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2024年 第42卷 第2期
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2024, 42(2): 1-9.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402001
摘要:
我国城镇污泥处理处置起步较晚,多元利用途径和产业化推广仍在探索,其中经济性是关系到技术应用路径是否通畅,技术体系能否有效落地的重要因素。“厌氧消化+土地利用”是我国目前城镇污泥处理处置主流技术路线之一。聚焦“常规厌氧消化+土地利用”和“高级厌氧消化+土地利用”2条主流技术路线,基于全流程运行成本统一核算方法,分析不同泥质或技术条件下的经济性特征和变化规律;探讨经济性和技术实施如何相互影响,并通过经济性分析对“厌氧消化+土地利用”技术路线的应用推广提出优化建议。研究结果将为城镇污泥处理处置顶层设计和技术路线选择提供依据,为工程运营单位评估和提升运行水平提供参考,为城镇污泥无害化处理与资源化利用的推广落地提供支撑。
我国城镇污泥处理处置起步较晚,多元利用途径和产业化推广仍在探索,其中经济性是关系到技术应用路径是否通畅,技术体系能否有效落地的重要因素。“厌氧消化+土地利用”是我国目前城镇污泥处理处置主流技术路线之一。聚焦“常规厌氧消化+土地利用”和“高级厌氧消化+土地利用”2条主流技术路线,基于全流程运行成本统一核算方法,分析不同泥质或技术条件下的经济性特征和变化规律;探讨经济性和技术实施如何相互影响,并通过经济性分析对“厌氧消化+土地利用”技术路线的应用推广提出优化建议。研究结果将为城镇污泥处理处置顶层设计和技术路线选择提供依据,为工程运营单位评估和提升运行水平提供参考,为城镇污泥无害化处理与资源化利用的推广落地提供支撑。
2024, 42(2): 10-22.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402002
摘要:
我国城市剩余污泥有机物含量低,与厨余垃圾协同处理处置引起广泛关注。以城市污泥和厨余垃圾为堆肥原料,锯末为调理剂,考察二者协同堆肥的工艺性能,探讨基于土地利用为目的的处置途径下碳、氮元素的转化特征。结果表明:在含水率为(73±2)%,温度为(23±1)℃的条件下,蚯蚓能够在剩余污泥和餐厨垃圾中存活和生长并提高堆肥稳定化程度;在为期60 d的堆肥周期后,蚯蚓组的TOC平均降解率为32.62%左右,而对照组的平均降解率为27.13%左右,蚯蚓组的TN增幅为18.90%~29.80%,而对照组为15.83%~27.40%,C/N在堆肥的前后都有所降低,且蚯蚓组的降解率更高;剩余污泥∶餐厨垃圾∶锯末=4∶3∶3(以干重计)堆肥环境下的蚯蚓生长繁殖特征更为优良。市政污泥、餐厨垃圾、锯末联合蚯蚓堆肥处理,可以有效加快堆肥进程,提高有机物的稳定化和资源化利用的程度,利于进行后续土地利用。
我国城市剩余污泥有机物含量低,与厨余垃圾协同处理处置引起广泛关注。以城市污泥和厨余垃圾为堆肥原料,锯末为调理剂,考察二者协同堆肥的工艺性能,探讨基于土地利用为目的的处置途径下碳、氮元素的转化特征。结果表明:在含水率为(73±2)%,温度为(23±1)℃的条件下,蚯蚓能够在剩余污泥和餐厨垃圾中存活和生长并提高堆肥稳定化程度;在为期60 d的堆肥周期后,蚯蚓组的TOC平均降解率为32.62%左右,而对照组的平均降解率为27.13%左右,蚯蚓组的TN增幅为18.90%~29.80%,而对照组为15.83%~27.40%,C/N在堆肥的前后都有所降低,且蚯蚓组的降解率更高;剩余污泥∶餐厨垃圾∶锯末=4∶3∶3(以干重计)堆肥环境下的蚯蚓生长繁殖特征更为优良。市政污泥、餐厨垃圾、锯末联合蚯蚓堆肥处理,可以有效加快堆肥进程,提高有机物的稳定化和资源化利用的程度,利于进行后续土地利用。
2024, 42(2): 23-31.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402003
摘要:
针对在处理碱法烟气脱硫所产生的高浓度硫酸盐废水过程中存在的碳源不足问题,探究了以剩余污泥热碱解液作为硫酸盐还原菌混合菌群(SRBs)碳源的可行性。通过SRBs对在不同条件下破解剩余污泥产生的热碱解液的利用效果,确定最利于SRBs利用的剩余污泥热碱解条件为:pH=13,T=70℃,破解时间为10 h;最佳硫酸盐(SO42-)去除反应的工艺参数为:pH=7,T=35℃,ρ(COD)=10000 mg/L,ρ(SO42-)=2500 mg/L。在最佳反应条件下,SO42-去除率可以达到90%以上,COD利用率达到80%。将SRBs利用污泥热碱解液作为碳源去除SO42-的效果与4种SRBs常见碳源(乳酸钠、丙酸钠、乙酸钠和葡萄糖)进行对比,实验证明:5种碳源均可被SRBs利用,热碱解液为碳源时SO42-去除率最高,乳酸钠次之,乙酸钠最低。研究证明剩余污泥热碱解液可以作为SRBs的优质碳源,这可为处理SO42-废水和污泥资源化处置提供新思路。
针对在处理碱法烟气脱硫所产生的高浓度硫酸盐废水过程中存在的碳源不足问题,探究了以剩余污泥热碱解液作为硫酸盐还原菌混合菌群(SRBs)碳源的可行性。通过SRBs对在不同条件下破解剩余污泥产生的热碱解液的利用效果,确定最利于SRBs利用的剩余污泥热碱解条件为:pH=13,T=70℃,破解时间为10 h;最佳硫酸盐(SO42-)去除反应的工艺参数为:pH=7,T=35℃,ρ(COD)=10000 mg/L,ρ(SO42-)=2500 mg/L。在最佳反应条件下,SO42-去除率可以达到90%以上,COD利用率达到80%。将SRBs利用污泥热碱解液作为碳源去除SO42-的效果与4种SRBs常见碳源(乳酸钠、丙酸钠、乙酸钠和葡萄糖)进行对比,实验证明:5种碳源均可被SRBs利用,热碱解液为碳源时SO42-去除率最高,乳酸钠次之,乙酸钠最低。研究证明剩余污泥热碱解液可以作为SRBs的优质碳源,这可为处理SO42-废水和污泥资源化处置提供新思路。
2024, 42(2): 32-39.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402004
摘要:
为研究污泥生物炭对矿区河道受污染的疏浚底泥中Cu、Pb和Cd的固化效果,以市政污泥为原料在500℃缺氧条件下制备污泥生物炭,结合扫描电镜、FTIR和XPS等表征手段,分析污泥生物炭投加比对疏浚底泥中3种重金属形态分布和固化效果的影响。结果表明:污泥生物炭的投加可提高疏浚底泥中重金属的稳定化形态,投加比为1.0%时,疏浚底泥中Cu、Pb和Cd稳定态(可氧化态和残渣态)占比分别提高了37.7%、42.9%和42.4%。污泥生物炭主要通过络合反应和沉淀作用固化重金属,经污泥生物碳固化后,底泥中Cu、Pb和Cd的浸出浓度分别由处理前的0.8763,0.0574,0.0185 mg/L降低到0.2527,0.0106,0.0013 mg/L,浸出浓度低于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅲ类标准限制,处理后的疏浚底泥可进行资源化利用,基本不会产生重金属二次溶出的风险。
为研究污泥生物炭对矿区河道受污染的疏浚底泥中Cu、Pb和Cd的固化效果,以市政污泥为原料在500℃缺氧条件下制备污泥生物炭,结合扫描电镜、FTIR和XPS等表征手段,分析污泥生物炭投加比对疏浚底泥中3种重金属形态分布和固化效果的影响。结果表明:污泥生物炭的投加可提高疏浚底泥中重金属的稳定化形态,投加比为1.0%时,疏浚底泥中Cu、Pb和Cd稳定态(可氧化态和残渣态)占比分别提高了37.7%、42.9%和42.4%。污泥生物炭主要通过络合反应和沉淀作用固化重金属,经污泥生物碳固化后,底泥中Cu、Pb和Cd的浸出浓度分别由处理前的0.8763,0.0574,0.0185 mg/L降低到0.2527,0.0106,0.0013 mg/L,浸出浓度低于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》的Ⅲ类标准限制,处理后的疏浚底泥可进行资源化利用,基本不会产生重金属二次溶出的风险。
