展,为此很多研究者针对药物发酵菌渣的无害化与资源化途径开展了广泛的研究。从甾体类药物发酵菌渣的来源、污染属性及国家相关管理要求等方面入手,分别综述了目前包括水热处理、碱热处理、微波处理等预处理技术,燃料化、肥料化、材料化等资源化利用技术,焚烧处置、安全填埋等处置技术在内的甾体药物发酵菌渣无害化与资源化方面的研究现状与最新进展,并对不同处理处置技术的可行性与可操作性进行了综合分析,最后对该领域未来的研究方向进行展望。