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2022年 第40卷 第2期
2022, 40(2): 1-7,26.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202001
摘要:
对澳大利亚水资源赋存现状、污水处理和再生水利用的历史与现状进行了详细整理与分析,梳理了澳大利亚污水处理与再生水利用发展历程、相关标准、政策和法律法规以及再生水利用典型案例。该经验可为我国开展再生水循环利用研究和工程实践提供重要指导和技术支撑。借鉴澳大利亚水回用技术与管理方法,我国可进一步发展污水再生深度处理技术与工艺,提高再生水生产品质,拓展再生水利用途径,通过浓度控制与处理工艺要求相结合提升再生水水质安全保障能力,建立健全污水资源化利用技术和管理标准体系。
对澳大利亚水资源赋存现状、污水处理和再生水利用的历史与现状进行了详细整理与分析,梳理了澳大利亚污水处理与再生水利用发展历程、相关标准、政策和法律法规以及再生水利用典型案例。该经验可为我国开展再生水循环利用研究和工程实践提供重要指导和技术支撑。借鉴澳大利亚水回用技术与管理方法,我国可进一步发展污水再生深度处理技术与工艺,提高再生水生产品质,拓展再生水利用途径,通过浓度控制与处理工艺要求相结合提升再生水水质安全保障能力,建立健全污水资源化利用技术和管理标准体系。
2022, 40(2): 8-13,126.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202002
摘要:
采用共沉淀法成功制备了钴铁层状双氢氧化物结构载体(CoFe-LDH),并采用浸渍法负载活性组分Mn经煅烧制备不同Mn负载量的类水滑石结构催化剂——MnxCoFe-LDO催化剂(其中x为硝酸锰与CoFe-LDH的质量比),探究了催化剂对典型工业尾气中氮氧化物(NOx)和含氯挥发性有机化合物(CVOCs)的催化性能,并对催化剂进行XRD、H2-TPR、NH3-TPD及TEM-EDX mapping等表征。结果表明:Mn的加入会极大提高钴铁层状氧化物(CoFe-LDO)的催化性能,其中质量比为0.25的催化剂活性最高,测试温度范围内脱硝率维持在90%以上,且300℃邻二氯苯(o-DCB)的去除率可达到95.4%。在该配比下制备的催化剂活性组分Mn的分散性最好,且表面酸性位数量及氧化还原性能最佳。
采用共沉淀法成功制备了钴铁层状双氢氧化物结构载体(CoFe-LDH),并采用浸渍法负载活性组分Mn经煅烧制备不同Mn负载量的类水滑石结构催化剂——MnxCoFe-LDO催化剂(其中x为硝酸锰与CoFe-LDH的质量比),探究了催化剂对典型工业尾气中氮氧化物(NOx)和含氯挥发性有机化合物(CVOCs)的催化性能,并对催化剂进行XRD、H2-TPR、NH3-TPD及TEM-EDX mapping等表征。结果表明:Mn的加入会极大提高钴铁层状氧化物(CoFe-LDO)的催化性能,其中质量比为0.25的催化剂活性最高,测试温度范围内脱硝率维持在90%以上,且300℃邻二氯苯(o-DCB)的去除率可达到95.4%。在该配比下制备的催化剂活性组分Mn的分散性最好,且表面酸性位数量及氧化还原性能最佳。
2022, 40(2): 14-19,41.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202003
摘要:
抗生素抗性细菌(ARB)作为新兴污染物受到了广泛关注,但紫外线(UV)消毒对ARB去除效果的研究尚不够充分。以某城市污水处理厂过滤后的二级出水为研究对象,通过分析UV消毒前后水中四环素、氨苄西林、氯霉素及链霉素抗性细菌丰度的变化,探究了UV消毒对ARB的去除作用及ARB的光复活与暗修复潜能。结果表明:UV对过滤后二级出水中的4种ARB具有一定灭活能力,4种ARB对UV消毒的耐受能力由高到低分别为:氨苄西林抗性细菌>四环素抗性细菌>链霉素抗性细菌≈氯霉素抗性细菌。当UV消毒剂量为20 mJ/cm2时,氯霉素与链霉素抗性细菌可被完全灭活,消毒后24 h内,这2种ARB未出现光复活或暗修复现象,这一剂量的UV不能完全灭活氨苄西林与四环素抗性细菌,且被灭活后的ARB可实现部分光复活及暗修复。当UV消毒剂量达到80 mJ/cm2时,这4种ARB均被全部灭活,消毒后6 h内,氨苄西林抗性细菌出现了复活现象。不论是在光照还是避光的条件下,UV消毒24 h后水中的总异养菌群中有超过70.32%的细菌对氨苄西林具有抗性,因此,单独UV消毒并不能有效地控制ARB从污水处理厂向环境中的传播。
抗生素抗性细菌(ARB)作为新兴污染物受到了广泛关注,但紫外线(UV)消毒对ARB去除效果的研究尚不够充分。以某城市污水处理厂过滤后的二级出水为研究对象,通过分析UV消毒前后水中四环素、氨苄西林、氯霉素及链霉素抗性细菌丰度的变化,探究了UV消毒对ARB的去除作用及ARB的光复活与暗修复潜能。结果表明:UV对过滤后二级出水中的4种ARB具有一定灭活能力,4种ARB对UV消毒的耐受能力由高到低分别为:氨苄西林抗性细菌>四环素抗性细菌>链霉素抗性细菌≈氯霉素抗性细菌。当UV消毒剂量为20 mJ/cm2时,氯霉素与链霉素抗性细菌可被完全灭活,消毒后24 h内,这2种ARB未出现光复活或暗修复现象,这一剂量的UV不能完全灭活氨苄西林与四环素抗性细菌,且被灭活后的ARB可实现部分光复活及暗修复。当UV消毒剂量达到80 mJ/cm2时,这4种ARB均被全部灭活,消毒后6 h内,氨苄西林抗性细菌出现了复活现象。不论是在光照还是避光的条件下,UV消毒24 h后水中的总异养菌群中有超过70.32%的细菌对氨苄西林具有抗性,因此,单独UV消毒并不能有效地控制ARB从污水处理厂向环境中的传播。
2022, 40(2): 20-26.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202004
摘要:
为了研究微生物在水体自净中发挥的作用,采用降解系数来表征水体对COD、NH3-N、TN和TP的自净能力,使用氯化汞灭活微生物作为对照组,将降解系数分为综合降解与生物降解。在清潩河3个特征河段进行原位降解系数测算实验,并选取典型河段进行微生物高通量检测。结果表明:1)河道内微生物主要类群为小梨形菌属、热单胞杆菌属等常见的专性好氧菌属和少量的能够进行硝化作用的菌属。2)COD、NH3-N的生物降解系数与其综合降解系数呈正相关,且生物降解起主要作用,占比分别为76%和48%,TN和TP则无显著相关性,说明COD和NH3-N较于TN和TP更依赖于河道的生物自净作用。3)将生物降解系数与综合降解系数拟合,结合一级动力学降解方程,推导出生物降解、综合降解后浓度和初始浓度之间的数量关系式。
为了研究微生物在水体自净中发挥的作用,采用降解系数来表征水体对COD、NH3-N、TN和TP的自净能力,使用氯化汞灭活微生物作为对照组,将降解系数分为综合降解与生物降解。在清潩河3个特征河段进行原位降解系数测算实验,并选取典型河段进行微生物高通量检测。结果表明:1)河道内微生物主要类群为小梨形菌属、热单胞杆菌属等常见的专性好氧菌属和少量的能够进行硝化作用的菌属。2)COD、NH3-N的生物降解系数与其综合降解系数呈正相关,且生物降解起主要作用,占比分别为76%和48%,TN和TP则无显著相关性,说明COD和NH3-N较于TN和TP更依赖于河道的生物自净作用。3)将生物降解系数与综合降解系数拟合,结合一级动力学降解方程,推导出生物降解、综合降解后浓度和初始浓度之间的数量关系式。
2022, 40(2): 27-33,80.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202005
摘要:
为研究纳米银(AgNPs)对反硝化无色杆菌(Achromobacter denitrificans)的毒性作用,选择室内培养方式,探究纳米银对Achromobacter denitrificans的生长抑制、氨化作用、同化吸收NH4+-N、细胞膜表面结构和活性氧生成的影响。研究发现,纳米银可抑制细菌生长,抑制效果与浓度和暴露时间呈正相关。添加10 mg/LAgNPs在硝化培养基中,Achromobacter denitrificans生长抑制率12h后达38.2%,而添加1 mg/LAgNPs时生长抑制率仅为11.5%。不同AgNPs暴露浓度条件下,4~6 h后生长抑制率均趋于稳定。暴露培养后的细菌生化活性降低,AgNPs投加浓度从1 mg/L提高到10 mg/L时,NH+4-N生成速率从2.77 mg/(L·h)降低至2.07 mg/(L·h),降低了25.3%;NH4+-N同化速率从5.52 mg/(L·h)降低至1.71 mg/(L·h),降低了69.1%。pH是影响毒性作用的重要因素,弱酸(pH 5.0)与弱碱(pH 9.0)均不利于细菌生存。通过毒性作用机理分析可知,纳米银可导致细胞膜表面凹陷破裂,膜内物质泄漏流出,细胞内发生活性氧的累积。