2024, 42(2): 40-47.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402005
摘要:
利用污泥制备活性炭是具有广泛应用前景的污泥资源化利用途径。但是目前对污泥基活性炭(SDAC)制备工艺进行评价的研究较少。以污水厂污泥制备活性炭为对象,建立了制备工艺流程图,运用生命周期评价(LCA),定量揭示制备工艺的环境影响及关键影响因素。结果表明,整个制备工艺中焙烧步骤对环境的影响占主导地位,其次是研磨或浸渍步骤,最后是洗涤和干燥步骤。水蒸气物理活化、CO2物理活化、KOH浸渍法、ZnCl2浸渍法、H3PO4浸渍法、ZnCl2熔融盐法、物理化学法的能量消耗量分别为68.976,79.776,47.376,53.964,48.564,45.828,46.764 MJ/kg活性炭,而全球变暖潜力值分别为14.93,17.06,15.54,13.42,14.51,12.65,13.91 kg CO2 eq/kg活性炭。LCA结果表明,利用CO2物理活化方法制备活性炭对环境影响最大,而ZnCl2熔融盐法对环境影响最小。对ZnCl2熔融盐法敏感性分析结果表明,用电量和活化剂是进一步优化活性炭制备方法的两个关键因素。基于生命周期视角,ZnCl2熔融盐法制备SDAC效果更优,同时应强化设备节能改造,可显著降低SDAC制备过程环境影响。
利用污泥制备活性炭是具有广泛应用前景的污泥资源化利用途径。但是目前对污泥基活性炭(SDAC)制备工艺进行评价的研究较少。以污水厂污泥制备活性炭为对象,建立了制备工艺流程图,运用生命周期评价(LCA),定量揭示制备工艺的环境影响及关键影响因素。结果表明,整个制备工艺中焙烧步骤对环境的影响占主导地位,其次是研磨或浸渍步骤,最后是洗涤和干燥步骤。水蒸气物理活化、CO2物理活化、KOH浸渍法、ZnCl2浸渍法、H3PO4浸渍法、ZnCl2熔融盐法、物理化学法的能量消耗量分别为68.976,79.776,47.376,53.964,48.564,45.828,46.764 MJ/kg活性炭,而全球变暖潜力值分别为14.93,17.06,15.54,13.42,14.51,12.65,13.91 kg CO2 eq/kg活性炭。LCA结果表明,利用CO2物理活化方法制备活性炭对环境影响最大,而ZnCl2熔融盐法对环境影响最小。对ZnCl2熔融盐法敏感性分析结果表明,用电量和活化剂是进一步优化活性炭制备方法的两个关键因素。基于生命周期视角,ZnCl2熔融盐法制备SDAC效果更优,同时应强化设备节能改造,可显著降低SDAC制备过程环境影响。
2024, 42(2): 48-56.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402006
摘要:
剩余污泥中残留的微塑料(microplastics, MPs)对环境和生态系统有潜在危害,需深入研究MPs在剩余污泥中的迁移、转归和降解机制,并开发有效的降解方法。首先介绍了MPs在剩余污泥中的赋存状态,并分析MPs对剩余污泥性质和污泥处理的影响。提出影响效应与MPs种类、浓度和粒径等因素密切相关。其次,分非生物降解与生物降解途径两方面综述了MPs在污水厂中的降解途径,非生物降解途径包括热解和水热处理,生物降解途径包括污泥堆肥、厌氧消化和生物膜法。讨论了各途径降解MPs的效率与机理,分析了各途径的特点与应用前景。其中,水热处理和污泥堆肥降解MPs效率较高,经济性好且应用场景多,优势明显。总体而言,剩余污泥中MPs的降解研究仍处于初步阶段,还需进一步深入研究。
剩余污泥中残留的微塑料(microplastics, MPs)对环境和生态系统有潜在危害,需深入研究MPs在剩余污泥中的迁移、转归和降解机制,并开发有效的降解方法。首先介绍了MPs在剩余污泥中的赋存状态,并分析MPs对剩余污泥性质和污泥处理的影响。提出影响效应与MPs种类、浓度和粒径等因素密切相关。其次,分非生物降解与生物降解途径两方面综述了MPs在污水厂中的降解途径,非生物降解途径包括热解和水热处理,生物降解途径包括污泥堆肥、厌氧消化和生物膜法。讨论了各途径降解MPs的效率与机理,分析了各途径的特点与应用前景。其中,水热处理和污泥堆肥降解MPs效率较高,经济性好且应用场景多,优势明显。总体而言,剩余污泥中MPs的降解研究仍处于初步阶段,还需进一步深入研究。
2024, 42(2): 57-65.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402007
摘要:
为解决水体中的磷超标问题,采用碱性共沉淀法将锌铁水滑石(Zn/Fe-LDHs)负载于赤泥(RM)表面制得Zn/Fe-LDHs改性赤泥(ZFRM),用以去除水体中的磷。通过动力学实验、热力学实验、再生实验,并结合SEM、BET、XRD、FTIR表征手段研究Zn/Fe-LDHs改性赤泥对磷酸盐的去除性能及机理。实验结果表明:ZFRM对磷的吸附过程符合准二级动力学和Langmuir吸附等温模型,45℃下拟合可得磷酸盐最大吸附量可达56.26 mg/g,吸附反应为自发、熵增的吸热反应。ZFRM的除磷能力受pH影响较小。溶液中共存的CO32-对磷的吸附有明显的抑制作用。再生实验中,ZFRM经过4次再生后吸附量为19.07 mg/g,仍具有良好的吸附性能。此外,层片状的锌铁水滑石已成功覆着于絮状赤泥表面,形成发达的孔隙结构,比表面积大幅提高。吸附机理主要包括离子交换、配位反应、静电作用。与其他除磷材料相比,合成的ZFRM除磷效率高,可再生性强,原料价廉易得,合成方法简单,是具有应用潜力的高效除磷剂。
为解决水体中的磷超标问题,采用碱性共沉淀法将锌铁水滑石(Zn/Fe-LDHs)负载于赤泥(RM)表面制得Zn/Fe-LDHs改性赤泥(ZFRM),用以去除水体中的磷。通过动力学实验、热力学实验、再生实验,并结合SEM、BET、XRD、FTIR表征手段研究Zn/Fe-LDHs改性赤泥对磷酸盐的去除性能及机理。实验结果表明:ZFRM对磷的吸附过程符合准二级动力学和Langmuir吸附等温模型,45℃下拟合可得磷酸盐最大吸附量可达56.26 mg/g,吸附反应为自发、熵增的吸热反应。ZFRM的除磷能力受pH影响较小。溶液中共存的CO32-对磷的吸附有明显的抑制作用。再生实验中,ZFRM经过4次再生后吸附量为19.07 mg/g,仍具有良好的吸附性能。此外,层片状的锌铁水滑石已成功覆着于絮状赤泥表面,形成发达的孔隙结构,比表面积大幅提高。吸附机理主要包括离子交换、配位反应、静电作用。与其他除磷材料相比,合成的ZFRM除磷效率高,可再生性强,原料价廉易得,合成方法简单,是具有应用潜力的高效除磷剂。
2024, 42(2): 66-72.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402008
摘要:
近年来,以市政污泥与餐厨垃圾为代表的城市有机固体废弃物的安全妥善处理和高效低碳处置受到广泛关注。通过构建碳排放及碳补偿核算方法,以100万人口的中等城市为例,分析城市有机固体废弃物协同处置与传统焚烧和填埋处置的理论碳排放水平。通过量化直接碳排放与间接碳排放的贡献,确定了高效的减排路径。结果表明:城市有机固废协同处置碳排放量为513t CO2/a,相比于传统填埋(12973t CO2/a)和传统焚烧(14733t CO2/a)碳减排效益显著。协同处置技术路线中直接碳排放占比63%,最大限度实现沼气和发酵产物的资源化利用是碳减排的关键。焚烧处置路径中的焚烧电耗(占比68%)和填埋处置路径中的深度脱水药耗(占比87%)是间接碳排放的主要来源,也是碳减排的核心。该研究结果可为城市有机固体废弃物低碳化处理处置提供参考,从而助力城市实现碳中和目标。
近年来,以市政污泥与餐厨垃圾为代表的城市有机固体废弃物的安全妥善处理和高效低碳处置受到广泛关注。通过构建碳排放及碳补偿核算方法,以100万人口的中等城市为例,分析城市有机固体废弃物协同处置与传统焚烧和填埋处置的理论碳排放水平。通过量化直接碳排放与间接碳排放的贡献,确定了高效的减排路径。结果表明:城市有机固废协同处置碳排放量为513t CO2/a,相比于传统填埋(12973t CO2/a)和传统焚烧(14733t CO2/a)碳减排效益显著。协同处置技术路线中直接碳排放占比63%,最大限度实现沼气和发酵产物的资源化利用是碳减排的关键。焚烧处置路径中的焚烧电耗(占比68%)和填埋处置路径中的深度脱水药耗(占比87%)是间接碳排放的主要来源,也是碳减排的核心。该研究结果可为城市有机固体废弃物低碳化处理处置提供参考,从而助力城市实现碳中和目标。
