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2021年 第39卷 第12期
2021, 39(12): 1-9,70.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112001
摘要:
目前,微塑料污染已成为全球性的环境问题。近年来针对微塑料的研究主要集中在海洋环境中,对于淡水环境中微塑料的研究相对匮乏。在综述淡水环境中微塑料的源-汇关系和迁移过程的基础上,探讨了淡水环境中水生生物摄入微塑料的途径和生态毒理效应及其作用机理。研究发现:水生生物摄入微塑料主要是通过误食、鳃呼吸或者食物链传递,微塑料进入生物体后可在腮、肠、肝、大脑和肌肉中迁移和累积。微塑料的生态毒性包括影响基因的表达、抑制酶的活性、导致代谢紊乱、器官组织病变和炎症反应、产生神经毒素、降低存活率和干扰正常行为等。此外,针对目前淡水环境中微塑料研究工作存在的问题进行了总结,并提出了相应的建议,为淡水环境中微塑料的生态效应和其他环境问题交互效应的研究提供科学指导。
目前,微塑料污染已成为全球性的环境问题。近年来针对微塑料的研究主要集中在海洋环境中,对于淡水环境中微塑料的研究相对匮乏。在综述淡水环境中微塑料的源-汇关系和迁移过程的基础上,探讨了淡水环境中水生生物摄入微塑料的途径和生态毒理效应及其作用机理。研究发现:水生生物摄入微塑料主要是通过误食、鳃呼吸或者食物链传递,微塑料进入生物体后可在腮、肠、肝、大脑和肌肉中迁移和累积。微塑料的生态毒性包括影响基因的表达、抑制酶的活性、导致代谢紊乱、器官组织病变和炎症反应、产生神经毒素、降低存活率和干扰正常行为等。此外,针对目前淡水环境中微塑料研究工作存在的问题进行了总结,并提出了相应的建议,为淡水环境中微塑料的生态效应和其他环境问题交互效应的研究提供科学指导。
2021, 39(12): 10-17,37.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112002
摘要:
微生物指标是水质安全的重要指标之一,但是由于技术原因,大部分病原微生物并未被纳入水质监测中。目前各类水质标准中只有病原指示微生物的指标,然而这些指标与病原微生物的相关性并不理想。因此,开发快速简便的病原微生物检测技术是改进水质生物检测和监测的关键。环介导等温扩增技术是一种快速检测DNA且不依赖昂贵检测设备的PCR技术。尝试利用该技术检测水中的8种常见指示菌和病原菌:总大肠杆菌、沙门氏菌、鲍氏志贺氏菌、大肠埃希氏菌O157∶H7、小肠耶尔森氏菌、嗜肺军团菌、绿脓杆菌和结核杆菌,获得了针对其中5种细菌的毒力基因的特异性引物和最优等温PCR条件。环介导等温扩增技术的灵敏度可在45min内检测出100个基因拷贝,并能在原污水中对病原菌进行定性检测。
微生物指标是水质安全的重要指标之一,但是由于技术原因,大部分病原微生物并未被纳入水质监测中。目前各类水质标准中只有病原指示微生物的指标,然而这些指标与病原微生物的相关性并不理想。因此,开发快速简便的病原微生物检测技术是改进水质生物检测和监测的关键。环介导等温扩增技术是一种快速检测DNA且不依赖昂贵检测设备的PCR技术。尝试利用该技术检测水中的8种常见指示菌和病原菌:总大肠杆菌、沙门氏菌、鲍氏志贺氏菌、大肠埃希氏菌O157∶H7、小肠耶尔森氏菌、嗜肺军团菌、绿脓杆菌和结核杆菌,获得了针对其中5种细菌的毒力基因的特异性引物和最优等温PCR条件。环介导等温扩增技术的灵敏度可在45min内检测出100个基因拷贝,并能在原污水中对病原菌进行定性检测。
2021, 39(12): 18-24.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112003
摘要:
为探究青岛市团岛片区排水系统中污水流量与污染物变化规律,对该片区3个典型居民区排水管网中的污水流量和水质指标进行了为期1年(2019年10月—2020年10月)的监测,并计算了污染物的产污系数、变异系数和相关性系数。结果表明,每日污染物7:00浓度最高,这是由于夜间流量小使得污染物在管网内沉积,7:00流量增大冲刷管网从而造成污染物的累积;污染物变异系数均<15%,说明浓度较为稳定;COD产污系数为108 g/(人·d),远高于其他城市的产污系数。相关性分析结果表明,污水流量与污染物COD、BOD5和SS的相关性较高,有很强的协同变化趋势,但与NH4+-N、TN和TP无显著的相关性,这可能是因为氨化反应导致夜间氨氮浓度升高,且管网内无好氧、缺氧和厌氧环境的交替,TN和TP难以去除。该研究成果可为青岛市污水处理厂工艺设计和运行管理提供数据支撑。
为探究青岛市团岛片区排水系统中污水流量与污染物变化规律,对该片区3个典型居民区排水管网中的污水流量和水质指标进行了为期1年(2019年10月—2020年10月)的监测,并计算了污染物的产污系数、变异系数和相关性系数。结果表明,每日污染物7:00浓度最高,这是由于夜间流量小使得污染物在管网内沉积,7:00流量增大冲刷管网从而造成污染物的累积;污染物变异系数均<15%,说明浓度较为稳定;COD产污系数为108 g/(人·d),远高于其他城市的产污系数。相关性分析结果表明,污水流量与污染物COD、BOD5和SS的相关性较高,有很强的协同变化趋势,但与NH4+-N、TN和TP无显著的相关性,这可能是因为氨化反应导致夜间氨氮浓度升高,且管网内无好氧、缺氧和厌氧环境的交替,TN和TP难以去除。该研究成果可为青岛市污水处理厂工艺设计和运行管理提供数据支撑。
2021, 39(12): 25-30.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112004
摘要:
城镇污水处理厂进水浓度偏低是污水治理提质增效的难题之一。以无锡市某污水处理厂为例,基于水质分析和调研资料,采用水量平衡三角法分析了进水浓度偏低的原因分析,提出了整治措施。分析结果表明:该厂进水中地下水或河水渗入量和雨水混入量比例分别为28.9%和9.8%;晴天时进水浓度偏低的原因为污水管网渗漏和低浓度工业废水纳管,雨天时进水浓度偏低的主要原因是小区管网雨水混入,COD和BOD5降幅分别可达到65.4%和52.9%。针对上述问题,提出了完善排水管理体制、工业企业排水实行三管分设整改、细化管网渗漏的检测排查和有效修复、加强管网验收和质量监管、尽量降低管网水位4项整治措施。
城镇污水处理厂进水浓度偏低是污水治理提质增效的难题之一。以无锡市某污水处理厂为例,基于水质分析和调研资料,采用水量平衡三角法分析了进水浓度偏低的原因分析,提出了整治措施。分析结果表明:该厂进水中地下水或河水渗入量和雨水混入量比例分别为28.9%和9.8%;晴天时进水浓度偏低的原因为污水管网渗漏和低浓度工业废水纳管,雨天时进水浓度偏低的主要原因是小区管网雨水混入,COD和BOD5降幅分别可达到65.4%和52.9%。针对上述问题,提出了完善排水管理体制、工业企业排水实行三管分设整改、细化管网渗漏的检测排查和有效修复、加强管网验收和质量监管、尽量降低管网水位4项整治措施。
2021, 39(12): 31-37.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112005
摘要:
针对低C/N合成氨废水反硝化脱氮处理中碳源不足的难题,探究了以剩余污泥碱解液作为补充碳源的可行性。结果显示:与葡萄糖和甲醇相比,碱解液作为碳源时,体系的反硝化速率分别提高了25.3%和23.7%。通过优化实验条件获得最佳反硝化脱氮工艺参数:C/N=5.5,T=35 ℃,初始pH=8,水力停留时间为5 h。此条件下NO3--N去除率达86%以上,NO2--N无积累。将污泥碱解液用于A/O工艺处理大连化学工业公司低C/N合成氨废水,碱解液以稀释方式加入厌氧段,投加量使原低C/N合成氨氮废水C/N=5.5左右。A/O工艺连续运行结果显示:出水ρ(TN)<15 mg/L,ρ(NH4+-N)<5 mg/L,NOx--N基本无积累,出水氮素指标均达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准。研究证实了污泥碱解液适用于低C/N合成氨废水的处理,为此类废水的处理和剩余污泥的资源化处置提供了有力支撑。
