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2020年 第38卷  第10期

流域水生态过程机理与调控专题
白洋淀流域地表水化学特征及控制因素
袁晓敏, 刘强, 马晓婧, 孙荧杉, 严思睿, 李苗
2020, 38(10): 1-6. doi: 10.13205/j.hjgc.202010001
摘要:
为探究半干旱区地表水化学特征及物质来源,以白洋淀流域为研究对象,利用Piper三线图和Gibbs水岩模型,对地表水的主要离子组成特征及其来源进行分析。结果表明:白洋淀流域地表水pH为7.56~8.23时,呈弱碱性,且溶解性总固体(TDS,100~650 mg/L)在流域的不同空间区域表现为淀区 > 下游 > 上游。白洋淀流域地表水阳离子以Na+和Ca2+为主,离子总量占比76.60%;阴离子以HCO3-为主,约占阴离子总量61.52%。地表水的水化学类型为HCO3-Ca型(上游水体)和HCO3·SO4·Cl-Na·Ca型(下游河流和淀区)。白洋淀水文地球化学过程受到人类活动和自然作用的双重控制;自然作用下,白洋淀流域地表水中的离子来源于岩石风化(碳酸盐岩及硅酸盐岩的风化溶解),同时受到蒸发-结晶作用影响。
半干旱区湿地地下水埋深对芦苇SPAC系统水分运移耗散的影响
张云龙, 王烜, 刘丹, 廖珍梅, 刘强, 李春晖, 蔡宴朋
2020, 38(10): 7-13. doi: 10.13205/j.hjgc.202010002
摘要:
准确把握土壤-植被-大气系统(简称"SPAC")中水分的运输和耗散规律是区域水资源可持续管理的重要前提。以白洋淀湿地为研究区,结合现场实测和模型模拟方法,探讨台田地下水埋深变化对芦苇SPAC系统中的水分运移耗散影响。结果表明:1)随着地下水埋深的增加,芦苇蒸散发(ETa)开始下降,ETa下降的地下水埋深阈值在100 cm左右;随着地下水埋深的降低,生长季0~120 cm土壤剖面由水分亏损转为盈余,亏盈转换的地下水埋深阈值在60 cm左右,并且亏损量与地下水埋深呈正相关。2)相同的地下水埋深变化对不同月的土壤水分储量、蒸散发的影响程度均存在差异,其中6月影响程度最高。在对白洋淀进行生态补水时,应避免在汛期前的春季进行大量的生态补水,可以优先考虑在生长末期的秋冬季来进行生态补水。3)综合考虑植被生长需求和生态节水,白洋淀芦苇最优的地下水埋深区间在110~150 cm,此时生长季内芦苇蒸散发具有10%~20%的节水潜力。
白洋淀流域径流过程对极端气象干旱的响应分析
李苗, 严思睿, 刘强, 张军龙, 袁晓敏
2020, 38(10): 14-20. doi: 10.13205/j.hjgc.202010003
摘要:
以白洋淀流域为研究对象,选取唐河、沙河、白沟引河3条支流上游4个水文站1959—2016年的日径流数据,采用改进退水常数后的数字滤波法中的Chapman-Maxwell法对4个子流域的日径流进行基流分割,利用水文气象要素异常值法划分干旱时期,分析水文干旱(径流干旱与基流干旱)对极端气象干旱过程的响应规律。结果表明:1)白洋淀年降水量呈减少趋势,线性倾向率为1.81 mm/a2。在1979年发生减少突变,突变后降水量减少8%;并检测到白洋淀流域发生极端气象干旱,持续时间从1996年8月至2011年5月;2)4个子流域的水文干旱较气象干旱具有明显的时间滞后,且水文干旱持续时间比气象干旱更长,烈度、强度更大,表明长期干旱期间降雨-径流关系的不稳定性;3)4个子流域水文恢复时间较气象恢复平均滞后55个月,且基流恢复滞后于径流恢复。研究结果可加深径流与基流对气候变化的响应的理解,为核算河道生态需水以及维持河道生态系统健康提供一定理论依据和实践参照。
博斯腾湖流域水系连通评价及优化调控
林楚翘, 易雨君, 刘铁
2020, 38(10): 21-25. doi: 10.13205/j.hjgc.202010004
摘要:
为探究博斯腾湖流域生态环境综合状况,基于2000—2018年博斯腾湖大小湖的水质、水量、生物数据,利用模糊综合评价法评估了该流域的水系现状,分析了博斯腾湖大小湖与开都河的水量状况,并初步提出了水系的优化调控方法。研究结果表明:2000—2018年开都河径流量、博斯腾湖大小湖水位总体上呈现先减小后增大的趋势,2014年后,博斯腾湖流域的水量开始盈余;博斯腾湖流域水系生态需水保障程度整体较差,呈现先恶化后逐渐恢复的趋势。针对博斯腾湖水系连通现状,提出了增加路径、原位加强、节点调控3种博斯腾湖水系网络的基本调控方式,通过水量调控可以满足博斯腾湖大小湖生态需水,增加孔雀河生态输水。3种调控方式的有机结合可为改善博斯腾湖水质,满足孔雀河下游的工农业和生活用水提供更好保障。
博斯腾小湖最低生态水位与水量盈缺分析
凌瑜楠, 刘英, 彭佳宾, 钟瑞森, 黄粤, 刘铁, 程勇, 张勇, 姜立新, 于梅艳