2024, 42(2): 73-81.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402009
摘要:
油泥辐射热解过程复杂,热解炉内温度场和传热特性不明等,通过Fluent软件,选用双欧拉模型、DO辐射模型及多组分模型研究了热解炉内的温度分布及不同因素下物料的升温特性。结果表明,炉内油泥的温度分布以L/D=10为分界点将其分为了升温和恒温2个阶段,且600℃为最佳热解终温。同时,较高的含水率会延长油泥热解时间,而降低螺旋转速可减少最终油泥的剩余量。另外,在辐射管上方加装遮热板可改善炉膛温度分布的均匀性。最后,对整个热解系统进行能量平衡分析发现,热解产物总回收能量为6592.25 kJ,能量回收率最高可达82%,其中热解气能量占该系统总输入能量的65.78%~90.11%,可极大减少系统所需的外部能量补给。
油泥辐射热解过程复杂,热解炉内温度场和传热特性不明等,通过Fluent软件,选用双欧拉模型、DO辐射模型及多组分模型研究了热解炉内的温度分布及不同因素下物料的升温特性。结果表明,炉内油泥的温度分布以L/D=10为分界点将其分为了升温和恒温2个阶段,且600℃为最佳热解终温。同时,较高的含水率会延长油泥热解时间,而降低螺旋转速可减少最终油泥的剩余量。另外,在辐射管上方加装遮热板可改善炉膛温度分布的均匀性。最后,对整个热解系统进行能量平衡分析发现,热解产物总回收能量为6592.25 kJ,能量回收率最高可达82%,其中热解气能量占该系统总输入能量的65.78%~90.11%,可极大减少系统所需的外部能量补给。
2024, 42(2): 82-96.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402010
摘要:
利用浸渍-后热解法制备了Bi2O3-Bi7.90Mo0.10O12.15/Cu7S4生物碳催化剂(CSB-BOC),并采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线电子能谱仪(XPS)等对其晶格结构、形貌、表面元素及化学形态进行了表征和分析,随后探明其活化过一硫酸盐(PMS)去除新型污染物的催化性能及机理。以典型新型污染物盐酸四环素(TC)作为测试对象,研究了不同催化剂反应体系、PMS浓度、阴离子、腐植酸(HA)和pH对污染物去除的影响,考察了CSB-BOC循环使用的稳定性和异位去除河流缓集区水样中污染物的可行性,评估了TC降解产物的植物毒性。结果表明:CSB-BOC-5-1具有最佳催化性能,当其浓度为0.2 g/L,PMS浓度为0.2 g/L,TC浓度为20 mg/L,初始pH=6.8,温度为23℃,60 min内对TC去除率为95%左右,是生物碳(CSB)+PMS去除率的2.79倍;CSB-BOC-5-1循环使用4次后降解率仅降低了10百分点;自由基猝灭实验和电子自旋共振(ESR)结果表明1O2为降解TC主要活性物种;使用LC-MS鉴定了TC的降解产物并提出了2条可能的降解路径;植物毒性实验和实际水样实验表明CSB-BOC-5-1+PMS降解TC的处理溶液为无毒或低毒性,并且在用于异位去除河流缓集区水中的新型污染物时表现出良好效果。
利用浸渍-后热解法制备了Bi2O3-Bi7.90Mo0.10O12.15/Cu7S4生物碳催化剂(CSB-BOC),并采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线电子能谱仪(XPS)等对其晶格结构、形貌、表面元素及化学形态进行了表征和分析,随后探明其活化过一硫酸盐(PMS)去除新型污染物的催化性能及机理。以典型新型污染物盐酸四环素(TC)作为测试对象,研究了不同催化剂反应体系、PMS浓度、阴离子、腐植酸(HA)和pH对污染物去除的影响,考察了CSB-BOC循环使用的稳定性和异位去除河流缓集区水样中污染物的可行性,评估了TC降解产物的植物毒性。结果表明:CSB-BOC-5-1具有最佳催化性能,当其浓度为0.2 g/L,PMS浓度为0.2 g/L,TC浓度为20 mg/L,初始pH=6.8,温度为23℃,60 min内对TC去除率为95%左右,是生物碳(CSB)+PMS去除率的2.79倍;CSB-BOC-5-1循环使用4次后降解率仅降低了10百分点;自由基猝灭实验和电子自旋共振(ESR)结果表明1O2为降解TC主要活性物种;使用LC-MS鉴定了TC的降解产物并提出了2条可能的降解路径;植物毒性实验和实际水样实验表明CSB-BOC-5-1+PMS降解TC的处理溶液为无毒或低毒性,并且在用于异位去除河流缓集区水中的新型污染物时表现出良好效果。
2024, 42(2): 97-103.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402011
摘要:
为明晰跌流竖井进水管附近负压突增的机理以及降低竖井内的负压,基于计算流体动力学软件Fluent模拟了竖井模型内的水气两相分布规律及气压分布情况,同时对竖井模型进行了结构优化并评估了其性能。结果表明:当无量纲流量Q*w>0.08时,进水管附近的负压开始突增,而小流量下基本无变化;入流水舌是导致负压突增的主要原因,其压缩了气体流动的空间,增大了气体过流时的损失,造成水舌下方补气不足。研究还表明:优化竖井模型通过有旋分流隔板在进水口正对面形成了1个不过水的空腔区域,其强制扩大了气体过流的空间,基本保证了进水管附近气体的流动不受水流的影响,同时还降低了井内的负压和气压梯度。
为明晰跌流竖井进水管附近负压突增的机理以及降低竖井内的负压,基于计算流体动力学软件Fluent模拟了竖井模型内的水气两相分布规律及气压分布情况,同时对竖井模型进行了结构优化并评估了其性能。结果表明:当无量纲流量Q*w>0.08时,进水管附近的负压开始突增,而小流量下基本无变化;入流水舌是导致负压突增的主要原因,其压缩了气体流动的空间,增大了气体过流时的损失,造成水舌下方补气不足。研究还表明:优化竖井模型通过有旋分流隔板在进水口正对面形成了1个不过水的空腔区域,其强制扩大了气体过流的空间,基本保证了进水管附近气体的流动不受水流的影响,同时还降低了井内的负压和气压梯度。
2024, 42(2): 104-112.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402012
摘要:
构建了颗粒活性炭(GAC)强化型厌氧动态膜生物反应器(AnDMBR),考察了GAC投加量(3,6,10,20 g/L)对工艺的过滤性能、污染物去除、产甲烷性能以及动态膜性质的影响,探究了GAC的物化和生物强化作用。研究结果表明,与未投加GAC相比,随着投加GAC浓度的增大,浊度去除率分别提高了3.1~12.3百分点,COD去除率分别提高了5.7~12.1百分点,GAC投加量越大对污染物去除的贡献越大。与未投加GAC相比,随着投加GAC浓度的增大,甲烷总产率分别提高了23.7%、34.6%、24.2%、8.3%,最佳GAC投加量为6 g/L。投加GAC改善了AnDMBR的污染物去除性能和产甲烷性能。GAC的投加有利于降低厌氧污泥和动态膜中EPS的含量,削减出水中荧光性溶解性有机物的含量,减小跨膜压差(TMP)的增长率。同时GAC的吸附与生物富集效应可形成生物活性炭,增大污泥粒径,改善污泥性质和动态膜的多孔结构,对AnDMBR的长期运行起到了积极作用。
构建了颗粒活性炭(GAC)强化型厌氧动态膜生物反应器(AnDMBR),考察了GAC投加量(3,6,10,20 g/L)对工艺的过滤性能、污染物去除、产甲烷性能以及动态膜性质的影响,探究了GAC的物化和生物强化作用。研究结果表明,与未投加GAC相比,随着投加GAC浓度的增大,浊度去除率分别提高了3.1~12.3百分点,COD去除率分别提高了5.7~12.1百分点,GAC投加量越大对污染物去除的贡献越大。与未投加GAC相比,随着投加GAC浓度的增大,甲烷总产率分别提高了23.7%、34.6%、24.2%、8.3%,最佳GAC投加量为6 g/L。投加GAC改善了AnDMBR的污染物去除性能和产甲烷性能。GAC的投加有利于降低厌氧污泥和动态膜中EPS的含量,削减出水中荧光性溶解性有机物的含量,减小跨膜压差(TMP)的增长率。同时GAC的吸附与生物富集效应可形成生物活性炭,增大污泥粒径,改善污泥性质和动态膜的多孔结构,对AnDMBR的长期运行起到了积极作用。