针对低C/N合成氨废水反硝化脱氮处理中碳源不足的难题,探究了以剩余污泥碱解液作为补充碳源的可行性。结果显示:与葡萄糖和甲醇相比,碱解液作为碳源时,体系的反硝化速率分别提高了25.3%和23.7%。通过优化实验条件获得最佳反硝化脱氮工艺参数:C/N=5.5,T=35 ℃,初始pH=8,水力停留时间为5 h。此条件下NO3--N去除率达86%以上,NO2--N无积累。将污泥碱解液用于A/O工艺处理大连化学工业公司低C/N合成氨废水,碱解液以稀释方式加入厌氧段,投加量使原低C/N合成氨氮废水C/N=5.5左右。A/O工艺连续运行结果显示:出水ρ(TN)<15 mg/L,ρ(NH4+-N)<5 mg/L,NOx--N基本无积累,出水氮素指标均达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准。研究证实了污泥碱解液适用于低C/N合成氨废水的处理,为此类废水的处理和剩余污泥的资源化处置提供了有力支撑。
2021, 39(12): 38-43,119.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112006
摘要:
矿区河流沉积物是重金属污染物的迁移载体。研究了某含砷矿区河段沉积物砷含量分布、赋存形态及粒径对沉积物中砷水力传输的影响机制。结果表明:矿区河流沉积物中砷污染问题突出;沉积物颗粒大小不仅影响砷在沉积物组分中的分配与赋存形态,还会影响水环境中砷的传输。在矿区上游和中上游河段,沉积物均以粗砂、中砂组分为主,上游河段沉积物中砷含量为18.53 mg/kg,主要来源于原生矿物,以结晶水合铁铝氧化物结合态和残渣态等稳定形式存在。中上游河段沉积物中砷含量达到3492 mg/kg,主要来源于采矿活动导致矿石中砷的氧化溶出和部分原生矿物,粗砂、中砂组分(73.90%)中砷以弱结晶水合铁铝氧化物结合态和残渣态为主,分别占总砷含量的83.71%和83.82%,细砂、极细砂、粉砂中砷主要以专性吸附态和弱结晶水合铁铝氧化物结合态存在,分别占总砷含量的58.72%、58.51%和73.10%。在距离矿区2,4 km处的中游、下游河段沉积物砷含量仍有371,247 mg/kg,以细砂、极细砂、粉砂为主,其中专性吸附态和弱结晶水合铁铝氧化物结合态砷是主要形态;沉积物<0.25 mm(细砂、极细砂、粉砂)组分中砷含量是粗砂组分的1.5倍,<0.25 mm细颗粒沉积物对砷的水力传输起主导作用。因此,应加强废弃含砷矿区河流生态治理和水土保持,防止细泥沙入水;同时,加强下游河段沉积物生态疏浚和修复治理,防止沉积物中砷的再释放。
矿区河流沉积物是重金属污染物的迁移载体。研究了某含砷矿区河段沉积物砷含量分布、赋存形态及粒径对沉积物中砷水力传输的影响机制。结果表明:矿区河流沉积物中砷污染问题突出;沉积物颗粒大小不仅影响砷在沉积物组分中的分配与赋存形态,还会影响水环境中砷的传输。在矿区上游和中上游河段,沉积物均以粗砂、中砂组分为主,上游河段沉积物中砷含量为18.53 mg/kg,主要来源于原生矿物,以结晶水合铁铝氧化物结合态和残渣态等稳定形式存在。中上游河段沉积物中砷含量达到3492 mg/kg,主要来源于采矿活动导致矿石中砷的氧化溶出和部分原生矿物,粗砂、中砂组分(73.90%)中砷以弱结晶水合铁铝氧化物结合态和残渣态为主,分别占总砷含量的83.71%和83.82%,细砂、极细砂、粉砂中砷主要以专性吸附态和弱结晶水合铁铝氧化物结合态存在,分别占总砷含量的58.72%、58.51%和73.10%。在距离矿区2,4 km处的中游、下游河段沉积物砷含量仍有371,247 mg/kg,以细砂、极细砂、粉砂为主,其中专性吸附态和弱结晶水合铁铝氧化物结合态砷是主要形态;沉积物<0.25 mm(细砂、极细砂、粉砂)组分中砷含量是粗砂组分的1.5倍,<0.25 mm细颗粒沉积物对砷的水力传输起主导作用。因此,应加强废弃含砷矿区河流生态治理和水土保持,防止细泥沙入水;同时,加强下游河段沉积物生态疏浚和修复治理,防止沉积物中砷的再释放。
2021, 39(12): 44-50.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112007
摘要:
雨水调蓄池在峰值流量和合流制溢流污染控制中发挥着重要作用,但对于雨水径流中颗粒物在调蓄池的沉淀特性尚缺乏系统研究。运用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)模拟技术,系统研究了雨水调蓄池不同构造和不同工况条件下颗粒物的沉淀特性。模拟结果表明:进水流速由0.276 m/s增加到0.553 m/s时,普通(Ⅰ型)、增加挡板(Ⅱ型)、增加消能孔(Ⅲ型)构造调蓄池颗粒物去除率分别降低14.90%、13.89%和15.32%。当进水中颗粒物粒径由0.075 mm增加到0.15 mm时,Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型构造调蓄池颗粒物去除率分别增加9.10%、62.48%和36.65%;进水浓度由1000 mg/L增加到2000 mg/L时,Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型构造调蓄池颗粒物去除率分别增加3.60%、2.84%和13.30%。各影响因素对Ⅰ型调蓄池水质控制效果影响的重要程度顺序为进水流速>颗粒物粒径>进水浓度,其对Ⅱ型、Ⅲ型调蓄池水质控制效果影响的重要程度顺序为颗粒物粒径>进水流速>进水浓度。
雨水调蓄池在峰值流量和合流制溢流污染控制中发挥着重要作用,但对于雨水径流中颗粒物在调蓄池的沉淀特性尚缺乏系统研究。运用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)模拟技术,系统研究了雨水调蓄池不同构造和不同工况条件下颗粒物的沉淀特性。模拟结果表明:进水流速由0.276 m/s增加到0.553 m/s时,普通(Ⅰ型)、增加挡板(Ⅱ型)、增加消能孔(Ⅲ型)构造调蓄池颗粒物去除率分别降低14.90%、13.89%和15.32%。当进水中颗粒物粒径由0.075 mm增加到0.15 mm时,Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型构造调蓄池颗粒物去除率分别增加9.10%、62.48%和36.65%;进水浓度由1000 mg/L增加到2000 mg/L时,Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型构造调蓄池颗粒物去除率分别增加3.60%、2.84%和13.30%。各影响因素对Ⅰ型调蓄池水质控制效果影响的重要程度顺序为进水流速>颗粒物粒径>进水浓度,其对Ⅱ型、Ⅲ型调蓄池水质控制效果影响的重要程度顺序为颗粒物粒径>进水流速>进水浓度。
2021, 39(12): 51-58,78.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112008
摘要:
由于季节、地域等因素导致的低温环境会严重影响污水生物处理系统中微生物活性,如何提高微生物在低温废水中的脱氮效果是亟待解决的问题。从工程实际出发,在3种不同环境中提取出低温硝化菌BC-15、SL-14、MI-11,其在13℃下仍具有高效的脱氮性能,经16S rDNA鉴定均为Acinetobacter sp.。菌株间不产生拮抗反应,BC-15、SL-14、MI-11最佳复配体积比为1∶1∶1。采用海藻酸钠-聚乙烯醇和海藻酸钠-硅藻土材料对复配菌株包埋固定化,对比结果表明海藻酸钠-硅藻土材料固定化硝化能力更强,优化固定化材料最佳配比为硅藻土1%、SA 2%、CaCl2 3%、沸石6%。固定化颗粒成球性、传质性、稳定性均较好,固定后菌株耐酸耐碱能力明显增强,重复利用4次后氨氮去除率仍可达到76.67%,硝化能力和结构稳定。固定化颗粒对实际生活污水中的氨氮去除率可达到95.86%,具有高效的硝化能力,为低温污水处理实际工程应用提供了可能。
由于季节、地域等因素导致的低温环境会严重影响污水生物处理系统中微生物活性,如何提高微生物在低温废水中的脱氮效果是亟待解决的问题。从工程实际出发,在3种不同环境中提取出低温硝化菌BC-15、SL-14、MI-11,其在13℃下仍具有高效的脱氮性能,经16S rDNA鉴定均为Acinetobacter sp.。菌株间不产生拮抗反应,BC-15、SL-14、MI-11最佳复配体积比为1∶1∶1。采用海藻酸钠-聚乙烯醇和海藻酸钠-硅藻土材料对复配菌株包埋固定化,对比结果表明海藻酸钠-硅藻土材料固定化硝化能力更强,优化固定化材料最佳配比为硅藻土1%、SA 2%、CaCl2 3%、沸石6%。固定化颗粒成球性、传质性、稳定性均较好,固定后菌株耐酸耐碱能力明显增强,重复利用4次后氨氮去除率仍可达到76.67%,硝化能力和结构稳定。固定化颗粒对实际生活污水中的氨氮去除率可达到95.86%,具有高效的硝化能力,为低温污水处理实际工程应用提供了可能。