2020, 38(10): 26-32,60. doi: 10.13205/j.hjgc.202010005
摘要:
近年来,博斯腾湖小湖水位大幅波动引发了湖区生态环境问题,基于最低生态水位的湖泊水量盈缺分析对小湖水量调度和生态保护有积极意义。基于1991—2019年达吾提闸实测小湖水位数据,结合湖盆DEM数据和遥感NDVI数据,分别采用年保证率设定法、湖泊地形分析法和曲线相关法计算小湖区最低生态水位;并利用其他水文、气象和农业活动和湖区水量调控数据,使用主成分分析法解析小湖缺水的主要驱动因子。结果表明:博斯腾湖小湖最低生态水位为1047.18 m,多年平均满足率为31.03%。1991—1998年、2005—2015年和2017年间博斯腾小湖区发生了生态缺水,平均缺水量为0.69×108 m3。上游来水量是小湖生态需水保证情势的主要驱动因素,农业活动和宝浪苏木水量调节活动次之,气候变化影响相对较小。2000年之前,生态缺水主要由湖区水位调控产生;2000年之后,灌区农业取水成为生态缺水主要诱因。该研究结果可以为博斯腾湖小湖水量调控和湿地生态系统恢复保护提供科学依据。
污水排放对河口水功能区环境影响的数值模拟
赵坤, 李若华, 程文龙, 杨元平, 岳书波
2020, 38(10): 33-40. doi: 10.13205/j.hjgc.202010006
摘要:
通过二维水动力水环境数值模拟方法,研究了杭州湾河口地区多种水功能区并存情况下余姚污水厂污水排放对水环境的影响,分析了CODMn、NH3-N、TP的包络范围、平面分布特征和对各水功能区的影响。研究表明:污染物单增量正常排放时,污染带形态沿水流方向呈瘦长型;等浓度污染带包络面积大潮大于小潮,最大值显著大于平均值,事故工况污染面积大于正常工况;叠加其他污染源和环境本底正常排放时,排放口混合区面积为0.20 km2,满足要求;根据多功能区环境影响评价方法,满足最严格的水质管理目标,对海洋功能区划、一类海水功能区划水质类别管理目标未产生影响。研究在工程实际应用中具有典型性,研究成果可以为潮汐河口的排污口选址论证,水环境影响模拟等相似工程提供参考。
北方平原区中小河道生态治理技术筛选
高婷, 赵彦伟, 常国梁, 叶芝菡, 桂玉茹, 尹心安
2020, 38(10): 41-46. doi: 10.13205/j.hjgc.202010007
摘要:
北方平原区中小河道生态退化问题突出,筛选适宜的生态治理技术,有利于提高河道生态修复的针对性与科学性。归纳总结了5大类,共21项河道生态治理技术,建立包括技术可行性、经济合理性、治理效果3要素、9个指标的指标体系,提出基于综合指数的筛选方法,确定"极适宜、适宜、较适宜、不适宜"四级筛选标准,筛选出生态治理技术,为河道生态治理提供支撑。
水资源矛盾冲突协调技术研究:以晋江流域为例
葛金金, 张汶海, 杨勇, 彭文启, 渠晓东
2020, 38(10): 47-52. doi: 10.13205/j.hjgc.202010008
摘要:
随着社会经济的快速发展,水资源矛盾日益突出。因此,做好水资源矛盾协调具有重要意义。在分析河流水资源矛盾的基础上,构建了我国水资源矛盾协调框架。以晋江流域为例,确定晋江流域的水资源矛盾类型为水质型和过程型,分析计算水生态刚性需水、刚弹性需水和弹性需水背景下,采用多目标优化方法,确定协调水质型和过程型矛盾的调水方案。水资源矛盾协调框架可为水资源矛盾管理提供理论依据和技术支持。
湖泊水位变化对挺水植物影响分析:以洪泽湖为例
秦敬岚, 尹心安, 刘洪蕊, 邱新天, 邵亚男
2020, 38(10): 53-60. doi: 10.13205/j.hjgc.202010009
摘要:
湖泊水位波动的幅度、频率、持续时长、规律性等是影响湖泊水生植被状况、水资源调配的关键因素。以往研究主要通过选取部分水位变化指标来识别主要的生态影响。而要维持湖泊生态健康进行合理水位调控,需要综合水位变化的多指标,从整体上分析湖泊植物对湖泊水位变化的响应特征。以洪泽湖为例,基于IHA/RVA法,重点分析了南水北调东线一期工程后洪泽湖水位变化对挺水植物的影响。结果表明:南水北调东线一期工程后洪泽湖3,5,7,9月月平均水位以及最小30 d平均水位等指标发生较大改变,对挺水植物面积的影响是最显著的,其他IHA指标改变度小,影响不明显。3月平均水位超过13.4 m,挺水植物萌发抑制明显;当5月平均水位在13.1 m,7月平均水位在12.7 m时,挺水植物面积显著增加;9月平均水位高于13.4 m,挺水植物面积大幅减少。当最小30 d平均水位<12.0 m时,挺水植物面积平均减少14.32 km2。为满足洪泽湖挺水植物生长和繁殖需求,确定3,5,7,9月适宜生态水位为13.20,13.10,12.70,12.85 m。
基于蓝水可持续指数的黄淮海流域水资源可持续性评价
张恩泽, 尹心安, 周晓霖
