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2025年 第43卷 第4期
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2025,
43(4):
1-16. doi: 10.13205/j.hjgc.202504001
摘要:
尽管城市面积不足全球陆表的3%，但直接和间接产生的CO2占全球能源使用所产生的CO2排放量的70%以上，且城市生态系统具有直接增汇、间接减排作用。基于此，梳理了城市碳源汇监测方面的国内外研究进展：城市碳源汇的监测技术包括原位监测和遥感监测方式（地基遥感和卫星遥感），国际上多个城市已着手建立城市温室气体监测网；城市人为碳排放源和城市生态系统碳通量的估算方法主要包括“自下而上”（清单法、样地清查法、涡度相关法、模型模拟法等）和“自上而下”方法（主要包括碳同化反演法等）；对城市人为碳源和城市生态系统碳通量方面的研究进展进行了详细综述；最后，展望了新的监测手段和估算方法，以期能更好地服务“双碳”目标的最终实现。
尽管城市面积不足全球陆表的3%，但直接和间接产生的CO2占全球能源使用所产生的CO2排放量的70%以上，且城市生态系统具有直接增汇、间接减排作用。基于此，梳理了城市碳源汇监测方面的国内外研究进展：城市碳源汇的监测技术包括原位监测和遥感监测方式（地基遥感和卫星遥感），国际上多个城市已着手建立城市温室气体监测网；城市人为碳排放源和城市生态系统碳通量的估算方法主要包括“自下而上”（清单法、样地清查法、涡度相关法、模型模拟法等）和“自上而下”方法（主要包括碳同化反演法等）；对城市人为碳源和城市生态系统碳通量方面的研究进展进行了详细综述；最后，展望了新的监测手段和估算方法，以期能更好地服务“双碳”目标的最终实现。
2025,
43(4):
17-25. doi: 10.13205/j.hjgc.202504002
摘要:
基于30个微型空气质量监测站组建的大气污染物监测网络，对浙江某精细化工园区中的大气污染物开展长期监测研究。结果显示：1）O3浓度呈双峰变化，峰值出现在4月（83.8 μg/m3）和9月（84.5 μg/m3）；NO2浓度在冬季高于夏季，年均浓度主要集中在4～28 μg/m3之间；TVOCs变化呈单峰趋势，在8月到达峰值，平均浓度为1954 μg/m3；由于较好的气象扩散条件，PM10和PM2.5的浓度变化趋势较为一致，二者均在12月浓度最高。2）O3浓度的高值区域主要集中在园区北部；NO2的时空分布特征与O3呈显著负相关，O3浓度高的地区NO2的浓度较低；TVOCs的空间分布态势在全年并无显著差异，主要集中在园区南部和东北部；PM高值区域主要分布在园区中部。3）受疫情影响，NO2和PM的浓度在管控期间低于管控之前，而O3浓度则因其前体物的影响使得管控期间的浓度高于管控之前。4）根据皮尔逊相关系数，风速的长期迁移和高温会促进O3的形成；由空间分布和NO2与TVOCs的比率可知，精细化工园区中O3 的形成受NO2限制，降低环境NO2浓度是减少园区中O3浓度的有效策略。
基于30个微型空气质量监测站组建的大气污染物监测网络，对浙江某精细化工园区中的大气污染物开展长期监测研究。结果显示：1）O3浓度呈双峰变化，峰值出现在4月（83.8 μg/m3）和9月（84.5 μg/m3）；NO2浓度在冬季高于夏季，年均浓度主要集中在4～28 μg/m3之间；TVOCs变化呈单峰趋势，在8月到达峰值，平均浓度为1954 μg/m3；由于较好的气象扩散条件，PM10和PM2.5的浓度变化趋势较为一致，二者均在12月浓度最高。2）O3浓度的高值区域主要集中在园区北部；NO2的时空分布特征与O3呈显著负相关，O3浓度高的地区NO2的浓度较低；TVOCs的空间分布态势在全年并无显著差异，主要集中在园区南部和东北部；PM高值区域主要分布在园区中部。3）受疫情影响，NO2和PM的浓度在管控期间低于管控之前，而O3浓度则因其前体物的影响使得管控期间的浓度高于管控之前。4）根据皮尔逊相关系数，风速的长期迁移和高温会促进O3的形成；由空间分布和NO2与TVOCs的比率可知，精细化工园区中O3 的形成受NO2限制，降低环境NO2浓度是减少园区中O3浓度的有效策略。
2025,
43(4):
26-35. doi: 10.13205/j.hjgc.202504003
摘要:
基于Google Earth Engine（GEE）云平台和Sentinel-5P卫星遥感数据，采用FNR（formaldehyde to nitrogen dioxide ratio）指示剂法，系统分析了2019—2023年苏皖鲁豫地区臭氧（O3）前体物及其生成敏感性的时空变化特征。研究发现，对流层甲醛（HCHO）柱浓度表现出明显的夏秋季高、冬春季低的季节变化特征，其中夏季最高，总体呈现波动上升趋势，尤其是在河南、安徽和山东三省交界地区增加较为明显；而对流层二氧化氮（NO2）柱浓度则表现出秋冬季高、春夏季低的特征，冬季最高，总体呈波动下降趋势，表明各省会及其周边城市氮氧化物（NOx ）减排成效显著。O3生成敏感性以协同控制区为主，其次是挥发性有机化合物（VOCs）控制区，主要分布在郑州、济南、徐州、南京、合肥等中心城市及其周边区域，面积呈现增加趋势；NOx 控制区面积最小，主要分布在河南和安徽省的西部、南部非中心城市区域，总体呈现下降趋势。研究可为了解苏皖鲁豫地区O3前体物时空分布特征提供科学依据，对环境管理和污染防治政策的制定提供参考。
基于Google Earth Engine（GEE）云平台和Sentinel-5P卫星遥感数据，采用FNR（formaldehyde to nitrogen dioxide ratio）指示剂法，系统分析了2019—2023年苏皖鲁豫地区臭氧（O3）前体物及其生成敏感性的时空变化特征。研究发现，对流层甲醛（HCHO）柱浓度表现出明显的夏秋季高、冬春季低的季节变化特征，其中夏季最高，总体呈现波动上升趋势，尤其是在河南、安徽和山东三省交界地区增加较为明显；而对流层二氧化氮（NO2）柱浓度则表现出秋冬季高、春夏季低的特征，冬季最高，总体呈波动下降趋势，表明各省会及其周边城市氮氧化物（NOx ）减排成效显著。O3生成敏感性以协同控制区为主，其次是挥发性有机化合物（VOCs）控制区，主要分布在郑州、济南、徐州、南京、合肥等中心城市及其周边区域，面积呈现增加趋势；NOx 控制区面积最小，主要分布在河南和安徽省的西部、南部非中心城市区域，总体呈现下降趋势。研究可为了解苏皖鲁豫地区O3前体物时空分布特征提供科学依据，对环境管理和污染防治政策的制定提供参考。
2025,
43(4):
36-45. doi: 10.13205/j.hjgc.202504004
摘要:
通过超效率SBM模型评估2009—2020年珠江流域47个城市的工业碳排放效率，借助莫兰指数与LISA时空跃迁方法探讨这些城市工业碳排放效率的空间分布特征和局部空间关系的变化。采用地理探测器识别主要影响因素及其交互作用，并运用多尺度地理加权回归模型分析了影响因素的空间异质性。研究发现，珠江流域工业碳排放效率总体呈上升趋势，年均增长率5.16%。空间分布显示，高效率城市集中在防城港市、玉溪市等，而低效率城市多为重工业城市。工业碳排放效率的主要影响因素包括生产力水平、对外开放程度和工业化水平。生产力水平对工业碳排放效率的影响在珠江流域东部区域逐渐减弱，对外开放程度在大多数城市对工业碳排放效率表现出负向影响，工业化水平的影响高值区为发达地区，低值区为欠发达地区。
通过超效率SBM模型评估2009—2020年珠江流域47个城市的工业碳排放效率，借助莫兰指数与LISA时空跃迁方法探讨这些城市工业碳排放效率的空间分布特征和局部空间关系的变化。采用地理探测器识别主要影响因素及其交互作用，并运用多尺度地理加权回归模型分析了影响因素的空间异质性。研究发现，珠江流域工业碳排放效率总体呈上升趋势，年均增长率5.16%。空间分布显示，高效率城市集中在防城港市、玉溪市等，而低效率城市多为重工业城市。工业碳排放效率的主要影响因素包括生产力水平、对外开放程度和工业化水平。生产力水平对工业碳排放效率的影响在珠江流域东部区域逐渐减弱，对外开放程度在大多数城市对工业碳排放效率表现出负向影响，工业化水平的影响高值区为发达地区，低值区为欠发达地区。
2025,
43(4):
46-58. doi: 10.13205/j.hjgc.202504005
摘要:
为解决建筑业碳排放研究中影响因素选取局限性、数据预处理不足、碳排放复杂动态变化及非线性问题，提出了一种基于最大信息系数（MIC）特征提取、改进互补集合经验模态分解（ICEEMD）、雾凇优化算法（RIME）与深度混合核极限学习机（DHKELM）的建筑业碳排放量预测模型。首先，根据IPCC计算方法，从直接和间接两个方面测算 1992—2021年我国建筑业碳排放量，基于STIRPAT模型选取年末总人口数、国内生产总值、建筑业房屋竣工面积和能源结构等17个影响建筑业碳排放量的因素，然后利用灰色关联分析和MIC方法两阶段筛选出12个关键影响因素；其次，使用ICEEMD将建筑业碳排放量分解为多个平稳序列和一个残差项，并将其分别代入RIME算法优化关键参数后的DHKELM模型中。最后，将各分解序列的预测结果相加获得建筑业碳排放预测值，并对比分析多种基准模型的预测结果。结果显示：MIC-ICEEMD-RIME-DHKELM模型的预测性能最优，其均方根误差、平均绝对误差、平均绝对百分比误差和绝对相关系数分别为0.2782亿t、0.2672亿t、1.3783%和0.9576，均优于其他模型，证明该模型适用于建筑业碳排放量的预测。该研究成果为建筑业的低碳发展提供理论支持和技术参考。
为解决建筑业碳排放研究中影响因素选取局限性、数据预处理不足、碳排放复杂动态变化及非线性问题，提出了一种基于最大信息系数（MIC）特征提取、改进互补集合经验模态分解（ICEEMD）、雾凇优化算法（RIME）与深度混合核极限学习机（DHKELM）的建筑业碳排放量预测模型。首先，根据IPCC计算方法，从直接和间接两个方面测算 1992—2021年我国建筑业碳排放量，基于STIRPAT模型选取年末总人口数、国内生产总值、建筑业房屋竣工面积和能源结构等17个影响建筑业碳排放量的因素，然后利用灰色关联分析和MIC方法两阶段筛选出12个关键影响因素；其次，使用ICEEMD将建筑业碳排放量分解为多个平稳序列和一个残差项，并将其分别代入RIME算法优化关键参数后的DHKELM模型中。最后，将各分解序列的预测结果相加获得建筑业碳排放预测值，并对比分析多种基准模型的预测结果。结果显示：MIC-ICEEMD-RIME-DHKELM模型的预测性能最优，其均方根误差、平均绝对误差、平均绝对百分比误差和绝对相关系数分别为0.2782亿t、0.2672亿t、1.3783%和0.9576，均优于其他模型，证明该模型适用于建筑业碳排放量的预测。该研究成果为建筑业的低碳发展提供理论支持和技术参考。
2025,
43(4):
59-66. doi: 10.13205/j.hjgc.202504006
摘要:
实现碳达峰、碳中和是我国作出的重大战略决策，巩固和提升生态系统碳汇能力是实现“双碳”目标的重要行动。自然生态系统发挥着巨大的碳汇功能。传统野外调查碳汇监测方法存在人工成本大、工作效率低等问题。以长株潭绿心中央公园核心区为研究对象，提出了基于“国土三调”工作分类的自然生态系统分类方法，利用卫星遥感影像、降水、气温和DEM等基础数据，结合CASA模型与净生态系统生产力法，构建CASA_NEP模型，估算了2022年度核心区的净生态系统生产力（NEP），以此表征植被碳汇量，并分析了不同自然生态系统植被碳汇分布状况。结果表明：核心区年度植被碳汇量为9471.51 Mg C/a，单位面积植被碳汇量为0.73 Mg C/（hm2·a），不同生态系统类型的植被碳汇量相差较大，林地生态系统占核心区植被总碳汇量的98.28%，草地生态系统占1.64%，湿地生态系统仅占0.08%。该方法可行性高、可操作性强，极大地节约了监测成本，提高了监测效率，可为湖南省乃至全国生态系统植被碳汇监测提供科学参考。
实现碳达峰、碳中和是我国作出的重大战略决策，巩固和提升生态系统碳汇能力是实现“双碳”目标的重要行动。自然生态系统发挥着巨大的碳汇功能。传统野外调查碳汇监测方法存在人工成本大、工作效率低等问题。以长株潭绿心中央公园核心区为研究对象，提出了基于“国土三调”工作分类的自然生态系统分类方法，利用卫星遥感影像、降水、气温和DEM等基础数据，结合CASA模型与净生态系统生产力法，构建CASA_NEP模型，估算了2022年度核心区的净生态系统生产力（NEP），以此表征植被碳汇量，并分析了不同自然生态系统植被碳汇分布状况。结果表明：核心区年度植被碳汇量为9471.51 Mg C/a，单位面积植被碳汇量为0.73 Mg C/（hm2·a），不同生态系统类型的植被碳汇量相差较大，林地生态系统占核心区植被总碳汇量的98.28%，草地生态系统占1.64%，湿地生态系统仅占0.08%。该方法可行性高、可操作性强，极大地节约了监测成本，提高了监测效率，可为湖南省乃至全国生态系统植被碳汇监测提供科学参考。
2025,
43(4):
67-77. doi: 10.13205/j.hjgc.202504007
摘要:
随着工业化和城市化的推进，污染地块违规利用活动问题日益严峻，迫切需要开展污染地块利用活动的识别与监测研究，以满足环境管理和资源保护的需求。针对污染地块利用活动难以识别与监测的技术痛点，基于遥感图像、监测数据等多模态数据，建立了污染地块利用活动识别与监测技术体系。以《重庆市建设用地土壤污染风险管控和修复名录》中的污染地块为例，利用多模态数据识别与监测了70块污染地块，总体分类精度为96%。整体上，种植活动占据主导地位：共有23块污染地块存在利用活动，其中18块存在种植活动，占比为78.26%。各区县之间污染地块利用活动数量、利用活动点数和利用活动面积差异大。空间上，污染地块利用活动呈聚集分布，高密度核心区位于沙坪坝区，较高核心区位于大渡口区和九龙坡区，存在鲜明的“核心-边缘”结构。该研究结果有助于制定更科学的土壤风险管控措施和保护与修复方案，降低土壤污染对环境和人类健康的潜在风险。
