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2025年 第43卷 第6期
2025, 43(6): 1-12.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506001
摘要:
我国城市污泥处理处置已发展到新的阶段，工作重点逐渐从污泥处理转向资源化利用。污泥经稳定化处理后用于土地利用，对土壤有机碳的积累和固持具有正面作用。对污泥土地利用的方式、标准及相关的应用研究案例进行了综述。结果表明，污泥土地利用不仅可以改善土壤性质，还能够有效提高土壤有机碳含量。通过对比不同污泥土地利用方式，发现园林绿化和生态修复相结合的土地利用形式具有较大的发展潜力。进一步总结了污泥土地利用对土壤有机碳的影响机制，分别从污泥有机质组分、物理化学过程和微生物驱动因素等方面进行了深入分析。在物理化学过程方面，污泥的施用可显著改变土壤结构和pH，进而影响土壤有机碳的转化与固存。在微生物过程方面，污泥施用后微生物群落和功能的变化是影响土壤有机碳周转的关键因素，其中微生物残体对于有机碳累积至关重要。通过系统梳理国内外相关研究进展，可为污泥的土地利用及可持续管理提供理论支撑与指导。
我国城市污泥处理处置已发展到新的阶段，工作重点逐渐从污泥处理转向资源化利用。污泥经稳定化处理后用于土地利用，对土壤有机碳的积累和固持具有正面作用。对污泥土地利用的方式、标准及相关的应用研究案例进行了综述。结果表明，污泥土地利用不仅可以改善土壤性质，还能够有效提高土壤有机碳含量。通过对比不同污泥土地利用方式，发现园林绿化和生态修复相结合的土地利用形式具有较大的发展潜力。进一步总结了污泥土地利用对土壤有机碳的影响机制，分别从污泥有机质组分、物理化学过程和微生物驱动因素等方面进行了深入分析。在物理化学过程方面，污泥的施用可显著改变土壤结构和pH，进而影响土壤有机碳的转化与固存。在微生物过程方面，污泥施用后微生物群落和功能的变化是影响土壤有机碳周转的关键因素，其中微生物残体对于有机碳累积至关重要。通过系统梳理国内外相关研究进展，可为污泥的土地利用及可持续管理提供理论支撑与指导。
2025, 43(6): 13-23.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506002
摘要:
微生营养激励素（MNS）是由活性污泥通过碱热水解技术分离萃取得到的产品，富含植物必需营养元素（C、N、P、K）和激励素物质，能够同时实现污泥资源化处理和农业可持续发展。设置空白对照（CK）、化肥（CF）和微生营养激励素（MNS）试验组，评估了MNS对大豆品质和土壤质量的协同提升效应。与CF相比，施用MNS大豆籽粒中蛋白质、脂肪酸和氨基酸分别提高了1.71%、17.96%、10.58%。同时，MNS施用提高了土壤有机质（+13.73%）、速效磷（+28.66%）和速效钾（+44.18%）含量，但降低了铵态氮含量（-10.34%）。MNS可调控根际微生物群落，富集Azohydromonas、Chloroflexaceae和Sphingomonas等功能菌群，提升根际花生四烯酸、色氨酸和豆甾醇等代谢物丰度，以此促进根际碳氮循环和养分释放。研究表明，施用MNS能够调节大豆根系－土壤－微生物的相互作用，进而提高大豆品质和土壤质量。