2020, 38(10): 61-67. doi: 10.13205/j.hjgc.202010010
摘要:
为了评估人类超采地下水以及侵占河流生态需水给水资源可持续性带来的风险,将黄淮海流域作为研究区,在利用非稳态Budyko模型以及水量平衡公式的基础上,结合生态需水核算结果及各产业用水数据,选取蓝水可持续性指数BlWSI,基于蓝水消耗量(CBWU)、不可再生地下水抽取量(NRGWA)以及地表过度取水量(SWOA)对流域开展水资源可持续性评价。结果表明:表征蓝水资源可持续性的BlWSI指标在黄淮海流域存在明显的时空差异性。其中,黄河流域的水资源可持续性程度最低,海河流域次之,淮河流域可持续性程度最高。1960—2000年,黄淮海流域的水资源可持续性呈现不同程度的增加趋势。研究对提升黄淮海流域的可持续水资源管理具有一定的参考意义。
七星河湿地水环境重金属污染特征与风险评价
张福祥, 崔嵩, 朱乾德, 高尚, 李昆阳
2020, 38(10): 68-75. doi: 10.13205/j.hjgc.202010011
摘要:
为识别农业区湿地水环境中重金属的污染水平、空间分布特征和风险传递效应,采集了三江平原七星河湿地水体、沉积物和鱼类样品,并测定了Cu、Cr、Cd、Zn和Ni 5种重金属的含量。结果表明:水体和沉积物中重金属的平均含量由高到低依次为Zn (28.0) > Cr (4.5) > Cu (3.2) > Ni (2.6) > Cd (0.1)(水体,μg/L)和Zn (139.4) > Cr (81.9) > Ni (45.7) > Cu (24.4) > Cd (0.2)(沉积物,mg/kg)。水体中所有重金属含量均优于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅰ类标准,而所有采样点沉积物中的Zn和Cd均超过黑龙江省土壤背景值(Zn:70.7 mg/kg;Cd:0.086 mg/kg)。除葛氏鲈塘鳢(Perccottus glenii)未检出Ni外,东北湖鱥(Phoxinus percnurus)和北方花鳅(Cobitis granoei)中5种重金属均有检出,且北方花鳅对Zn的富集已达到"中等富集"水平,鱼类样品中其他重金属均处于"低富集"状态。以水生生物允许限值和沉积物质量指南作为参考限值的单因子风险指数(CF)的计算结果表明,水体和沉积物中的Cr对水生生物构成了"高风险",且Cr对综合风险指数(PLI)的贡献最高。鱼类样品中5种重金属的目标危害系数(THQ)和综合危害指数(HI)均<1(Cr对HI的贡献率超过70%),表明长期食用七星河湿地野生鱼类不会引起非致癌风险,但食用野生鱼类暴露Cd的癌症风险指数(CR)超过10-5,存在引发癌症风险的可能。
不同入流类型对生态流量管理效果的影响
何山, 尹心安
2020, 38(10): 76-82. doi: 10.13205/j.hjgc.202010012
摘要:
河流生态流量管理对于保护下游生态系统具有非常重要的作用。在水库生态调度的研究中,为了给不同流量时期提供不同生态流量,下游生态流量管理越来越复杂化。人们倾向于采用更复杂的生态流量管理来改善生态水文情势。然而,除了生态流量管理,水库入流类型也会影响生态水文情势,进而影响生态流量管理效果。因此,研究不同入流类型对生态流量管理效果的影响,有助于在考虑水库调度成本的情况下,在水库生态调度之前更好地选择生态流量管理方案。通过分析全球径流,总结出3种入流类型。为了对比不同的生态流量管理方案,采用了4种通用生态流量管理方案。结果表明:当水库入流量年内分配较均匀、流量曲线变换平缓时,生态流量管理方案的改变不会影响河流生态水文情势,即这种类型的入流对生态流量管理方案不敏感。
基于SWAT模型的挠力河流域地表径流数值模拟与不确定性分析
高尚, 胡鹏, 崔嵩, 张祖麟, 邢贞相, 张福祥
2020, 38(10): 83-89. doi: 10.13205/j.hjgc.202010013
摘要:
为探究水文模型参数敏感性及模型不确定性对径流模拟的影响,运用SWAT模型对挠力河流域地表径流过程进行了数值模拟,利用SUFI-2方法评价模型参数敏感性及不确定性对模拟结果的影响,选取决定系数(R2)与Nash-Sutcliffe效率系数(ENS)对模型精度进行评价。敏感性分析结果表明:对挠力河流域径流模拟影响最大的4个参数是CN2(SCS径流曲线数)、SLSUBBSN (平均坡长)、SOL_BD (土壤湿密度)和SOL_K (土壤饱和导水率),表明SCS径流曲线数、土壤与地形地貌是影响挠力河流域地表径流最重要的因素。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R2ENS分别为0.68、0.67和0.76、0.44,均达到令人满意的结果。不确定性分析结果表明:p因子为0.78,r因子为0.94,模型不确定性较小,进一步验证了模型的适用性。研究结果可为其他相似流域SWAT模型的应用及参数的率定提供参考。