随着工业化和城市化的推进，污染地块违规利用活动问题日益严峻，迫切需要开展污染地块利用活动的识别与监测研究，以满足环境管理和资源保护的需求。针对污染地块利用活动难以识别与监测的技术痛点，基于遥感图像、监测数据等多模态数据，建立了污染地块利用活动识别与监测技术体系。以《重庆市建设用地土壤污染风险管控和修复名录》中的污染地块为例，利用多模态数据识别与监测了70块污染地块，总体分类精度为96%。整体上，种植活动占据主导地位：共有23块污染地块存在利用活动，其中18块存在种植活动，占比为78.26%。各区县之间污染地块利用活动数量、利用活动点数和利用活动面积差异大。空间上，污染地块利用活动呈聚集分布，高密度核心区位于沙坪坝区，较高核心区位于大渡口区和九龙坡区，存在鲜明的“核心-边缘”结构。该研究结果有助于制定更科学的土壤风险管控措施和保护与修复方案，降低土壤污染对环境和人类健康的潜在风险。
2025,
43(4):
78-87. doi: 10.13205/j.hjgc.202504008
摘要:
为探明重庆某钢铁厂区搬迁遗留污染地块中土壤重金属污染状况，基于网格化与专业判断采集262个采样点共计1427个样本，取其均值为采样点数值。运用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数对研究区土壤污染现状进行评价，并运用地理探测器对土壤污染空间分异影响因素进行分析。结果表明：1）As、Cd、Cu、Hg、Ni、Pb均值分别为8.18，0.47，49.46，0.24，29.37，63.98，8.98 mg/kg，除Ni外与背景值相比均超标，且为强变异性；空间分布上差异大，富集区沿工业利用高发区分布。2）土壤重金属内梅罗综合污染指数P均值达5.46，为重度污染，污染严重，研究区中部重金属综合污染指数较东西部大。3）因子探测结果显示，距水源距离对污染分布的解释力最强（PD，H=0.14），坡度解释力最弱（PD，H=0.01）。交互探测显示，研究区重金属污染分布受多种因素综合影响，以距水源距离 ∩ pH值（PD，H=0.28）组合影响最大，距道路距离 ∩ 坡度（PD，H=0.05）组合影响力最小。研究表明，污染地块重金属富集程度存在差异性，主要受地理位置和工业活动等因素影响，为后续污染治理提供了重要依据。
为探明重庆某钢铁厂区搬迁遗留污染地块中土壤重金属污染状况，基于网格化与专业判断采集262个采样点共计1427个样本，取其均值为采样点数值。运用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数对研究区土壤污染现状进行评价，并运用地理探测器对土壤污染空间分异影响因素进行分析。结果表明：1）As、Cd、Cu、Hg、Ni、Pb均值分别为8.18，0.47，49.46，0.24，29.37，63.98，8.98 mg/kg，除Ni外与背景值相比均超标，且为强变异性；空间分布上差异大，富集区沿工业利用高发区分布。2）土壤重金属内梅罗综合污染指数P均值达5.46，为重度污染，污染严重，研究区中部重金属综合污染指数较东西部大。3）因子探测结果显示，距水源距离对污染分布的解释力最强（PD，H=0.14），坡度解释力最弱（PD，H=0.01）。交互探测显示，研究区重金属污染分布受多种因素综合影响，以距水源距离 ∩ pH值（PD，H=0.28）组合影响最大，距道路距离 ∩ 坡度（PD，H=0.05）组合影响力最小。研究表明，污染地块重金属富集程度存在差异性，主要受地理位置和工业活动等因素影响，为后续污染治理提供了重要依据。
2025,
43(4):
88-97. doi: 10.13205/j.hjgc.202504009
摘要:
针对全氟和多氟烷基化合物（per-and polyfluoroalkyl substances， PFAS）在环境中的普遍存在及潜在危害，分类总结了分子印迹传感器检测PFAS的应用研究进展，并阐述了传感器的检测原理、性能和信号转化机制。传统的色谱法和质谱法检测PFAS价格高昂、操作复杂，需要专业的操作人员，无法满足原位检测和连续监测的需求。已有研究表明分子印迹传感器能够对目标分析物快速响应，可降低PFAS的检测复杂性和检测成本，是一种具有发展前景的测定PFAS的方法。分子印迹传感器虽然在PFAS的检测应用中取得了巨大进展，但其在实际应用中仍面临灵敏度、选择性、便携性和商品化问题等方面的挑战，需进一步完善。开发纳米材料和微电极在分子印迹传感器检测中的应用、研究现场连续监测型传感器以及分子印迹传感器标准化、小型化和智能化是未来的重要发展方向。
针对全氟和多氟烷基化合物（per-and polyfluoroalkyl substances， PFAS）在环境中的普遍存在及潜在危害，分类总结了分子印迹传感器检测PFAS的应用研究进展，并阐述了传感器的检测原理、性能和信号转化机制。传统的色谱法和质谱法检测PFAS价格高昂、操作复杂，需要专业的操作人员，无法满足原位检测和连续监测的需求。已有研究表明分子印迹传感器能够对目标分析物快速响应，可降低PFAS的检测复杂性和检测成本，是一种具有发展前景的测定PFAS的方法。分子印迹传感器虽然在PFAS的检测应用中取得了巨大进展，但其在实际应用中仍面临灵敏度、选择性、便携性和商品化问题等方面的挑战，需进一步完善。开发纳米材料和微电极在分子印迹传感器检测中的应用、研究现场连续监测型传感器以及分子印迹传感器标准化、小型化和智能化是未来的重要发展方向。
2025,
43(4):
98-109. doi: 10.13205/j.hjgc.202504010
摘要:
近年来，人工智能技术迅速发展，引起了各领域研究人员的关注，在农业、气候、安全、环境等不同学科领域均取得了丰硕成果。首先对模糊逻辑、遗传算法、人工神经网络、支持向量机、轻量级梯度提升机等人工智能技术的基本原理、技术特征和适用范围进行了总结，重点阐述混合智能系统的技术先进性和优势；其次，以大气环境领域为例，调研了人工智能技术在环境领域的应用进展，借助具体案例说明了常见的输入参数类型和性能评价指标；最后，从环境要素数据集、模型训练方式、算法自有缺陷3个方面分析了现阶段人工智能技术在大气环境领域存在的挑战，提出了人工智能技术在大气环境领域未来的应用发展趋势主要为混合智能系统组合研究、多环境要素综合分析及其与环保平台的协同应用。
近年来，人工智能技术迅速发展，引起了各领域研究人员的关注，在农业、气候、安全、环境等不同学科领域均取得了丰硕成果。首先对模糊逻辑、遗传算法、人工神经网络、支持向量机、轻量级梯度提升机等人工智能技术的基本原理、技术特征和适用范围进行了总结，重点阐述混合智能系统的技术先进性和优势；其次，以大气环境领域为例，调研了人工智能技术在环境领域的应用进展，借助具体案例说明了常见的输入参数类型和性能评价指标；最后，从环境要素数据集、模型训练方式、算法自有缺陷3个方面分析了现阶段人工智能技术在大气环境领域存在的挑战，提出了人工智能技术在大气环境领域未来的应用发展趋势主要为混合智能系统组合研究、多环境要素综合分析及其与环保平台的协同应用。
