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2021年 第39卷  第1期

专论
秸秆主流能源化技术研究与经济性分析
戴晓虎, 陈淑娴, 蔡辰, 戴翎翎, 华煜
2021, 39(1): 1-17. doi: 10.13205/j.hjgc.202101001
摘要:
秸秆生物质作为1种可替代化石燃料的清洁能源,对环境保护和能源结构转型意义重大。我国农作物产量丰富,在秸秆的综合利用方面有较大潜力。就整个秸秆能源化产业而言,我国正处于有序推进阶段,但国内核心技术和设备水平与国际先进水平之间存在差距,产业效益仍不理想,企业对财政补贴有较强的依赖性。在充分认识我国秸秆利用现状的基础上,针对秸秆乙醇技术、秸秆沼气技术、秸秆热解技术和秸秆固化成型技术,探讨了国内外秸秆能源化技术和应用进展,追踪了解除发酵抑制、优化厌氧消化性能、开发热解炭降解潜力以及激活成型燃料黏结性能等技术热点问题。基于经济性分析提出了全组分利用、气肥联产模式、大宗产物梯级利用等针对能源化技术的效益提升手段,并对比了政策补贴和技术提升对企业效益的影响。最后从政策角度和新技术角度对秸秆产业发展方向提出了建议。
水污染防治
空气提升式A2/O处理农村生活污水
张吉库, 孙冕
2021, 39(1): 18-23. doi: 10.13205/j.hjgc.202101002
摘要:
考虑到农村地区的经济条件,以空气提升器代替传统的回流泵,采用空气提升式A2/O一体化装置对农村生活污水进行脱氮除磷分析。在空气提升的高DO回流液条件下,探究了不同硝化液回流比与曝气池DO浓度对污水净化效果的影响。研究结果表明:控制污泥回流比为70%,HRT为12 h,污泥龄为15 d,综合考虑节能降耗与污染物净化性能,认为硝化液回流比为200%,ρ(DO)为2.0 mg/L为最优工况条件。
优化生物组合技术提高黑臭水体净化效能
王海珊, 邹平, 戴犇, 朱芳芳, 王籽橦, 艾贤思琪
2021, 39(1): 24-32,39. doi: 10.13205/j.hjgc.202101003
摘要:
目前组合生物技术治理黑臭水体存在效率低、周期长、易复发等问题,进一步提高组合生物技术对黑臭水体净化效率成为亟待解决的问题。通过单因素及正交实验分析比较了不同促生剂、曝气方式、填料、植物对黑臭水体的净化效率,并通过高通量测序从微生物角度理解不同条件净化效率产生差异的原因。结果表明:不同条件对黑臭水体净化效率存在差异,其中净化效果较佳的为生物促生剂(BE)、持续曝气、弹性立体填料及水花生,且各实验组优势菌门、优势菌属及其相对丰度不同。说明微生物群落结构组成的差异是不同条件对黑臭水体净化效率产生差异的原因。持续曝气,刺激了好氧菌与兼性菌的大量生长;弹性立体填料表面生长的生物膜,为好氧菌、厌氧菌、兼性菌尤其是后两者的生长提供了必需条件,刺激了厌氧菌、兼性菌的大量生长繁殖;水花生也有其独特的有利于污染物净化的根际微生物群落结构。研究结果可为组合生物技术选取高效的条件参数提供参考,为强化组合生物技术高效净化黑臭水体提供理论依据。
1株海洋产电菌Shewanella XMS-1的特性分析
张宗斌, 岳正波, 吴景行, 王进
2021, 39(1): 33-39. doi: 10.13205/j.hjgc.202101004
摘要:
以厦门湾海水中的底泥为接种物筛选得到1株具有电化学活性的菌株XMS-1,研究该菌株相关特性及其在环境污染控制中的应用。根据菌株的形态、生理生化性质及16S rRNA基因测序的结果确定其种属,并用以构建微生物燃料电池,研究该菌株的产电性能,以及对典型重金属污染物Cr (Ⅵ)的还原能力。菌株XMS-1经鉴定属于Shewanella属,当MFC中接种初始浓度OD600为0.3时可获得最大功率密度18 mW/m2、电流密度243 mA/m2,细菌能够在pH为7~8和NaCl含量为0~6%条件下实现对Cr (Ⅵ)的还原。XMS-1该菌株能在较宽的pH和较高的盐度条件下高效还原Cr(Ⅵ),并且具备良好的电化学活性,为微生物直接处理含盐工业废水和实现海水资源化利用提供了新的研究思路和数据参考。
给水厂污泥对有机磷的吸附特性分析
仇付国, 刘玉君, 赵爽, 付昆明, 曹秀芹