2024, 42(2): 113-120.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402013
摘要:
地下水中污染物成分复杂,来源广泛,针对地下水中的硝酸盐污染物,利用生物膜反应器,开展了基于甲烷氧化菌的地下水硝酸盐还原效能、功能微生物和代谢途径分析。研究发现,在进水ρ(NO-3-N)为10 mg/L时,系统对硝酸盐的最高去除率达到98.83%,实现硝酸盐的有效去除。通过溶解性有机物(dissolved organic matter, DOM)组分变化分析发现出水中DOM主要是类色氨酸蛋白质类物质。宏基因组分析结果表明,生物膜反应器甲烷氧化系统中的好氧甲烷氧化菌主要为Methylocystis(5.25%)、Methylomonas(2.73%),厌氧甲烷氧化菌主要为Methylomirabilis(0.0016%)、Methanoperedens(0.0016%),硝酸盐还原菌主要为Lysobacter(9.72%)、Opitutus(2.74%)、Hyphomicrobium(2.01%)。利用KEGG数据库对系统中微生物的功能进行注释,识别出多种相关功能基因(40种甲烷代谢相关的功能基因和19种氮代谢相关的功能基因)以及较完善的甲烷代谢通路(5条)和氮代谢通路(6条),证明甲烷氧化菌具有部分反硝化的能力,对硝酸盐具有良好的选择性。相关研究结果可为硝酸盐污染地下水修复提供技术支撑和理论依据。
地下水中污染物成分复杂,来源广泛,针对地下水中的硝酸盐污染物,利用生物膜反应器,开展了基于甲烷氧化菌的地下水硝酸盐还原效能、功能微生物和代谢途径分析。研究发现,在进水ρ(NO-3-N)为10 mg/L时,系统对硝酸盐的最高去除率达到98.83%,实现硝酸盐的有效去除。通过溶解性有机物(dissolved organic matter, DOM)组分变化分析发现出水中DOM主要是类色氨酸蛋白质类物质。宏基因组分析结果表明,生物膜反应器甲烷氧化系统中的好氧甲烷氧化菌主要为Methylocystis(5.25%)、Methylomonas(2.73%),厌氧甲烷氧化菌主要为Methylomirabilis(0.0016%)、Methanoperedens(0.0016%),硝酸盐还原菌主要为Lysobacter(9.72%)、Opitutus(2.74%)、Hyphomicrobium(2.01%)。利用KEGG数据库对系统中微生物的功能进行注释,识别出多种相关功能基因(40种甲烷代谢相关的功能基因和19种氮代谢相关的功能基因)以及较完善的甲烷代谢通路(5条)和氮代谢通路(6条),证明甲烷氧化菌具有部分反硝化的能力,对硝酸盐具有良好的选择性。相关研究结果可为硝酸盐污染地下水修复提供技术支撑和理论依据。
2024, 42(2): 121-127.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402014
摘要:
基于理化性质分析,研究了电解质、天然有机物和稳定液浓度等因素对氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)在水中凝聚和沉降的影响。结果表明,稳定液浓度对GO理化性质和稳定性影响不大。电解质投加可降低Zeta电位,诱导水中GO发生凝聚,凝聚过程呈现反应限制和扩散限制2个阶段。各电解质的临界凝聚浓度分别为180 mmol/L(Na+)、4.5 mmol/L(Mg2+)和1.8 mmol/L(Ca2+)。相较于Mg2+,Ca2+可通过吸附架桥作用加快GO凝聚。GO的沉降过程可分为快速沉降和慢速沉降2个阶段,凝聚是影响水中GO沉降的主要因素。天然有机物存在可有效抑制凝聚,增强GO在水中的稳定性;但HA与GO和Ca2+间存在复杂的相关作用关系,加快了凝聚过程。水中GO浓度越高,其凝聚和沉降速度越快。以较低浓度存在时,GO在水环境中具有更高的稳定性。
基于理化性质分析,研究了电解质、天然有机物和稳定液浓度等因素对氧化石墨烯(Graphene Oxide, GO)在水中凝聚和沉降的影响。结果表明,稳定液浓度对GO理化性质和稳定性影响不大。电解质投加可降低Zeta电位,诱导水中GO发生凝聚,凝聚过程呈现反应限制和扩散限制2个阶段。各电解质的临界凝聚浓度分别为180 mmol/L(Na+)、4.5 mmol/L(Mg2+)和1.8 mmol/L(Ca2+)。相较于Mg2+,Ca2+可通过吸附架桥作用加快GO凝聚。GO的沉降过程可分为快速沉降和慢速沉降2个阶段,凝聚是影响水中GO沉降的主要因素。天然有机物存在可有效抑制凝聚,增强GO在水中的稳定性;但HA与GO和Ca2+间存在复杂的相关作用关系,加快了凝聚过程。水中GO浓度越高,其凝聚和沉降速度越快。以较低浓度存在时,GO在水环境中具有更高的稳定性。
2024, 42(2): 128-134.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402015
摘要:
随着城市化快速推进,农村污水处理设施建设严重滞后,部分污水直接溢流入河所造成的水体污染及环境恶化问题日益突出。控源截污并收集处理是劣Ⅴ类水体源头治理的最重要手段。研究分析了农村典型河道水体劣Ⅴ类成因,对农村污水处理设施进行扩容及升级改造,并引入熵的理念解析了有机物、氮磷削减对水环境的影响及减排效果。800 m3/d规模农村污水处理设施升级改造到1800 m3/d后可有效改善典型河道水体环境,减少的年熵增为9.80×107 kJ/K。河流水环境、水生态生态系统稳定需要熵增-逆熵增过程中保持相对平衡,熵增评估对污水厂升级改造及溢流污染治理有一定的现实意义。在国家碳排放、碳中和、劣Ⅴ类水体治理的大背景下,熵概念下的可持续污水处理有望会成为新技术评估的发展方向。
随着城市化快速推进,农村污水处理设施建设严重滞后,部分污水直接溢流入河所造成的水体污染及环境恶化问题日益突出。控源截污并收集处理是劣Ⅴ类水体源头治理的最重要手段。研究分析了农村典型河道水体劣Ⅴ类成因,对农村污水处理设施进行扩容及升级改造,并引入熵的理念解析了有机物、氮磷削减对水环境的影响及减排效果。800 m3/d规模农村污水处理设施升级改造到1800 m3/d后可有效改善典型河道水体环境,减少的年熵增为9.80×107 kJ/K。河流水环境、水生态生态系统稳定需要熵增-逆熵增过程中保持相对平衡,熵增评估对污水厂升级改造及溢流污染治理有一定的现实意义。在国家碳排放、碳中和、劣Ⅴ类水体治理的大背景下,熵概念下的可持续污水处理有望会成为新技术评估的发展方向。
2024, 42(2): 135-143.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402016
摘要:
酸性橙7(AO7)是一种典型的阴离子偶氮染料,其对环境和人类健康的潜在危害已引起人们广泛关注。该研究采用二硫化钼(MoS2)活化过氧乙酸(PAA)降解AO7。结果表明,AO7在MoS2/PAA体系中的降解效率要远远超过MoS2/H2O2体系和MoS2/PI体系,当ρ(MoS2)0=0.4 g/L、c(PAA)0=0.4 mmol/L、初始pH为3.0时,AO7的降解率达到84.2%。此外,MoS2/H2O2体系能高效降解MO、ACE、DCF、SMX和TC等多种污染物。EPR和淬灭实验表明,MoS2/PAA体系产生的·OH、R-O·和1O2等是AO7降解的主要活性氧物种。紫外全波长扫描发现,AO7的偶氮键、芳香族片段(萘环和苯环)等在活性自由基的攻击下被快速破坏。进一步考察了初始pH、MoS2剂量、PAA浓度、共存水基质和天然水体对AO7降解的影响。在共存水基质实验中,Cl-、SO42-和HCO-3并不会影响AO7的去除,而腐殖酸(HA)则会抑制。在天然水体中,MoS2/PAA体系对AO7仍展现出较强的氧化性能(~60%)。本研究构建的MoS2/PAA体系在高效去除AO7领域具有广泛的应用前景并提供了新的见解。