2025,
43(4):
110-120. doi: 10.13205/j.hjgc.202504011
摘要:
针对当前垃圾检测算法存在对于密集目标的精确度低、易受环境背景干扰的问题，研究一种基于YOLOv8改进的垃圾检测算法YOLOv8-MA。该方法在YOLOv8网络中融合了GAM全局注力机制（global attention mechanism）和MLCA混合局部通道注意力机制（mixed local channel attention），增强对区域上下文信息的捕获能力，对输入特征图进行全局关注，实现检测精度的显著提升。此外，算法采用了EIoU损失函数，提升模型对各类样本的适应能力和模型定位精度，进一步增强整体检测性能。在TACO数据集上进行实验取得了良好效果，相比于基线模型YOLOv8，YOLOv8-MA在精确率、召回率、mAP@0.5和mAP@0.5∶0.95评价指标分别提升了1.4%、5.3%、4.2%和5.4%，表现突出，具有更好的检测效果。该研究结果证明了YOLOv8-MA算法的有效性和卓越性。此外，还通过消融实验证明了各个改进模块对提升模型性能的有效性。
针对当前垃圾检测算法存在对于密集目标的精确度低、易受环境背景干扰的问题，研究一种基于YOLOv8改进的垃圾检测算法YOLOv8-MA。该方法在YOLOv8网络中融合了GAM全局注力机制（global attention mechanism）和MLCA混合局部通道注意力机制（mixed local channel attention），增强对区域上下文信息的捕获能力，对输入特征图进行全局关注，实现检测精度的显著提升。此外，算法采用了EIoU损失函数，提升模型对各类样本的适应能力和模型定位精度，进一步增强整体检测性能。在TACO数据集上进行实验取得了良好效果，相比于基线模型YOLOv8，YOLOv8-MA在精确率、召回率、mAP@0.5和mAP@0.5∶0.95评价指标分别提升了1.4%、5.3%、4.2%和5.4%，表现突出，具有更好的检测效果。该研究结果证明了YOLOv8-MA算法的有效性和卓越性。此外，还通过消融实验证明了各个改进模块对提升模型性能的有效性。
2025,
43(4):
121-131. doi: 10.13205/j.hjgc.202504012
摘要:
机器学习在污水处理工艺水质监测的应用成为当前研究热点。为解决关键水质指标的获取存在时间滞后性和成本高的问题，以短程硝化反硝化工艺亚硝酸盐氮（NO2--N）浓度预测为目标，提出了一种基于树集成模型的水质软测量方法。采用反硝化池易监测的参数，应用决策树的四类集成模型预测出水NO2--N浓度，通过分析输入特征对预测结果的重要性程度来解释最优模型，并用特征选择验证模型解释结果。结果表明，4种决策树集成模型中，自适应提升（AdaBoost）对于出水NO2--N浓度的预测准确率和稳定性最高，决定系数（R2）、均方误差（MSE）和平均绝对百分比误差（MAPE）分别为0.983、0.015和0.126；模型解释表明，pH、ORP及进水COD是影响预测效果的高重要性参数，与NO2--N呈现出较强相关性。该研究对于实现低成本、实时地预测水质指标，扩充有效数据量提高预测精度具有重要参考价值。
机器学习在污水处理工艺水质监测的应用成为当前研究热点。为解决关键水质指标的获取存在时间滞后性和成本高的问题，以短程硝化反硝化工艺亚硝酸盐氮（NO2--N）浓度预测为目标，提出了一种基于树集成模型的水质软测量方法。采用反硝化池易监测的参数，应用决策树的四类集成模型预测出水NO2--N浓度，通过分析输入特征对预测结果的重要性程度来解释最优模型，并用特征选择验证模型解释结果。结果表明，4种决策树集成模型中，自适应提升（AdaBoost）对于出水NO2--N浓度的预测准确率和稳定性最高，决定系数（R2）、均方误差（MSE）和平均绝对百分比误差（MAPE）分别为0.983、0.015和0.126；模型解释表明，pH、ORP及进水COD是影响预测效果的高重要性参数，与NO2--N呈现出较强相关性。该研究对于实现低成本、实时地预测水质指标，扩充有效数据量提高预测精度具有重要参考价值。
2025,
43(4):
132-142. doi: 10.13205/j.hjgc.202504013
摘要:
随着我国城乡居民生活用水规模的持续增加，给水厂污泥的产量也呈现快速增长趋势。在“双碳”背景下，给水厂污泥也面临着从传统“处理处置”向“资源化利用”转化的新挑战。回顾了近年来给水厂污泥基功能材料的制备方法，分析制备方法对其结构和吸附性能的影响，明确其主要吸附活性位点的来源和产生机制，并进一步讨论给水厂污泥基功能材料在用于污染物吸附过程中所面临的局限和挑战。结果表明，给水厂污泥自身固有的Al、Fe等无机物既能够作为污染物吸附的活性位点，也能够作为复合功能材料的合成框架促进污染物的吸附；热解、活化和复合虽然能够进一步提高给水厂污泥基功能材料的吸附性能，但会不可避免地造成成本增加，这也是给水厂污泥基功能材料面临的主要挑战。因此，建议通过生命周期评价和成本效益分析，结合机器学习等人工智能模拟，为给水厂污泥基功能材料的制备和吸附性能的优化及应用提供指导，从而促进“双碳”背景下给水厂污泥的低碳资源化回收利用。
随着我国城乡居民生活用水规模的持续增加，给水厂污泥的产量也呈现快速增长趋势。在“双碳”背景下，给水厂污泥也面临着从传统“处理处置”向“资源化利用”转化的新挑战。回顾了近年来给水厂污泥基功能材料的制备方法，分析制备方法对其结构和吸附性能的影响，明确其主要吸附活性位点的来源和产生机制，并进一步讨论给水厂污泥基功能材料在用于污染物吸附过程中所面临的局限和挑战。结果表明，给水厂污泥自身固有的Al、Fe等无机物既能够作为污染物吸附的活性位点，也能够作为复合功能材料的合成框架促进污染物的吸附；热解、活化和复合虽然能够进一步提高给水厂污泥基功能材料的吸附性能，但会不可避免地造成成本增加，这也是给水厂污泥基功能材料面临的主要挑战。因此，建议通过生命周期评价和成本效益分析，结合机器学习等人工智能模拟，为给水厂污泥基功能材料的制备和吸附性能的优化及应用提供指导，从而促进“双碳”背景下给水厂污泥的低碳资源化回收利用。
2025,
43(4):
143-155. doi: 10.13205/j.hjgc.202504014
摘要:
目前，我国农村常见的厕所类型普遍存在厕所粪污处理技术水平低、资源化利用效果差以及节水技术不足等问题，制约着农村“厕所革命”的顺利推进。基于粪尿分集式水冲厕所，采用填料吸附耦合土壤渗滤的方式处理厕所黄水，选用稻壳生物炭和沸石作为吸附系统的填料，沸石、煤灰渣、玉米芯、铁粒和园土作为土壤渗滤系统的填料，设计不同水力负荷、冲厕水量、干湿比等试验参数，研究其对黄水中氮、磷的吸附效果和水质净化能力，筛选出效果较优参数，并开展长期运行，评估系统运行的稳定性和试验填料更换周期。结果表明，在水力负荷为0.34 m3/（m2·d）、冲厕水量3 L、干湿比2∶1的参数下，处理系统对黄水的养分回收及污染物净化效果最好。在此条件下进行的连续98 d运行试验，系统运行稳定，未出现断流堵塞的情况。总出水TN、TP的平均去除率均大于94%，COD平均浓度为21.57 mg/L，满足ISO 30500 《无下水道厕所安全及性能测试国际标准》出水标准。依照此试验参数，以农村单户家庭应用为基础，对关键部件进行参数设计，并集成开展厕所整体设计，最终形成新型循环水冲式厕所。研究为我国农村黄水就地资源化利用和资源循环型节水厕所技术提供重要参考。