2021, 39(1): 40-46. doi: 10.13205/j.hjgc.202101005
摘要:
通过批次试验对给水厂铝污泥吸附单磷酸腺苷的动力学、热力学和吸附等温模型进行研究,分析了初始磷浓度、温度和粒径对单磷酸腺苷(AMP)吸附的影响。试验结果表明:酸性和中性pH条件有利于铝污泥对AMP的吸附,粒径越小,吸附量越大,从实际应用的角度考虑,粒径1.0~2.0 mm的污泥最适合实际应用。准二级动力学模型能够很好地模拟铝污泥对单磷酸腺苷的吸附过程,表明吸附主要以化学吸附为主。Langmuir等温吸附模型能很好地描述铝污泥对单磷酸腺苷的吸附平衡。热力学分析表明,吸附过程为自发、吸热和熵增的过程。对红外光谱的分析表明,铝污泥吸附单磷酸腺苷的过程中有与Al相连的羟基的丢失以及Al—O—P键的增加,这一现象会随着初始磷浓度的增加而加剧,表明铝污泥主要是通过配体交换吸附单磷酸腺苷。
基于MIKE 21数值模拟实际砾石滤床通流特性:以汉中市某河道生态修复项目为例
刘晶晶, 谢维科, 张博, 李超, 李永健, 丁卓, 崔海航, 王怡
2021, 39(1): 47-50,147. doi: 10.13205/j.hjgc.202101006
摘要:
为探究实际砾石滤床应用于河道水修复的效果,以陕西省汉中市某河道为研究对象,采用MIKE 21软件构建了河道的水动力模型。通过模拟在设计流量下主河道与砾石滤床的流动状况,获得河道的流速及水位分布,进而计算获得砾石滤床的通流特性。结果表明:根据流量的分配关系,得到进入砾石滤床的水量仅占河道设计水量的(1.00±0.25)%,因此,砾石滤床在实际河道水体修复中发挥的作用有限。研究认为,实际河道修建的砾石滤床是具有旁路系统的复杂滤床系统,因而在设计中应综合考虑水力停留时间、滤床的通流次数及河道的通流能力,这一结论对研究类似体系具有一定借鉴意义。
运行模式对同步短程硝化反硝化脱氮及微生物群落特征的影响
韩亚琳, 王福浩, 王群, 李婷, 佘宗莲
2021, 39(1): 51-57,17. doi: 10.13205/j.hjgc.202101007
摘要:
采用复合序批式生物膜反应器(HSBBR)处理高盐废水,实现了同步短程硝化反硝化脱氮。考察了运行模式对同步短程硝化反硝化系统COD去除和脱氮性能的影响,利用高通量测序技术分析了微生物群落的变化。结果表明:当反应器以缺氧/好氧交替模式运行时(缺氧/好氧时间比为2.0 h/4.5 h),NH3-N、总无机氮(TIN)和COD去除率分别为95.00%、84.83%和86.72%,出水中含有NO2--N和NO3--N。以完全好氧模式运行时(缺氧/好氧时间比为0.0/6.5 h),NH3-N去除率达到100.00%,TIN和COD去除率分别为85.94%和89.46%,出水中只含有NO2--N。高通量测序结果表明:在门水平上,2种模式下生物膜和悬浮污泥中的优势菌均为变形菌门(Proteobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes);Nitrosomonas是本研究检测出的唯一氨氧化菌(AOB)属,当反应器由缺氧/好氧交替模式转换为完全好氧模式时,悬浮污泥和生物膜中Nitrosomonas的相对丰度均增加;悬浮污泥和生物膜中优势反硝化菌属相似,包括Candidatus_CompetibacterParacoccusThaueraDenitratisoma,在完全好氧模式下,悬浮污泥和生物膜中Candidatus_CompetibacterThauera的相对丰度较低,而ParacoccusDenitratisoma的相对丰度较高。多种反硝化菌与氨氧化菌的共同作用,使反应器能够实现高效同步短程硝化反硝化脱氮。
应用自主呼吸生态滤池技术处理农村生活污水
骆其金, 何晨晖, 谌建宇, 黎京士, 易新贵
2021, 39(1): 58-63. doi: 10.13205/j.hjgc.202101008
摘要:
针对当前农村生活污水治理的热点,研究中试规模试验条件下应用自主呼吸生态滤池技术处理农村生活污水的效果。试验结果表明:自主呼吸生态滤池技术对COD、TN、NH3-N、TP和SS都有较好的去除效果,平均去除率分别为(79.22±4.28)%、(66.13±6.58)%、(84.25±4.87)%、(94.23±0.67)%、(89.07±1.35)%。主要污染物指标均能稳定达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。采用填料分层填装、自主呼吸系统、间歇式运行方式等工艺设计,互相耦合,有效提高了系统的处理效果。
冬季不同尾水受纳河道水环境变化特征分析
顾佳艳, 田弘, 殷徽, 何国富, 徐月清
2021, 39(1): 64-69. doi: 10.13205/j.hjgc.202101009
摘要:
为探究不同污水厂尾水受纳河道水环境变化特征,分别采集4组受纳河道的33个样品,测定CODMn、TN、TP、NH3-N、Chl-a 5项指标,结合高通量测序,分析沿程水质变化、富营养化特征及细菌群落结构变化。结果表明:尾水排口处引起的污染物浓度变化在距离排口50~100 m恢复至背景值,但TN始终高于背景值;尾水补充使细菌丰富度及多样性增加,但优势门类占比下降且相对丰度改变,距离排口50~100 m处占比回升,Proteobacteria成为绝对优势菌门;属水平上,背景断面优势菌属相对丰度随着尾水排入均出现下降,Rhodovulum、PseudoalteromonasMassilia占比与富营养化指数显著负相关(P<0.05);当排放比例≥ 50%时,距离排口100 m处细菌群落结构与尾水排口处相似度更高。此外,尾水可能带来大量其他菌种,增加河道生态风险。
Pd-Cu/石墨烯协同零价铁(Fe0)的催化反硝化实验
云玉攀, 梁钊, 朱振亚, 万敬敏, 忤丽洋, 温学友
2021, 39(1): 70-74,165. doi: 10.13205/j.hjgc.202101010
摘要:
为解决城市污水处理厂二级出水中硝态氮含量较高的问题,对Pd-Cu/石墨烯协同零价铁(Fe0)的新型催化反硝化法处理水体中NO3--N进行了深入研究,重点对催化反硝化操作条件进行了优化。研究发现,新型催化反硝化法获得较好催化效果的最佳运行条件为:Fe0投加量为4 g/L,m(Pd):m(Cu)为3:1,溶液pH为4.2,Pd-Cu/石墨烯投加量为4 g/L,反应时间为2 h,此时系统的NO3--N去除率及N2转化率分别为78%和74%。在催化反硝化反应中,Fe0主要以电子供体存在,其在一定的酸性条件下,可触发催化反应的发生。催化反应发生在催化剂的金属活性位(Pd和Cu)上。NO3--N在催化剂作用下,通过脱氧反应被逐步去除并转化为N2。此外,催化剂载体及催化反应中的传质效果也是影响催化效果的重要因素。
基于GMS的抚顺西露天矿地下水涌水量模拟
赵研, 郭嘉琳, 施洋, 吴志琪, 姜彬慧
2021, 39(1): 75-79,129. doi: 10.13205/j.hjgc.202101011
摘要:
以抚顺西露天矿为研究区,利用GMS (groundwater modeling system)数值模拟软件在分析矿区及其周边区域地质及水文地质条件的基础上,针对地层岩性和地质构造特点,建立数学模型;结合工作区地质勘探资料及对充水因素的分析,建立水文地质模型,对涌水量作出预测,提出平衡状态时排水井的布置方案。结果表明:根据矿坑的地形特点分别在南北两侧安置5口深度为100 m,长度为100 m,排水量为10~20 m3/d的水平井,并且在模拟区矿坑最低处按照100 m的间距安置4口深70~100 m,排水量为20 m3/d的竖井时,矿坑中不会有水溢出。
基于Google Earth Engine云平台的黑龙江流域长时序常年和季节性水面提取及变化分析
刘清, 吴君峰, 王浩, 朱乾德, 尹彤
2021, 39(1): 80-88. doi: 10.13205/j.hjgc.202101012
摘要:
遥感影像空间覆盖广、更新周期短,是快速提取大区域水面信息的可行技术,对水资源开发利用、管理和保护具有重要意义。针对年际内受降水波动性影响,充分应用年份内所有可用的影像数据构建年均水体指数,来减少单期影像难以准确反映年内水面特征的问题,利用Google Earth Engine (GEE)遥感云平台解决了传统影像下载和桌面端处理海量影像数据效率低的问题。以黑龙江流域为研究区,以Landsat影像为数据源,结合地形数据,提取1987—2019年常年水面和季节性水面。研究结果表明:1)相较于单期影像数据,年均水体指数能更全面反映水面的时间信息,水面提取总体精度达到95.32%,其中,常年和季节性水面的总体精度分别为96.59%、94.61%;2)与已有数据产品相比,提取的常年水面更加连续、完整,质量更好;3)近32年来,黑龙江流域常年水面面积波动较大,呈减少趋势,年均减少14.82 km2;季节性水面面积相对平稳,呈增加趋势,年均增加12.81 km2
大气污染防治
南京江北化工园区挥发性有机物走航观测
高家乐, 乐昊, 盖鑫磊
2021, 39(1): 89-95,100. doi: 10.13205/j.hjgc.202101013
摘要:
挥发性有机物(VOCs)是大气中1类具有较大健康危害的污染物,同时也是大气中二次有机气溶胶和臭氧生成的重要前体物。首次使用搭载了单光子电离质谱仪(SPI-MS)的走航观测车,在2018年3月对南京江北化工园区环境空气中的VOCs进行了为期4 d的走航观测。观测期间,总VOCs的平均浓度为133.3 μg/m3,夜间平均浓度(143.6 μg/m3)较日间(123.1 μg/m3)偏高,工作日平均浓度(226.7 μg/m3)远高于周末(39.9 μg/m3)。同时还获得了高时间和高空间分辨率的VOCs分布特征,并详细分析了走航路线途经的3个重点区域(南钢-南化、扬子石化和化工大道区域)的特征污染物、浓度变化及主要排放源(企业)。总体来看,VOCs组成以烷烃和芳香烃浓度占比最大(均为31%),其次为烯烃(25%)和卤代烃(13%);但对臭氧生成潜势的贡献,则是烯烃最大(56%),其次为芳香烃、烷烃和卤代烃,分别占32%、9%和3%。该结果为化工园区VOCs的减排管理及区域臭氧污染控制提供参考。
CuxMn1-xCe0.75Zr0.25Oy催化降解甲苯的性能
杨德宇, 郝庆兰, 赵晨晨, 闫宁娜, 豆宝娟
2021, 39(1): 96-100. doi: 10.13205/j.hjgc.202101014
摘要:
采用溶胶凝胶法制备了双主金属、双助剂的CuxMn1-xCe0.75Zr0.25Oy催化剂,在固定床反应器中评价了催化剂降解甲苯的性能,并采用XRD、H2-TPR、O2-TPD和Raman对催化剂进行表征。试验结果表明:催化剂中Cu含量的增加有助于增强Cu-Ce金属之间的相互作用,增加催化剂中的氧空位浓度和晶格氧含量,提高催化剂低温还原性,从而促进催化活性的提高。Cu1CeZr催化剂降解甲苯活性最好,其完全降解甲苯的温度(T100)为220℃,比Mn1CeZr催化剂低60℃。
选择性催化氧化NO的催化剂研究进展
雒亚月, 李翠清, 张伟, 张晨, 宋永吉, 王虹
2021, 39(1): 101-105,88. doi: 10.13205/j.hjgc.202101015
摘要:
工业生产过程产生的NO对大气环境造成严重污染。选择性催化氧化吸收法(SCO)脱硝是目前较有价值的脱硝技术。选择性催化氧化的关键在于催化剂的选择。目前,用于NO催化氧化的催化剂主要有活性炭类、分子筛类、贵金属类、过渡金属氧化物类催化剂。其中,过渡金属氧化物类催化剂具有良好的催化活性,价格低廉,制作简单等,是目前较有研究前景的催化剂。目前,关于SCO各类催化剂脱硝机理的研究,常温下经济实用且氧化、稳定、抗毒性能优良的催化剂的制备,以及催化氧化工业废气工艺的探索是脱硝催化剂未来的发展方向。
碱性活化剂对镁渣基复合脱硫剂脱硫效果的影响
杨富刚, 刘永军, 刘喆, 张爱宁
2021, 39(1): 106-110,160. doi: 10.13205/j.hjgc.202101016
摘要:
为了充分利用资源,降低脱硫成本,利用传统皮江法冶镁工艺中产生的大量镁渣为基质,以冶镁回转窑除尘器中过滤产生的粉尘和冶镁原材料白云石矿石为辅料,按一定比例混合制备湿式脱硫法脱硫剂,研究镁渣、粉尘、单一矿石、两者混合以及三者混合作为脱硫剂的脱硫效果。结果表明:当m(镁渣):m(粉尘):m(矿石)=10:0.3:0.035时脱硫效果最佳,此时复合脱硫剂水溶液(10.335 g/100 mL)可消耗1 mL/L的稀H2SO4 67.58 mL。为进一步提高其脱硫效果,添加碱性活化剂(Na2CO3、NaOH),发现NaOH活化效果较好,当ω(NaOH)加入量为2.0%时,复合脱硫剂可消耗稀H2SO4 214.42 mL,是未活化之前的3.17倍。SEM观察结果显示,加入活化剂后,复合脱硫剂反应面积明显增加。经活化后的镁渣基复合脱硫剂可用于烟气湿式脱硫,实现了镁渣的资源化利用,达到“以废治废”的目的,具有很好的市场化前景。