2021, 39(12): 59-65,127.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112009
摘要:
改性玄武岩纤维(MBF)是一种新型无机微米级纤维填料。为了研究MBF填料的生物亲和性,评估其推广应用的可行性,采用扩展DLVO理论构建了细菌与MBF填料间附着行为的动力学数学模型,并将MBF作为生物接触氧化反应池的填料处理合成市政污水,初步评价MBF填料的污水处理效果。结果表明:枯草芽孢杆菌在MBF填料表面发生了牢固且较强的黏附行为,二者间不存在能垒障碍,故MBF填料具有较高的微生物附着能力。此外,基于MBF填料的生物接触氧化反应器启动较快,可长期维持稳定运行。COD、NH3-N和TN平均去除率分别可达到94%、99.5%和97%。因此,MBF填料在环境工程领域具有较好的推广应用前景,可作为传统有机填料的替代品。
改性玄武岩纤维(MBF)是一种新型无机微米级纤维填料。为了研究MBF填料的生物亲和性,评估其推广应用的可行性,采用扩展DLVO理论构建了细菌与MBF填料间附着行为的动力学数学模型,并将MBF作为生物接触氧化反应池的填料处理合成市政污水,初步评价MBF填料的污水处理效果。结果表明:枯草芽孢杆菌在MBF填料表面发生了牢固且较强的黏附行为,二者间不存在能垒障碍,故MBF填料具有较高的微生物附着能力。此外,基于MBF填料的生物接触氧化反应器启动较快,可长期维持稳定运行。COD、NH3-N和TN平均去除率分别可达到94%、99.5%和97%。因此,MBF填料在环境工程领域具有较好的推广应用前景,可作为传统有机填料的替代品。
2021, 39(12): 66-70.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112010
摘要:
丹江口某污水处理厂提标扩建工程设计规模为3.0×104 m3/d,出水水质主要指标执行GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类,其中ρ(TN)≤15 mg/L。二级处理单元采用A2/O+MBR工艺,处理效果良好,达到设计目标。结合本工程MBR膜池及设备间的设计,介绍了BIM(建筑信息模型)技术在MBR工艺设计中的应用,并根据分析结果对设计中潜在的问题给出优化建议。同时,针对现场实际运行中暴露的问题提出解决方法,如设备布置与起吊、污泥沉降与曝气、回流泵的汽蚀防护等,为其他类似工程提供参考。
丹江口某污水处理厂提标扩建工程设计规模为3.0×104 m3/d,出水水质主要指标执行GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类,其中ρ(TN)≤15 mg/L。二级处理单元采用A2/O+MBR工艺,处理效果良好,达到设计目标。结合本工程MBR膜池及设备间的设计,介绍了BIM(建筑信息模型)技术在MBR工艺设计中的应用,并根据分析结果对设计中潜在的问题给出优化建议。同时,针对现场实际运行中暴露的问题提出解决方法,如设备布置与起吊、污泥沉降与曝气、回流泵的汽蚀防护等,为其他类似工程提供参考。
2021, 39(12): 71-78.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112011
摘要:
沉积物磷的赋存形态是河流内源释放的关键控制因素之一。以“引江济淮—江淮沟通”段清水廊道——派河为研究对象,分别测定了派河表层沉积物中总磷、无机磷和有机磷含量,并采用分级提取法分析了有机磷赋存形态,包括活性有机磷(labile organic phosphorus, LOP)、中活性有机磷(moderately labile organic phosphorus, MLOP)和非活性有机磷(nonlabile organic phosphorus, NOP),进一步探讨了不同磷形态的空间分布特征。结果表明:派河表层沉积物中总磷含量为471.17~1509.58 mg/kg,无机磷含量为421.83~1325.17 mg/kg,有机磷含量为103.29~221.79 mg/kg;派河沉积物各形态有机磷含量大小顺序总体上为NOP>LOP>MLOP,其中MLOP和NOP含量均表现为下游河段含量显著高于中上游河段(P<0.05)。同时,有机磷的赋存形态与沉积物的理化性质相关,NOP与阳离子交换量呈显著正相关(P<0.05);MLOP和NOP均与LOI(loss on ignition)呈显著正相关(P<0.05),表明沉积物中有机质含量和CEC可能会影响沉积物中有机磷的赋存形态。研究结果表明,“江淮沟通”工程的实施可能引起沉积物中磷的内源释放,建议工程实施后应在削减外源输入和内源控制的基础上加强流域生态监测,实施流域智慧管理等措施。
沉积物磷的赋存形态是河流内源释放的关键控制因素之一。以“引江济淮—江淮沟通”段清水廊道——派河为研究对象,分别测定了派河表层沉积物中总磷、无机磷和有机磷含量,并采用分级提取法分析了有机磷赋存形态,包括活性有机磷(labile organic phosphorus, LOP)、中活性有机磷(moderately labile organic phosphorus, MLOP)和非活性有机磷(nonlabile organic phosphorus, NOP),进一步探讨了不同磷形态的空间分布特征。结果表明:派河表层沉积物中总磷含量为471.17~1509.58 mg/kg,无机磷含量为421.83~1325.17 mg/kg,有机磷含量为103.29~221.79 mg/kg;派河沉积物各形态有机磷含量大小顺序总体上为NOP>LOP>MLOP,其中MLOP和NOP含量均表现为下游河段含量显著高于中上游河段(P<0.05)。同时,有机磷的赋存形态与沉积物的理化性质相关,NOP与阳离子交换量呈显著正相关(P<0.05);MLOP和NOP均与LOI(loss on ignition)呈显著正相关(P<0.05),表明沉积物中有机质含量和CEC可能会影响沉积物中有机磷的赋存形态。研究结果表明,“江淮沟通”工程的实施可能引起沉积物中磷的内源释放,建议工程实施后应在削减外源输入和内源控制的基础上加强流域生态监测,实施流域智慧管理等措施。
2021, 39(12): 79-83,158.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112012
摘要:
水质安全预警对于预防水污染事故发生、保障水资源安全具有重要意义。传统的水质安全预警模型只能对渐变式水环境污染事故或已经发生且有明显征兆显现出的水环境污染事故进行预警,无法对没有明显征兆的突发式水环境污染事故进行有效预警。针对这一问题,将Petri网的跃阶思想有效地纳入传统评价指标体系中,实现对模型逻辑拓扑网络的结构性调整,并结合模糊综合评价法和BP神经网络,构建了可以对突发式水环境污染事故做出及时反应的预警模型,将该模型应用到太湖水质安全预警的研究中。结果表明:在将TN、TP、透明度等指标纳入跃阶因子的基础上,模型可对太湖多次发生的水华事件实现准确预警。该结论为研究突发水环境污染事故预警提供了新的思路和理论依据。
水质安全预警对于预防水污染事故发生、保障水资源安全具有重要意义。传统的水质安全预警模型只能对渐变式水环境污染事故或已经发生且有明显征兆显现出的水环境污染事故进行预警,无法对没有明显征兆的突发式水环境污染事故进行有效预警。针对这一问题,将Petri网的跃阶思想有效地纳入传统评价指标体系中,实现对模型逻辑拓扑网络的结构性调整,并结合模糊综合评价法和BP神经网络,构建了可以对突发式水环境污染事故做出及时反应的预警模型,将该模型应用到太湖水质安全预警的研究中。结果表明:在将TN、TP、透明度等指标纳入跃阶因子的基础上,模型可对太湖多次发生的水华事件实现准确预警。该结论为研究突发水环境污染事故预警提供了新的思路和理论依据。
2021, 39(12): 84-90,242.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112013
摘要:
为明确城市绿地产流过程的影响因素,比较不同径流系数计算方法的原理和特征,以北京城市绿地为例,采用理论计算、模型模拟和试验实测3类方法,比较KW(kinematic wave)方程、SCS-CN(soil conservation service curve number)算法、Hydrus-1D模型和试验测试4种方式,定量分析在不同降雨、土壤、地形条件下的产流过程、影响因素及其对应的径流系数。研究表明,降雨量(重现期)、雨型、土壤物理性质(渗透性、前期湿润程度等)、绿地坡度等因素对产流过程有较大影响,不同条件和算法下绿地径流系数取值为0~0.53。建议在工程应用中,应结合场地条件和设计目标,选择适宜的径流系数确定方法和模型参数。研究成果可为我国城市绿地的径流系数研究提供参考。
为明确城市绿地产流过程的影响因素,比较不同径流系数计算方法的原理和特征,以北京城市绿地为例,采用理论计算、模型模拟和试验实测3类方法,比较KW(kinematic wave)方程、SCS-CN(soil conservation service curve number)算法、Hydrus-1D模型和试验测试4种方式,定量分析在不同降雨、土壤、地形条件下的产流过程、影响因素及其对应的径流系数。研究表明,降雨量(重现期)、雨型、土壤物理性质(渗透性、前期湿润程度等)、绿地坡度等因素对产流过程有较大影响,不同条件和算法下绿地径流系数取值为0~0.53。建议在工程应用中,应结合场地条件和设计目标,选择适宜的径流系数确定方法和模型参数。研究成果可为我国城市绿地的径流系数研究提供参考。
2021, 39(12): 91-99,134.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112014
摘要:
由抗生素滥用引起的药物污染对人类健康和生态系统构成潜在威胁。吸附法是去除水环境中有机污染物的最有效方法之一。生物炭作为一种廉价高效的吸附材料,改性可使其吸附性能显著提升,改性生物炭对抗生素的吸附特性及机理被广泛研究和应用。在对生物炭制备及其改性方法进行回顾的基础上,系统论述了改性生物炭对典型抗生素药物的吸附性能及机制等方面的研究进展,并对生物炭的再生及其经济性进行分析,以期为新型高效生物炭的吸附机制和材料研发提供借鉴。
由抗生素滥用引起的药物污染对人类健康和生态系统构成潜在威胁。吸附法是去除水环境中有机污染物的最有效方法之一。生物炭作为一种廉价高效的吸附材料,改性可使其吸附性能显著提升,改性生物炭对抗生素的吸附特性及机理被广泛研究和应用。在对生物炭制备及其改性方法进行回顾的基础上,系统论述了改性生物炭对典型抗生素药物的吸附性能及机制等方面的研究进展,并对生物炭的再生及其经济性进行分析,以期为新型高效生物炭的吸附机制和材料研发提供借鉴。
2021, 39(12): 100-106.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112015
摘要:
通过选用聚氨酯吸水凝胶(porous polymer carriers, PPC)、聚氨酯海绵(polyurethane, PU)、聚丙烯(polypropylene, PP)3种材质的微生物载体,对分别投加这3种载体的移动床生物膜反应器(MBBR)的启动性能、氮去除性能及微生物群落结构进行对比分析。结果表明:在进水氨氮浓度为20 mg/L的情况下,PPC及PU载体表现出较好的挂膜启动性能和氨氮去除性能,出水氨氮平均浓度在5 mg/L左右,而PP载体的出水氨氮平均浓度将近7 mg/L,且去除效果稳定性较差;此外PU载体和PP载体的反硝化效果不理想,出水硝态氮平均浓度分别为6.07,4.87 mg/L,比PPC载体(2.80 mg/L)高出许多。微生物测序结果表明,微生物载体的选择对MBBR工艺微生物群落结构有一定影响,但Proteobacteria和Bacteroidetes始终是占比最大的细菌门类。属水平的分析表明PPC载体上存在较高丰度的反硝化Denitratisoma菌属,且PPC载体独特的结构和亲水性有助于营造缺氧环境,提高反应器整体脱氮性能和稳定性。
通过选用聚氨酯吸水凝胶(porous polymer carriers, PPC)、聚氨酯海绵(polyurethane, PU)、聚丙烯(polypropylene, PP)3种材质的微生物载体,对分别投加这3种载体的移动床生物膜反应器(MBBR)的启动性能、氮去除性能及微生物群落结构进行对比分析。结果表明:在进水氨氮浓度为20 mg/L的情况下,PPC及PU载体表现出较好的挂膜启动性能和氨氮去除性能,出水氨氮平均浓度在5 mg/L左右,而PP载体的出水氨氮平均浓度将近7 mg/L,且去除效果稳定性较差;此外PU载体和PP载体的反硝化效果不理想,出水硝态氮平均浓度分别为6.07,4.87 mg/L,比PPC载体(2.80 mg/L)高出许多。微生物测序结果表明,微生物载体的选择对MBBR工艺微生物群落结构有一定影响,但Proteobacteria和Bacteroidetes始终是占比最大的细菌门类。属水平的分析表明PPC载体上存在较高丰度的反硝化Denitratisoma菌属,且PPC载体独特的结构和亲水性有助于营造缺氧环境,提高反应器整体脱氮性能和稳定性。
2021, 39(12): 107-113,187.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112016
摘要:
研究了臭氧氧化、紫外/臭氧(UV/O3)和电催化臭氧(electro-peroxone, EP)3种技术降解啶虫脒的机制,比较了3种技术降解地下水和地表水中啶虫脒的效率和能耗(使用EEO指标表征)。发现啶虫脒为臭氧难氧化物质,与臭氧(O3)和羟基自由基(·OH)的二级反应速率常数分别为(0.05±0.01) mol/(L·s)、(2.8±0.2)×109 mol/(L·s)。经6 min臭氧氧化后,地下水和地表水中的啶虫脒去除率仅为26%和64%。与之相比,UV/O3和EP技术可以完全去除地下水和地表水中的啶虫脒。臭氧氧化、UV/O3和EP技术降解啶虫脒的能耗分别为0.11~0.27,1.22~1.24,0.12~0.24 kW·h/m3。结果表明,EP技术是一种去除饮用水中啶虫脒的高效低耗技术。
研究了臭氧氧化、紫外/臭氧(UV/O3)和电催化臭氧(electro-peroxone, EP)3种技术降解啶虫脒的机制,比较了3种技术降解地下水和地表水中啶虫脒的效率和能耗(使用EEO指标表征)。发现啶虫脒为臭氧难氧化物质,与臭氧(O3)和羟基自由基(·OH)的二级反应速率常数分别为(0.05±0.01) mol/(L·s)、(2.8±0.2)×109 mol/(L·s)。经6 min臭氧氧化后,地下水和地表水中的啶虫脒去除率仅为26%和64%。与之相比,UV/O3和EP技术可以完全去除地下水和地表水中的啶虫脒。臭氧氧化、UV/O3和EP技术降解啶虫脒的能耗分别为0.11~0.27,1.22~1.24,0.12~0.24 kW·h/m3。结果表明,EP技术是一种去除饮用水中啶虫脒的高效低耗技术。
2021, 39(12): 114-119.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112017
摘要:
采用石墨烯作为吸附剂,以活性黑KN-B为目标污染物模拟染料废水,考察吸附法处理活性黑KN-B模拟染料废水的影响因素及活性黑KN-B在石墨烯表面的吸附行为。结果表明:在投加2 g/L石墨烯,pH值为5.0,振荡速率为100 r/min, 40 ℃恒温下振荡60 min,吸附处理50 mg/L活性黑KN-B染料废水50 mL,对活性黑KN-B的去除率可达到94%,且稳定可行。研究发现,可利用Langmuir吸附等温线和准二级动力学描述活性黑KN-B在石墨烯表面的吸附行为,即单分子层化学吸附。
采用石墨烯作为吸附剂,以活性黑KN-B为目标污染物模拟染料废水,考察吸附法处理活性黑KN-B模拟染料废水的影响因素及活性黑KN-B在石墨烯表面的吸附行为。结果表明:在投加2 g/L石墨烯,pH值为5.0,振荡速率为100 r/min, 40 ℃恒温下振荡60 min,吸附处理50 mg/L活性黑KN-B染料废水50 mL,对活性黑KN-B的去除率可达到94%,且稳定可行。研究发现,可利用Langmuir吸附等温线和准二级动力学描述活性黑KN-B在石墨烯表面的吸附行为,即单分子层化学吸附。
2021, 39(12): 120-127.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112018
摘要:
基于2008—2017年的MODIS气溶胶光学厚度(AOD)数据、实测气象观测数据,探究了长三角地区的AOD时空分布规律,并分析了AOD与多个气象要素的相关性,以对AOD的时空变化作出合理的气象解释。结果表明:1)从时间分布来看,长三角地区年均AOD呈周期性波动变化趋势,2011年出现峰值0.83,2014年AOD开始迅速下降,至2017年达到最低,较2014年相比下降22.8%,这与政府实施的固体颗粒物控制排放政策有关;每年夏季(6,7月)AOD出现最大值,这主要是海洋上大量的海盐气溶胶颗粒和水汽扩散到内陆地区造成的。2)从空间分布来看,长三角AOD高值区均分布在江苏南部以及徐州一带,2014年以来AOD高值范围逐步缩小;浙江地区AOD明显低于苏沪地区,这与浙江地势高起伏较大密切相关。3)从相关性方面来看,AOD变化与气温、相对湿度变化之间呈较好的正相关性,而与风速的相关性较复杂,这可能受风向的不确定影响;夏季气温高、湿度大,因此出现大范围的AOD高值区;冬季气温低、空气中水汽含量低,固体颗粒物对于AOD贡献率较大,因此冬季AOD变化能够在一定程度上反映空气污染状况。该研究结果可为长三角地区气溶胶评估、空气质量归因分析、空气质量改善等相关研究提供参考。
基于2008—2017年的MODIS气溶胶光学厚度(AOD)数据、实测气象观测数据,探究了长三角地区的AOD时空分布规律,并分析了AOD与多个气象要素的相关性,以对AOD的时空变化作出合理的气象解释。结果表明:1)从时间分布来看,长三角地区年均AOD呈周期性波动变化趋势,2011年出现峰值0.83,2014年AOD开始迅速下降,至2017年达到最低,较2014年相比下降22.8%,这与政府实施的固体颗粒物控制排放政策有关;每年夏季(6,7月)AOD出现最大值,这主要是海洋上大量的海盐气溶胶颗粒和水汽扩散到内陆地区造成的。2)从空间分布来看,长三角AOD高值区均分布在江苏南部以及徐州一带,2014年以来AOD高值范围逐步缩小;浙江地区AOD明显低于苏沪地区,这与浙江地势高起伏较大密切相关。3)从相关性方面来看,AOD变化与气温、相对湿度变化之间呈较好的正相关性,而与风速的相关性较复杂,这可能受风向的不确定影响;夏季气温高、湿度大,因此出现大范围的AOD高值区;冬季气温低、空气中水汽含量低,固体颗粒物对于AOD贡献率较大,因此冬季AOD变化能够在一定程度上反映空气污染状况。该研究结果可为长三角地区气溶胶评估、空气质量归因分析、空气质量改善等相关研究提供参考。
2021, 39(12): 128-134.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112019
摘要:
干法水泥窑协同处置城市生活垃圾,因其具有反应温度高、改造成本低、综合处理效果好、无二次污染等优势,得到世界各国普遍重视。利用固定床吸附实验装置,在700~1000℃温度下研究了水泥熟料对模拟烟气SO2和HCl脱除特性影响,结合吸附剂及其吸附产物的理化特性初步分析了SO2和HCl脱除机制。结果表明:1)在700~1000℃下,SO2和HCl单独存在时,水泥熟料对SO2脱除效率随着温度升高迅速提高,其最大SO2单位吸附量可达到4.9 mg/g,与此相反,水泥熟料对HCl脱除效率则随着温度的升高而不断降低,当温度由700℃升高到1000℃时,HCl单位吸附量由8.40 mg/g降低至4.8 mg/g; SO2或HCl的初始吸附速率由其组分浓度决定,熟料对HCl的吸附速率显著高于其对SO2吸附速率。2)SO2和HCl同时存在时,在相同吸附温度下,水泥熟料脱除HCl性能稍有降低,但总体影响不大;与此同时,HCl能够显著增强水泥熟料对SO2的脱除能力和吸附反应速率,700,1000℃下,SO2单位吸附量由1.8,4.9 mg/g分别提高到4.5,7.8 mg/g。水泥熟料及反应产物中Cl-迁移性是造成上述结果的主要原因。该研究结果为利用干法水泥熟料吸附城市生活垃圾焚烧烟气新协同处置工艺的工业应用提供了参考。
干法水泥窑协同处置城市生活垃圾,因其具有反应温度高、改造成本低、综合处理效果好、无二次污染等优势,得到世界各国普遍重视。利用固定床吸附实验装置,在700~1000℃温度下研究了水泥熟料对模拟烟气SO2和HCl脱除特性影响,结合吸附剂及其吸附产物的理化特性初步分析了SO2和HCl脱除机制。结果表明:1)在700~1000℃下,SO2和HCl单独存在时,水泥熟料对SO2脱除效率随着温度升高迅速提高,其最大SO2单位吸附量可达到4.9 mg/g,与此相反,水泥熟料对HCl脱除效率则随着温度的升高而不断降低,当温度由700℃升高到1000℃时,HCl单位吸附量由8.40 mg/g降低至4.8 mg/g; SO2或HCl的初始吸附速率由其组分浓度决定,熟料对HCl的吸附速率显著高于其对SO2吸附速率。2)SO2和HCl同时存在时,在相同吸附温度下,水泥熟料脱除HCl性能稍有降低,但总体影响不大;与此同时,HCl能够显著增强水泥熟料对SO2的脱除能力和吸附反应速率,700,1000℃下,SO2单位吸附量由1.8,4.9 mg/g分别提高到4.5,7.8 mg/g。水泥熟料及反应产物中Cl-迁移性是造成上述结果的主要原因。该研究结果为利用干法水泥熟料吸附城市生活垃圾焚烧烟气新协同处置工艺的工业应用提供了参考。
2021, 39(12): 135-140.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112020
摘要:
精准预测大气污染颗粒物PM2.5、PM10浓度能为大气污染防治提供科学依据,但目前较多PM2.5和PM10浓度预测在缺少污染源排放清单和能见度数据时,预测精度不高。而目前深度学习模型应用于PM2.5和PM10浓度预测的研究还鲜见报道。基于广州市2015年6月1日—2018年1月10日的空气质量和气象监测历史数据,分别构建了随机森林模型(RF)、XGBoost模型2种传统的机器学习模型和长短时记忆网络(LSTM)、门控循环单元网络(GRU)2种深度学习模型,并对广州市的PM2.5、PM10日均浓度值进行预测。结果表明:在缺少污染源排放清单和能见度数据时,4种模型也能较好地预测PM2.5、PM10日均浓度。根据MSE、RMSE、MAPE、MAE和R2等评价指标,对4个模型的PM2.5、PM10预测效果进行测评,得出深度学习GRU模型预测效果均为最佳,RF模型的预测结果均为最差。相比目前研究及应用较多的RF模型、XGBoost模型、LSTM模型,基于深度学习的GRU模型能更好地预测PM2.5、PM10浓度。
精准预测大气污染颗粒物PM2.5、PM10浓度能为大气污染防治提供科学依据,但目前较多PM2.5和PM10浓度预测在缺少污染源排放清单和能见度数据时,预测精度不高。而目前深度学习模型应用于PM2.5和PM10浓度预测的研究还鲜见报道。基于广州市2015年6月1日—2018年1月10日的空气质量和气象监测历史数据,分别构建了随机森林模型(RF)、XGBoost模型2种传统的机器学习模型和长短时记忆网络(LSTM)、门控循环单元网络(GRU)2种深度学习模型,并对广州市的PM2.5、PM10日均浓度值进行预测。结果表明:在缺少污染源排放清单和能见度数据时,4种模型也能较好地预测PM2.5、PM10日均浓度。根据MSE、RMSE、MAPE、MAE和R2等评价指标,对4个模型的PM2.5、PM10预测效果进行测评,得出深度学习GRU模型预测效果均为最佳,RF模型的预测结果均为最差。相比目前研究及应用较多的RF模型、XGBoost模型、LSTM模型,基于深度学习的GRU模型能更好地预测PM2.5、PM10浓度。
2021, 39(12): 141-147.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112021
摘要:
电子废物具有资源价值性和环境污染性的双重属性,其循环利用及其污染控制已成为国内外研究的热点。在分析我国电子废物环境管理政策及取得成效的基础上,提出了当前制约我国该行业可持续发展的主要挑战和问题。最后借鉴日本电子废物管理相关经验,并基于生产者责任延伸原则,提出了完善基金补贴制度,加强目录外电子废物管理,加大电子废物处理企业融资扶持力度、进一步提升第三方审核机构的专业化水平,加强“垃圾分类回收”与“再生资源回收”的有效衔接,健全废弃电器电子产品回收处理信息系统等建议,以期为进一步完善我国电子废物环境管理制度体系提供技术支持。
电子废物具有资源价值性和环境污染性的双重属性,其循环利用及其污染控制已成为国内外研究的热点。在分析我国电子废物环境管理政策及取得成效的基础上,提出了当前制约我国该行业可持续发展的主要挑战和问题。最后借鉴日本电子废物管理相关经验,并基于生产者责任延伸原则,提出了完善基金补贴制度,加强目录外电子废物管理,加大电子废物处理企业融资扶持力度、进一步提升第三方审核机构的专业化水平,加强“垃圾分类回收”与“再生资源回收”的有效衔接,健全废弃电器电子产品回收处理信息系统等建议,以期为进一步完善我国电子废物环境管理制度体系提供技术支持。