为研究纳米银(AgNPs)对反硝化无色杆菌(Achromobacter denitrificans)的毒性作用,选择室内培养方式,探究纳米银对Achromobacter denitrificans的生长抑制、氨化作用、同化吸收NH4+-N、细胞膜表面结构和活性氧生成的影响。研究发现,纳米银可抑制细菌生长,抑制效果与浓度和暴露时间呈正相关。添加10 mg/LAgNPs在硝化培养基中,Achromobacter denitrificans生长抑制率12h后达38.2%,而添加1 mg/LAgNPs时生长抑制率仅为11.5%。不同AgNPs暴露浓度条件下,4~6 h后生长抑制率均趋于稳定。暴露培养后的细菌生化活性降低,AgNPs投加浓度从1 mg/L提高到10 mg/L时,NH+4-N生成速率从2.77 mg/(L·h)降低至2.07 mg/(L·h),降低了25.3%;NH4+-N同化速率从5.52 mg/(L·h)降低至1.71 mg/(L·h),降低了69.1%。pH是影响毒性作用的重要因素,弱酸(pH 5.0)与弱碱(pH 9.0)均不利于细菌生存。通过毒性作用机理分析可知,纳米银可导致细胞膜表面凹陷破裂,膜内物质泄漏流出,细胞内发生活性氧的累积。
2022, 40(2): 34-41.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202006
摘要:
运用主成分分析和聚类分析对2019年7—11月大通湖湖区33个采样点的8个水质指标进行了数据分析,采用单因子指数法和综合水质标识法对水质进行了综合评价,分析了大通湖湖区水质的时空特征,识别了主要影响因子和污染源。以单因子指数法为评价方法,2019年7月大通湖水质为Ⅴ类,8月为劣Ⅴ类,9—11月大通湖湖区水质有所改善,为Ⅳ类。以综合水质标识法为评价方法,大通湖湖区水质由好到差排序为:9月>11月>10月>7月>8月。从月际变化上来看,大通湖湖区水质总体上呈下降趋势,主要超标因子为TN、TP、CODMn在10—11月存在超标现象。从采样点看,湖区水质受入湖河流的影响较大。汛期(7,8月)湖区主要影响因子是NH4+-N、SS、CODMn、TP,主要源自农田径流、湖外水产养殖污染等面源污染和生活污水;非汛期(9—11月)湖区主要影响因子为NH4+-N、NO3--N、CODMn和TP,主要源自生活污水、内源污染等,受到多种污染源的共同作用。
运用主成分分析和聚类分析对2019年7—11月大通湖湖区33个采样点的8个水质指标进行了数据分析,采用单因子指数法和综合水质标识法对水质进行了综合评价,分析了大通湖湖区水质的时空特征,识别了主要影响因子和污染源。以单因子指数法为评价方法,2019年7月大通湖水质为Ⅴ类,8月为劣Ⅴ类,9—11月大通湖湖区水质有所改善,为Ⅳ类。以综合水质标识法为评价方法,大通湖湖区水质由好到差排序为:9月>11月>10月>7月>8月。从月际变化上来看,大通湖湖区水质总体上呈下降趋势,主要超标因子为TN、TP、CODMn在10—11月存在超标现象。从采样点看,湖区水质受入湖河流的影响较大。汛期(7,8月)湖区主要影响因子是NH4+-N、SS、CODMn、TP,主要源自农田径流、湖外水产养殖污染等面源污染和生活污水;非汛期(9—11月)湖区主要影响因子为NH4+-N、NO3--N、CODMn和TP,主要源自生活污水、内源污染等,受到多种污染源的共同作用。
2022, 40(2): 42-46.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202007
摘要:
矿化垃圾层含有的丰富微生物群落在稳定渗滤液理化性质中发挥重要作用。为深入理解矿化垃圾中微生物群落对渗滤液有机物的降解作用,采用16S rRNA基因高通量测序技术和分析方法,研究了不同点位矿化垃圾微生物群落结构和多样性。结果表明:矿化垃圾含有丰富的微生物群落,各点位的丰富度相近,但多样性差别较大;各点位均含有(相对丰度>1.0%)厚壁菌门(Firmicutes)、广古菌门(Euryarchaeota)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、互养菌门(Synergistetes)、放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、热孢菌门(Thermotogae)和Atribacteria;厚壁菌门在K1、K2、K3和K4点位相对丰度最高,分别为39.10%、31.79%、47.09%和33.84%,为优势菌门;广古菌门在渗滤液有机负荷较高的K1、K2点位以及水力停留时间较长的K4点位相对丰度较高,而在中部K3点位的相对丰度较低。微生物群落结构和多样性与渗滤液负荷相关,在渗滤液负荷较高的矿化垃圾层,微生物群落多样性较高。
矿化垃圾层含有的丰富微生物群落在稳定渗滤液理化性质中发挥重要作用。为深入理解矿化垃圾中微生物群落对渗滤液有机物的降解作用,采用16S rRNA基因高通量测序技术和分析方法,研究了不同点位矿化垃圾微生物群落结构和多样性。结果表明:矿化垃圾含有丰富的微生物群落,各点位的丰富度相近,但多样性差别较大;各点位均含有(相对丰度>1.0%)厚壁菌门(Firmicutes)、广古菌门(Euryarchaeota)、绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、互养菌门(Synergistetes)、放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、热孢菌门(Thermotogae)和Atribacteria;厚壁菌门在K1、K2、K3和K4点位相对丰度最高,分别为39.10%、31.79%、47.09%和33.84%,为优势菌门;广古菌门在渗滤液有机负荷较高的K1、K2点位以及水力停留时间较长的K4点位相对丰度较高,而在中部K3点位的相对丰度较低。微生物群落结构和多样性与渗滤液负荷相关,在渗滤液负荷较高的矿化垃圾层,微生物群落多样性较高。
2022, 40(2): 47-52.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202008
摘要:
考察了连续流A2/O系统在3个有机负荷[0.29,0.58,1.16 kg COD/(m3·d)]条件下,胞外聚合物(EPS)分泌特性及信号分子(AHLs)的释放差异。结果表明:TB-EPS是污泥系统中EPS主要成分,TB-EPS组分具有较高的分子量,且分子量分布更广。有机负荷对LB-EPS各组分的影响大于TB-EPS。随着有机负荷的增加,LB-EPS中多糖(PS)含量增加趋势较蛋白质(PN)更明显,使得高负荷下污泥系统具有较强的沉降性。不同有机负荷下系统中AHLs的含量和种类相差较大。C10-HSL、C12-HSL和C14-HSL均在污泥中占主导地位。AHLs与LB-EPS及其组分的相关性较弱,较多AHLs类型与TB-EPS存在显著或较强的相关性,为AHLs调节EPS的合成从而实现系统稳定运行提供了理论支撑。
考察了连续流A2/O系统在3个有机负荷[0.29,0.58,1.16 kg COD/(m3·d)]条件下,胞外聚合物(EPS)分泌特性及信号分子(AHLs)的释放差异。结果表明:TB-EPS是污泥系统中EPS主要成分,TB-EPS组分具有较高的分子量,且分子量分布更广。有机负荷对LB-EPS各组分的影响大于TB-EPS。随着有机负荷的增加,LB-EPS中多糖(PS)含量增加趋势较蛋白质(PN)更明显,使得高负荷下污泥系统具有较强的沉降性。不同有机负荷下系统中AHLs的含量和种类相差较大。C10-HSL、C12-HSL和C14-HSL均在污泥中占主导地位。AHLs与LB-EPS及其组分的相关性较弱,较多AHLs类型与TB-EPS存在显著或较强的相关性,为AHLs调节EPS的合成从而实现系统稳定运行提供了理论支撑。