汾渭平原焦化行业大气污染控制现状及控制对策
于振东, 许为
2021, 39(1): 111-116,186. doi: 10.13205/j.hjgc.202101017
摘要:
分析了汾渭平原焦化行业的发展现状、产业布局、大气污染排放控制现状,剖析了炼焦生产过程中大气污染治理存在的问题,结合现行的环境要求及污染治理技术的发展现状,提出了区域大气污染控制对策。
固废处理与处置
烟气中CO2/O2气氛对稻壳流化床热解制炭的影响规律
胡华军, 黄亚继, 曹健华, 刘凌沁, 戚二兵, 丁守一, 樊聪慧
2021, 39(1): 117-122. doi: 10.13205/j.hjgc.202101018
摘要:
烟气常用作流化床热解的气体热载体,而烟气中低浓度的CO2、O2等成分对流化床热解制炭的影响少有报道。在自行搭建的小型流化床实验台上开展了不同气氛(不同N2/O2/CO2体积比,简单模拟烟气氛围)下稻壳热解制备生物炭试验研究,获得了稻壳热解三相产物产率分布规律、稻壳生物炭工业分析特性基本特征,通过FTIR、BET手段分析了生物炭表面官能团及多孔结构变化情况,同时探究了不同O2浓度下稻壳热解制炭能量转移特性。结果表明:提高O2和CO2浓度均有利于热解产物由固相向气相转移,会降低炭产率、降低生物炭中有机组分含量,但有利于生物炭表面形成多孔结构和提高表面官能团芳香化程度;稻壳在低O2浓度下热解能达到80%上的能耗比以及70%以上的能量回收率。
厌氧发酵液回流降解含重金属水稻秸秆
徐文轩, 郭朝晖, 肖细元, 彭驰, 辛立庆, 陶鸣鸣, 韩亮亮
2021, 39(1): 123-129. doi: 10.13205/j.hjgc.202101019
摘要:
针对含重金属水稻秸秆厌氧发酵过程产生的含重金属发酵液的处置问题,将其作为接种物对水稻秸秆进行回流,探究其反复回用以处理含重金属水稻秸秆的可能性。研究结果表明:厌氧发酵液回流可降解含重金属水稻秸秆,接种厌氧发酵液有助于降解水稻秸秆中木质素和半纤维素,水稻秸秆厌氧发酵释放的重金属对其厌氧发酵过程未产生明显抑制作用。在固液比为3.3%条件下,接种发酵液后含重金属水稻秸秆总甲烷产量和总产气量分别达到121.2,282.6 mL/g VS。秸秆中Cu、Cd、Pb和Zn的释放率分别达到94.22%、54.21%、72.67%和98.55%,沼渣中重金属含量达到GB 8172—87《城镇垃圾农用控制标准》要求,可实现还田利用。发酵结束后,发酵液中Cu、Cd、Pb和Zn浓度分别为0.30,0.073,0.10,2.57 mg/L。结果表明,接种厌氧发酵液可以促进水稻秸秆中重金属释放,进而实现含重金属秸秆和发酵液的联合处置。
翻堆策略对猪粪沼渣好氧发酵特性的影响
李春燕, 张曦, 沈玉君, 孟海波, 文宏达, 郑圣尉, 周海宾, 程红胜
2021, 39(1): 130-135. doi: 10.13205/j.hjgc.202101020
摘要:
为探究翻堆对好氧发酵过程及产品理化性质的影响,明确沼渣好氧发酵的最佳翻堆策略,开展7组不同翻堆时间和频率的猪粪沼渣好氧发酵试验,分别在好氧发酵高温中、后期和降温前、中、后期进行翻堆1次、2次或3次,对好氧发酵过程中的理化性质和腐熟指标进行分析评价。结果表明:翻堆可延长好氧发酵高温期,加快降温期的降温速度。在高温期和降温期进行翻堆2~3次,能够更有效促进可挥发性固体的降解,提高产品腐殖化程度和种子发芽指数。综合好氧发酵过程的无害化和腐熟度指标,最佳翻堆策略是在高温期后期、降温期中期(T2)和高温期中期、降温期前期(T3)进行翻堆2次。此外,经翻堆处理后好氧发酵20 d即可达到腐熟,因此可将发酵周期缩短至20 d。
拜耳法赤泥中钪的两步盐酸浸出工艺
郝帅, 李诚, 席艺慧, 李爱民, 杨福胜, 郭焱