2021, 39(12): 148-152.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112022
摘要:
废盐是农药行业产生量最大的危险废物,是农药行业健康发展的主要瓶颈。废盐产生现状主要是种类多且产生量大、产生工艺多样且污染物种类繁杂、对生态环境和人体的潜在危害大。消除废盐中污染物的预处理技术为热解碳化、高温熔融和有机物氧化技术。基于产生和预处理现状,废盐利用的处置方式包括氯碱、纯碱、融雪剂和水泥助磨剂的生产,以及暂存于仓库和填埋。针对利用处置存在的问题,建议从4个方面提高废盐利用率和加强安全处置:1)分类收集废盐,避免产生混盐,降低预处理难度;2)制定污染控制标准或技术规范,防控废盐利用过程的环境风险;3)建立“点对点”定向利用模式和园区集中利用模式,提高废盐利用率;4)开展废盐排海的环境风险评估,促进盐回归自然。
废盐是农药行业产生量最大的危险废物,是农药行业健康发展的主要瓶颈。废盐产生现状主要是种类多且产生量大、产生工艺多样且污染物种类繁杂、对生态环境和人体的潜在危害大。消除废盐中污染物的预处理技术为热解碳化、高温熔融和有机物氧化技术。基于产生和预处理现状,废盐利用的处置方式包括氯碱、纯碱、融雪剂和水泥助磨剂的生产,以及暂存于仓库和填埋。针对利用处置存在的问题,建议从4个方面提高废盐利用率和加强安全处置:1)分类收集废盐,避免产生混盐,降低预处理难度;2)制定污染控制标准或技术规范,防控废盐利用过程的环境风险;3)建立“点对点”定向利用模式和园区集中利用模式,提高废盐利用率;4)开展废盐排海的环境风险评估,促进盐回归自然。
2021, 39(12): 153-158.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112023
摘要:
光催化技术作为一种新兴的高效可持续技术,在环境领域具有广泛的应用前景。然而,多数光催化材料在失去外界光源的能量供应后,短时间内不再产生电子空穴对,从而迅速丧失催化反应活性。但光催化记忆材料具有独特的催化记忆效应,即在黑暗条件下仍可表现出一定的催化活性,进而克服了以上难题。主要概述了光催化记忆材料的基本工作原理,将现有的光催化记忆材料归类,并总结了光催化记忆材料在环境领域的主要应用方向,包括新能源的生产、难降解有机污染物的氧化去除、重金属污染物的还原去除及病原微生物的灭活,最后展望了光催化记忆材料的发展前景。
光催化技术作为一种新兴的高效可持续技术,在环境领域具有广泛的应用前景。然而,多数光催化材料在失去外界光源的能量供应后,短时间内不再产生电子空穴对,从而迅速丧失催化反应活性。但光催化记忆材料具有独特的催化记忆效应,即在黑暗条件下仍可表现出一定的催化活性,进而克服了以上难题。主要概述了光催化记忆材料的基本工作原理,将现有的光催化记忆材料归类,并总结了光催化记忆材料在环境领域的主要应用方向,包括新能源的生产、难降解有机污染物的氧化去除、重金属污染物的还原去除及病原微生物的灭活,最后展望了光催化记忆材料的发展前景。
2021, 39(12): 159-165,140.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112024
摘要:
研究了高温(55±2)℃下沼液回流时间(1,6,12,24 h/d)对厨余垃圾高含固(15%TS)厌氧发酵产氢的影响,并探讨了不同沼液回流时间下微生物群落的演替规律。结果表明:增加沼液回流时间可提高产氢量,缓解VFAs积累的抑制效应,回流时间为24 h/d时氢气累积产量最大,为111.44 L,VFAs浓度为28.34 g/L,比回流时间1 h/d时降低了15.40%。厨余垃圾厌氧发酵过程中延长回流时间可恢复酸化体系的pH,且未形成氨积累。回流时间较短(12 h/d)的S实验组中,随着发酵的进行,微生物群落结构多样性降低,在门水平上Firmicutes逐渐演替为优势菌(49.2%~89.5%),回流时间较长(24 h/d)的T实验组一直保持较高的微生物多样性,发酵结束时,Firmicutes、Chloroflexi、Proteobacteria、Euryarchaeota相对丰度分别为27.8%、33.6%、13.0%和12.3%;属水平上T实验组(24 h/d)的产氢菌相对丰度高于S实验组(12 h/d),发酵结束时产氢菌Clostridium和Thermoanaerobacterium的相对丰度分别为10.5%和3.2%。延长沼液回流时间可促进VFAs与葡萄糖代谢产氢。冗余分析表明,沼液回流时间和产气量主要与Firmicutes和Chloroflexi中菌属变化较明显相关。
研究了高温(55±2)℃下沼液回流时间(1,6,12,24 h/d)对厨余垃圾高含固(15%TS)厌氧发酵产氢的影响,并探讨了不同沼液回流时间下微生物群落的演替规律。结果表明:增加沼液回流时间可提高产氢量,缓解VFAs积累的抑制效应,回流时间为24 h/d时氢气累积产量最大,为111.44 L,VFAs浓度为28.34 g/L,比回流时间1 h/d时降低了15.40%。厨余垃圾厌氧发酵过程中延长回流时间可恢复酸化体系的pH,且未形成氨积累。回流时间较短(12 h/d)的S实验组中,随着发酵的进行,微生物群落结构多样性降低,在门水平上Firmicutes逐渐演替为优势菌(49.2%~89.5%),回流时间较长(24 h/d)的T实验组一直保持较高的微生物多样性,发酵结束时,Firmicutes、Chloroflexi、Proteobacteria、Euryarchaeota相对丰度分别为27.8%、33.6%、13.0%和12.3%;属水平上T实验组(24 h/d)的产氢菌相对丰度高于S实验组(12 h/d),发酵结束时产氢菌Clostridium和Thermoanaerobacterium的相对丰度分别为10.5%和3.2%。延长沼液回流时间可促进VFAs与葡萄糖代谢产氢。冗余分析表明,沼液回流时间和产气量主要与Firmicutes和Chloroflexi中菌属变化较明显相关。
2021, 39(12): 166-171,205.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112025
摘要:
餐厨垃圾经三相分离机分离得到的浆渣(简称餐厨垃圾渣)是一种有酸腐恶臭、水分含量高、外观呈泥状的有机废物。采用家蝇幼虫(蝇蛆)并结合机械化运行可高效快捷地将其转化成高附加值的动物蛋白(蝇蛆)和优质有机肥(残料)。该蝇蛆处理中试生产线由进料布料系统、蝇蛆培养系统、虫料分离系统以及保温除臭除湿系统构成,单批次可处理500 kg餐厨垃圾渣。每批次处理仅需4 d左右,鲜幼虫产率为17.4%;且残料变成外观相对干燥、蓬松无臭,类似草炭样的优质有机肥,其产率为23.6%。按目前市场价格,处理1 t进入餐厨垃圾处理厂的原始垃圾可产生280~320元的收益,具有良好的应用前景。
餐厨垃圾经三相分离机分离得到的浆渣(简称餐厨垃圾渣)是一种有酸腐恶臭、水分含量高、外观呈泥状的有机废物。采用家蝇幼虫(蝇蛆)并结合机械化运行可高效快捷地将其转化成高附加值的动物蛋白(蝇蛆)和优质有机肥(残料)。该蝇蛆处理中试生产线由进料布料系统、蝇蛆培养系统、虫料分离系统以及保温除臭除湿系统构成,单批次可处理500 kg餐厨垃圾渣。每批次处理仅需4 d左右,鲜幼虫产率为17.4%;且残料变成外观相对干燥、蓬松无臭,类似草炭样的优质有机肥,其产率为23.6%。按目前市场价格,处理1 t进入餐厨垃圾处理厂的原始垃圾可产生280~320元的收益,具有良好的应用前景。
2021, 39(12): 172-178.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112026
摘要:
从燃烧活性和清洁性方面综合评价了6种生活垃圾典型可燃组分热解炭的燃烧性能。松木、纸张和橘皮等生物质类热解炭含较丰富的K/Ca等碱金属和碱土金属,碳结构规则程度相对较低,因此燃烧活性及稳定性更优。PVC、轮胎和织物等化石燃料类热解炭产率、孔隙结构、碳结构的差异较大,其中轮胎炭孔隙结构以中孔为主,且含有较多的S和Zn。生物质类热解炭焚烧烟气中NOx含量相对较高(140.7~385.5 mg/m3),轮胎炭焚烧烟气中的SO2(1889.8 mg/m3)和焚烧灰渣中重金属Zn(198167 mg/kg)浓度较高,在实际应用中应给予关注。