2022, 40(2): 53-58,153.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202009
摘要:
为研究白洋淀夏秋季各典型淀区沉积物中氮赋存形态及分布特征,采用逐级提取方法将沉积物中氮分为离子交换态氮(IEF-N)、弱酸可浸取态氮(WAEF-N)、强碱可浸取态氮(SAEF-N)和强氧化剂可浸取态氮(SOEF-N),并对沉积物各形态可转化态氮与间隙水氨氮、硝氮的相关性进行分析。结果表明:夏季沉积物TN含量为3195.95~6335.34 mg/kg,秋季沉积物TN含量为3553.89~5786.3 mg/kg,原始区和养殖区的TN含量夏秋两季差异最大;夏秋两季15个采样点及5个功能区各形态氮含量均表现为WAEF-N>SOEF-N>SAEF-N>IEF-N,各形态可转化态氮含量无明显的季节变化特征;相关分析表明,沉积物中的弱酸可浸取态氨氮、硝氮与间隙水中的氨氮、硝氮在夏秋两季均相关性显著(P<0.05)。
为研究白洋淀夏秋季各典型淀区沉积物中氮赋存形态及分布特征,采用逐级提取方法将沉积物中氮分为离子交换态氮(IEF-N)、弱酸可浸取态氮(WAEF-N)、强碱可浸取态氮(SAEF-N)和强氧化剂可浸取态氮(SOEF-N),并对沉积物各形态可转化态氮与间隙水氨氮、硝氮的相关性进行分析。结果表明:夏季沉积物TN含量为3195.95~6335.34 mg/kg,秋季沉积物TN含量为3553.89~5786.3 mg/kg,原始区和养殖区的TN含量夏秋两季差异最大;夏秋两季15个采样点及5个功能区各形态氮含量均表现为WAEF-N>SOEF-N>SAEF-N>IEF-N,各形态可转化态氮含量无明显的季节变化特征;相关分析表明,沉积物中的弱酸可浸取态氨氮、硝氮与间隙水中的氨氮、硝氮在夏秋两季均相关性显著(P<0.05)。
2022, 40(2): 59-65,198.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202010
摘要:
海岛水资源供需矛盾日益显著。综合运用地球物理勘探、水文地质钻探及同位素示踪分析对广东省珠海市万山岛的推船湾库区开展地下水资源可调蓄性和可再生性评价工作。通过高密度电阻率法和水文地质钻探法揭示库区地层结构,发现松散沉积物含水层在空间上分布不连续,与裂隙含水层共同构成该区地下水主要含水层,基岩层构成隔水底板;松散沉积含水层的渗透系数为8.30×10-3 cm/s,给水度为0.32;裂隙含水层的渗透系数为2.52×10-5 cm/s,给水度为0.10;推船湾库区含水层的地下水储存量约为14873 m3,储水空间较大。利用同位素示踪确定降水是地下水的主要来源,通过径流分割确定地下水补给量为145065 m3/a,地下水更新周期约为37 d,表明库区地下水补给条件较好,具有可再生性。研究结果为解决花岗岩海岛地下水资源勘探和管理提供了技术参考。
海岛水资源供需矛盾日益显著。综合运用地球物理勘探、水文地质钻探及同位素示踪分析对广东省珠海市万山岛的推船湾库区开展地下水资源可调蓄性和可再生性评价工作。通过高密度电阻率法和水文地质钻探法揭示库区地层结构,发现松散沉积物含水层在空间上分布不连续,与裂隙含水层共同构成该区地下水主要含水层,基岩层构成隔水底板;松散沉积含水层的渗透系数为8.30×10-3 cm/s,给水度为0.32;裂隙含水层的渗透系数为2.52×10-5 cm/s,给水度为0.10;推船湾库区含水层的地下水储存量约为14873 m3,储水空间较大。利用同位素示踪确定降水是地下水的主要来源,通过径流分割确定地下水补给量为145065 m3/a,地下水更新周期约为37 d,表明库区地下水补给条件较好,具有可再生性。研究结果为解决花岗岩海岛地下水资源勘探和管理提供了技术参考。
2022, 40(2): 66-70.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202011
摘要:
为了解城市河道型坝控景观水体水质现状,于2018年1,4,8,11月分别对渭河关中段4处坝控景观河道展开调查。基于综合水质指数(WQI)与营养状态指数(TLI)对4个坝控景观河道水体的水质以及富营养化状况进行评价。结果表明:4个坝控景观河道水体2018年全年WQI平均值为47.65~56.18,水质状况总体为中等至差;全年TLI均值为61.50~66.42,营养状态分级为中度富营养。WQI与TLI评价结果呈显著负相关(r=-0.771,P<0.001)。2种水质评价结果综合表明,渭河关中流域坝控景观河道冬、春季水质相对较好,营养水平较低;夏秋季水质较差,营养水平较高。
为了解城市河道型坝控景观水体水质现状,于2018年1,4,8,11月分别对渭河关中段4处坝控景观河道展开调查。基于综合水质指数(WQI)与营养状态指数(TLI)对4个坝控景观河道水体的水质以及富营养化状况进行评价。结果表明:4个坝控景观河道水体2018年全年WQI平均值为47.65~56.18,水质状况总体为中等至差;全年TLI均值为61.50~66.42,营养状态分级为中度富营养。WQI与TLI评价结果呈显著负相关(r=-0.771,P<0.001)。2种水质评价结果综合表明,渭河关中流域坝控景观河道冬、春季水质相对较好,营养水平较低;夏秋季水质较差,营养水平较高。
2022, 40(2): 71-80.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202012
摘要:
为研究《打赢蓝天保卫战三年行动计划》等政策实施后北京及其周边区域夏季环境PM2.5含碳组分特征及来源,2019年7月分别在北京城区与河北郊区的2个站点同步连续采集大气PM2.5样品,利用热光碳分析仪分别测定了有机碳(OC)和元素碳(EC)及其组分的质量浓度;通过最小OC/EC比值法、最小相关系数法估算了二次有机碳(SOC)浓度;利用主成分分析、后向轨迹分析等方法探究了含碳气溶胶的来源。结果表明:夏季北京城区PM2.5中ρ(OC)和ρ(EC)平均分别为(6.34±0.64),(1.96±0.29)μg/m3,分别占ρ(PM2.5)的18.65%和5.78%;河北郊区PM2.5中ρ(OC)与ρ(EC)平均分别为(6.29±0.79),(3.54±0.63)μg/m3,分别占ρ(PM2.5)的17.69%和9.53%。2种方法估算出北京城区的ρ(SOC)分别为(3.35±0.59),3.98μg/m3,分别占ρ(OC)的(51.77±6.97)%和68.48%;河北郊区的ρ(SOC)分别为(3.28±0.69),4.17μg/m3,分别占ρ(OC)的(62.42±9.62)%和68.32%。此外,夏季北京城区与河北郊区均存在较为严重的二次污染;北京城区含碳组分主要污染源是混合机动车排放、道路扬尘及燃烧源;而工业燃煤排放、机动车尾气及扬尘是河北郊区含碳组分的主要污染源。后向轨迹分析发现,夏季气团轨迹主要来自东南、西南及偏南方向,且对北京城区与河北郊区2个区域PM2.5中碳组分的影响较大。
为研究《打赢蓝天保卫战三年行动计划》等政策实施后北京及其周边区域夏季环境PM2.5含碳组分特征及来源,2019年7月分别在北京城区与河北郊区的2个站点同步连续采集大气PM2.5样品,利用热光碳分析仪分别测定了有机碳(OC)和元素碳(EC)及其组分的质量浓度;通过最小OC/EC比值法、最小相关系数法估算了二次有机碳(SOC)浓度;利用主成分分析、后向轨迹分析等方法探究了含碳气溶胶的来源。结果表明:夏季北京城区PM2.5中ρ(OC)和ρ(EC)平均分别为(6.34±0.64),(1.96±0.29)μg/m3,分别占ρ(PM2.5)的18.65%和5.78%;河北郊区PM2.5中ρ(OC)与ρ(EC)平均分别为(6.29±0.79),(3.54±0.63)μg/m3,分别占ρ(PM2.5)的17.69%和9.53%。2种方法估算出北京城区的ρ(SOC)分别为(3.35±0.59),3.98μg/m3,分别占ρ(OC)的(51.77±6.97)%和68.48%;河北郊区的ρ(SOC)分别为(3.28±0.69),4.17μg/m3,分别占ρ(OC)的(62.42±9.62)%和68.32%。此外,夏季北京城区与河北郊区均存在较为严重的二次污染;北京城区含碳组分主要污染源是混合机动车排放、道路扬尘及燃烧源;而工业燃煤排放、机动车尾气及扬尘是河北郊区含碳组分的主要污染源。后向轨迹分析发现,夏季气团轨迹主要来自东南、西南及偏南方向,且对北京城区与河北郊区2个区域PM2.5中碳组分的影响较大。