目前，我国农村常见的厕所类型普遍存在厕所粪污处理技术水平低、资源化利用效果差以及节水技术不足等问题，制约着农村“厕所革命”的顺利推进。基于粪尿分集式水冲厕所，采用填料吸附耦合土壤渗滤的方式处理厕所黄水，选用稻壳生物炭和沸石作为吸附系统的填料，沸石、煤灰渣、玉米芯、铁粒和园土作为土壤渗滤系统的填料，设计不同水力负荷、冲厕水量、干湿比等试验参数，研究其对黄水中氮、磷的吸附效果和水质净化能力，筛选出效果较优参数，并开展长期运行，评估系统运行的稳定性和试验填料更换周期。结果表明，在水力负荷为0.34 m3/（m2·d）、冲厕水量3 L、干湿比2∶1的参数下，处理系统对黄水的养分回收及污染物净化效果最好。在此条件下进行的连续98 d运行试验，系统运行稳定，未出现断流堵塞的情况。总出水TN、TP的平均去除率均大于94%，COD平均浓度为21.57 mg/L，满足ISO 30500 《无下水道厕所安全及性能测试国际标准》出水标准。依照此试验参数，以农村单户家庭应用为基础，对关键部件进行参数设计，并集成开展厕所整体设计，最终形成新型循环水冲式厕所。研究为我国农村黄水就地资源化利用和资源循环型节水厕所技术提供重要参考。
2025,
43(4):
156-164. doi: 10.13205/j.hjgc.202504015
摘要:
双碳背景下，为了全面客观评价废乳化液处理技术，构建了一种“水-能-碳”综合评价体系，采用进水水质、油类削减量、耗电量、能耗碳排放、药耗碳排放、碳补偿指标及“水-能-碳”耦合指数对化学破乳、蒸发、膜分离等废乳化液处理技术进行综合评价，并结合工程案例对技术展开量化分析。研究发现，传统化学破乳法应用最为广泛，呈低能耗高药耗特征；近年来，蒸发法也被用于废乳化液处理，呈高能耗高碳排特征；膜分离法的实验研究较多，呈低能耗低碳排特征，具有较好的发展前景。江苏某废乳化液处理中心的“水-能-碳”评价结果显示：机械蒸汽再压缩、混凝气浮和磁絮凝单元的碳排放量分别为38.55，22.87，13.39 kg CO2eq/kg，“水-能-碳”耦合指数分别为0.379、0.524和0.705。机械蒸汽再压缩普适性强、处理效果好，但能耗、碳排放量高，综合性能一般；磁絮凝作为新型化学破乳法，处理效果好，能耗、碳排放量少，水能碳耦合水平高，综合性能更优。该研究可为废乳化液处理技术的评价及选择提供新的思路与方法。
双碳背景下，为了全面客观评价废乳化液处理技术，构建了一种“水-能-碳”综合评价体系，采用进水水质、油类削减量、耗电量、能耗碳排放、药耗碳排放、碳补偿指标及“水-能-碳”耦合指数对化学破乳、蒸发、膜分离等废乳化液处理技术进行综合评价，并结合工程案例对技术展开量化分析。研究发现，传统化学破乳法应用最为广泛，呈低能耗高药耗特征；近年来，蒸发法也被用于废乳化液处理，呈高能耗高碳排特征；膜分离法的实验研究较多，呈低能耗低碳排特征，具有较好的发展前景。江苏某废乳化液处理中心的“水-能-碳”评价结果显示：机械蒸汽再压缩、混凝气浮和磁絮凝单元的碳排放量分别为38.55，22.87，13.39 kg CO2eq/kg，“水-能-碳”耦合指数分别为0.379、0.524和0.705。机械蒸汽再压缩普适性强、处理效果好，但能耗、碳排放量高，综合性能一般；磁絮凝作为新型化学破乳法，处理效果好，能耗、碳排放量少，水能碳耦合水平高，综合性能更优。该研究可为废乳化液处理技术的评价及选择提供新的思路与方法。
2025,
43(4):
165-173. doi: 10.13205/j.hjgc.202504016
摘要:
在低溶解氧条件（0.5 mg/L左右）下，探讨间歇曝气序批式反应器（IASBR）处理不同浓度苯胺废水（5，20，30 mg/L）时有机物降解和短程硝化反硝化脱氮性能，并对微生物群落的演变规律进行分析。试验结果表明：在苯胺初始浓度为5~30 mg/L时，该IASBR工艺对COD和苯胺的处理效果良好，COD平均去除率超过80%；苯胺去除率在运行后期逐渐稳定，平均达到85%以上。苯胺浓度为5，20 mg/L时，反应器对NH4+-N的去除率平均分别为98.01%和93.03%，总无机氮去除率平均分别为83.79%和79.74%，亚硝酸盐积累率平均分别为86.58%和95.57%，可有效实现短程硝化反硝化脱氮。而苯胺浓度为30 mg/L时，NH4+-N和总无机氮去除率平均分别下降至50.57%和40.48%，这是由于苯胺浓度的提高抑制了硝化菌和反硝化菌的活性。高通量测序结果表明：加入苯胺后，污泥中微生物的多样性略有降低。C0（接种污泥）、C1（5 mg/L）和C2（20 mg/L）的优势门均为Bacteroidetes、Proteobacteria和Candidatus_Saccharibacteria。随着进水苯胺浓度的升高，可降解芳香族胺类化合物的部分菌属得到富集（如unclassified_Sphingobacteriales）；但参与氮代谢的菌属如unclassified_Xanthomonadaceae受到抑制。此外，3个污泥样品中AOB菌属较NOB均明显处于优势地位，是系统实现短程硝化的主要原因。基于PICRUSt软件的代谢预测结果和KEGG数据库的注释分析，预测出系统中微生物对苯胺的代谢主要为邻位代谢和间位代谢过程。
在低溶解氧条件（0.5 mg/L左右）下，探讨间歇曝气序批式反应器（IASBR）处理不同浓度苯胺废水（5，20，30 mg/L）时有机物降解和短程硝化反硝化脱氮性能，并对微生物群落的演变规律进行分析。试验结果表明：在苯胺初始浓度为5~30 mg/L时，该IASBR工艺对COD和苯胺的处理效果良好，COD平均去除率超过80%；苯胺去除率在运行后期逐渐稳定，平均达到85%以上。苯胺浓度为5，20 mg/L时，反应器对NH4+-N的去除率平均分别为98.01%和93.03%，总无机氮去除率平均分别为83.79%和79.74%，亚硝酸盐积累率平均分别为86.58%和95.57%，可有效实现短程硝化反硝化脱氮。而苯胺浓度为30 mg/L时，NH4+-N和总无机氮去除率平均分别下降至50.57%和40.48%，这是由于苯胺浓度的提高抑制了硝化菌和反硝化菌的活性。高通量测序结果表明：加入苯胺后，污泥中微生物的多样性略有降低。C0（接种污泥）、C1（5 mg/L）和C2（20 mg/L）的优势门均为Bacteroidetes、Proteobacteria和Candidatus_Saccharibacteria。随着进水苯胺浓度的升高，可降解芳香族胺类化合物的部分菌属得到富集（如unclassified_Sphingobacteriales）；但参与氮代谢的菌属如unclassified_Xanthomonadaceae受到抑制。此外，3个污泥样品中AOB菌属较NOB均明显处于优势地位，是系统实现短程硝化的主要原因。基于PICRUSt软件的代谢预测结果和KEGG数据库的注释分析，预测出系统中微生物对苯胺的代谢主要为邻位代谢和间位代谢过程。