2021, 39(1): 136-141,200. doi: 10.13205/j.hjgc.202101021
摘要:
通过计算赤泥中所含金属氧化物与盐酸反应的吉布斯自由能,论证了两步盐酸酸浸提钪工艺的可行性。为使钪离子有高浸出率,同时与其他金属有较高的分离率,在二次酸浸中采用2.5 mol/L左右的低浓度盐酸开展了正交实验。使用Design-Expert 8.0软件对试验数据进行了分析,讨论了温度、时间、液固比、盐酸浓度对赤泥中各主要金属离子浸出的影响,建立了相应的多项式关联模型。确定的二次酸浸的最佳操作条件组合为:浸出温度为70℃,浸出时间为70 min,液固比为6,盐酸浓度为2.5 mol/L,在此条件下钪浸出率超过80%,铁、锆、钛等主要杂质离子浸出率维持在较低水平。
基于EEM与高通量技术分析中药渣投加对餐厨垃圾堆肥的影响
廖黎明, 潘家琦, 陈钰, 胡耀元, 莫辉, 卢钰, 宿程远
2021, 39(1): 142-147. doi: 10.13205/j.hjgc.202101022
摘要:
以中药渣作为调理剂与外加碳源,利用三维荧光(EEM)考察了不同质量配比对餐厨垃圾与城市污泥共堆肥过程腐熟程度的影响,并采用高通量测序技术对不同堆体中的微生物群落进行探究。EEM分析结果表明:中药渣的添加可加快堆体腐熟进程,且随着投加量的增加,效果不断增强。而通过高通量测序可知:随着中药渣投加量的增加,堆体中微生物的生物多样性逐渐降低,但微生物群落丰富度逐渐增大;中药渣的添加会降低变形菌门的相对丰度,但会提高厚壁菌门的相对丰度;添加质量分数为5%的中药渣可提高菌体中梭菌纲的数量,从而促进堆体中纤维素的分解,且可避免中药渣添加过多所引起的堆体局部板结。总体而言,质量分数为5%中药渣的投加对于餐厨垃圾与城市污泥共堆肥过程的促进作用最佳。
赤泥渗滤液对钠基膨润土黏土衬垫的渗透机理分析
李芹, 廖才能, 廖明旭, 彭道平, 黄涛
2021, 39(1): 148-153. doi: 10.13205/j.hjgc.202101023
摘要:
赤泥渗滤液的高离子强度可以抑制蒙脱石的膨胀,从而导致钠基膨润土黏土衬垫(GCL)的渗透性过强,并无法用作赤泥处理设施中的防渗衬层。通过2种钠基膨润土黏土衬垫与2种赤泥渗滤液的渗透过程,研究强碱性赤泥渗滤液与钠基膨润土黏土衬垫的渗透机理。结果表明:天然钠基膨润土(Na-GCL)和人工钠化钠基膨润土(Ar-GCL)的渗透系数与赤泥渗滤液的离子强度密切相关,随着离子强度的增加,渗透系数呈递进式系统性增大,对高离子强度的山东赤泥渗滤液的渗透系数最大,分别为7.8×10-7,3.2×10-7 m/s。且两者的渗透系数与膨胀指数呈正相关,SEM扫描的微观结构分析发现,膨润土的膨胀机理控制着其渗透作用。高离子强度会使膨润土中的蒙脱石矿物层间发生渗透性膨胀,并吸收大量的水分,减小孔隙度的同时改变流体的流动路径,从而导致渗透系数提高。该结果可为赤泥堆场底部防渗设计提供更为可靠的理论参考,有效降低我国赤泥堆场渗滤液污染风险。
木屑生物炭对秸秆和牛粪厌氧发酵产甲烷性能的影响
荆勇, 冯晶, 赵立欣, 申瑞霞, 王全亮, 肖生苓
2021, 39(1): 154-160. doi: 10.13205/j.hjgc.202101024
摘要:
利用AMPTS全自动甲烷潜力测试系统、First-Order水解模型、修正的Gompertz和logistic模型,在了解生物炭各理化特性的基础上,通过对厌氧发酵的水解速率、产甲烷潜力及最大甲烷产率等进行拟合和对比分析,研究木屑生物炭对序批式湿法厌氧发酵的影响规律。结果表明:木屑生物炭对序批式厌氧发酵前期的底物水解速率、甲烷产率及累积甲烷产量均有着显著的影响,其中木屑生物炭对水解速率的影响强于果木生物炭和活性炭,较椰壳生物炭弱,且提升厌氧发酵系统的缓冲能力较椰壳生物炭和活性炭强。木屑生物炭对厌氧发酵的强化作用与生物炭粒径成负相关,当粒径<0.5 mm时强化效果最好,提高水解速率33.93%,提升最大产甲烷速率约19.32%,缩短延滞期约51.28%。
国内外钢渣处理与资源化利用技术发展现状综述
吴跃东, 彭犇, 吴龙, 闾文, 张国华
2021, 39(1): 161-165. doi: 10.13205/j.hjgc.202101025