2022, 40(2): 81-87.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202013
摘要:
以粉煤灰与电石渣的混合物(FC)作为载体,Na2O为活性组分,采用超声波浸渍法制备了吸附剂Na2O/FC。通过XRD、BET、SEM分析对吸附剂进行表征,探讨在微波辐射下吸附剂协同脱硫脱硝机制。结果表明:微波下Na2O负载可显著提高吸附剂的性能;6%Na2O/FC(其中6%代表活性组分Na2O在吸附剂中质量分数)的协同脱硫脱硝性能最佳,其脱硫t90%和t50%(tx%为吸附剂的脱硫率或脱硝率达到x%时的反应时间)分别为12,73 min,脱硝t90%和t50%分别为4,16 min。机理分析表明:协同脱硫脱硝过程起初以物理吸附为主,反应进行一段时间后以化学吸附为主。微波下吸附剂Na2O/FC的化学吸附过程为活性氧将SO2和NO氧化为SO3和N2O5后,SO3和N2O5与金属氧化物反应生成Ca5(SiO4)2SO4、(MgxCa1-x)(NO3)2、CaSO4等硫酸盐和硝酸盐,同时活性组分Na2O可直接与吸附态的SO2与NO结合生成Na2SO3和NaNO3。
以粉煤灰与电石渣的混合物(FC)作为载体,Na2O为活性组分,采用超声波浸渍法制备了吸附剂Na2O/FC。通过XRD、BET、SEM分析对吸附剂进行表征,探讨在微波辐射下吸附剂协同脱硫脱硝机制。结果表明:微波下Na2O负载可显著提高吸附剂的性能;6%Na2O/FC(其中6%代表活性组分Na2O在吸附剂中质量分数)的协同脱硫脱硝性能最佳,其脱硫t90%和t50%(tx%为吸附剂的脱硫率或脱硝率达到x%时的反应时间)分别为12,73 min,脱硝t90%和t50%分别为4,16 min。机理分析表明:协同脱硫脱硝过程起初以物理吸附为主,反应进行一段时间后以化学吸附为主。微波下吸附剂Na2O/FC的化学吸附过程为活性氧将SO2和NO氧化为SO3和N2O5后,SO3和N2O5与金属氧化物反应生成Ca5(SiO4)2SO4、(MgxCa1-x)(NO3)2、CaSO4等硫酸盐和硝酸盐,同时活性组分Na2O可直接与吸附态的SO2与NO结合生成Na2SO3和NaNO3。
2022, 40(2): 88-92,99.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202014
摘要:
提出了一种绿色回收废旧钴酸锂电池正极活性物质的方法。采用酒石酸为浸出剂和还原剂,湿法回收废旧钴酸锂电池中的钴和锂。结果表明:钴酸锂与酒石酸摩尔比为1∶4,反应固液比为15 g/L,反应温度为90℃,反应时间为5 h时,金属钴和锂的浸出率分别为92.95%、91.86%;动力学分析显示,Co、Li浸出反应利用经典模型拟合效果最佳,其表观活化能分别为55.20,63.65 kJ/mol,浸出过程属于吸热反应和化学反应控制。该工艺可实现废旧钴酸锂正极活性物质的高效绿色回收,为其他废旧锂离子电池的回收提供理论基础。
提出了一种绿色回收废旧钴酸锂电池正极活性物质的方法。采用酒石酸为浸出剂和还原剂,湿法回收废旧钴酸锂电池中的钴和锂。结果表明:钴酸锂与酒石酸摩尔比为1∶4,反应固液比为15 g/L,反应温度为90℃,反应时间为5 h时,金属钴和锂的浸出率分别为92.95%、91.86%;动力学分析显示,Co、Li浸出反应利用经典模型拟合效果最佳,其表观活化能分别为55.20,63.65 kJ/mol,浸出过程属于吸热反应和化学反应控制。该工艺可实现废旧钴酸锂正极活性物质的高效绿色回收,为其他废旧锂离子电池的回收提供理论基础。
2022, 40(2): 93-99.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202015
摘要:
利用流化床焚烧炉与热重分析仪,研究镉(Cd)、锌(Zn)超积累植物——伴矿景天的焚烧失重与飞灰中重金属分布规律。同时,研究不同焚烧温度工况下旋风灰、布袋灰的基本特性和浸出毒性差异,以期为修复植物焚烧产物的进一步处置和资源化利用提供支持。结果表明:伴矿景天焚烧失重可分为水分蒸发、快速裂解和固定碳燃烧3个阶段;旋风灰和布袋灰粒径均呈正态分布规律,且布袋灰粒径更小;2种飞灰的微形貌复杂多样,多为杆状、小球状、不规则的聚合体以及蜂窝状多孔结构;飞灰中Cd、Zn和Pb浓度均随温度升高呈先升高后降低的现象,并在800℃时达到最大值。2种飞灰的TCLP重金属浸出毒性均远超标准限值,存在严重浸出风险。
利用流化床焚烧炉与热重分析仪,研究镉(Cd)、锌(Zn)超积累植物——伴矿景天的焚烧失重与飞灰中重金属分布规律。同时,研究不同焚烧温度工况下旋风灰、布袋灰的基本特性和浸出毒性差异,以期为修复植物焚烧产物的进一步处置和资源化利用提供支持。结果表明:伴矿景天焚烧失重可分为水分蒸发、快速裂解和固定碳燃烧3个阶段;旋风灰和布袋灰粒径均呈正态分布规律,且布袋灰粒径更小;2种飞灰的微形貌复杂多样,多为杆状、小球状、不规则的聚合体以及蜂窝状多孔结构;飞灰中Cd、Zn和Pb浓度均随温度升高呈先升高后降低的现象,并在800℃时达到最大值。2种飞灰的TCLP重金属浸出毒性均远超标准限值,存在严重浸出风险。
2022, 40(2): 100-105,112.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202016
摘要:
利用机械力化学法修复多环芳烃污染土壤,以四环芳烃芘为代表污染物,研究了球磨时间和球磨转速对土壤中芘去除率的影响。当球磨时间为6 h,球磨速度为500 r/min时,土壤中芘去除率为93.78%。利用SiO2作为模拟土壤,通过对球磨前后模拟土壤的GC-MS、红外光谱和拉曼光谱分析,探索芘的降解途径和机理。机械力化学修复过程中,芘的苯环被破坏,部分中间产物为环数较少的多环芳烃(PAHs)、碳链较短的烷烃,还有部分被碳化成石墨和不定形碳。利用机械力化学法对实际污染土壤进行修复,修复后土壤中芘和荧蒽浓度分别为21.45,35.68 mg/kg。机械力化学法修复多环芳烃污染土壤具有可行性和广泛的应用前景。
利用机械力化学法修复多环芳烃污染土壤,以四环芳烃芘为代表污染物,研究了球磨时间和球磨转速对土壤中芘去除率的影响。当球磨时间为6 h,球磨速度为500 r/min时,土壤中芘去除率为93.78%。利用SiO2作为模拟土壤,通过对球磨前后模拟土壤的GC-MS、红外光谱和拉曼光谱分析,探索芘的降解途径和机理。机械力化学修复过程中,芘的苯环被破坏,部分中间产物为环数较少的多环芳烃(PAHs)、碳链较短的烷烃,还有部分被碳化成石墨和不定形碳。利用机械力化学法对实际污染土壤进行修复,修复后土壤中芘和荧蒽浓度分别为21.45,35.68 mg/kg。机械力化学法修复多环芳烃污染土壤具有可行性和广泛的应用前景。
2022, 40(2): 106-112.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202017
摘要:
通过研究4家印染废水处理厂中污泥的物化性质,包括金属元素、非金属元素、有机质和16种多环芳烃含量(Σ16PAHs),进一步探讨了经超声-芬顿(US-Fenton)处理后印染污泥中PAHs降解率与印染污泥物化性质的相关性。结果表明:4种印染污泥中Σ16PAHs浓度为983.52~2942.34 ng/g,其中低分子量PAHs浓度为570.47~1919.97 ng/g,占比超过50%,是Σ16PAHs的主要成分。经US-Fenton处理后,Σ16PAHs降解率为35.24%~61.80%,低分子量PAHs降解率比高分子量PAHs降解率高,分别为28.22%~40.48%和11.76%~24.04%。印染污泥的物化性质对PAHs降解率具有显著影响,其中碳元素、铁元素和有机质分别与PAHs降解率呈负相关,而钙元素与PAHs降解率呈正相关。研究结果可为US-Fenton降解印染污泥中PAHs的机理研究提供理论依据。