基于风险矩阵和五元减法集对势的湖泊水生态健康动态诊断评估
董涛, 金菊良, 王振龙, 刘猛, 董国强, 司巧灵, 王敏杰
2020, 38(10): 90-96. doi: 10.13205/j.hjgc.202010014
摘要:
为判断湖泊水生态健康子系统发展趋势、诊断病态因子,引进了五元减法集对势,建立生态子系统与物理化学子系统的合成矩阵得到湖泊水生态健康状态,从而提出了基于风险矩阵和五元减法集对势的湖泊水生态健康动态诊断评估方法,并应用于安徽省瓦埠湖。结果表明:瓦埠湖水生态健康状态1980—2015年呈变差趋势,2012年为微病态,2015年略有好转。五元减法集对势识别出瓦埠湖水生态健康的病态因子主要有底栖动物、浮游动物、叶绿素、COD、TN、TP和透明度,为改善瓦埠湖水生态健康的重要指标。上述风险矩阵和五元减法集对势耦合的动态诊断评估方法可为湖泊水生态健康评估提供新的思路。
水污染防治
紫外线对再生水中斜生栅藻的生长抑制效果
李尚, 陶益, 刀国华, 江海莎, 周季, 余雯雯, 薛媛媚, 雍晓蕾, 何志明, 谢怀建, 付志敏, 胡洪营
2020, 38(10): 97-102,113. doi: 10.13205/j.hjgc.202010015
摘要:
再生水具有就近易得、水量大且稳定等突出优点,已成为景观水体的重要补给水源。但再生水中含有氮、磷等营养物质,景观回用过程中可能会加剧藻类水华爆发风险。在藻类生长的早期阶段,采用紫外线处理有可能将再生水中藻类生物量控制在低风险范围,从而预防再生水景观回用水体中发生水华。以深圳市某污水处理厂二级出水为再生水回用景观水体的典型样品,考察了紫外线(254 nm波段)对典型微藻斜生栅藻的生长抑制效果,采用流式细胞术、调制荧光技术等方法,研究了不同紫外剂量对斜生栅藻的生长抑制效果,以及对藻细胞膜完整性和光合活性的影响。结果表明:对于初始密度约为7×104个/mL的斜生栅藻,50~100 mJ/cm2的紫外线能够取得1~5 d的生长抑制期,150~200 mJ/cm2剂量能将生长抑制期延长至10 d。紫外线能迅速引起斜生栅藻光合活性下降并能逐渐引起部分藻细胞破裂,100~200 mJ/cm2剂量处理后10 d内膜损伤细胞比例达到16%~71%。可见,紫外线能够对再生水中的斜生栅藻取得显著的生长抑制效果,是具有应用前景的景观水体水华风险防控手段。
马赛菌属Massilia neuiana异养硝化-好氧反硝化脱氮特征实验
李一依, 赵勇娇, 刘芳, 李雪洁, 赵鑫, 胡筱敏
2020, 38(10): 103-107. doi: 10.13205/j.hjgc.202010016
摘要:
基于马赛菌属脱氮Massilia neuiana的模式菌株PTW21进行研究,探讨其异养硝化-好氧反硝化脱氮能力。菌株PTW21具有高效异养硝化和好氧反硝化能力,对NH4+-N和NO2--N去除率均超过90%。同时,菌株PTW21具有同步硝化反硝化能力,且反硝化效率高于硝化效率,但当有NH4+-N存在时,会优先利用NH4+-N,再利用NO2--N,存在硝化-反硝化竞争抑制现象。同步硝化反硝化时,菌株PTW21可以去除95%以上的NH4+-N和NO2--N。Massilia neuiana的研究丰富了异养硝化-好氧反硝化微生物的种类,也为该菌种在污水处理厂的生物强化应用提供了前期基础。
OPCRP填料的SBMBBR处理低温污水脱氮细菌多样性试验
张喆, 傅金祥, 朱京海
2020, 38(10): 108-113. doi: 10.13205/j.hjgc.202010017
摘要:
针对低温污水生物脱氮效率低问题,采用有机高分子复合硬性颗粒(OPCRP)-SBMBBR反应器处理低温污水,与传统SBR反应器对比,通过Miseq高通量测序技术分析了2套反应器中活性污泥的细菌菌群多样性及组成结构丰度差异,揭示高效处理低温污水优势脱氮菌群。结果表明:在水温(6.5±1)℃条件下,OPCRP-SBMBBR反应器出水脱氮效果及污泥沉降速率均明显提高;投加填料有助于提高活性污泥系统内硝化反硝化菌多样性和相对丰度,即优势氨氧化菌(AOB)、亚硝酸盐氧化菌(NOB)、厌氧反硝化菌总相对丰度分别由SBR (R1)的3.9%、3.47%、15.87%增加到OPCRP-SBMBBR (R2)的5.21%、5.26%、23.64%。异养硝化-好氧反硝化菌种红环菌科、Enterobacteriaceae、Terrimonas,分别由R1的2.77%、1.63%、2.43%增加到R2的3.3%、3.11%、2.59%;R2独有的好氧反硝化菌种包括假单胞菌属、氢噬胞菌属等,其相对丰度分别为1.17%、0.79%。R1、R2中优势好氧反硝化菌种总相对丰度分别为10.66%、17.35%,优势硝化菌种总相对丰度分别为7.37%、10.47%,优势硝化反硝化菌种总相对丰度分别为28.65%、43.32%,为低温污水中生物脱氮提供了良好的细菌环境。