微生营养激励素（MNS）是由活性污泥通过碱热水解技术分离萃取得到的产品，富含植物必需营养元素（C、N、P、K）和激励素物质，能够同时实现污泥资源化处理和农业可持续发展。设置空白对照（CK）、化肥（CF）和微生营养激励素（MNS）试验组，评估了MNS对大豆品质和土壤质量的协同提升效应。与CF相比，施用MNS大豆籽粒中蛋白质、脂肪酸和氨基酸分别提高了1.71%、17.96%、10.58%。同时，MNS施用提高了土壤有机质（+13.73%）、速效磷（+28.66%）和速效钾（+44.18%）含量，但降低了铵态氮含量（-10.34%）。MNS可调控根际微生物群落，富集Azohydromonas、Chloroflexaceae和Sphingomonas等功能菌群，提升根际花生四烯酸、色氨酸和豆甾醇等代谢物丰度，以此促进根际碳氮循环和养分释放。研究表明，施用MNS能够调节大豆根系－土壤－微生物的相互作用，进而提高大豆品质和土壤质量。
2025, 43(6): 24-33.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506003
摘要:
生物炭可有效提升污泥厌氧消化效率和稳定化重金属。以黄杨木屑为原料，分别在300，500，700℃缺氧条件下热解制备生物炭，考察生物炭投加对城市污泥厌氧消化效果、重金属（Cu、As、Ni、Cr和Pb）含量、化学形态以及生态风险的影响。结果表明：生物炭投加有助于保持污泥厌氧消化系统pH稳定，并缓解氨氮的积累，累积产甲烷量较空白组提升了80.55%~132.52%，700 ℃下热解制备的生物炭在20 g/L的投加量下对厌氧消化效率的提升效果优于其他条件。生物炭投加后，厌氧消化污泥重金属含量较空白组增加了4.79%~85.54%，单因子污染指数和内梅罗综合污染指数有不同程度的提升，但PIi 值和NPI值仍<1（属清洁水平）。此外，生物炭投加后厌氧消化污泥重金属弱酸提取态占比下降，同时残渣态占比增加，重金属得到进一步稳定化；500 ℃下热解制备生物炭投加量为20 g/L时，厌氧消化后污泥重金属风险评价指数（RI值）为58，较空白组（RI=111）降低了47.75%。投加生物炭可有效控制厌氧消化污泥中重金属的潜在生态风险。
生物炭可有效提升污泥厌氧消化效率和稳定化重金属。以黄杨木屑为原料，分别在300，500，700℃缺氧条件下热解制备生物炭，考察生物炭投加对城市污泥厌氧消化效果、重金属（Cu、As、Ni、Cr和Pb）含量、化学形态以及生态风险的影响。结果表明：生物炭投加有助于保持污泥厌氧消化系统pH稳定，并缓解氨氮的积累，累积产甲烷量较空白组提升了80.55%~132.52%，700 ℃下热解制备的生物炭在20 g/L的投加量下对厌氧消化效率的提升效果优于其他条件。生物炭投加后，厌氧消化污泥重金属含量较空白组增加了4.79%~85.54%，单因子污染指数和内梅罗综合污染指数有不同程度的提升，但PIi 值和NPI值仍<1（属清洁水平）。此外，生物炭投加后厌氧消化污泥重金属弱酸提取态占比下降，同时残渣态占比增加，重金属得到进一步稳定化；500 ℃下热解制备生物炭投加量为20 g/L时，厌氧消化后污泥重金属风险评价指数（RI值）为58，较空白组（RI=111）降低了47.75%。投加生物炭可有效控制厌氧消化污泥中重金属的潜在生态风险。
2025, 43(6): 34-40.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506004
摘要:
分析了无锡市3座污水厂4种污泥的泥质参数，并探究药剂配比对污泥脱水性能的影响。研究结果表明，污泥含固率、胞外聚合物（EPS）中蛋白和多糖含量、污泥比阻（SRF）是影响脱水性能的关键因素。运用均匀试验设计原理与线性回归分析手段，构建了药剂添加剂量与污泥毛细吸水时长（CST）、有机物质占比及固体含量间的线性相关性模型。模型验证成效显示，在所设定的药剂添加比例区间（石灰：13%~25%；PAM：1‱~9‱）之内，方程标准误差<1.5，模型适用性较好。该研究为污泥脱水药剂投加提供了科学依据，对提升脱水效能、降低处理成本具有积极作用，可有效促进污泥处理及最终处置的可持续性发展。