酸性橙7(AO7)是一种典型的阴离子偶氮染料,其对环境和人类健康的潜在危害已引起人们广泛关注。该研究采用二硫化钼(MoS2)活化过氧乙酸(PAA)降解AO7。结果表明,AO7在MoS2/PAA体系中的降解效率要远远超过MoS2/H2O2体系和MoS2/PI体系,当ρ(MoS2)0=0.4 g/L、c(PAA)0=0.4 mmol/L、初始pH为3.0时,AO7的降解率达到84.2%。此外,MoS2/H2O2体系能高效降解MO、ACE、DCF、SMX和TC等多种污染物。EPR和淬灭实验表明,MoS2/PAA体系产生的·OH、R-O·和1O2等是AO7降解的主要活性氧物种。紫外全波长扫描发现,AO7的偶氮键、芳香族片段(萘环和苯环)等在活性自由基的攻击下被快速破坏。进一步考察了初始pH、MoS2剂量、PAA浓度、共存水基质和天然水体对AO7降解的影响。在共存水基质实验中,Cl-、SO42-和HCO-3并不会影响AO7的去除,而腐殖酸(HA)则会抑制。在天然水体中,MoS2/PAA体系对AO7仍展现出较强的氧化性能(~60%)。本研究构建的MoS2/PAA体系在高效去除AO7领域具有广泛的应用前景并提供了新的见解。
2024, 42(2): 144-151.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402017
摘要:
超低排放改造后,电力和钢铁行业常规大气污染物排放量大幅削减,非常规污染物及有色烟羽问题逐步引起关注,视觉污染及“脱白”问题一时成为讨论的焦点。基于国内外相关标准方法,对3家燃煤电厂和2家钢铁厂烧结机机头烟气总排口处的SO3、NH3、可过滤颗粒物(FPM)和可凝结颗粒物(CPM)的排放水平进行测试,评估超低排放实施效果和有色烟羽治理的可行性。结果表明,3家燃煤电厂和2家钢铁厂烧结烟气SO3、NH3和FPM的排放浓度分别为0.11~1.61,0.02~1.66,0.81~5.76 mg/Nm3,均处于较低水平,其中FPM排放浓度均能够满足超低排放要求,实施烟气“脱白”改造后SO3和NH3排放浓度与同行业相比均有显著下降,但减排效果较为有限。3家燃煤电厂和2家钢铁厂烧结烟气中CPM排放浓度分别为3.39~4.82,26.6~29.1 mg/Nm3,其中钢铁厂CPM排放浓度处于较高水平,约为颗粒物超低排放限值的3倍,CPM/总颗粒物(TPM)达到97%左右。无论是燃煤电厂和还是钢铁厂,新增“脱白”技术后并不一定能够显著降低CPM排放水平,因此,超低排放改造后再增加“脱白”改造的可行性值得深思。此外,燃煤电厂和钢铁厂烧结烟气颗粒物在线监测结果均处于较低水平,且远低于手工监测测得的TPM排放浓度,现有在线监测数据由于不包括CPM,因而在评价烟气中颗粒物达标排放情况时存在一定局限性和不确定性,亟需完善现有固定源烟气中颗粒物的测量体系和排放标准体系,以控制CPM排放水平。
超低排放改造后,电力和钢铁行业常规大气污染物排放量大幅削减,非常规污染物及有色烟羽问题逐步引起关注,视觉污染及“脱白”问题一时成为讨论的焦点。基于国内外相关标准方法,对3家燃煤电厂和2家钢铁厂烧结机机头烟气总排口处的SO3、NH3、可过滤颗粒物(FPM)和可凝结颗粒物(CPM)的排放水平进行测试,评估超低排放实施效果和有色烟羽治理的可行性。结果表明,3家燃煤电厂和2家钢铁厂烧结烟气SO3、NH3和FPM的排放浓度分别为0.11~1.61,0.02~1.66,0.81~5.76 mg/Nm3,均处于较低水平,其中FPM排放浓度均能够满足超低排放要求,实施烟气“脱白”改造后SO3和NH3排放浓度与同行业相比均有显著下降,但减排效果较为有限。3家燃煤电厂和2家钢铁厂烧结烟气中CPM排放浓度分别为3.39~4.82,26.6~29.1 mg/Nm3,其中钢铁厂CPM排放浓度处于较高水平,约为颗粒物超低排放限值的3倍,CPM/总颗粒物(TPM)达到97%左右。无论是燃煤电厂和还是钢铁厂,新增“脱白”技术后并不一定能够显著降低CPM排放水平,因此,超低排放改造后再增加“脱白”改造的可行性值得深思。此外,燃煤电厂和钢铁厂烧结烟气颗粒物在线监测结果均处于较低水平,且远低于手工监测测得的TPM排放浓度,现有在线监测数据由于不包括CPM,因而在评价烟气中颗粒物达标排放情况时存在一定局限性和不确定性,亟需完善现有固定源烟气中颗粒物的测量体系和排放标准体系,以控制CPM排放水平。
2024, 42(2): 152-160.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402018
摘要:
统计分析了深圳市罗湖区2019年主要空气污染物的浓度,探究了罗湖区常规大气污染物浓度的变化趋势,及其与气象因素间的相关性,对2019年罗湖区2次污染事件进行了潜在源分析,并对臭氧(O3)进行了主成分分析。结果表明,2019年罗湖区各大气污染物浓度受季节影响较大,且出现“周末效应”,全年348 d有效数据中,主要污染物为O3的天数为225 d,占比64.66%,2019年罗湖区的主要污染物为O3。罗湖区颗粒物浓度与其他污染物之间相关性较为显著,大气环境中各污染物浓度与气温、风力和相对湿度呈较显著相关。2次大气污染事件的潜在源分析结果表明,东北方向(如东莞市等)为罗湖区O3和PM2.5的潜在输入源。通过对O3浓度的主成分分析解析出了4个主成分,影响罗湖区大气O3浓度的主要因素为风力、湿度、PM2.5、PM10和SO2。研究结果为罗湖区大气污染污染控制与治理提供了参考。
统计分析了深圳市罗湖区2019年主要空气污染物的浓度,探究了罗湖区常规大气污染物浓度的变化趋势,及其与气象因素间的相关性,对2019年罗湖区2次污染事件进行了潜在源分析,并对臭氧(O3)进行了主成分分析。结果表明,2019年罗湖区各大气污染物浓度受季节影响较大,且出现“周末效应”,全年348 d有效数据中,主要污染物为O3的天数为225 d,占比64.66%,2019年罗湖区的主要污染物为O3。罗湖区颗粒物浓度与其他污染物之间相关性较为显著,大气环境中各污染物浓度与气温、风力和相对湿度呈较显著相关。2次大气污染事件的潜在源分析结果表明,东北方向(如东莞市等)为罗湖区O3和PM2.5的潜在输入源。通过对O3浓度的主成分分析解析出了4个主成分,影响罗湖区大气O3浓度的主要因素为风力、湿度、PM2.5、PM10和SO2。研究结果为罗湖区大气污染污染控制与治理提供了参考。
2024, 42(2): 161-166.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402019
摘要:
研究选取某典型焦化企业,针对活性挥发性有机物(VOCs)组分较多的4套生产装置,酚精制、古马隆、沥青焦和焦油萘,开展装置VOCs排放特征探究。使用苏玛罐对装置VOCs废气进行采集,并通过气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对106种VOCs组分进行定性定量分析,采用最大增量反应活性(MIR)计算各装置VOCs排放对大气中O3生成的贡献。结果表明:1)芳香烃、卤代烃和含氧VOCs(OVOCs)是4套装置的主要特征组分,质量分数之和为92.33%~95.38%。2)4套装置排名前10位的VOCs物种质量分数之和为90.45%~93.46%。其中,苯、丙酮、二氯甲烷、乙醇和甲苯等是焦化企业VOCs排放特征物种。3)4套装置臭氧生成潜势(OFP)值为278.73~426.95μg/m3,顺序为焦油萘装置(426.95μg/m3)>酚精制装置(410.43μg/m3)>沥青焦装置(294.36μg/m3)>古马隆装置(278.73μg/m3)。4)4套装置排名前10位的物种对OFP的贡献率为96.24%~97.97%。苯、甲苯、间/对-二甲苯、乙烯和丙酮等是行业的关键活性物种。5)不同焦化生产装置VOCs排放特征物种不一,对OFP有贡献的活性物种也有所差异。酚精制装置对OFP贡献最大的活性物种为间/对-二甲苯,古马隆和沥青焦装置对OFP贡献最大的活性物种为乙烯,焦油萘装置首要活性物种为甲苯,建议根据研究筛选出的关键活性组分制定具有针对性的VOCs减排策略。控制焦化行业VOCs排放对OFP贡献,应优先考虑采取针对性措施控制不同装置区域特征污染组分的排放,如重点加强活性物料储罐呼吸气的收集处理、注重涉活性物料装置的泄漏检测与修复(LDAR)实施效果等。