从燃烧活性和清洁性方面综合评价了6种生活垃圾典型可燃组分热解炭的燃烧性能。松木、纸张和橘皮等生物质类热解炭含较丰富的K/Ca等碱金属和碱土金属,碳结构规则程度相对较低,因此燃烧活性及稳定性更优。PVC、轮胎和织物等化石燃料类热解炭产率、孔隙结构、碳结构的差异较大,其中轮胎炭孔隙结构以中孔为主,且含有较多的S和Zn。生物质类热解炭焚烧烟气中NOx含量相对较高(140.7~385.5 mg/m3),轮胎炭焚烧烟气中的SO2(1889.8 mg/m3)和焚烧灰渣中重金属Zn(198167 mg/kg)浓度较高,在实际应用中应给予关注。
2021, 39(12): 179-187.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112027
摘要:
研究了在高有机负荷(30 g VS/L,VS为挥发性固体含量)下生物炭缓解餐厨垃圾厌氧消化酸化,促进产甲烷的效应及机制。结果表明:碱性多孔生物炭在最优添加量下(1 g/g VS),反应20 d时,累积产甲烷量达到312.40 mL/(g·VS),与对照组相比提升了101.7%,同时产甲烷停滞期缩短62%。并在酸化最严重时挥发性脂肪酸(VFA)含量降低1151.28 mg/L。研究结果表明:生物炭的多孔结构是促进挥发性脂肪酸分解的关键因素,碱度和营养物质可以起到促进作用。高通量测序结果表明:最佳添加量下甲烷丝菌属(Methanothrix)、拟杆菌(Bacteroidales)、梭菌(Clostridiales)的相对丰度分别由26.12%、43.08%和9.95%提高到46.05%、56.25%和12.20%。生物炭缓解餐厨垃圾消化酸化的机制是为微生物提供反应场所,增强了微生物间的电子传递,提高了厌氧微生物的呼吸速率。
研究了在高有机负荷(30 g VS/L,VS为挥发性固体含量)下生物炭缓解餐厨垃圾厌氧消化酸化,促进产甲烷的效应及机制。结果表明:碱性多孔生物炭在最优添加量下(1 g/g VS),反应20 d时,累积产甲烷量达到312.40 mL/(g·VS),与对照组相比提升了101.7%,同时产甲烷停滞期缩短62%。并在酸化最严重时挥发性脂肪酸(VFA)含量降低1151.28 mg/L。研究结果表明:生物炭的多孔结构是促进挥发性脂肪酸分解的关键因素,碱度和营养物质可以起到促进作用。高通量测序结果表明:最佳添加量下甲烷丝菌属(Methanothrix)、拟杆菌(Bacteroidales)、梭菌(Clostridiales)的相对丰度分别由26.12%、43.08%和9.95%提高到46.05%、56.25%和12.20%。生物炭缓解餐厨垃圾消化酸化的机制是为微生物提供反应场所,增强了微生物间的电子传递,提高了厌氧微生物的呼吸速率。
2021, 39(12): 188-192.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112028
摘要:
以果蔬垃圾的乳酸发酵液为浸出液,以纯水为对照,考察了乳酸发酵液对飞灰中氯的脱除效果。结果表明:与水洗相比,乳酸发酵液可脱除飞灰中59.3%的水不可溶性氯,使处理后的飞灰入窑比从0.57%增加至1.74%。此外,虽经乳酸发酵液浸出后的飞灰中出现重金属的富集现象,但按照以氯为限值计算的入窑比(1.74%)反推入窑飞灰中重金属的含量可知:入窑飞灰中重金属含量远低于HJ 662—2013《水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范》标准中规定的限值。因此,以乳酸发酵液进行酸洗替代水洗有利于飞灰通过水泥窑协同处置技术进行利用。
以果蔬垃圾的乳酸发酵液为浸出液,以纯水为对照,考察了乳酸发酵液对飞灰中氯的脱除效果。结果表明:与水洗相比,乳酸发酵液可脱除飞灰中59.3%的水不可溶性氯,使处理后的飞灰入窑比从0.57%增加至1.74%。此外,虽经乳酸发酵液浸出后的飞灰中出现重金属的富集现象,但按照以氯为限值计算的入窑比(1.74%)反推入窑飞灰中重金属的含量可知:入窑飞灰中重金属含量远低于HJ 662—2013《水泥窑协同处置固体废物环境保护技术规范》标准中规定的限值。因此,以乳酸发酵液进行酸洗替代水洗有利于飞灰通过水泥窑协同处置技术进行利用。
2021, 39(12): 193-198,233.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112029
摘要:
随着城市化进程中的建筑垃圾随意堆积或填埋,使得大量非正规建筑垃圾堆积场出现,“垃圾围城”现象已成为当前社会的实际问题。因此,研究建筑垃圾的空间布局现状与对策对于我国建筑垃圾空间布局优化发展十分重要。以北京市昌平区为例,基于谷歌地球与GIS软件识别非正规建筑垃圾堆放场地的个数、地理位置、面积以及与居民点和河流的距离等信息,得出垃圾分布信息。通过分析这些信息的点位、分布及高程等空间布局特征,厘清非正规垃圾场空间布局问题,以期为政府及相关部门加强建筑垃圾的管理提供参考,降低“垃圾围城”风险。
随着城市化进程中的建筑垃圾随意堆积或填埋,使得大量非正规建筑垃圾堆积场出现,“垃圾围城”现象已成为当前社会的实际问题。因此,研究建筑垃圾的空间布局现状与对策对于我国建筑垃圾空间布局优化发展十分重要。以北京市昌平区为例,基于谷歌地球与GIS软件识别非正规建筑垃圾堆放场地的个数、地理位置、面积以及与居民点和河流的距离等信息,得出垃圾分布信息。通过分析这些信息的点位、分布及高程等空间布局特征,厘清非正规垃圾场空间布局问题,以期为政府及相关部门加强建筑垃圾的管理提供参考,降低“垃圾围城”风险。
2021, 39(12): 199-205.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112030
摘要:
系统研究了草酸浸出赤泥中铁和铝的过程,探究了草酸浓度、反应时间、反应温度和液固比对铁和铝浸出率的影响。在此基础上,利用响应面实验优化浸出过程,同时采用太阳光照射草酸浸出液,将草酸铁还原成草酸亚铁沉淀,实现浸出液的回收再利用。结果表明:回归方程模型显著,草酸浸出赤泥的最佳工艺条件为草酸浓度为0.30 g/mL,液固比为14∶1,反应温度为95℃,反应时间为150 min。在此条件下,铁和铝的浸出率分别为87.76%和74.60%。太阳光照射催化浸出液420 min内,总铁含量从1.152 g/L下降至0.173 g/L,85%以上的草酸铁以草酸亚铁沉淀形式得以回收。再通过调节pH,过滤及蒸发结晶后可回收滤液中的铝和草酸。这为赤泥中铁和铝的回收提供了新的技术路线选择。
系统研究了草酸浸出赤泥中铁和铝的过程,探究了草酸浓度、反应时间、反应温度和液固比对铁和铝浸出率的影响。在此基础上,利用响应面实验优化浸出过程,同时采用太阳光照射草酸浸出液,将草酸铁还原成草酸亚铁沉淀,实现浸出液的回收再利用。结果表明:回归方程模型显著,草酸浸出赤泥的最佳工艺条件为草酸浓度为0.30 g/mL,液固比为14∶1,反应温度为95℃,反应时间为150 min。在此条件下,铁和铝的浸出率分别为87.76%和74.60%。太阳光照射催化浸出液420 min内,总铁含量从1.152 g/L下降至0.173 g/L,85%以上的草酸铁以草酸亚铁沉淀形式得以回收。再通过调节pH,过滤及蒸发结晶后可回收滤液中的铝和草酸。这为赤泥中铁和铝的回收提供了新的技术路线选择。
2021, 39(12): 206-211,219.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112031
摘要:
为了解制革场地土壤Cr(Ⅵ)污染情况和分布特征,选取我国3种典型制革企业用地的土壤和污泥样品,分析了制革行业土壤铬污染特征。结果表明:调查的Ⅰ型制革企业场地土壤Cr(Ⅵ)含量最高为48 mg/kg,超过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)》筛选值,存在环境风险。调查的Ⅱ型制革企业环保设施完善,场地土壤Cr(Ⅵ)含量低于GB 36600—2018筛选值,土壤Cr(Ⅵ)环境风险低。Ⅱ型制革企业危险废物暂存间污泥总铬含量高达85377 mg/kg, Cr(Ⅵ)含量最高为1455 mg/kg。调查的Ⅲ型制革企业场地泥土混合物总铬含量为1564~28000 mg/kg, Cr(Ⅵ)含量最高为250 mg/kg,相较于Ⅰ型和Ⅱ型制革企业场地,受到严重污染。总体上,制革企业用地土壤铬污染物以Cr(Ⅲ)形态为主,Cr(Ⅵ)形态占比少,不足1%。