摘要:
我国每年有超过1亿t的钢渣副产品产出,但目前国内钢渣综合利用率低,仅为30%左右,与发达国家之间差距较大,尤其是在道路建设和钢铁企业内循环利用方面。针对钢渣安定性以及尾渣资源化利用问题,对国内外现有钢渣预处理技术以及综合利用技术进行了论述。而国内新一代钢渣辊压破碎-余热有压热闷技术,实现了钢渣处理的装备化、环境友好化和高效化,是处于世界先进水平的工艺,基本克服国内外多种传统技术存在的适用性小、安定性差以及污染等问题。同时,建议应开发高附加值、低排放的新型综合利用技术,改变利用技术单一的现状;对钢渣进行深度的基础研究,力争解决钢渣的低膨胀性问题,改变钢渣无法在结构混凝土中应用的现状。
土壤修复
天津市城郊不同土地利用类型土壤中抗生素分布特征及影响因素分析
裴浩鹏, 徐艳, 陈蕊, 涂棋, 李厚禹, 师荣光
2021, 39(1): 166-173. doi: 10.13205/j.hjgc.202101026
摘要:
选取了天津市城郊8个不同土地利用类型土壤(包括旱地、公园、林地、滩涂、水浇地、绿化带、居民区、荒地),共48个样本点,对天津不同土地利用类型土壤中抗生素含量、组成、分布特征及其影响因素进行研究。采用超高效液相色谱-质谱联用法(HPLC-MS/MS)检测了5类12种抗生素的残留水平,同时结合其土壤理化性质及微生物群落结构解析影响抗生素污染特征的关键因素。结果表明:抗生素总体检出浓度在(4.35~1.35)×103 μg/kg,总体浓度顺序四环素类(TCs)>磺胺类(SAs)>喹诺酮类(QNs)>大环内酯类(MLs)>β-内酰胺类(β-lactams),其中旱地土壤中抗生素含量显著高于其他土地利用类型土壤抗生素,主要与有机肥施用有关。不同土壤抗生素主成分分析(PCA)发现,旱地和公园土壤中抗生素的组成与其他土壤类型存在较为明显的差异,这与畜禽粪便施肥以及外源生活中抗生素的排放有关;环境因子与抗生素的冗余分析(RDA)结果显示:土壤环境因子[总氮(TN)、总磷(TP)、铜(Cu)、锌(Zn)、pH]对抗生素的组成有较强影响(P<0.05);微生物与抗生素的斯皮尔曼(Spearman)相关分析发现,浮霉菌属(Planctomyces)、酸性细菌_细菌_WX27(Acidobacteria_bacterium_WX27)、鞘脂单胞菌属(Sphingomonas)、芽孢杆菌属(Gemmatimona)、嗜热光合细菌(Roseiflexus)、类固醇杆菌(Steroidobacter)、溶杆菌属(Lysobacter)、硫化细菌(Thiobacillus)与抗生素相关性达到显著水平(P<0.05),其中微生物与四环素和喹诺酮类抗生素相关性较强。研究结果可为后续土壤抗生素的污染防治工作提供参考。
牛谷河表层沉积物氮、磷、有机质的分布及污染评价
万玲, 项颂, 牛勇, 黄天寅, 王涌涛, 庞燕
2021, 39(1): 174-180. doi: 10.13205/j.hjgc.202101027
摘要:
以牛谷河沿河及西河入牛谷河口布置的36个采样点为研究对象,采用SMT法、元素分析仪法、重铬酸钾法和筛析法对表层沉积物总磷(TP)、总氮(TN)、有机质(OM)和粒度进行监测,分析其空间分布规律及TN、TP、OM的相关性,并运用综合污染指数法和有机污染指数法对牛谷河表层沉积物污染现状进行评价。结果表明:牛谷河表层沉积物中TN、TP、OM的均值分别为697.18,920.31 mg/kg和4.47%,TN、OM空间上表现为中游高于上下游(A、B段>C、D段),TP则为中下游高于上游(A、B、D段>C段);各段表层沉积物中C/N表明:C、A、D段有机质主要来自外源,B段内外源基本平衡;综合污染指数和有机污染指数均值分别为1.38和0.19,2种评价结果均显示牛谷河表层沉积物为轻度污染状况,其中TP的污染指数(STP)均值达到1.36,为重度污染;指标间的Pearson相关性分析表明,TN、TP、OM三者间均呈显著正相关(P<0.01)。
实际污染土壤和模拟污染土壤垂直电动修复效果对比
马强, 吴启堂, 冯志刚, 唐振平, 谢焱石, 龙新宪, 陈亦铎, 许佳澄, 孙岩
2021, 39(1): 181-186. doi: 10.13205/j.hjgc.202101028