铁改性热处理凹凸棒颗粒对水体磷的去除效果
耿健, 杨盼, 唐婉莹
2020, 38(10): 114-119. doi: 10.13205/j.hjgc.202010018
摘要:
传统粉末态除磷材料颗粒过细,从而导致其难与水分离,这极大限制了其在实际工程中的应用。以热处理颗粒态凹凸棒黏土为载体(1~2 mm),采用氯化铁(FeCl3)活性负载的方法制备颗粒态吸附磷材料,并详细研究了吸附材料除磷的最佳改性条件、反应时间、影响因素及其效率。结果表明:2 mol/L氯化铁溶液改性的凹凸棒达到最佳改性条件,且磷的吸附能较好地被朗格缪尔方程模拟,其最大吸附量为4.27 mg/g,是原状黏土固磷容量的2倍左右。铁改性凹凸棒土除磷效率受pH值的影响较大,当水体pH值从4提高到11,去除率下降了10%左右。吸附动力学表明,铁改性凹凸棒土对磷的吸附符合拟二级动力学方程,24 h内可以去除84.46%的磷。0.2 mol/L的盐酸对铁改性凹凸棒的再生效果最优,再生后吸附剂对磷的吸附效率下降40%左右。以上研究结果表明,铁改性凹凸棒土可以作为低浓度水体磷去除材料,具有较大的应用前景。
生物滞留系统对溶解性污染物的去除特性及优化途径
李迪, 陈垚, 吕波
2020, 38(10): 120-127. doi: 10.13205/j.hjgc.202010019
摘要:
生物滞留系统对氮、磷营养盐、重金属与病原菌等溶解性污染物的去除常受系统本身特性和环境因素的影响而高度变异,甚至发生淋洗现象。虽然国内外对生物滞留系统控污能力进行了大量优化研究,并提出了相关技术措施,但这些措施往往仅针对单一污染物,尚未从多目标污染物去除的角度提出生物滞留系统的综合优化途径。因此,以生物滞留系统对溶解性污染物的去除途径为主线,结合去除特性的影响因素分析,分别从植物、填料、构型及运行方式等方面综合探析了生物滞留系统对多目标污染物去除的优化途径,以期提出综合优化措施,实现生物滞留系统对多目标污染物的稳定高效去除。
旅客列车集便器废水中抗生素的光芬顿催化降解分析
陈作云
2020, 38(10): 128-133,139. doi: 10.13205/j.hjgc.202010020
摘要:
旅客列车集便器废水中含有一定量生物难降解的磺胺甲恶唑(SMX)抗生素,使用光芬顿法对集便器废水中残留的抗生素进行催化降解,并对其机理进行分析。制备反应催化剂氧基氯化铁(FeOCl),并利用XRD、SEM、XPS等表征手段证明制备的FeOCl具有典型的长方体形状、层片状结构;实验模拟并对比7种不同催化条件下旅客列车集便器废水中SMX的降解效果,得出最优降解条件为H2O2浓度为8 mmol/L,FeOCl粉末投加量为0.2 g/L,SMX初始浓度为0.1 mmol/L;在最优条件下定量分析了体系中H2O2和NH4+-N浓度的变化,及溶液中5种常见阴离子对SMX降解过程的抑制作用,为旅客列车集便器废水中抗生素降解的中试实验提供一定的理论和数据基础。
三相气升式内环流反应器的流体力学性能
齐亚兵
2020, 38(10): 134-139. doi: 10.13205/j.hjgc.202010021
摘要:
从气含率、循环液速、停留时间分布等方面研究三相气升式内环流反应器的性能。结果表明:气含率随着表观气速、固含率的增大而增大;在低气速下,固含率对气含率的影响较大;在高气速下,固含率对气含率的影响比较小。在大量实验数据的基础上通过拟合得到预测气含率的经验关联式,且预测值与实验值吻合较好。基于推动力与阻力平衡建立了预测反应器循环液速的数学模型;用脉冲示踪法得到反应器的停留时间分布函数曲线,并通过计算得到了平均停留时间、停留时间分布方差、无因次方差等,得知此反应器接近全混流型反应器。
持久性有机污染物(POPs)超临界水修复技术的发展与展望
冯超, 王瑜, 孔令镕, 岳昌盛, 姚德俊, 王志乔
2020, 38(10): 140-145. doi: 10.13205/j.hjgc.202010022
摘要:
持久性有机污染物(POPs)具有持久性生物累积性、半挥发性和长距离迁移的性质,广泛位于土壤、废水和污泥中。我国目前面临的POPs污染问题日益严峻。由于超临界水修复技术具有快速、高效、无毒等优点,在POPs修复方面具有较好的应用前景。从超临界水特性、国内外超临界水修复技术等方面系统分析了国内外超临界水修复的研究现状、超临界水修复技术的优缺点和适用性,提出了超临界水修复关键技术及装备系统,以期为其发展和提升提供参考。
大气污染防治
北京市典型汽修企业VOCs排放特征与臭氧影响分析
方莉, 刘继业, 聂磊, 何丽娟, 王海林
2020, 38(10): 146-150,155. doi: 10.13205/j.hjgc.202010023
摘要:
对北京地区27家汽修企业进行调研,选取2家典型汽修企业进行气袋采样-GC-MS-FID采集及分析,定量分析其VOCs的排放特征,并计算其臭氧生成潜势(OFP)。结果表明:使用不同漆料的汽修企业排放特征不同,水性漆企业非甲烷总烃的排放浓度为0.62~36.49 mg/m3,油性漆企业的排放浓度为0~100.39 mg/m3;水性漆排放的VOCs以烷烃为主,占比高达57.16%,丙烷(39.65%)和甲苯(11.41%)是首要污染物;卤代烃(55.51%)是油性漆企业的主要VOCs排放物种,主要组分为1,2-二氯丙烷和1,2-二氯乙烷;水性漆企业的OFP值为144.78 mg/m3,油性漆企业的OFP值为664.43 mg/m3,大气反应活性最大的物种多为芳香烃,芳香烃对OFP的贡献率分别为52.18%和88.44%。
烟气脱硫脱硝流化床反应器中喷枪设计的模拟与优化
李鹏飞, 李睿, 王广春, 程正霖
2020, 38(10): 151-155. doi: 10.13205/j.hjgc.202010024
摘要:
为优化循环流化床半干法脱硫脱硝反应器喷枪布置形式,以某火电厂的循环流化床同时脱硫脱硝反应塔为研究对象,对其高压水喷枪布置形式进行模拟研究。通过模拟和实际运行相结合的研究方式,得到了更合理的喷枪布置形式:喷枪数量选择4只且呈环形布置;喷枪头伸入距离为0.5~0.7 m,同时保证喷雾最大液滴粒径<150 μm,以此保证液滴在反应器内的均匀分布及液滴的完全蒸发,实现循环流化床半干法反应器的平稳运行及高效脱硫脱硝。
低浓度煤层气双塔真空变压吸附实验
竹涛, 韩一伟, 王若男, 张星, 刘海兵, 刘锋
2020, 38(10): 156-161,46. doi: 10.13205/j.hjgc.202010025
摘要:
我国低浓度煤层气资源丰富,但利用率低,且大部分直接排放到环境中,不仅造成了资源浪费,也加重了大气温室效应,因此,对低浓度煤层气进行变压吸附富集分离研究具有节能和环保的双重意义。采用双塔真空变压吸附装置进行低浓度煤层气变压吸附富集分离的研究,实验采用活性炭和碳分子筛混合吸附剂,考察了吸附压力、半周期、吸附塔高径比和混合吸附剂配比等参数对CH4分离效果的影响,并确定了最优工艺条件分别为180 kPa、90 s、7和2。该研究结果可为低浓度煤层气资源化利用提供参考。
低浓度细颗粒物声波团聚及喷雾优化实验
陶威, 徐超, 仲兆平
2020, 38(10): 162-168,127. doi: 10.13205/j.hjgc.202010026
摘要:
常规除尘器无法有效去除PM2.5,而声波能有效增加颗粒物之间的碰撞、团聚,使PM2.5粒径增大,是一种非常有前景的除尘预处理技术。主要研究了声波频率、声压级、初始浓度及停留时间对声波团聚效率的影响,发现在低频声波作用下效果更好,而纯声波作用下最佳团聚效率为44.84%。并对粉尘进行扫描电镜分析,对比了实验前后的粉尘形态,验证了声波对气溶胶颗粒的团聚作用。利用喷雾作为辅助手段,可以进一步提高团聚效率,降低声波团聚的能耗。在相同情况下,添加喷雾可以使团聚效率从43.07%增加到66.48%,说明喷雾联合声波作用是非常有效的除尘预处理技术。
固体废物处理与处置
钢渣对京津冀地区典型罐底油泥热解影响
闾文, 贾晋炜, 张少飞, 张帆, 宋强, 顾秋香, 舒新前
2020, 38(10): 169-176. doi: 10.13205/j.hjgc.202010027
摘要:
为了研究钢渣对油泥热解产物的影响,以京津冀地区典型罐底油泥为研究对象,利用固定床反应器、热重分析仪对油泥热解条件及反应特性进行研究,通过单因素实验和响应面实验设计考察了热解终温、升温速率、停留时间和钢渣添加量等对热解产物产率的影响,采用气相色谱(GC)、气质联用(GC-MS)、扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)等对热解气体、热解回收油和热解焦表征,并对反应后固体残渣采用磁选的方式回收钢渣及分析物相组成(XRD)。热重分析(TG)表明:添加钢渣有利于油泥失重率增加。热解动力学计算表明,油泥单独热解和添加钢渣的反应的表观活化能分别为8.32,7.43 kJ/mol。固定床实验表明:当热解温度为550℃,升温速率为40℃/min,停留时间为30 min时,钢渣添加量为15%时,油泥热解回收油产率最高,达到16.03%。通过17组响应面实验设计,预测回收油产率最高可达16.12%。热解产物分析表明,添加钢渣提高了气体中H2和CH4产量增加,降低了CO2产量。焦油的GC-MS分析表明,添加钢渣提高了焦油中低碳原子数成分含量。这证明了油泥和钢渣协同处置的可行性,可为热态钢渣与油泥的协同处置研究提供数据支撑。
基于PPR建模的全固废材料固化盐渍土抗压强度计算模型
王亮, 慈军, 宫经伟, 付英杰