分析了无锡市3座污水厂4种污泥的泥质参数，并探究药剂配比对污泥脱水性能的影响。研究结果表明，污泥含固率、胞外聚合物（EPS）中蛋白和多糖含量、污泥比阻（SRF）是影响脱水性能的关键因素。运用均匀试验设计原理与线性回归分析手段，构建了药剂添加剂量与污泥毛细吸水时长（CST）、有机物质占比及固体含量间的线性相关性模型。模型验证成效显示，在所设定的药剂添加比例区间（石灰：13%~25%；PAM：1‱~9‱）之内，方程标准误差<1.5，模型适用性较好。该研究为污泥脱水药剂投加提供了科学依据，对提升脱水效能、降低处理成本具有积极作用，可有效促进污泥处理及最终处置的可持续性发展。
2025, 43(6): 41-50.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506005
摘要:
随着我国污水处理能力的增加，污水处理过程中产生的剩余污泥量也与日剧增。污泥处理问题亟待解决，其中污泥脱水是关键环节。污泥高含水率会为后续处理带来诸多处理难题，增加处理成本。综述了污泥脱水技术，涵盖机械脱水和污泥干化等方式，并对其在实际应用中的优劣势进行了分析。对影响污泥脱水性能的因素进行了系统研究，明确胞外聚合物（EPS）、胶体颗粒物等多种因素的作用机制。此外，全面介绍物理、化学和生物调理方法及其效果，并对每种调理脱水方式列举应用案例，总结了污泥脱水效果，为污泥处理提供参考。在此基础上，展望了污泥脱水实现资源化和低碳化的未来方向，主要包括技术创新以及协同处理等，旨在促进污泥处理领域的可持续发展。
随着我国污水处理能力的增加，污水处理过程中产生的剩余污泥量也与日剧增。污泥处理问题亟待解决，其中污泥脱水是关键环节。污泥高含水率会为后续处理带来诸多处理难题，增加处理成本。综述了污泥脱水技术，涵盖机械脱水和污泥干化等方式，并对其在实际应用中的优劣势进行了分析。对影响污泥脱水性能的因素进行了系统研究，明确胞外聚合物（EPS）、胶体颗粒物等多种因素的作用机制。此外，全面介绍物理、化学和生物调理方法及其效果，并对每种调理脱水方式列举应用案例，总结了污泥脱水效果，为污泥处理提供参考。在此基础上，展望了污泥脱水实现资源化和低碳化的未来方向，主要包括技术创新以及协同处理等，旨在促进污泥处理领域的可持续发展。
2025, 43(6): 51-64.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506006
摘要:
污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸（VFAs）是实现污泥资源化的一种极具潜力的途径，VFAs不仅是多种工业产品的前体物质，而且在污水生物处理过程中可作为补充碳源。然而，其应用推广受限于产酸量低、产酸过程不稳定等因素。因此，探究提升污泥发酵产酸效果的策略及其发酵液的应用潜力，已成为研究领域的热点问题。已有研究主要集中于探讨污泥发酵产酸的机理及其影响因素，对污泥强化产酸方法的系统归纳以及发酵液中富含的VFAs后续应用的研究尚显不足。概述了污泥厌氧发酵产酸的机理，并对4种常见的污泥强化产酸策略——预处理、膜技术、碱性发酵、共发酵的优势与局限性进行了总结。进一步介绍在上述强化策略作用下，污泥发酵液的应用途径，包括作为合成聚羟基脂肪酸酯（PHAs）、中链脂肪酸（MCFAs）及生物能源的原料，微生物燃料电池（MFC）的制备，及作为污水脱氮除磷的补充碳源。指出了现有污泥强化产酸技术与发酵液应用领域所面临的挑战与不足，并对未来的研究方向进行了展望，以期为提高污泥资源回收率与发酵产物利用率提供参考。