通过研究4家印染废水处理厂中污泥的物化性质,包括金属元素、非金属元素、有机质和16种多环芳烃含量(Σ16PAHs),进一步探讨了经超声-芬顿(US-Fenton)处理后印染污泥中PAHs降解率与印染污泥物化性质的相关性。结果表明:4种印染污泥中Σ16PAHs浓度为983.52~2942.34 ng/g,其中低分子量PAHs浓度为570.47~1919.97 ng/g,占比超过50%,是Σ16PAHs的主要成分。经US-Fenton处理后,Σ16PAHs降解率为35.24%~61.80%,低分子量PAHs降解率比高分子量PAHs降解率高,分别为28.22%~40.48%和11.76%~24.04%。印染污泥的物化性质对PAHs降解率具有显著影响,其中碳元素、铁元素和有机质分别与PAHs降解率呈负相关,而钙元素与PAHs降解率呈正相关。研究结果可为US-Fenton降解印染污泥中PAHs的机理研究提供理论依据。
2022, 40(2): 113-119.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202018
摘要:
热解气化技术作为一种城市固体废弃物(municipal solid waste, MSW)无害化处理的方式,其相关研究具有现实意义。利用Aspen Plus软件建立了MSW固定床热解气化模型,在模型验证的基础上探讨了气化温度、气化压力和空气当量比对MSW热解气化过程的影响。通过二次回归正交试验法得出MSW热解气化过程中气体产率、产气热值和气化效率与各工艺参数之间的函数关系,并利用Matlab软件对函数关系进行计算,求得最优工艺参数组合。结果显示:随着气化温度的升高,产气热值增加幅度降低,气体产率和气化效率均呈先增加后趋于稳定的趋势。各参数对气化效率的影响程度排序为空气当量比>气化温度>气化压力。当气化温度为891℃,气化压力为1.01×105 Pa,空气当量比为0.2时,气化效率达到最大。
热解气化技术作为一种城市固体废弃物(municipal solid waste, MSW)无害化处理的方式,其相关研究具有现实意义。利用Aspen Plus软件建立了MSW固定床热解气化模型,在模型验证的基础上探讨了气化温度、气化压力和空气当量比对MSW热解气化过程的影响。通过二次回归正交试验法得出MSW热解气化过程中气体产率、产气热值和气化效率与各工艺参数之间的函数关系,并利用Matlab软件对函数关系进行计算,求得最优工艺参数组合。结果显示:随着气化温度的升高,产气热值增加幅度降低,气体产率和气化效率均呈先增加后趋于稳定的趋势。各参数对气化效率的影响程度排序为空气当量比>气化温度>气化压力。当气化温度为891℃,气化压力为1.01×105 Pa,空气当量比为0.2时,气化效率达到最大。
2022, 40(2): 120-126.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202019
摘要:
填埋场覆土中甲烷氧化菌的生物氧化作用,是填埋场CH4最主要的自然减排途径,但通常传统的覆土材料CH4氧化能力并不足。生物炭可用于强化填埋场覆土的CH4氧化性能,同时,填埋气中的硫化氢(H2S)也易被生物炭吸附转化,可能为CH4氧化带来潜在影响,需要进一步探究和揭示。在前期实验基础上,设计了一种生物炭改性覆土材料,接种富集的甲烷氧化菌菌液后,分别于4种不同H2S浓度(0、0.01%、0.025%和0.1%,体积分数)下进行4个周期的CH4氧化孵化实验。结果表明:随着H2S浓度的增加,生物炭改性覆土的CH4氧化能力先减弱再增强最后再减弱:0.01%H2S下,CH4氧化相较于无H2S组降低11.5%;而0.025%H2S下,CH4氧化提升了17%;0.1%H2S则显著抑制了CH4氧化,使之降低了28.8%。结合CH4氧化结果以及土壤理化性质变化,推断0.025%左右的低浓度H2S可通过正向刺激甲烷单加氧酶提升生物炭改性覆土的CH4氧化能力,而高浓度H2S由于其微生物毒性及吸附氧化过程可能的氧气竞争,表现出对CH4氧化明显的抑制。
填埋场覆土中甲烷氧化菌的生物氧化作用,是填埋场CH4最主要的自然减排途径,但通常传统的覆土材料CH4氧化能力并不足。生物炭可用于强化填埋场覆土的CH4氧化性能,同时,填埋气中的硫化氢(H2S)也易被生物炭吸附转化,可能为CH4氧化带来潜在影响,需要进一步探究和揭示。在前期实验基础上,设计了一种生物炭改性覆土材料,接种富集的甲烷氧化菌菌液后,分别于4种不同H2S浓度(0、0.01%、0.025%和0.1%,体积分数)下进行4个周期的CH4氧化孵化实验。结果表明:随着H2S浓度的增加,生物炭改性覆土的CH4氧化能力先减弱再增强最后再减弱:0.01%H2S下,CH4氧化相较于无H2S组降低11.5%;而0.025%H2S下,CH4氧化提升了17%;0.1%H2S则显著抑制了CH4氧化,使之降低了28.8%。结合CH4氧化结果以及土壤理化性质变化,推断0.025%左右的低浓度H2S可通过正向刺激甲烷单加氧酶提升生物炭改性覆土的CH4氧化能力,而高浓度H2S由于其微生物毒性及吸附氧化过程可能的氧气竞争,表现出对CH4氧化明显的抑制。
2022, 40(2): 127-131,138.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202020
摘要:
采用微波-热重反应装置,针对绝缘油污染土壤进行微波热脱附试验,考察不同温度下绝缘油脱附效率以及污染土壤失重规律,并在此基础上对土壤中残余绝缘油组分及分布进行分析。结果表明:当温度达到400℃以上时,土壤中绝缘油去除效果较好,绝缘油去除率可达到98.6%,能够满足土壤修复要求。含油土壤随着温度升高主要经历水分挥发、易挥发性有机物析出、难挥发性有机物析出等阶段,在100~200℃阶段,主要是土壤中水分和部分低挥发性有机物析出;在400~500℃阶段,主要是土壤中绝缘油析出。土壤中绝缘油的成分以C12—C21烷烃类化合物和5~6环芳香烃为主,当温度达到400℃以后,绝缘油中各组分逐步被完全脱附,综合考虑脱附效率和经济性原则,绝缘油污染土壤脱附温度以400~450℃为宜。
采用微波-热重反应装置,针对绝缘油污染土壤进行微波热脱附试验,考察不同温度下绝缘油脱附效率以及污染土壤失重规律,并在此基础上对土壤中残余绝缘油组分及分布进行分析。结果表明:当温度达到400℃以上时,土壤中绝缘油去除效果较好,绝缘油去除率可达到98.6%,能够满足土壤修复要求。含油土壤随着温度升高主要经历水分挥发、易挥发性有机物析出、难挥发性有机物析出等阶段,在100~200℃阶段,主要是土壤中水分和部分低挥发性有机物析出;在400~500℃阶段,主要是土壤中绝缘油析出。土壤中绝缘油的成分以C12—C21烷烃类化合物和5~6环芳香烃为主,当温度达到400℃以后,绝缘油中各组分逐步被完全脱附,综合考虑脱附效率和经济性原则,绝缘油污染土壤脱附温度以400~450℃为宜。
2022, 40(2): 132-138.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202021
摘要:
为探讨废弃农药厂遗留土壤重金属污染程度,并针对该污染土探究焙烧法修复效果,基于潜在生态危害指数法对焙烧修复效果进行评价。采集浙江某废弃农药厂遗留污染土,采用XRF分析仪测定土壤中重金属元素总量和有效态含量,分析该区域土壤重金属污染特征,通过焙烧法对污染土进行修复。结果表明:该污染场地内重金属污染主要由Zn、Cu、Co、Cr、V、Pb构成,其中Zn、V、Pb元素总量和有效态含量均低于浙江省金衢盆区域背景值,而Cu、Co、Cr元素总量和有效态含量均超出背景值,已构成污染;基于重金属有效态含量的潜在生态风险评价结果显示,该场地已达到第4级别生态危害程度(很强);焙烧试验表明,400℃焙烧1 h为该污染土壤的最优焙烧条件,该条件下Cu、Cr元素对应的潜在生态风险系数明显降低,潜在生态风险评价结果已降低到第2级(中等),污染场地达到较低的危害程度,但仍需进一步修复Co元素对环境的影响。焙烧修复作为一种简单且高效的修复技术,不仅能作为一种常规的修复手段,同样适用于重金属污染土紧急修复项目,具有广阔的前景。