2020, 38(10): 177-182,52. doi: 10.13205/j.hjgc.202010028
摘要:
为了实现全固废材料在盐渍土固化中的资源利用,选用电石渣、粉煤灰和矿渣组成一种盐渍土固化剂,对其固化盐渍土的28 d抗压强度进行试验研究,采用投影寻踪回归(PPR)对试验高维数据进行分析,建立28 d抗压强度PPR计算模型,验证了模型的精度和稳定性,最后采用该模型进行仿真计算,探索各影响因素与固化盐渍土抗压强度的关系。研究结果表明:该PPR计算模型具有较高精度和较好的稳定性,各影响因子对抗压强度贡献权重系数顺序为火山灰质材料掺量 > 矿渣占比 > 硫酸盐含量 > 电石渣掺量;仿真计算结果定量描述了各影响因素与固化盐渍土抗压强度间的关系;PPR模型较深入地挖掘了固化盐渍土抗压强度高维数据的内在结构,为全固废材料固化盐渍土的力学性能研究提供参考。
超高温自发热好氧堆肥工艺处理生活垃圾探究
王晓诚, 郭颖, 颜开红
2020, 38(10): 183-189. doi: 10.13205/j.hjgc.202010029
摘要:
超高温自发热已被应用于剩余污泥好氧堆肥,然而该技术对生活垃圾好氧堆肥过程的影响尚不清晰。此外,固氮剂过磷酸钙(CS)对超高温自发热好氧堆肥处理生活垃圾的影响也不明确。以生活垃圾为研究对象,建立空白组(R1)和添加CS (R2)的生活垃圾超高温自发热堆肥体系,探究了CS影响下生活垃圾超高温自发热过程中温度、含氧量、含水率、温室气体释放、溶解性COD及腐熟指标的变化规律,分析CS对生活垃圾堆肥后微生物群落特征的影响。结果表明:实验组温度最高为80.3℃,高于空白组,且最低含氧量、含水率均低于R1。实验组中甲烷和N2O的最大释放速率分别为0.09,1.3 g/(kg·d),均显著低于空白组,CS存在有助于生活垃圾堆肥保氮。此外,实验组中溶解COD的最大含量为42.3 mg/g,略高于R1,CS利于堆体中有机物释放。微生物群落分析表明,实验组中SaccharomonosporPlanifilum的相对丰度分别为25.6%和10.3%,堆体腐熟程度较高。
螯合剂稳定飞灰的条件优化及螯合产物的稳定性评价
宋倩楠, 王峰, 唐一, 童立志, 胡滨, 杨晓进, 胡清
2020, 38(10): 190-195,215. doi: 10.13205/j.hjgc.202010030
摘要:
研究了垃圾焚烧飞灰螯合稳定化处理过程中螯合剂的加药量、体系的含水率以及搅拌时间对飞灰中各种重金属浸出浓度的影响;随后研究了飞灰螯合产物在自然环境下、紫外线光照下和35℃下重金属的浸出行为,同时对比了大分子DTC和小分子SDD的螯合性能。结果表明:当螯合剂的加药量达到3%时,飞灰中常见的6种重金属的浸出浓度都低于GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》的限值;提高含水率有利于螯合反应的进行,对Pb、Zn和Cd,加大螯合时的含水率都可以降低浸出液中的重金属浓度;当搅拌时间超过2 min后,飞灰中重金属的浸出基本稳定。随着时间推移,不同放置条件下螯合飞灰中重金属的浸出浓度均满足填埋场入场控制标准,同时发现大分子DTC较小分子SDD具有更好的螯合效果。
脱水污泥的土地利用对比研究
邢思奇, 吴旭, 杨华荣
2020, 38(10): 196-201. doi: 10.13205/j.hjgc.202010031
摘要:
为了解脱水技术对后续污泥土地利用的影响,以3种典型脱水污泥为研究对象,分别与土壤等质量混合作为栽培基质用于黑麦草盆栽试验,通过植物种植后复合基质的有机质含量、pH、容重、孔隙率等理化性质的分析以及黑麦草生长状况的观测,研究经过不同脱水工艺的污泥对土壤改良效果的影响。采用土柱溶淋实验模拟1年降水,研究电解脱水污泥对环境的风险。结果表明经过电解脱水、机械压滤脱水后的污泥对土壤持水、保水能力有较好的效果;选用电解脱水污泥作为土壤改良剂,模拟1年自然降水后,对渗滤液中Cu、Cr、Cd、Pb、Ni等重金属含量进行测定,初步判定电解脱水污泥的污染风险较小。
土壤修复
镉污染稻田土壤理化性质、微生物及酶活性的差异性分析
周利军, 林小兵, 武琳, 黄欠如, 俞莹, 张鸿燕, 郭乃嘉, 张云, 刘晖
2020, 38(10): 202-206,227. doi: 10.13205/j.hjgc.202010032
摘要:
通过田间试验,分析了萍乡市2 hm2 Cd污染稻田中土壤理化性质、微生物和酶活性的空间差异性及相关性特征。结果表明:糙米Cd变异系数大于土壤有效态Cd和总Cd,且晚稻变异性大于早稻,属于中等变异性。土壤pH和容重变异系数较小,有机质、阳离子交换量、速效钾、有效磷和碱解氮变异系数为22.82%~35.60%,属于中等变异性;除过氧化氢酶变异性较小外,土壤酶活性、机械组成和微团聚体变异系数为10.54%~38.21%,属于中等变异性;土壤微生物(52.59%~84.64%)变异性较强,表现为细菌 > 放线菌 > 真菌。相关性分析表明:土壤pH、砂粒、蔗糖酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶与土壤有机质、阳离子交换量、黏粒、有效磷、速效钾、真菌和脲酶具有较强的负相关;而土壤有机质、阳离子交换量、黏粒、有效磷、速效钾、真菌和脲酶之间具有较强的正相关。主成分分析发现:pH、有机质、容重、速效钾和碱解氮是土壤理化性质的关键因子。