摘要:
为加深对电动修复技术理论的理解及提供实际污染土壤修复技术科学依据,以实际污染土壤和人为污染土壤为研究对象,采用垂直电动修复技术,着重对比了实际污染土壤和人为污染土壤的电流强度、pH和土壤中重金属迁移率。结果表明:1)电动修复过程中,实际污染土壤和人为污染土壤具有相似的电流峰形,但是人为污染土壤电流值约为实际污染土壤电流值的2倍,指示人为污染发生了更多的离子迁移。2)电动修复结束后,距离阳极越近的土壤pH越低,阴极附近区域的土壤pH显著升高,实际污染土壤和人为污染土壤pH变化规律相似,阴极pH的升高可起到深层固定重金属的效果。3)对于实际污染土壤,垂直电动修复技术对0~5 cm土层Cd、Pb、Cu和Zn造成一定的向下迁移,Cd和Zn在5~10 cm土层也有一定迁移,但该土层中Pb和Cu产生积累,其余土层变化不明显。4)对于人为污染土壤,Cd迁移明显且在最底层(35~40 cm)积累,Zn、Cu在表层(0~20 cm)有一定迁移,但是Pb只在最表层(0~5 cm)有一定迁移,其余土层变化不明显。5)对比实际污染土壤和人为污染土壤,实际污染土壤具有明显较低的重金属迁移率,人为污染土壤重金属由于老化时间较短(2个月),Cd和Zn具有较高的迁移率。因此,人为污染土壤的研究结果不一定适用于实际污染土壤。
次生微塑料食物暴露对土壤白符跳Folsomia Candida毒性的初步研究
罗小凤, 朱玲珑, 徐国良, 余世钦, 欧诗婷, 陈小花
2021, 39(1): 187-193. doi: 10.13205/j.hjgc.202101029
摘要:
土壤微塑料污染已引起国内外学者的广泛关注。但关于次生微塑料在土壤动物食物链上的迁移及其毒理效应的研究较少。为探究次生微塑料的生物传递效应,本试验以同步化14 d (幼虫)和28 d (成虫)的土壤白符跳(Folsomia Candida)为供试生物,将废料(塑料类废料混合物)、保温棉、麦麸保温棉混合和细保温棉经黄粉虫(Tenebrio molitor Linnaeus)降解后形成的4种不同次生微塑料产物作为处理因子,研究次生微塑料对土壤跳虫生物学的影响。结果发现:1)第7天,所有跳虫开始蜕皮,喂食保温棉、麦麸保温棉和细保温棉组的幼虫死亡率分别为1.67%、1.67%和5%;2)第14天,跳虫蜕皮量增多,保温棉和细保温棉组的幼虫死亡率分别为6.67%和5%,各组成虫产卵量剧增,喂食酵母菌的对照组产卵率显著高于处理组;3)第28天,蜕皮量增势趋缓,除废料组外,各组幼虫开始产卵且无死亡现象发生;4)与处理组相比,对照组中跳虫的蜕皮量、产卵量和生物量都是最高的,且体长变化显著(P<0.05)。综上,研究结果将进一步完善次生微塑料对土壤动物毒理效应的基础数据,为土壤环境中的次生微塑料的生态风险评价提供理论依据。
接种AM真菌对压实土壤柠条叶片生理与光合特性的影响
殷齐琪, 毕银丽, 李勃萱, 闫皓, 徐瑶
2021, 39(1): 194-200. doi: 10.13205/j.hjgc.202101030
摘要:
以矿区常用复垦植物——柠条作为供试物种,采用室内实验模拟矿区压实土壤,研究接种AM真菌与土壤压实对柠条叶片生理生化和光合特性的影响。结果表明:土壤压实导致柠条叶片SOD、POD、CAT活性下降、脯氨酸、可溶性糖与可溶性蛋白含量降低,叶片相对电导率、丙二醛含量显著升高。接种AM真菌有助改善压实土壤中柠条叶片生理特性,增强光合作用。与单纯压实处理相比,接种AM真菌使压实处理柠条抗氧化酶SOD、POD、CAT活性分别提高1.34,1.65,1.51倍;可溶性糖、可溶性蛋白含量分别升高33.90%,5.30%,脯氨酸含量降低53.20%;叶片相对电导率、丙二醛含量显著降低15.58%、19.98%;激素调节物质IAA、CTK、GA激素分泌分别增加18.39%、45.19%、14.40%,ABA降低34.33%;叶片净光合速率、气孔导度和蒸腾速率有明显升高。表明接种AM真菌能够提高柠条抗氧化酶活性、调节渗透物质和激素分泌,降低细胞膜脂过氧化水平,维持细胞结构稳定,促进柠条光合作用增强,提高柠条的生产力。在土壤压实严重的矿区,可以通过接种AM真菌提高柠条抗压实胁迫的能力,以提高压实土壤矿区植被恢复质量。