为了解制革场地土壤Cr(Ⅵ)污染情况和分布特征,选取我国3种典型制革企业用地的土壤和污泥样品,分析了制革行业土壤铬污染特征。结果表明:调查的Ⅰ型制革企业场地土壤Cr(Ⅵ)含量最高为48 mg/kg,超过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)》筛选值,存在环境风险。调查的Ⅱ型制革企业环保设施完善,场地土壤Cr(Ⅵ)含量低于GB 36600—2018筛选值,土壤Cr(Ⅵ)环境风险低。Ⅱ型制革企业危险废物暂存间污泥总铬含量高达85377 mg/kg, Cr(Ⅵ)含量最高为1455 mg/kg。调查的Ⅲ型制革企业场地泥土混合物总铬含量为1564~28000 mg/kg, Cr(Ⅵ)含量最高为250 mg/kg,相较于Ⅰ型和Ⅱ型制革企业场地,受到严重污染。总体上,制革企业用地土壤铬污染物以Cr(Ⅲ)形态为主,Cr(Ⅵ)形态占比少,不足1%。
2021, 39(12): 212-219.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112032
摘要:
介绍了淋土式介质阻挡放电等离子体修复阿特拉津污染土壤的方法,探究了土壤特性及等离子体发生参数对阿特拉津降解效果的影响并对中间产物进行检测与分析。结果表明:增加电压和频率有利于提高阿特拉津降解率,降低能量效率;增加初始浓度会导致降解率下降,能量效率上升;而增加土壤粒径或降低pH则导致降解率和能量效率下降;含水率增加使得降解率和能量效率先增后减。在峰-峰值36 kV,电源频率为200 Hz, pH=7.03条件下,60~80目的10 mg/kg阿特拉津污染干土经过50 s放电后阿特拉津降解率为70.95%,能量效率为0.014 mg/kJ。利用液相色谱质谱联用对中间产物进行测定,发现产物主要为脱烷基、脱氯和酮或醛等类阿特拉津产物,未检测到低聚物的生成。由于低温等离子体在土壤颗粒周围产生,使得臭氧和·OH等短寿命活性物种共同参与污染物降解过程,使得反应器降解效果得到增强。
介绍了淋土式介质阻挡放电等离子体修复阿特拉津污染土壤的方法,探究了土壤特性及等离子体发生参数对阿特拉津降解效果的影响并对中间产物进行检测与分析。结果表明:增加电压和频率有利于提高阿特拉津降解率,降低能量效率;增加初始浓度会导致降解率下降,能量效率上升;而增加土壤粒径或降低pH则导致降解率和能量效率下降;含水率增加使得降解率和能量效率先增后减。在峰-峰值36 kV,电源频率为200 Hz, pH=7.03条件下,60~80目的10 mg/kg阿特拉津污染干土经过50 s放电后阿特拉津降解率为70.95%,能量效率为0.014 mg/kJ。利用液相色谱质谱联用对中间产物进行测定,发现产物主要为脱烷基、脱氯和酮或醛等类阿特拉津产物,未检测到低聚物的生成。由于低温等离子体在土壤颗粒周围产生,使得臭氧和·OH等短寿命活性物种共同参与污染物降解过程,使得反应器降解效果得到增强。
2021, 39(12): 220-226.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112033
摘要:
为探讨铅锌矿尾砂库经植物原位修复的生态恢复效果,以广西阳朔铅锌矿尾砂库综合治理示范工程为研究对象,连续3年(2018—2020)对实地观测植被恢复情况、新增植物生长情况及复垦铅锌矿库区尾砂重金属含量、土壤酶活性及理化性质的观测与测定。结果表明:尾砂库经人工种植的芒(Miscanthus sinensis)和三裂叶葛藤(Pueraria phaseoloides)2种耐性植物对尾砂中重金属存在植物稳定作用;库区植被新增物种逐年升高,且以豆科和菊科植物为主;尾砂的过氧化氢酶、脲酶与磷酸酶活性先增后减,蔗糖酶活性显著性增加;尾砂的肥力和保肥能力均有所提高,其中尾砂的总氮含量从1.14 g/kg增加到2.19 g/kg,有机碳含量从9.50 g/kg增加到21.01 g/kg。由此表明,在相似自然条件的矿山废弃地生态修复中,可考虑从葛属和蒿属的植物中筛选目标植物;植被恢复会加快尾砂库库区植物群落的次生演替;铅锌矿尾砂库经人工植被恢复能加快尾砂基质的演变,使生态系统实现自行恢复并达到良性循环。
为探讨铅锌矿尾砂库经植物原位修复的生态恢复效果,以广西阳朔铅锌矿尾砂库综合治理示范工程为研究对象,连续3年(2018—2020)对实地观测植被恢复情况、新增植物生长情况及复垦铅锌矿库区尾砂重金属含量、土壤酶活性及理化性质的观测与测定。结果表明:尾砂库经人工种植的芒(Miscanthus sinensis)和三裂叶葛藤(Pueraria phaseoloides)2种耐性植物对尾砂中重金属存在植物稳定作用;库区植被新增物种逐年升高,且以豆科和菊科植物为主;尾砂的过氧化氢酶、脲酶与磷酸酶活性先增后减,蔗糖酶活性显著性增加;尾砂的肥力和保肥能力均有所提高,其中尾砂的总氮含量从1.14 g/kg增加到2.19 g/kg,有机碳含量从9.50 g/kg增加到21.01 g/kg。由此表明,在相似自然条件的矿山废弃地生态修复中,可考虑从葛属和蒿属的植物中筛选目标植物;植被恢复会加快尾砂库库区植物群落的次生演替;铅锌矿尾砂库经人工植被恢复能加快尾砂基质的演变,使生态系统实现自行恢复并达到良性循环。
2021, 39(12): 227-233.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112034
摘要:
大部分放射性核素具有放射性强、半衰期长、毒性大等特点,进入土壤后受环境变化影响易发生迁移和形态转化等一系列反应,并且可通过食物链的迁移和积累最终危害人体健康。植物根际是放射性核素由土壤向植物体迁移的必经之路,土壤胶体是根际微区的主要组成物质也是吸附放射性核素的重要载体;根系分泌物是根际微区区别于土壤的重要物质;pH是影响放射性核素赋存形态、迁移重要的理化条件;根系微生物是根际微区中重要的调控者。总结了近5年影响放射性核素在根际微区迁移影响因素的研究进展,从土壤胶体、根系分泌物、pH、根系微生物4个方面综合阐述放射性核素在根际微区迁移和形态转化的影响因素,并提出展望。
大部分放射性核素具有放射性强、半衰期长、毒性大等特点,进入土壤后受环境变化影响易发生迁移和形态转化等一系列反应,并且可通过食物链的迁移和积累最终危害人体健康。植物根际是放射性核素由土壤向植物体迁移的必经之路,土壤胶体是根际微区的主要组成物质也是吸附放射性核素的重要载体;根系分泌物是根际微区区别于土壤的重要物质;pH是影响放射性核素赋存形态、迁移重要的理化条件;根系微生物是根际微区中重要的调控者。总结了近5年影响放射性核素在根际微区迁移影响因素的研究进展,从土壤胶体、根系分泌物、pH、根系微生物4个方面综合阐述放射性核素在根际微区迁移和形态转化的影响因素,并提出展望。
2021, 39(12): 234-242.
doi: 10.13205/j.hjgc.202112035
摘要:
研究了不施加和施加10g/kg腐植酸后,李氏禾(Leersia hexandra Swartz)-红壤处理系统中基质和李氏禾体内铬赋存形态、微生物群落数量及酶活性的变化。结果表明:施加腐植酸后,基质中以残渣态铬为主;李氏禾茎叶中以残渣态铬为主,根中则以盐酸提取态铬为主。腐植酸能显著促进细菌、真菌和放线菌生长繁殖,3大菌群数量最大值分别为6.76×107,4.48×107,7.71×107CFU/g。酶活性分析表明,施加腐植酸有利于提高蔗糖酶、碱性磷酸酶活性,降低过氧化氢酶和多酚氧化酶酶活性。相关性分析表明,多酚氧化酶和过氧化氢酶活性均与细菌数量和腐植酸浓度呈负相关,细菌、真菌和放线菌数量与腐植酸浓度呈正相关。3大菌群数量均与基质残渣态铬含量呈正相关。蔗糖酶与基质和李氏禾体内铬形态含量均呈负相关;多酚氧化酶活性与李氏禾体内大部分铬形态含量呈正相关。
研究了不施加和施加10g/kg腐植酸后,李氏禾(Leersia hexandra Swartz)-红壤处理系统中基质和李氏禾体内铬赋存形态、微生物群落数量及酶活性的变化。结果表明:施加腐植酸后,基质中以残渣态铬为主;李氏禾茎叶中以残渣态铬为主,根中则以盐酸提取态铬为主。腐植酸能显著促进细菌、真菌和放线菌生长繁殖,3大菌群数量最大值分别为6.76×107,4.48×107,7.71×107CFU/g。酶活性分析表明,施加腐植酸有利于提高蔗糖酶、碱性磷酸酶活性,降低过氧化氢酶和多酚氧化酶酶活性。相关性分析表明,多酚氧化酶和过氧化氢酶活性均与细菌数量和腐植酸浓度呈负相关,细菌、真菌和放线菌数量与腐植酸浓度呈正相关。3大菌群数量均与基质残渣态铬含量呈正相关。蔗糖酶与基质和李氏禾体内铬形态含量均呈负相关;多酚氧化酶活性与李氏禾体内大部分铬形态含量呈正相关。