2025,
43(4):
174-181. doi: 10.13205/j.hjgc.202504017
摘要:
煤化工废水的处理成为制约企业发展的关键点。当前主要采用的“纳滤+反渗透”的双膜法虽然能有效分离废水中的有机物和无机盐，但难以处理产生的反渗透浓缩液。针对双膜法处理煤化工废水产生的反渗透浓缩液进行双极膜电渗析试验，探究了工艺条件操作电压、膜面流速、V产品初始液∶V原料液对产酸碱浓度、速率、单位能耗和电流效率的影响。结果表明：在操作电压为24 V，膜面流速为3.540 cm/s，V产品初始液∶V原料液为5∶5的条件下试验结果最优。该研究可为煤化工反渗透浓缩液处理领域提供技术参考。
煤化工废水的处理成为制约企业发展的关键点。当前主要采用的“纳滤+反渗透”的双膜法虽然能有效分离废水中的有机物和无机盐，但难以处理产生的反渗透浓缩液。针对双膜法处理煤化工废水产生的反渗透浓缩液进行双极膜电渗析试验，探究了工艺条件操作电压、膜面流速、V产品初始液∶V原料液对产酸碱浓度、速率、单位能耗和电流效率的影响。结果表明：在操作电压为24 V，膜面流速为3.540 cm/s，V产品初始液∶V原料液为5∶5的条件下试验结果最优。该研究可为煤化工反渗透浓缩液处理领域提供技术参考。
2025,
43(4):
182-193. doi: 10.13205/j.hjgc.202504018
摘要:
以提高金属有机骨架材料吸附有机物和重金属混合污染稳定性为目标，采用冰模版-冷冻干燥法，以羧甲基纤维素作为交联剂制备金属有机骨架杂化泡沫ZIF-8/CMC，利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、氮气吸附-脱附实验和热重分析（TG）对其结构和性能进行表征，深入研究了ZIF-8/CMC对四环素（TC）和Cu2+的吸附性能、吸附机理及循环再生稳定性。实验结果表明：CMC成功负载到ZIF-8孔道中，形成了不规则的立体结构，提高了对污染物的吸附和循环使用性能。ZIF-8/CMC最佳吸附条件为吸附时间16h、污染物初始浓度30 mg/L、pH=6、吸附剂投加量50 mg，该条件下其对TC和Cu2+的吸附容量分别为78.75 mg/g和79.71 mg/g。ZIF-8/CMC的吸附等温线符合 Langmuir 模型，吸附动力学符合拟一级动力学模型，吸附热力学研究表明，ZIF-8/CMC吸附TC和Cu2+的热力学行为是一个自发、放热、趋于有序的过程。ZIF-8/CMC循环利用5次，去除率仍保持在75%以上。ZIF-8/CMC吸附剂对TC和Cu2+具有高效的选择吸附性能及良好的循环再生性能，在处理医药废水方面具有广阔的应用前景。
以提高金属有机骨架材料吸附有机物和重金属混合污染稳定性为目标，采用冰模版-冷冻干燥法，以羧甲基纤维素作为交联剂制备金属有机骨架杂化泡沫ZIF-8/CMC，利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、氮气吸附-脱附实验和热重分析（TG）对其结构和性能进行表征，深入研究了ZIF-8/CMC对四环素（TC）和Cu2+的吸附性能、吸附机理及循环再生稳定性。实验结果表明：CMC成功负载到ZIF-8孔道中，形成了不规则的立体结构，提高了对污染物的吸附和循环使用性能。ZIF-8/CMC最佳吸附条件为吸附时间16h、污染物初始浓度30 mg/L、pH=6、吸附剂投加量50 mg，该条件下其对TC和Cu2+的吸附容量分别为78.75 mg/g和79.71 mg/g。ZIF-8/CMC的吸附等温线符合 Langmuir 模型，吸附动力学符合拟一级动力学模型，吸附热力学研究表明，ZIF-8/CMC吸附TC和Cu2+的热力学行为是一个自发、放热、趋于有序的过程。ZIF-8/CMC循环利用5次，去除率仍保持在75%以上。ZIF-8/CMC吸附剂对TC和Cu2+具有高效的选择吸附性能及良好的循环再生性能，在处理医药废水方面具有广阔的应用前景。
2025,
43(4):
194-203. doi: 10.13205/j.hjgc.202504019
摘要:
双碳背景下城镇重力流污水管道中甲烷产排的规律与机制是污水收集系统的研究热点，也是突破城镇污水处理行业减污降碳技术的理论基础。针对复杂水动力条件下城镇重力流污水管网中甲烷的产排过程，利用文献比对和总结归纳，从时空尺度分析了城镇重力流污水管道内的水动力特性；探讨了管道流速、水力停留时间、剪切力等水动力特性对甲烷产排的影响规律，从管道沉积物沉降与侵蚀、营养物质和溶解氧传递等方面解析了水动力对甲烷产排的影响途径；从气体迁移、微生物群落分布和代谢通路3个角度对水动力影响污水管道中甲烷产排的机制进行解析，并指出关注污水管道内非稳态和紊动特性、沉积物表面微生物附着后的侵蚀及甲烷产排过程、水动力影响污水管道甲烷产排的机制是未来的研究方向。该研究结果可帮助理解重力流污水管道中甲烷产排的全过程，为低碳污水管网的设计、建设和运维提供支撑。
双碳背景下城镇重力流污水管道中甲烷产排的规律与机制是污水收集系统的研究热点，也是突破城镇污水处理行业减污降碳技术的理论基础。针对复杂水动力条件下城镇重力流污水管网中甲烷的产排过程，利用文献比对和总结归纳，从时空尺度分析了城镇重力流污水管道内的水动力特性；探讨了管道流速、水力停留时间、剪切力等水动力特性对甲烷产排的影响规律，从管道沉积物沉降与侵蚀、营养物质和溶解氧传递等方面解析了水动力对甲烷产排的影响途径；从气体迁移、微生物群落分布和代谢通路3个角度对水动力影响污水管道中甲烷产排的机制进行解析，并指出关注污水管道内非稳态和紊动特性、沉积物表面微生物附着后的侵蚀及甲烷产排过程、水动力影响污水管道甲烷产排的机制是未来的研究方向。该研究结果可帮助理解重力流污水管道中甲烷产排的全过程，为低碳污水管网的设计、建设和运维提供支撑。
2025,
43(4):
204-212. doi: 10.13205/j.hjgc.202504020
摘要:
提出了一种城市级别的高空间分辨率碳排放清单建立方法，以省级能源平衡表为基础，应用经济和产业指标、人口、道路、土地和兴趣点（POI）等数据，建立了营口市1 km×1 km碳排放清单。结果表明，2020年营口市碳排放总量为1793.27万t，其中能源消耗碳排放为1800.48万t，土地利用碳排放-7.22万t；能源消耗碳排放来源主要集中在制造业和煤炭消耗，来自制造业的碳排放量占比达到69.94%，来自煤炭消耗的碳排放量占比达到53.56%；从空间分布来看，营口市碳排放空间集聚效应明显，18个极高排放网格（≥5万t）的碳排放量占比达到全市的68%，37个高排放网格 （≥2万t）的碳排放量占比达到全市的90%；重点行业中，钢铁和电力热力行业排放相对集中，有色和非金属矿物制品业网格排放量则呈现梯度差异；开展本地化排放因子研究，加强城市能源统计和重点企业碳核算，可以进一步提高清单准确性。