地下多孔介质中表面活性剂的迁移行为及其影响因素
霍利利, 胡玉林, 陈玮, 钟华, 刘观胜, 杨欣
2020, 38(10): 207-215. doi: 10.13205/j.hjgc.202010033
摘要:
表面活性剂在土壤及地下水修复中起作用主要依赖于其在地下多孔介质中的迁移能力,因此深入研究表面活性剂在地下多孔介质中的迁移行为对其在修复领域中的有效应用具有重要意义。通过综述表面活性剂在地下多孔介质中迁移行为的国内外研究进展,深入剖析了表面活性剂迁移所涉及的主要过程、相关迁移模型以及影响因素,指出了现阶段表面活性剂迁移行为研究中存在的不足,并对后续研究重点进行了展望,以期为土壤及地下水修复过程提供相关的理论指导。
制备工艺对nZVI/污泥基生物炭中Zn、Cu、Pb形态分布及其生态风险的影响
汤传武, 刘立恒, 黄蓉, 何东薇
2020, 38(10): 216-221. doi: 10.13205/j.hjgc.202010034
摘要:
以市政污泥为原料、纳米零价铁(nZVI)为添加剂,采用热解法制备污泥生物炭,考察了nZVI添加量、热解温度和升温速率对生物炭中Zn、Cu、Pb形态分布及其生态风险的影响。结果显示:高nZVI添加量、高热解温度及低升温速率可提高稳定态(BCR法) Zn、Cu和Pb的含量;高nZVI添加量可促使Zn、Cu和Pb向可氧化态转化,而高热解温度和低升温速率有利于残渣态Zn、Cu和Pb的生成;最优nZVI添加量、热解温度和升温速率分别为2000 mg/kg,800℃和4℃/min。此外,当nZVI添加量为800 mg/kg、热解温度为800℃和升温速率为2℃/min时有利于降低Zn、Cu和Pb的生态风险;Zn、Cu和Pb总体生态风险等级分别为低风险、低风险和无风险,与Cu和Pb相比,Zn的生态风险较高;以RI值为评价指标,nZVI/污泥基生物炭的优化制备工艺为:nZVI添加量为200 mg/kg,热解温度为800℃,升温速率为5℃/min。
改性纳米TiO2对砷污染土壤的稳定化试验
陈美凤, 李新丽, 杨沛林, 罗谦, 秦樊鑫
2020, 38(10): 222-227. doi: 10.13205/j.hjgc.202010035
摘要:
以黄壤、红壤、紫色土和黑土为供试土壤,研究改性纳米二氧化钛对土壤中砷的稳定化效果。采用溶胶-凝胶法制得活性炭负载纳米二氧化钛(ACT)和铁改性活性炭负载纳米二氧化钛(ACTI),并将粒径为100 nm的纳米二氧化钛(T-100)和活性炭(AC)作为对照材料。将改性纳米二氧化钛按照不同质量比添加到供试土壤中,稳定化14 d后,采用生物有效性简化提取法(simple bioavailability extraction test,SBET)研究改性纳米二氧化钛对不同类型土壤中砷的稳定化效果。结果表明:4种供试土壤的固砷能力顺序为红壤>黑土>黄壤>紫色土。ACTI和ACT在4种类型土壤中对砷的稳定效果均优于对照材料T-100和AC,在2%的添加量下,4种土壤对砷的稳定化率均高于60%。因此,ACTI和ACT可用作修复砷污染土壤的稳定剂。
转换电极的电动力强化植物修复高浓度砷污染土壤
周丽玮, 王航, 刘阳生
2020, 38(10): 228-233. doi: 10.13205/j.hjgc.202010036
摘要:
电极转换下,以Capsicum annuum L.为对象探讨电动力强化的植物修复高浓度砷污染土壤效果。结果表明:对照组土壤pH降低,实验组升高。对照组土壤中砷浓度从(524.1±5.6) mg/kg降低为(500.5±8.3) mg/kg,实验组不同区域土壤砷浓度分别为(179.8±10.6),(674.9±5.43),(512.8±7.3) mg/kg。相较于对照组,实验组植物对砷的吸收量分别增加了-18.1%、282.8%和170.3%。对照组、实验组区域1、2、3的土壤和根际土壤砷浓度之比分别为2.62、0.64、1.48和1.26,电场增高了植物根系附近的砷浓度。对照组、实验组区域1、2、3土壤第5天的残渣态砷占比为55.64%、34.99%、39.06%和0%;对照组、实验组第5天阴极和第10天阴极附近土壤,结晶水铁铝氧化物结合态和残渣态砷占比为67.45%、0%和8.88%;体现了电场对土壤重金属形态的活化作用。实验组修复10 d的电耗成本为79.5元/m3,具备一定经济优势。