为探讨废弃农药厂遗留土壤重金属污染程度,并针对该污染土探究焙烧法修复效果,基于潜在生态危害指数法对焙烧修复效果进行评价。采集浙江某废弃农药厂遗留污染土,采用XRF分析仪测定土壤中重金属元素总量和有效态含量,分析该区域土壤重金属污染特征,通过焙烧法对污染土进行修复。结果表明:该污染场地内重金属污染主要由Zn、Cu、Co、Cr、V、Pb构成,其中Zn、V、Pb元素总量和有效态含量均低于浙江省金衢盆区域背景值,而Cu、Co、Cr元素总量和有效态含量均超出背景值,已构成污染;基于重金属有效态含量的潜在生态风险评价结果显示,该场地已达到第4级别生态危害程度(很强);焙烧试验表明,400℃焙烧1 h为该污染土壤的最优焙烧条件,该条件下Cu、Cr元素对应的潜在生态风险系数明显降低,潜在生态风险评价结果已降低到第2级(中等),污染场地达到较低的危害程度,但仍需进一步修复Co元素对环境的影响。焙烧修复作为一种简单且高效的修复技术,不仅能作为一种常规的修复手段,同样适用于重金属污染土紧急修复项目,具有广阔的前景。
2022, 40(2): 139-145,205.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202022
摘要:
以鄂东南某铅锌矿区147.3 hm2农用地土壤为研究对象,通过现场采样及实验室测试,对土壤重金属Cu、Cr、Ni、Zn、Pb、Cd、As和Hg含量进行分析和评价。结果表明:Cu、Zn、Pb、Cd和As的点位超标率分别为33.7%、49.0%、73.5%、95.9%和85.7%,单因子污染指数顺序为Cd>As>Pb>Zn>Cu;通过内梅罗综合污染指数评价,重度污染、中度污染、轻微污染的点位比例分别为59.18%、12.24%、27.55%;通过土壤和农产品综合质量指数法评价,矿区农用地土壤大部分呈重度污染状态(土壤综合质量影响指数IICQS>5),与Pb、Cd和As含量高值并集区域分布一致;而农产品大部分属于清洁或轻微污染状态(农产品综合质量影响指数IICQAP<2),超标点位分布无明显规律;IICQS值与IICQAP值无显著相关性;IICQ值与IICQS值的分布相一致,研究区内农用地IICQ均值为7.84,属于重度污染。结合现场调查及数据分析,对矿区农用地土壤污染概念模型提出了初步构想。根据《农用地土壤环境质量类别划分技术指南(试行)》,结合农产品调查结果,将矿区农用地中的耕地划分为优先保护Ⅱ类(21.4 hm2)、安全利用Ⅰ类(57.8 hm2)、安全利用类荒地(29 hm2)、安全利用Ⅱ类(1.2 hm2)、严格管控类(37.9 hm2)。
以鄂东南某铅锌矿区147.3 hm2农用地土壤为研究对象,通过现场采样及实验室测试,对土壤重金属Cu、Cr、Ni、Zn、Pb、Cd、As和Hg含量进行分析和评价。结果表明:Cu、Zn、Pb、Cd和As的点位超标率分别为33.7%、49.0%、73.5%、95.9%和85.7%,单因子污染指数顺序为Cd>As>Pb>Zn>Cu;通过内梅罗综合污染指数评价,重度污染、中度污染、轻微污染的点位比例分别为59.18%、12.24%、27.55%;通过土壤和农产品综合质量指数法评价,矿区农用地土壤大部分呈重度污染状态(土壤综合质量影响指数IICQS>5),与Pb、Cd和As含量高值并集区域分布一致;而农产品大部分属于清洁或轻微污染状态(农产品综合质量影响指数IICQAP<2),超标点位分布无明显规律;IICQS值与IICQAP值无显著相关性;IICQ值与IICQS值的分布相一致,研究区内农用地IICQ均值为7.84,属于重度污染。结合现场调查及数据分析,对矿区农用地土壤污染概念模型提出了初步构想。根据《农用地土壤环境质量类别划分技术指南(试行)》,结合农产品调查结果,将矿区农用地中的耕地划分为优先保护Ⅱ类(21.4 hm2)、安全利用Ⅰ类(57.8 hm2)、安全利用类荒地(29 hm2)、安全利用Ⅱ类(1.2 hm2)、严格管控类(37.9 hm2)。
2022, 40(2): 146-153.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202023
摘要:
采用1套60000 m3/h蓄热式热力燃烧炉(regenerative thermal oxidizer, RTO)处理工业VOCs废气,装置投运后出现废气停留时间不足、净化气VOCs浓度波动大的情况,采用流场数值模拟分析后发现,系由RTO燃烧室结构设计不合理造成。为解决此问题,采用数值模拟优化燃烧室结构,确定设计和改进参数,将结构优化结果应用于RTO装置,设置斜板和挡墙,延长收窄通道。模拟结果和实际应用表明:结构优化有效改善了进气侧燃烧室内流场分布的均匀性,提高了燃烧室内整体湍流动能水平,扩大了燃烧室内的高温区域范围;在实际运行中,优化后净化气VOCs浓度波动大幅降低,不同运行阶段的浓度差异仅为4 mg/m3左右,缩小了78%,VOCs去除效率(RE)长期保持在99.5%以上,RTO燃烧室的结构模拟优化与应用实现了工业VOCs废气的高效净化,为未来RTO装置的结构优化设计提供参考。
采用1套60000 m3/h蓄热式热力燃烧炉(regenerative thermal oxidizer, RTO)处理工业VOCs废气,装置投运后出现废气停留时间不足、净化气VOCs浓度波动大的情况,采用流场数值模拟分析后发现,系由RTO燃烧室结构设计不合理造成。为解决此问题,采用数值模拟优化燃烧室结构,确定设计和改进参数,将结构优化结果应用于RTO装置,设置斜板和挡墙,延长收窄通道。模拟结果和实际应用表明:结构优化有效改善了进气侧燃烧室内流场分布的均匀性,提高了燃烧室内整体湍流动能水平,扩大了燃烧室内的高温区域范围;在实际运行中,优化后净化气VOCs浓度波动大幅降低,不同运行阶段的浓度差异仅为4 mg/m3左右,缩小了78%,VOCs去除效率(RE)长期保持在99.5%以上,RTO燃烧室的结构模拟优化与应用实现了工业VOCs废气的高效净化,为未来RTO装置的结构优化设计提供参考。
2022, 40(2): 154-161.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202024
摘要:
我国钢渣年产量过亿吨,累计堆存量巨大,利用率低,已对生态环境构成严重危害。基于此,开展了钢铁渣粉在高性能混凝土中的应用研究,研究表明:钢铁渣粉掺量超过胶材总量30%时,混凝土抗压强度呈显著降低趋势,胶材总量中钢铁渣粉掺量越大影响越显著;随着钢铁渣粉掺量和胶材总量的增加,混凝土的抗渗性能得到显著提高;钢铁渣粉掺量占胶材总量的40%~50%时,混凝土的抗冻性能也相对较好。随着钢铁渣粉掺量增加,钢铁渣粉混凝土水化热显著降低。大体积混凝土试件温升试验表明,钢铁渣粉混凝土试件与双掺矿渣粉+粉煤灰混凝土试件相比,可显著降低混凝土试件中心的温升,有效抑制大体积混凝土试件的温升开裂问题。该成果可为钢铁渣粉在混凝土中的应用提供参考数据。
我国钢渣年产量过亿吨,累计堆存量巨大,利用率低,已对生态环境构成严重危害。基于此,开展了钢铁渣粉在高性能混凝土中的应用研究,研究表明:钢铁渣粉掺量超过胶材总量30%时,混凝土抗压强度呈显著降低趋势,胶材总量中钢铁渣粉掺量越大影响越显著;随着钢铁渣粉掺量和胶材总量的增加,混凝土的抗渗性能得到显著提高;钢铁渣粉掺量占胶材总量的40%~50%时,混凝土的抗冻性能也相对较好。随着钢铁渣粉掺量增加,钢铁渣粉混凝土水化热显著降低。大体积混凝土试件温升试验表明,钢铁渣粉混凝土试件与双掺矿渣粉+粉煤灰混凝土试件相比,可显著降低混凝土试件中心的温升,有效抑制大体积混凝土试件的温升开裂问题。该成果可为钢铁渣粉在混凝土中的应用提供参考数据。
2022, 40(2): 162-167,176.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202025
摘要:
以Cr(Ⅵ)污染地下水场地为例,基于室内模拟实验确定的PRB墙体尺寸及反应介质,建设了国内首座连续式PRB装置,自墙体建成后运行10个月内,对墙体内外监测井水位、水环境指标进行了4次监测。结果表明:PRB墙体内地下水流速>周边含水层中地下水流速,地下水流向虽局部有所改变,但总体上仍垂直穿过PRB墙体,未出现绕流现象;连续4期监测数据显示墙体内部均无Cr(Ⅵ)检出,受丰水期影响第4期墙体上下游C(Ⅵ)浓度明显高于其他期;墙体上、下游地下水pH在6.5~8.5,符合GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》,由于墙体内部铁的腐蚀作用pH快速增大,pH值在9~10.5,明显高于墙体上、下游;墙体内部发生强烈的氧化还原反应,连续3期监测的ORP值均为负值(-260~-140 mV),处于强还原性环境;墙体内Fe(Ⅱ)浓度高于墙体外,分布不均匀,其中G3-2井处浓度最高为3.52 mg/L;墙体内Cr(Ⅵ)的去除与Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-的去除同时进行,Mg2+和SO42-是Cr(Ⅵ)去除的主要影响因素。 综上,中试尺度下可渗透反应墙修复 Cr( Ⅵ ) 污染地下水案例中,在运行 10 个月监测周期内墙体内处于强还原、碱性环境,反应材料活性高,Cr( Ⅵ )修复效果明显。