提出了一种城市级别的高空间分辨率碳排放清单建立方法，以省级能源平衡表为基础，应用经济和产业指标、人口、道路、土地和兴趣点（POI）等数据，建立了营口市1 km×1 km碳排放清单。结果表明，2020年营口市碳排放总量为1793.27万t，其中能源消耗碳排放为1800.48万t，土地利用碳排放-7.22万t；能源消耗碳排放来源主要集中在制造业和煤炭消耗，来自制造业的碳排放量占比达到69.94%，来自煤炭消耗的碳排放量占比达到53.56%；从空间分布来看，营口市碳排放空间集聚效应明显，18个极高排放网格（≥5万t）的碳排放量占比达到全市的68%，37个高排放网格 （≥2万t）的碳排放量占比达到全市的90%；重点行业中，钢铁和电力热力行业排放相对集中，有色和非金属矿物制品业网格排放量则呈现梯度差异；开展本地化排放因子研究，加强城市能源统计和重点企业碳核算，可以进一步提高清单准确性。
2025,
43(4):
213-221. doi: 10.13205/j.hjgc.202504021
摘要:
针对烧结机头烟气净化所使用的多孔电极电除尘器内部由二次扬尘效应所带来的颗粒物排放浓度不稳定的问题，优化振打装置结构及参数可提高除尘性能，保证多孔电极电除尘器高效稳定运行。通过物理实验和数值分析研究了振打锤、振打砧质量、锤臂长度以及悬挂方式对板表面切向振打加速度的影响。研究结果表明：随振打锤质量增加，板表面切向振打加速度平均值提升了50%；板表面切向振打加速度随着振打砧质量增加而减小，振打砧质量从4.4 kg增加到5.4 kg，板表面平均切向振打加速度降低10%，下降幅度较大，振打砧质量大于5.4 kg后，降低幅度显著减小；板表面平均切向振打加速度随振打锤臂长增大增长18.2%；单点偏心吊挂的板表面切向振打加速度大于最小振打加速度设计值180 g，相对均方根小于0.4。为满足工业烧结机头烟气除尘需求，采用单点偏心悬挂，使用质量为14.83 kg、锤臂长度为335 mm的振打锤，结合质量为4.4 kg振打砧的振打装置最优。该研究结果可为多孔电极电除尘器在烧结机头超低排放设计应用提供设计参考。
针对烧结机头烟气净化所使用的多孔电极电除尘器内部由二次扬尘效应所带来的颗粒物排放浓度不稳定的问题，优化振打装置结构及参数可提高除尘性能，保证多孔电极电除尘器高效稳定运行。通过物理实验和数值分析研究了振打锤、振打砧质量、锤臂长度以及悬挂方式对板表面切向振打加速度的影响。研究结果表明：随振打锤质量增加，板表面切向振打加速度平均值提升了50%；板表面切向振打加速度随着振打砧质量增加而减小，振打砧质量从4.4 kg增加到5.4 kg，板表面平均切向振打加速度降低10%，下降幅度较大，振打砧质量大于5.4 kg后，降低幅度显著减小；板表面平均切向振打加速度随振打锤臂长增大增长18.2%；单点偏心吊挂的板表面切向振打加速度大于最小振打加速度设计值180 g，相对均方根小于0.4。为满足工业烧结机头烟气除尘需求，采用单点偏心悬挂，使用质量为14.83 kg、锤臂长度为335 mm的振打锤，结合质量为4.4 kg振打砧的振打装置最优。该研究结果可为多孔电极电除尘器在烧结机头超低排放设计应用提供设计参考。
2025,
43(4):
222-231. doi: 10.13205/j.hjgc.202504022
摘要:
在经济发展与环境保护的双重要求下，有关民航排放的研究也被日益关注。在民航尾气排放测量方法中，排放清单法无疑是最有代表性的一环。采用文献计量学方法及可视化分析，对2003—2022年Web of Science核心合集数据库中与民航排放清单相关的1704篇研究文献进行了定量分析，结果表明： 1）近20年来，此领域文献的年发文量稳步增长，意味着该领域有关民航尾气排放清单的关注度越来越高； 2）从发文量及影响力的角度来看，美国的相关研究遥遥领先； 3）从发文机构分布及发文期刊分布进行分析，发现美国和英国的相关研究具有更高的权威性； 4）从高被引文献及高频关键词分析，发现该领域的主流研究方向是空气质量模型、民航废气中的不同气态污染物及对环境和气候的影响； 5）推测未来民航排放清单的研究热点将集中在碳减排、可持续航空燃料等绿色可持续方向。
在经济发展与环境保护的双重要求下，有关民航排放的研究也被日益关注。在民航尾气排放测量方法中，排放清单法无疑是最有代表性的一环。采用文献计量学方法及可视化分析，对2003—2022年Web of Science核心合集数据库中与民航排放清单相关的1704篇研究文献进行了定量分析，结果表明： 1）近20年来，此领域文献的年发文量稳步增长，意味着该领域有关民航尾气排放清单的关注度越来越高； 2）从发文量及影响力的角度来看，美国的相关研究遥遥领先； 3）从发文机构分布及发文期刊分布进行分析，发现美国和英国的相关研究具有更高的权威性； 4）从高被引文献及高频关键词分析，发现该领域的主流研究方向是空气质量模型、民航废气中的不同气态污染物及对环境和气候的影响； 5）推测未来民航排放清单的研究热点将集中在碳减排、可持续航空燃料等绿色可持续方向。
2025,
43(4):
232-241. doi: 10.13205/j.hjgc.202504023
摘要:
针对生活垃圾分类难、资源回收利用率低等问题，提出了一种基于改进的YOLOv5算法的生活垃圾智能分类系统设计策略，旨在提高生活垃圾分拣过程中对垃圾类别识别的实时性和准确性。该算法以YOLOv5为基础网络，使用GhostNet的C3Ghost模块替换原始的YOLOv5架构中的C3模块，采用了更新的损失函数SIoU，并利用Ghost卷积与CBAM注意力机制级联结构，实现了轻量化主干网络和提高模型性能的目标。实验结果表明，该算法相比YOLOv5，基础网络权重由7.111 M下降至4.039 M，每秒处理帧数从73.8帧提升至82.0帧，模型轻量化达到50%，更易于移植到移动设备上，且具有良好的鲁棒性以及检测性能。该系统应用红外感应、激光测距、图像识别、电机驱动等技术，设计了具备自动开合、破袋、分类、油水渣分离、溢满反馈等功能的智能分类垃圾箱，能够有效收集各类生活垃圾，避免接触传播病菌，提高工作效率，节省人力成本，促进物资的循环利用。
针对生活垃圾分类难、资源回收利用率低等问题，提出了一种基于改进的YOLOv5算法的生活垃圾智能分类系统设计策略，旨在提高生活垃圾分拣过程中对垃圾类别识别的实时性和准确性。该算法以YOLOv5为基础网络，使用GhostNet的C3Ghost模块替换原始的YOLOv5架构中的C3模块，采用了更新的损失函数SIoU，并利用Ghost卷积与CBAM注意力机制级联结构，实现了轻量化主干网络和提高模型性能的目标。实验结果表明，该算法相比YOLOv5，基础网络权重由7.111 M下降至4.039 M，每秒处理帧数从73.8帧提升至82.0帧，模型轻量化达到50%，更易于移植到移动设备上，且具有良好的鲁棒性以及检测性能。该系统应用红外感应、激光测距、图像识别、电机驱动等技术，设计了具备自动开合、破袋、分类、油水渣分离、溢满反馈等功能的智能分类垃圾箱，能够有效收集各类生活垃圾，避免接触传播病菌，提高工作效率，节省人力成本，促进物资的循环利用。