研究选取某典型焦化企业,针对活性挥发性有机物(VOCs)组分较多的4套生产装置,酚精制、古马隆、沥青焦和焦油萘,开展装置VOCs排放特征探究。使用苏玛罐对装置VOCs废气进行采集,并通过气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对106种VOCs组分进行定性定量分析,采用最大增量反应活性(MIR)计算各装置VOCs排放对大气中O3生成的贡献。结果表明:1)芳香烃、卤代烃和含氧VOCs(OVOCs)是4套装置的主要特征组分,质量分数之和为92.33%~95.38%。2)4套装置排名前10位的VOCs物种质量分数之和为90.45%~93.46%。其中,苯、丙酮、二氯甲烷、乙醇和甲苯等是焦化企业VOCs排放特征物种。3)4套装置臭氧生成潜势(OFP)值为278.73~426.95μg/m3,顺序为焦油萘装置(426.95μg/m3)>酚精制装置(410.43μg/m3)>沥青焦装置(294.36μg/m3)>古马隆装置(278.73μg/m3)。4)4套装置排名前10位的物种对OFP的贡献率为96.24%~97.97%。苯、甲苯、间/对-二甲苯、乙烯和丙酮等是行业的关键活性物种。5)不同焦化生产装置VOCs排放特征物种不一,对OFP有贡献的活性物种也有所差异。酚精制装置对OFP贡献最大的活性物种为间/对-二甲苯,古马隆和沥青焦装置对OFP贡献最大的活性物种为乙烯,焦油萘装置首要活性物种为甲苯,建议根据研究筛选出的关键活性组分制定具有针对性的VOCs减排策略。控制焦化行业VOCs排放对OFP贡献,应优先考虑采取针对性措施控制不同装置区域特征污染组分的排放,如重点加强活性物料储罐呼吸气的收集处理、注重涉活性物料装置的泄漏检测与修复(LDAR)实施效果等。
2024, 42(2): 167-174.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402020
摘要:
微塑料作为一种新型的环境污染物,对土壤生态系统构成了严重威胁。研究微塑料对土壤微生物及其功能的影响,对深入地认识塑料污染对陆地生态系统的危害具有十分重要的作用。基于土壤异质性理论,采用土壤物理分组方法和高通量测序技术,分析不同土壤团聚体组分中微塑料对土壤微生物及其功能的影响。结果表明:微塑料可显著提高放线菌门(Actinobacteria)和降低变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度,从而改变微生物群落结构。微塑料处理组中放线菌门替代变形菌门成为优势菌门。3种团聚体组分中,微塑料处理组碳水化合物代谢、脂质代谢、外来生物生物降解和代谢、萜类和聚酮类的代谢和免疫性疾病功能途径的相对丰度均高于对照处理。3种团聚体组分中微塑料对细菌代谢功能的影响方向较为一致,但影响程度顺序为大团聚体组分(0.25~2 mm)>小团聚体组分(<0.053 mm)>微团聚体组分(0.053~0.25 mm)。3种土壤团聚体组分中,微塑料处理中参与不稳定C降解的特定基因、难降解C降解的基因、有机氮转化基因、反硝化基因、有机磷矿化、磷转运蛋白显著富集。研究结果表明:微塑料导致微生物群落结构以及功能发生变化,可能会改变土壤的生态功能。
微塑料作为一种新型的环境污染物,对土壤生态系统构成了严重威胁。研究微塑料对土壤微生物及其功能的影响,对深入地认识塑料污染对陆地生态系统的危害具有十分重要的作用。基于土壤异质性理论,采用土壤物理分组方法和高通量测序技术,分析不同土壤团聚体组分中微塑料对土壤微生物及其功能的影响。结果表明:微塑料可显著提高放线菌门(Actinobacteria)和降低变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度,从而改变微生物群落结构。微塑料处理组中放线菌门替代变形菌门成为优势菌门。3种团聚体组分中,微塑料处理组碳水化合物代谢、脂质代谢、外来生物生物降解和代谢、萜类和聚酮类的代谢和免疫性疾病功能途径的相对丰度均高于对照处理。3种团聚体组分中微塑料对细菌代谢功能的影响方向较为一致,但影响程度顺序为大团聚体组分(0.25~2 mm)>小团聚体组分(<0.053 mm)>微团聚体组分(0.053~0.25 mm)。3种土壤团聚体组分中,微塑料处理中参与不稳定C降解的特定基因、难降解C降解的基因、有机氮转化基因、反硝化基因、有机磷矿化、磷转运蛋白显著富集。研究结果表明:微塑料导致微生物群落结构以及功能发生变化,可能会改变土壤的生态功能。
2024, 42(2): 175-181.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402021
摘要:
为探讨Cr(Ⅵ)与李氏禾根系分泌物组分的相互作用关系,并找出与Cr(Ⅵ)还原相关的关键微生物,研究了6个Cr(Ⅵ)处理浓度(0,40,60,80,100,120 mg/L)对人工湿地微生物燃料电池耦合系统(CW-MFC)中李氏禾根系分泌的有机物种类及含量的影响,同时测定了对照和最优铬处理浓度下系统中的微生物群落。结果表明:1)铬胁迫对李氏禾根系分泌物的影响呈先增加后降低的趋势,当Cr(Ⅵ)处理浓度为80 mg/L时,根系分泌物的化合物最多。2)根系分泌物以脂类、烷类、酚类、烯类和醇类物质为主,其中烷类物质居多。3)六价铬胁迫显著增加了Geobacter在CW-MFC系统中的丰度,这可能是李氏禾中参与铬还原和富集相关的关键微生物。
为探讨Cr(Ⅵ)与李氏禾根系分泌物组分的相互作用关系,并找出与Cr(Ⅵ)还原相关的关键微生物,研究了6个Cr(Ⅵ)处理浓度(0,40,60,80,100,120 mg/L)对人工湿地微生物燃料电池耦合系统(CW-MFC)中李氏禾根系分泌的有机物种类及含量的影响,同时测定了对照和最优铬处理浓度下系统中的微生物群落。结果表明:1)铬胁迫对李氏禾根系分泌物的影响呈先增加后降低的趋势,当Cr(Ⅵ)处理浓度为80 mg/L时,根系分泌物的化合物最多。2)根系分泌物以脂类、烷类、酚类、烯类和醇类物质为主,其中烷类物质居多。3)六价铬胁迫显著增加了Geobacter在CW-MFC系统中的丰度,这可能是李氏禾中参与铬还原和富集相关的关键微生物。
2024, 42(2): 182-191.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402022
摘要:
为探究聚吡咯(PPy)改性电极强化微生物燃料电池(MFC)驱动铀污染土壤的电动修复研究,利用PPy对碳毡电极进行改性,研究不同比例PPy改性电极对MFC的产电性能及其驱动铀污染土壤电动修复效果的影响。结果表明:PPy改性电极增强了MFC的产电性能,CP100最大电压164 mV,最大功率密度18.92 mW/m2,比原始碳毡电极分别提升了29.13%和43.12%;PPy作为MFC阴极增强了土壤中铀的去除效果,其中CP50相较于原始碳毡电极铀的吸附率提升了约13倍;以MFC作为电源能够有效驱动土壤中的铀从阳极向阴极的迁移,其中CP50实验组近阳极区域土壤中铀的最大去除率高达56.42%。综上所述,PPy改性电极对微生物燃料电池的产电能力和铀的去除均具有明显的强化作用。
为探究聚吡咯(PPy)改性电极强化微生物燃料电池(MFC)驱动铀污染土壤的电动修复研究,利用PPy对碳毡电极进行改性,研究不同比例PPy改性电极对MFC的产电性能及其驱动铀污染土壤电动修复效果的影响。结果表明:PPy改性电极增强了MFC的产电性能,CP100最大电压164 mV,最大功率密度18.92 mW/m2,比原始碳毡电极分别提升了29.13%和43.12%;PPy作为MFC阴极增强了土壤中铀的去除效果,其中CP50相较于原始碳毡电极铀的吸附率提升了约13倍;以MFC作为电源能够有效驱动土壤中的铀从阳极向阴极的迁移,其中CP50实验组近阳极区域土壤中铀的最大去除率高达56.42%。综上所述,PPy改性电极对微生物燃料电池的产电能力和铀的去除均具有明显的强化作用。
2024, 42(2): 192-198.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402023
摘要:
利用微生物将六价铬[Cr(Ⅵ)]还原为三价铬[Cr(Ⅲ)]是一种具有前景的铬污染土壤修复方法。从新型的分离和分子生物学鉴定着手,通过含铬溶液和铬污染土壤试验探讨了菌株对Cr(Ⅵ)的修复效果。结果表明:分离得到能够还原Cr(Ⅵ)的硫酸盐还原菌S-7,其16S rDNA全长序列与Desulfovibrio desulfuricans DSM 642T存在98.89%相似度,属于新型脱硫弧菌种,命名为Desulfovibrio desulfuricans S-7。D.desulfuricans S-7生长繁殖的最适合生长温度为30℃,最适合pH值是7.0,耐NaCl浓度范围为0~10%。D.desulfuricans S-7修复铬溶液的结果表明:对25 mg/L的Cr(Ⅵ)去除率为79.74%,在100 mg/L的Cr(Ⅵ)条件下D.desulfuricans S-7的生长繁殖受到抑制。Cr(Ⅵ)污染土壤实验的结果表明:土壤中Cr(Ⅵ)含量50.0 mg/kg降到3.1 mg/kg,去除率达到93.8%,修复后的土地质量符合GB 36600—2018一类建设用地的标准。研究表明:D.desulfuricans S-7能够高效地原位修复厌氧环境下Cr(Ⅵ)污染土壤,为原位修复深层Cr(Ⅵ)污染土壤提供一种新的替代方案。
利用微生物将六价铬[Cr(Ⅵ)]还原为三价铬[Cr(Ⅲ)]是一种具有前景的铬污染土壤修复方法。从新型的分离和分子生物学鉴定着手,通过含铬溶液和铬污染土壤试验探讨了菌株对Cr(Ⅵ)的修复效果。结果表明:分离得到能够还原Cr(Ⅵ)的硫酸盐还原菌S-7,其16S rDNA全长序列与Desulfovibrio desulfuricans DSM 642T存在98.89%相似度,属于新型脱硫弧菌种,命名为Desulfovibrio desulfuricans S-7。D.desulfuricans S-7生长繁殖的最适合生长温度为30℃,最适合pH值是7.0,耐NaCl浓度范围为0~10%。D.desulfuricans S-7修复铬溶液的结果表明:对25 mg/L的Cr(Ⅵ)去除率为79.74%,在100 mg/L的Cr(Ⅵ)条件下D.desulfuricans S-7的生长繁殖受到抑制。Cr(Ⅵ)污染土壤实验的结果表明:土壤中Cr(Ⅵ)含量50.0 mg/kg降到3.1 mg/kg,去除率达到93.8%,修复后的土地质量符合GB 36600—2018一类建设用地的标准。研究表明:D.desulfuricans S-7能够高效地原位修复厌氧环境下Cr(Ⅵ)污染土壤,为原位修复深层Cr(Ⅵ)污染土壤提供一种新的替代方案。
2024, 42(2): 199-210.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402024
摘要:
气候变化和人类活动在生态系统变化中产生协同影响,难以区分。以海南岛为案例,使用残差趋势法,测量生态质量实际和潜在趋势的残差,量化气候变化和人类活动的相对贡献。结果表明:2002—2020年海南岛生态质量总体呈上升趋势,其中54.09%区域生态质量呈显著改善趋势,而4.33%区域生态质量呈显著下降趋势。人类活动对海南岛生态质量变化的贡献率为85.93%(P<0.05),而气候变化对海南岛生态质量变化的贡献率为14.07%(P<0.05)。人类活动在海南岛生态质量变化中起到了主导作用。生态质量改善区域,森林生态系统增加、农田生态系统减少,主要人类活动为先后实施海防林建设、人工商品林建设、生态保护红线划定等生态保护措施,如临高县等;而生态质量下降区域,森林生态系统减少、农田和城镇生态系统增加,主要人为活动为开垦开发建设活动,如海口市等。研究成果对于科学管理生态系统和应对气候变化具有重要意义。
气候变化和人类活动在生态系统变化中产生协同影响,难以区分。以海南岛为案例,使用残差趋势法,测量生态质量实际和潜在趋势的残差,量化气候变化和人类活动的相对贡献。结果表明:2002—2020年海南岛生态质量总体呈上升趋势,其中54.09%区域生态质量呈显著改善趋势,而4.33%区域生态质量呈显著下降趋势。人类活动对海南岛生态质量变化的贡献率为85.93%(P<0.05),而气候变化对海南岛生态质量变化的贡献率为14.07%(P<0.05)。人类活动在海南岛生态质量变化中起到了主导作用。生态质量改善区域,森林生态系统增加、农田生态系统减少,主要人类活动为先后实施海防林建设、人工商品林建设、生态保护红线划定等生态保护措施,如临高县等;而生态质量下降区域,森林生态系统减少、农田和城镇生态系统增加,主要人为活动为开垦开发建设活动,如海口市等。研究成果对于科学管理生态系统和应对气候变化具有重要意义。
2024, 42(2): 211-219.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402025
摘要:
小型灌溉泵站是农田灌溉的重要基础设施,单座规模较小但数量庞大,从“双碳”角度对其开展全生命周期的碳排放核算分析对实现其可持续发展和促进高效供水具有重要意义。基于碳足迹理论,采用混合生命周期分析法,将灌溉泵站全生命周期分为材料设备生产、材料设备运输、建设施工、运行维护和拆除报废5个阶段,分析了灌溉泵站在建设、运行、管理整个过程中的碳排放规律,构建了小型灌溉泵站碳排放模型核算方法,包括核算原理、研究思路、计算流程和核算公式等。选择了6处不同地区小型灌溉泵站开展了碳排放核算方法的实例分析,结果显示:6处灌溉泵站的碳排放总量分别为402.87,34.30,849.37,140.93,1645.56,312.89 t CO2e,年单位灌溉面积的碳排放系数分别为331,147,681,144,202,126 kg CO2e/(hm2·a);各个阶段的碳排放量具有较大差异,总体来看运行维护阶段(62.57%)和材料设备生产阶段(26.64%)排放量最大,建设施工阶段(5.32%)、拆除报废阶段(4.78%)、材料设备运阶段输(0.69%)的排放量相对较小;碳排放受地域提水灌溉特点、泵站规模、灌溉面积、灌溉作物及其用水量、抽水扬程、供电方式等因素影响,表现出一定的差异性;供电方式表现出较大的差异性,相比之下单独太阳能光伏供电比统一电网供电的碳排放量更低,且前者是在建设施工阶段(56.67%)排放量最大,其次是运行维护阶段(19.04%);参数的不确定性分析显示,构筑物寿命年限取值对碳排放核算的敏感性最强,在测算时应结合实际和规范综合考虑进行合理取值;针对不同类型灌溉泵站在不同阶段的碳排放特点提出了针对性的减碳措施。研究结果可为科学核算灌溉泵站碳足迹、建设绿色节约型水利基础设施、促进农村水利低碳发展提供技术参考。
小型灌溉泵站是农田灌溉的重要基础设施,单座规模较小但数量庞大,从“双碳”角度对其开展全生命周期的碳排放核算分析对实现其可持续发展和促进高效供水具有重要意义。基于碳足迹理论,采用混合生命周期分析法,将灌溉泵站全生命周期分为材料设备生产、材料设备运输、建设施工、运行维护和拆除报废5个阶段,分析了灌溉泵站在建设、运行、管理整个过程中的碳排放规律,构建了小型灌溉泵站碳排放模型核算方法,包括核算原理、研究思路、计算流程和核算公式等。选择了6处不同地区小型灌溉泵站开展了碳排放核算方法的实例分析,结果显示:6处灌溉泵站的碳排放总量分别为402.87,34.30,849.37,140.93,1645.56,312.89 t CO2e,年单位灌溉面积的碳排放系数分别为331,147,681,144,202,126 kg CO2e/(hm2·a);各个阶段的碳排放量具有较大差异,总体来看运行维护阶段(62.57%)和材料设备生产阶段(26.64%)排放量最大,建设施工阶段(5.32%)、拆除报废阶段(4.78%)、材料设备运阶段输(0.69%)的排放量相对较小;碳排放受地域提水灌溉特点、泵站规模、灌溉面积、灌溉作物及其用水量、抽水扬程、供电方式等因素影响,表现出一定的差异性;供电方式表现出较大的差异性,相比之下单独太阳能光伏供电比统一电网供电的碳排放量更低,且前者是在建设施工阶段(56.67%)排放量最大,其次是运行维护阶段(19.04%);参数的不确定性分析显示,构筑物寿命年限取值对碳排放核算的敏感性最强,在测算时应结合实际和规范综合考虑进行合理取值;针对不同类型灌溉泵站在不同阶段的碳排放特点提出了针对性的减碳措施。研究结果可为科学核算灌溉泵站碳足迹、建设绿色节约型水利基础设施、促进农村水利低碳发展提供技术参考。