以Cr(Ⅵ)污染地下水场地为例,基于室内模拟实验确定的PRB墙体尺寸及反应介质,建设了国内首座连续式PRB装置,自墙体建成后运行10个月内,对墙体内外监测井水位、水环境指标进行了4次监测。结果表明:PRB墙体内地下水流速>周边含水层中地下水流速,地下水流向虽局部有所改变,但总体上仍垂直穿过PRB墙体,未出现绕流现象;连续4期监测数据显示墙体内部均无Cr(Ⅵ)检出,受丰水期影响第4期墙体上下游C(Ⅵ)浓度明显高于其他期;墙体上、下游地下水pH在6.5~8.5,符合GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》,由于墙体内部铁的腐蚀作用pH快速增大,pH值在9~10.5,明显高于墙体上、下游;墙体内部发生强烈的氧化还原反应,连续3期监测的ORP值均为负值(-260~-140 mV),处于强还原性环境;墙体内Fe(Ⅱ)浓度高于墙体外,分布不均匀,其中G3-2井处浓度最高为3.52 mg/L;墙体内Cr(Ⅵ)的去除与Ca2+、Mg2+、HCO3-、SO42-的去除同时进行,Mg2+和SO42-是Cr(Ⅵ)去除的主要影响因素。 综上,中试尺度下可渗透反应墙修复 Cr( Ⅵ ) 污染地下水案例中,在运行 10 个月监测周期内墙体内处于强还原、碱性环境,反应材料活性高,Cr( Ⅵ )修复效果明显。
2022, 40(2): 168-176.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202026
摘要:
以玉米秸秆为主要原料,采用纤维素酶对其进行酶解,通过添加环境友好型助剂,制备出一种可用于道路扬尘控制的环保型道路抑尘剂。采用响应面法优化制备了该抑尘剂,并对所制备抑尘剂产品的吸湿保湿性能及表面张力等参数进行了测试表征;以抑尘剂吸水率为评价指标,确定木聚糖酶、酸性纤维素酶、纤维二糖酶和β-葡聚糖酶的最佳质量比为2∶2∶1∶1;以抑尘剂物化性能和实际性能确定出秸秆∶丙三醇∶氯化镁∶α-烯基磺酸钠∶聚丙烯酰胺的最佳质量比为1∶4∶3∶0.05∶0.001(干重)。所开发抑尘剂具有良好的润湿性能及抗蒸发性能,在7.8 m/s风速下,2 h内抑尘率达到100%。
以玉米秸秆为主要原料,采用纤维素酶对其进行酶解,通过添加环境友好型助剂,制备出一种可用于道路扬尘控制的环保型道路抑尘剂。采用响应面法优化制备了该抑尘剂,并对所制备抑尘剂产品的吸湿保湿性能及表面张力等参数进行了测试表征;以抑尘剂吸水率为评价指标,确定木聚糖酶、酸性纤维素酶、纤维二糖酶和β-葡聚糖酶的最佳质量比为2∶2∶1∶1;以抑尘剂物化性能和实际性能确定出秸秆∶丙三醇∶氯化镁∶α-烯基磺酸钠∶聚丙烯酰胺的最佳质量比为1∶4∶3∶0.05∶0.001(干重)。所开发抑尘剂具有良好的润湿性能及抗蒸发性能,在7.8 m/s风速下,2 h内抑尘率达到100%。
2022, 40(2): 177-183.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202027
摘要:
排污权交易是一种成本低廉、效果显著的水质管理机制,但由于水体污染物本身的理化特性及河流自净作用,交易的公平性面临巨大挑战,严重影响排污权交易机制的效率及水质目标的实现,而交易率是解决这一挑战的有效途径。基于SWAT模型开展大沽河流域水文和水质模拟,获得了入海口NH3-N(氨氮)负荷对不同污染源的响应;分析了交易率的空间变异性,进行了不同污染源之间的NH3-N排污权交易率体系不确定性估算。研究结果可为流域排污权交易制度的建立和完善奠定基础,为流域管理与生态恢复提供重要支撑。
排污权交易是一种成本低廉、效果显著的水质管理机制,但由于水体污染物本身的理化特性及河流自净作用,交易的公平性面临巨大挑战,严重影响排污权交易机制的效率及水质目标的实现,而交易率是解决这一挑战的有效途径。基于SWAT模型开展大沽河流域水文和水质模拟,获得了入海口NH3-N(氨氮)负荷对不同污染源的响应;分析了交易率的空间变异性,进行了不同污染源之间的NH3-N排污权交易率体系不确定性估算。研究结果可为流域排污权交易制度的建立和完善奠定基础,为流域管理与生态恢复提供重要支撑。
2022, 40(2): 184-190.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202028
摘要:
我国华南地区废塑料循环利用技术种类众多,尚未形成多元循环技术综合绩效对比分析的方法体系。以华南地区废聚丙烯(PP)为例,构建了废PP循环技术的环境-经济综合绩效评价计算方法。综合绩效结果表明,改性再生技术具有最高的综合绩效。华南地区各循环技术的综合绩效对比结果表明,应对降级利用技术进行升级,减少化学裂解与焚烧发电技术的市场占比,以达到华南地区最高的综合绩效。为此,相关行业应扩大对改性再生技术的宣传,提高该技术在废塑料循环市场的占有率。此外,政府应通过相关推广政策、加大循环工艺设施财政投入,将降级利用技术升级为改性再生技术,一方面提高技术应用企业的经济绩效,另一方面减少华南地区间的环境污染成本。
我国华南地区废塑料循环利用技术种类众多,尚未形成多元循环技术综合绩效对比分析的方法体系。以华南地区废聚丙烯(PP)为例,构建了废PP循环技术的环境-经济综合绩效评价计算方法。综合绩效结果表明,改性再生技术具有最高的综合绩效。华南地区各循环技术的综合绩效对比结果表明,应对降级利用技术进行升级,减少化学裂解与焚烧发电技术的市场占比,以达到华南地区最高的综合绩效。为此,相关行业应扩大对改性再生技术的宣传,提高该技术在废塑料循环市场的占有率。此外,政府应通过相关推广政策、加大循环工艺设施财政投入,将降级利用技术升级为改性再生技术,一方面提高技术应用企业的经济绩效,另一方面减少华南地区间的环境污染成本。
2022, 40(2): 191-198.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202029
摘要:
巨量的地铁工程余泥渣土在处置过程中会产生严重的环境影响。准确量化地铁工程余泥渣土的环境影响是对其进行有效管理的前提。为此,首先构建了地铁工程余泥渣土填埋占地量估算方法。其次,基于实地调研、半结构化访谈及文献综述,构建了地铁工程余泥渣土全生命周期碳排放评估方法。最后,以深圳地铁14号线为例,量化了余泥渣土的填埋占地量及其全生命周期碳排放。结果表明:深圳地铁14号线余泥渣土填埋处置的土地占用面积约为163.4万m2,将会产生4085万元的填埋费用;深圳地铁14号线余泥渣土全生命周期的CO2排放量约为1.8E+07 kgCO2eq。该研究结果可为政府部门科学制定地铁工程余泥渣土的管理政策提供理论方法及数据参考。
巨量的地铁工程余泥渣土在处置过程中会产生严重的环境影响。准确量化地铁工程余泥渣土的环境影响是对其进行有效管理的前提。为此,首先构建了地铁工程余泥渣土填埋占地量估算方法。其次,基于实地调研、半结构化访谈及文献综述,构建了地铁工程余泥渣土全生命周期碳排放评估方法。最后,以深圳地铁14号线为例,量化了余泥渣土的填埋占地量及其全生命周期碳排放。结果表明:深圳地铁14号线余泥渣土填埋处置的土地占用面积约为163.4万m2,将会产生4085万元的填埋费用;深圳地铁14号线余泥渣土全生命周期的CO2排放量约为1.8E+07 kgCO2eq。该研究结果可为政府部门科学制定地铁工程余泥渣土的管理政策提供理论方法及数据参考。
2022, 40(2): 199-205.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202030
摘要:
外卖行业产生的包装垃圾逐渐威胁着校园生态环境的安全,如何高效回收已成为紧迫问题。以UTAUT理论为框架,构建了绩效期望、努力期望、社会影响、感知价值4个核心变量,性别、学历、频率3个控制变量之间的影响路径,运用结构方程模型对模型路径进行实证测算,分析大学生参与包装物分类回收意愿的影响因素。研究发现:绩效期望、努力期望、感知价值对大学生分类意愿有显著正向影响,社会影响对大学生分类意愿无显著性影响,且绩效期望通过努力期望、感知价值的部分中介作用对大学生分类意愿产生间接显著正向影响;性别、学历、频率对变量间的关系有一定的调节作用。提出了科学、合理的政策建议,有助于有效提高我国外卖包装物的回收利用率,推动绿色校园的建设与落实。