2025,
43(4):
242-250. doi: 10.13205/j.hjgc.202504024
摘要:
以粉煤灰、赤泥和污泥为原料采用烧结法制陶粒，在单因素实验基础上利用响应曲面法优化陶粒制备条件，根据陶粒表征分析及吸附动力学和吸附等温模型拟合探究其对水中低浓度Pb2+吸附特性。结果表明：响应曲面模型拟合预测效果较好，实测值与预测值的相对误差为1.75%；制备因素对陶粒吸附Pb2+效果影响顺序为烧结温度 > 烧结时间 > 预热温度。在原料（粉煤灰：赤泥：污泥）质量比为75∶20∶5、预热温度359 ℃、烧结温度1053 ℃、烧结时间9 min条件下制备陶粒，对Pb2+初始浓度为10 mg/L的去除率和吸附量分别为91.05%和9.11 mg/g。陶粒对Pb2+（初始浓度分别为5，10 mg/L）的吸附符合准二级动力学模型（R2分别为0.9992和0.9981）和Langmuir吸附等温模型（R2分别为0.9986和0.9967），吸附过程中O—H、C＝O、C＝C、Si—O和Al—O起重要作用，吸附Pb2+后陶粒矿物成分的结晶度减少。
以粉煤灰、赤泥和污泥为原料采用烧结法制陶粒，在单因素实验基础上利用响应曲面法优化陶粒制备条件，根据陶粒表征分析及吸附动力学和吸附等温模型拟合探究其对水中低浓度Pb2+吸附特性。结果表明：响应曲面模型拟合预测效果较好，实测值与预测值的相对误差为1.75%；制备因素对陶粒吸附Pb2+效果影响顺序为烧结温度 > 烧结时间 > 预热温度。在原料（粉煤灰：赤泥：污泥）质量比为75∶20∶5、预热温度359 ℃、烧结温度1053 ℃、烧结时间9 min条件下制备陶粒，对Pb2+初始浓度为10 mg/L的去除率和吸附量分别为91.05%和9.11 mg/g。陶粒对Pb2+（初始浓度分别为5，10 mg/L）的吸附符合准二级动力学模型（R2分别为0.9992和0.9981）和Langmuir吸附等温模型（R2分别为0.9986和0.9967），吸附过程中O—H、C＝O、C＝C、Si—O和Al—O起重要作用，吸附Pb2+后陶粒矿物成分的结晶度减少。
2025,
43(4):
251-257. doi: 10.13205/j.hjgc.202504025
摘要:
生活垃圾焚烧飞灰成分及化学性质受焚烧炉型及烟气净化工艺影响，脱酸工艺及脱酸药剂改变会引发飞灰成分差异，这对未来飞灰资源化利用带来了挑战。随着国家垃圾焚烧发电烟气污染物排放标准日益严格，小苏打干法脱酸烟气处理工艺逐步得到应用，然而针对小苏打干法脱酸产生的飞灰成分特性缺乏研究，其资源化利用前景需要进一步探索。基于此，对浙江某垃圾焚烧电厂原有SDA半干法脱酸烟气净化系统产生的飞灰，及小苏打干法脱酸烟气净化工艺中试装置产生的飞灰进行取样对比，并模拟飞灰梯级逆流水洗脱盐工艺进行了试验研究，分析了2种垃圾焚烧飞灰水洗前后成分差异，并对水洗液成分进行检测，分析2种飞灰水洗脱盐处置成本差异及资源化利用前景。研究结果表明：相对于原有烟气净化工艺产生的钙基飞灰，小苏打干法脱酸烟气净化工艺产生的飞灰成分以钠基为主，可溶性氯盐包括NaCl、Na2SO4等，CaCl2、CaClOH含量显著降低。小苏打干法脱酸烟气净化工艺产生的飞灰经过水洗后可减量达79%以上，更具备资源化利用前景，有利于实现飞灰深度减量资源化利用。
生活垃圾焚烧飞灰成分及化学性质受焚烧炉型及烟气净化工艺影响，脱酸工艺及脱酸药剂改变会引发飞灰成分差异，这对未来飞灰资源化利用带来了挑战。随着国家垃圾焚烧发电烟气污染物排放标准日益严格，小苏打干法脱酸烟气处理工艺逐步得到应用，然而针对小苏打干法脱酸产生的飞灰成分特性缺乏研究，其资源化利用前景需要进一步探索。基于此，对浙江某垃圾焚烧电厂原有SDA半干法脱酸烟气净化系统产生的飞灰，及小苏打干法脱酸烟气净化工艺中试装置产生的飞灰进行取样对比，并模拟飞灰梯级逆流水洗脱盐工艺进行了试验研究，分析了2种垃圾焚烧飞灰水洗前后成分差异，并对水洗液成分进行检测，分析2种飞灰水洗脱盐处置成本差异及资源化利用前景。研究结果表明：相对于原有烟气净化工艺产生的钙基飞灰，小苏打干法脱酸烟气净化工艺产生的飞灰成分以钠基为主，可溶性氯盐包括NaCl、Na2SO4等，CaCl2、CaClOH含量显著降低。小苏打干法脱酸烟气净化工艺产生的飞灰经过水洗后可减量达79%以上，更具备资源化利用前景，有利于实现飞灰深度减量资源化利用。
2025,
43(4):
258-266. doi: 10.13205/j.hjgc.202504026
摘要:
厌氧发酵是餐厨垃圾无害化和资源化处理的重要技术手段。以餐厨垃圾为研究对象，探究其在“中高温（IT）”与“中温（MT）”和“高温（HT）”连续流反应条件下的厌氧发酵过程，并分析启动驯化、负荷提升及高负荷稳定运行等不同阶段下，发酵参数及微生物群落的演替变化情况。结果表明：在高有机负荷［8 kg COD/（m3·d）］稳定运行条件下，“中高温”IT组发酵产沼效率显著优于“中温”MT组和“高温”HT组，容积产气率均提高11%以上，甲烷产气率分别提升12.53%和9.56%，分析各发酵组物料参数可知，IT组在系统连续运行中呈现出良好的缓冲性和抗负荷冲击性。探究微生物群落演替过程发现，高有机负荷下IT组细菌和古菌生物群落在丰富度、多样性等指标均高于MT组、HT组。在细菌/古菌门水平和属水平的差异性方面，不同试验组的优势菌群受温度及有机负荷影响较大，由初期优势的乙酸营养型甲烷八叠球菌属向氢营养型甲烷袋状菌属的方向演替，从而使得系统产甲烷更加稳定。该研究可为餐厨垃圾厌氧资源化处理工艺拓展出一条高效、稳定的新路径，有助于推动我国各地“无废城市”的创建。
厌氧发酵是餐厨垃圾无害化和资源化处理的重要技术手段。以餐厨垃圾为研究对象，探究其在“中高温（IT）”与“中温（MT）”和“高温（HT）”连续流反应条件下的厌氧发酵过程，并分析启动驯化、负荷提升及高负荷稳定运行等不同阶段下，发酵参数及微生物群落的演替变化情况。结果表明：在高有机负荷［8 kg COD/（m3·d）］稳定运行条件下，“中高温”IT组发酵产沼效率显著优于“中温”MT组和“高温”HT组，容积产气率均提高11%以上，甲烷产气率分别提升12.53%和9.56%，分析各发酵组物料参数可知，IT组在系统连续运行中呈现出良好的缓冲性和抗负荷冲击性。探究微生物群落演替过程发现，高有机负荷下IT组细菌和古菌生物群落在丰富度、多样性等指标均高于MT组、HT组。在细菌/古菌门水平和属水平的差异性方面，不同试验组的优势菌群受温度及有机负荷影响较大，由初期优势的乙酸营养型甲烷八叠球菌属向氢营养型甲烷袋状菌属的方向演替，从而使得系统产甲烷更加稳定。该研究可为餐厨垃圾厌氧资源化处理工艺拓展出一条高效、稳定的新路径，有助于推动我国各地“无废城市”的创建。