2024, 42(2): 220-229.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402026
摘要:
能源效率是欧盟垃圾焚烧厂建设和运营的关键评价指标之一,欧盟垃圾焚烧行业在能源效率评价体系、配套政策及相应技术方面较为完善。欧盟《废弃物框架指令》(2008/98/EC)提出了固废处理金字塔的概念并规定了各方法的优先级,此外规定了能效评价指标R1计算公式及最低值用以评估欧盟垃圾焚烧厂是否达到固废处理金字塔中的再生利用等级。数据显示:大部分欧盟垃圾焚烧厂具备较完善的供热系统及热电联产的条件,整体能效利用水平较高,超85%的生活垃圾焚烧达到再生利用等级。采用欧盟垃圾焚烧能效评价指标R1方法对我国生活垃圾焚烧发电厂能效情况进行计算,结果表明:随着高参数机组和炉排大型化等技术的应用,我国能源利用效率显著提高;但我国垃圾焚烧以纯发电为主,能源利用效率较欧盟整体偏低,因此可借鉴欧盟经验,合理采用热电联产等相关技术进一步提高能源利用效率,并逐步完善垃圾焚烧能源效率评价体系。
能源效率是欧盟垃圾焚烧厂建设和运营的关键评价指标之一,欧盟垃圾焚烧行业在能源效率评价体系、配套政策及相应技术方面较为完善。欧盟《废弃物框架指令》(2008/98/EC)提出了固废处理金字塔的概念并规定了各方法的优先级,此外规定了能效评价指标R1计算公式及最低值用以评估欧盟垃圾焚烧厂是否达到固废处理金字塔中的再生利用等级。数据显示:大部分欧盟垃圾焚烧厂具备较完善的供热系统及热电联产的条件,整体能效利用水平较高,超85%的生活垃圾焚烧达到再生利用等级。采用欧盟垃圾焚烧能效评价指标R1方法对我国生活垃圾焚烧发电厂能效情况进行计算,结果表明:随着高参数机组和炉排大型化等技术的应用,我国能源利用效率显著提高;但我国垃圾焚烧以纯发电为主,能源利用效率较欧盟整体偏低,因此可借鉴欧盟经验,合理采用热电联产等相关技术进一步提高能源利用效率,并逐步完善垃圾焚烧能源效率评价体系。
2024, 42(2): 230-238.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402027
摘要:
我国持续稳定的经济社会发展以及居民消费水平的不断提升,产生了大量的城市生活垃圾,是城市建设与可持续发展面临的突出难题。以习近平总书记“绿水青山就是金山银山”理念的诞生地暨“无废城市”建设试点城市——湖州市为例,系统介绍了城市生活垃圾数字化管理平台开发的技术方法和功能板块设计与优化,特别是大数据和信息化技术支撑下的智慧化运维与垃圾分类管理模式;并基于湖州市近5年的生活垃圾产生、分类收集、运输、利用和处置等清单数据及演变趋势,采用生命周期评价方法初步定量评估了平台支撑下的减废降碳协同效益。湖州市生活垃圾管理数字化措施的应用和推广,可为其他城市生活垃圾分类与智慧化管理提供参考。
我国持续稳定的经济社会发展以及居民消费水平的不断提升,产生了大量的城市生活垃圾,是城市建设与可持续发展面临的突出难题。以习近平总书记“绿水青山就是金山银山”理念的诞生地暨“无废城市”建设试点城市——湖州市为例,系统介绍了城市生活垃圾数字化管理平台开发的技术方法和功能板块设计与优化,特别是大数据和信息化技术支撑下的智慧化运维与垃圾分类管理模式;并基于湖州市近5年的生活垃圾产生、分类收集、运输、利用和处置等清单数据及演变趋势,采用生命周期评价方法初步定量评估了平台支撑下的减废降碳协同效益。湖州市生活垃圾管理数字化措施的应用和推广,可为其他城市生活垃圾分类与智慧化管理提供参考。
2024, 42(2): 239-246.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402028
摘要:
2022年4月24日,生态环境部公布“十四五”时期“无废城市”建设名单。居民社区作为社会治理的重点场域,能否实现社区生活垃圾源头准确分类处理是影响生态环境友好“无废城市”建设与发展的关键环节。故有必要推动社区环卫一体化,建立智慧、科学、精细、清洁的社区生活垃圾智能分类基础设施体系。相关研究显示,随着垃圾分类政策法规文件逐步落实,各类生活垃圾占比也在逐渐发生变化,其中可回收物、厨余垃圾、有害垃圾占比逐渐提高,其他垃圾的占比逐渐降低,同时厨余垃圾纯净度的提升也为其焚烧发电之外的资源化利用途径奠定了基础。分析典型居民社区特点及其内部生活垃圾分类转运处理环节存在的突出问题,着眼于标准化、模块化、集成化的智能垃圾分类集成装备,与AI分类智慧大脑智能管理、调度、维护平台,提出了典型社区生活垃圾智能分类基础设施体系配置原则,并于北京市通州区马驹桥镇居民社区开展了布置案例分析。该研究结果可为推动京津冀及全国城市社区垃圾智能分类与清洁收集体系规划建设提供参考和依据。
2022年4月24日,生态环境部公布“十四五”时期“无废城市”建设名单。居民社区作为社会治理的重点场域,能否实现社区生活垃圾源头准确分类处理是影响生态环境友好“无废城市”建设与发展的关键环节。故有必要推动社区环卫一体化,建立智慧、科学、精细、清洁的社区生活垃圾智能分类基础设施体系。相关研究显示,随着垃圾分类政策法规文件逐步落实,各类生活垃圾占比也在逐渐发生变化,其中可回收物、厨余垃圾、有害垃圾占比逐渐提高,其他垃圾的占比逐渐降低,同时厨余垃圾纯净度的提升也为其焚烧发电之外的资源化利用途径奠定了基础。分析典型居民社区特点及其内部生活垃圾分类转运处理环节存在的突出问题,着眼于标准化、模块化、集成化的智能垃圾分类集成装备,与AI分类智慧大脑智能管理、调度、维护平台,提出了典型社区生活垃圾智能分类基础设施体系配置原则,并于北京市通州区马驹桥镇居民社区开展了布置案例分析。该研究结果可为推动京津冀及全国城市社区垃圾智能分类与清洁收集体系规划建设提供参考和依据。
2024, 42(2): 247-254.
doi: 10.13205/j.hjgc.202402029
摘要:
为研究多氟烷基磷酸二酯(DiPAPs)对斑马鱼的脂毒性作用,构建15种全氟化合物与过氧化物酶体增殖物激活受体β(PPARβ)结合的三维定量构效关系模型(3D-QSAR),分别对6∶2和8∶2的DiPAPs与PPARβ结合亲和力进行预测;基于分子对接分别研究6∶2和8∶2 DiPAPs与PPARβ的相互作用;分别考察6∶2和8∶2 DiPAPs暴露对斑马鱼Pparβ表达的影响,对3D-QSAR预测结果进行验证。结果表明,6∶2和8∶2 DiPAPs的半数竞争效应浓度(pIC50)的预测值分别为3.73,3.63 mol/L,说明二者可能均具有过氧化物酶体增殖活性;6∶2和8∶2 DiPAPs主要通过氢键和疏水作用与PPARβ结合,且6∶2 DiPAP结合活性更强;二者分别暴露后,PPARβ表达量均显著上调,且50 ng/L 6∶2 DiPAP组比50 ng/L 8∶2 DiPAP组的表达量更高,与模型预测结果一致。综上,6∶2和8∶2 DiPAPs可通过影响斑马鱼PPARβ的表达,产生脂毒性。研究结果可为评估DiPAPs这类新型全氟/多氟烷基化合物在水环境中的生态风险提供理论依据。
为研究多氟烷基磷酸二酯(DiPAPs)对斑马鱼的脂毒性作用,构建15种全氟化合物与过氧化物酶体增殖物激活受体β(PPARβ)结合的三维定量构效关系模型(3D-QSAR),分别对6∶2和8∶2的DiPAPs与PPARβ结合亲和力进行预测;基于分子对接分别研究6∶2和8∶2 DiPAPs与PPARβ的相互作用;分别考察6∶2和8∶2 DiPAPs暴露对斑马鱼Pparβ表达的影响,对3D-QSAR预测结果进行验证。结果表明,6∶2和8∶2 DiPAPs的半数竞争效应浓度(pIC50)的预测值分别为3.73,3.63 mol/L,说明二者可能均具有过氧化物酶体增殖活性;6∶2和8∶2 DiPAPs主要通过氢键和疏水作用与PPARβ结合,且6∶2 DiPAP结合活性更强;二者分别暴露后,PPARβ表达量均显著上调,且50 ng/L 6∶2 DiPAP组比50 ng/L 8∶2 DiPAP组的表达量更高,与模型预测结果一致。综上,6∶2和8∶2 DiPAPs可通过影响斑马鱼PPARβ的表达,产生脂毒性。研究结果可为评估DiPAPs这类新型全氟/多氟烷基化合物在水环境中的生态风险提供理论依据。