外卖行业产生的包装垃圾逐渐威胁着校园生态环境的安全,如何高效回收已成为紧迫问题。以UTAUT理论为框架,构建了绩效期望、努力期望、社会影响、感知价值4个核心变量,性别、学历、频率3个控制变量之间的影响路径,运用结构方程模型对模型路径进行实证测算,分析大学生参与包装物分类回收意愿的影响因素。研究发现:绩效期望、努力期望、感知价值对大学生分类意愿有显著正向影响,社会影响对大学生分类意愿无显著性影响,且绩效期望通过努力期望、感知价值的部分中介作用对大学生分类意愿产生间接显著正向影响;性别、学历、频率对变量间的关系有一定的调节作用。提出了科学、合理的政策建议,有助于有效提高我国外卖包装物的回收利用率,推动绿色校园的建设与落实。
2022, 40(2): 206-213,224.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202031
摘要:
可渗透反应墙(PRB)技术是最具经济效益的原位地下水处理技术之一,但在运行过程中,矿物沉淀钝化和堵塞介质孔隙、气体产生及生物活动堵塞可能引起屏障材料性能的恶化,进而影响PRB运行寿命和效率。为了减轻或解决钝化和堵塞对PRB技术应用的限制,对可渗透反应屏障钝化和堵塞的研究进展及典型案例进行了归纳和研究,详细阐述了引起PRB介质钝化和堵塞的原因和机理,包括矿物沉淀、气体产生、pH的影响和生物膜作用等原因导致的PRB钝化和堵塞,其中矿物沉淀引起的堵塞类型分为钙基矿物沉淀、铁铝矿物沉淀、磷酸盐和硅酸盐类矿物沉淀堵塞。针对不同的钝化和堵塞,分析其影响因素和运行条件,为PRB结构改进设计、提高PRB运行效率和寿命,发展PRB成为长期有效的修复技术提供技术支撑。
可渗透反应墙(PRB)技术是最具经济效益的原位地下水处理技术之一,但在运行过程中,矿物沉淀钝化和堵塞介质孔隙、气体产生及生物活动堵塞可能引起屏障材料性能的恶化,进而影响PRB运行寿命和效率。为了减轻或解决钝化和堵塞对PRB技术应用的限制,对可渗透反应屏障钝化和堵塞的研究进展及典型案例进行了归纳和研究,详细阐述了引起PRB介质钝化和堵塞的原因和机理,包括矿物沉淀、气体产生、pH的影响和生物膜作用等原因导致的PRB钝化和堵塞,其中矿物沉淀引起的堵塞类型分为钙基矿物沉淀、铁铝矿物沉淀、磷酸盐和硅酸盐类矿物沉淀堵塞。针对不同的钝化和堵塞,分析其影响因素和运行条件,为PRB结构改进设计、提高PRB运行效率和寿命,发展PRB成为长期有效的修复技术提供技术支撑。
2022, 40(2): 214-224.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202032
摘要:
总结了固定生物膜-活性污泥(IFAS)工艺的相关研究进展,主要包括IFAS工艺对污染物的去除性能、与其他技术耦合后的工艺性能、关键运行参数的影响,以及动力学模拟对IFAS工艺运行过程的优化。和传统活性污泥法(CAS)比较,IFAS工艺结合悬浮污泥与附着生物膜二者的优势,对有机物和氮素等污染物表现出更好的去除效果。IFAS工艺与其他新型污水处理工艺的耦合,可提高功能菌的代谢活性、多样性及选择性。在抗运行冲击方面,IFAS工艺在C/N变化、低温及高氨氮的情况下仍具有较高的运行稳定性;在工艺优化方面,动力学模拟有助于更好地理解IFAS反应器中运行参数、生物质特性,以及工艺性能间的内在联系,从而可达到工艺优化的目的。IFAS工艺的高污染去除及抗冲击性能为我国污水处理厂的升级改造提供了很好的技术途径。为进一步提高对IFAS工艺的应用能力,未来在高性能填料的研发、生物膜挂脱膜平衡、泥膜两相间的交互作用及微生物特征分布等方面还有待进一步研究。
总结了固定生物膜-活性污泥(IFAS)工艺的相关研究进展,主要包括IFAS工艺对污染物的去除性能、与其他技术耦合后的工艺性能、关键运行参数的影响,以及动力学模拟对IFAS工艺运行过程的优化。和传统活性污泥法(CAS)比较,IFAS工艺结合悬浮污泥与附着生物膜二者的优势,对有机物和氮素等污染物表现出更好的去除效果。IFAS工艺与其他新型污水处理工艺的耦合,可提高功能菌的代谢活性、多样性及选择性。在抗运行冲击方面,IFAS工艺在C/N变化、低温及高氨氮的情况下仍具有较高的运行稳定性;在工艺优化方面,动力学模拟有助于更好地理解IFAS反应器中运行参数、生物质特性,以及工艺性能间的内在联系,从而可达到工艺优化的目的。IFAS工艺的高污染去除及抗冲击性能为我国污水处理厂的升级改造提供了很好的技术途径。为进一步提高对IFAS工艺的应用能力,未来在高性能填料的研发、生物膜挂脱膜平衡、泥膜两相间的交互作用及微生物特征分布等方面还有待进一步研究。
2022, 40(2): 225-234.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202033
摘要:
与传统的环境修复技术相比,表面效应、体积效应、量子尺寸和宏观量子隧道效应赋予了纳米材料巨大的比表面积、超强的吸附、催化和螯合能力,使得纳米材料不仅克服了传统修复技术的缺点,还表现出极高的修复效率,已被广泛应用于环境污染修复中,如纳米零价铁(nZVI)、纳米TiO2、纳米氧化铁、纳米硫化镍、纳米硫化铁以及碳纳米管等。但纳米材料易团聚、稳定性差等缺点限制了其在环境污染修复中的应用。目前,很多学者通过添加稳定剂来提高纳米材料及其复合材料的性能,主要包括表面活性剂改性、高分子化合物改性和乳化油包覆。不同类型稳定剂对纳米材料性质及其环境修复效能的影响和机制不同,然而,目前尚未见到系统地对稳定剂在纳米材料环境修复性能中应用进展的综述。因此从稳定剂的类别、性质及其添加到材料中与纳米材料及其复合材料之间的协同作用展开,论述稳定剂在提高纳米材料及其复合材料环境修复性能中的应用,并进一步提出稳定剂在提高纳米材料修复环境污染方面的研究重点,为纳米材料的应用提供理论支撑。
与传统的环境修复技术相比,表面效应、体积效应、量子尺寸和宏观量子隧道效应赋予了纳米材料巨大的比表面积、超强的吸附、催化和螯合能力,使得纳米材料不仅克服了传统修复技术的缺点,还表现出极高的修复效率,已被广泛应用于环境污染修复中,如纳米零价铁(nZVI)、纳米TiO2、纳米氧化铁、纳米硫化镍、纳米硫化铁以及碳纳米管等。但纳米材料易团聚、稳定性差等缺点限制了其在环境污染修复中的应用。目前,很多学者通过添加稳定剂来提高纳米材料及其复合材料的性能,主要包括表面活性剂改性、高分子化合物改性和乳化油包覆。不同类型稳定剂对纳米材料性质及其环境修复效能的影响和机制不同,然而,目前尚未见到系统地对稳定剂在纳米材料环境修复性能中应用进展的综述。因此从稳定剂的类别、性质及其添加到材料中与纳米材料及其复合材料之间的协同作用展开,论述稳定剂在提高纳米材料及其复合材料环境修复性能中的应用,并进一步提出稳定剂在提高纳米材料修复环境污染方面的研究重点,为纳米材料的应用提供理论支撑。
2022, 40(2): 235-239.
doi: 10.13205/j.hjgc.202202034
摘要:
转炉钢渣遇水膨胀带来的安定性问题是制约钢渣在筑路和建材方面大规模应用的主要原因。分析了造成我国转炉钢渣体积安定性不良的主要原因,从5个方面对比分析了各评价方法的优缺点:f-CaO含量测定可作为辅助手段快速评价钢渣中主要膨胀性矿物含量;压蒸粉化率适合评价f-CaO和方镁石引起的膨胀粉化;砂浆棒线性膨胀率还需进一步完善试验方法;10 d浸水膨胀率可以有效检验筑路用钢渣的安定性;而压蒸法检验钢渣集料混凝土的安定性过于苛刻。这5种评价方法的综合比较分析可以为钢渣骨料的安定性质量控制和研究提供借鉴。
转炉钢渣遇水膨胀带来的安定性问题是制约钢渣在筑路和建材方面大规模应用的主要原因。分析了造成我国转炉钢渣体积安定性不良的主要原因,从5个方面对比分析了各评价方法的优缺点:f-CaO含量测定可作为辅助手段快速评价钢渣中主要膨胀性矿物含量;压蒸粉化率适合评价f-CaO和方镁石引起的膨胀粉化;砂浆棒线性膨胀率还需进一步完善试验方法;10 d浸水膨胀率可以有效检验筑路用钢渣的安定性;而压蒸法检验钢渣集料混凝土的安定性过于苛刻。这5种评价方法的综合比较分析可以为钢渣骨料的安定性质量控制和研究提供借鉴。