污泥厌氧发酵生产挥发性脂肪酸（VFAs）是实现污泥资源化的一种极具潜力的途径，VFAs不仅是多种工业产品的前体物质，而且在污水生物处理过程中可作为补充碳源。然而，其应用推广受限于产酸量低、产酸过程不稳定等因素。因此，探究提升污泥发酵产酸效果的策略及其发酵液的应用潜力，已成为研究领域的热点问题。已有研究主要集中于探讨污泥发酵产酸的机理及其影响因素，对污泥强化产酸方法的系统归纳以及发酵液中富含的VFAs后续应用的研究尚显不足。概述了污泥厌氧发酵产酸的机理，并对4种常见的污泥强化产酸策略——预处理、膜技术、碱性发酵、共发酵的优势与局限性进行了总结。进一步介绍在上述强化策略作用下，污泥发酵液的应用途径，包括作为合成聚羟基脂肪酸酯（PHAs）、中链脂肪酸（MCFAs）及生物能源的原料，微生物燃料电池（MFC）的制备，及作为污水脱氮除磷的补充碳源。指出了现有污泥强化产酸技术与发酵液应用领域所面临的挑战与不足，并对未来的研究方向进行了展望，以期为提高污泥资源回收率与发酵产物利用率提供参考。
2025, 43(6): 65-76.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506007
摘要:
固定化小球藻对剩余污泥厌氧消化液中的氮磷具有良好的去除效果，对剩余污泥的减量化处理具有重要意义。以海藻酸钠（SA）为载体、粉末活性炭（PAC）为吸附剂、氯化钙（CaCl2）为交联剂，分析了3种物质的配比浓度对固定化小球藻传质性、稳定性、比生长速率等性能的影响，通过正交实验对固定化条件进行优化，研究固定化条件的最佳配比，及其对剩余污泥厌氧消化液中的氮磷处理效能。结果表明，当SA、PAC和CaCl2的质量浓度分别为2.5%、4.5%、0.2%时，小球藻的比生长速率最佳，此时固定化小球藻对剩余污泥厌氧消化液中NH4+-N、TP和COD的去除率分别可达96.70%、51.30%和52.92%，比悬浮态小球藻组分别高出3.13，17.05，8.53百分点。随着重复使用次数的增加，固定化小球藻的比生长速率和对厌氧消化液中NH4+-N、COD和TP的去除率随之降低。此外，N/P、Ca2+浓度和COD浓度会影响固定化小球藻对剩余污泥厌氧消化液中氮、磷的去除效果。该研究结果可为剩余污泥厌氧消化液的处理提供理论支撑与技术参考。
固定化小球藻对剩余污泥厌氧消化液中的氮磷具有良好的去除效果，对剩余污泥的减量化处理具有重要意义。以海藻酸钠（SA）为载体、粉末活性炭（PAC）为吸附剂、氯化钙（CaCl2）为交联剂，分析了3种物质的配比浓度对固定化小球藻传质性、稳定性、比生长速率等性能的影响，通过正交实验对固定化条件进行优化，研究固定化条件的最佳配比，及其对剩余污泥厌氧消化液中的氮磷处理效能。结果表明，当SA、PAC和CaCl2的质量浓度分别为2.5%、4.5%、0.2%时，小球藻的比生长速率最佳，此时固定化小球藻对剩余污泥厌氧消化液中NH4+-N、TP和COD的去除率分别可达96.70%、51.30%和52.92%，比悬浮态小球藻组分别高出3.13，17.05，8.53百分点。随着重复使用次数的增加，固定化小球藻的比生长速率和对厌氧消化液中NH4+-N、COD和TP的去除率随之降低。此外，N/P、Ca2+浓度和COD浓度会影响固定化小球藻对剩余污泥厌氧消化液中氮、磷的去除效果。该研究结果可为剩余污泥厌氧消化液的处理提供理论支撑与技术参考。
2025, 43(6): 77-85.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506008
摘要:
城市污泥经过水热碳化处理可实现减量化和无害化。通过实验探究水热碳化的反应温度、反应时间和反应介质对污泥水热炭中重金属性质的影响，分析城市污泥水热碳化过程中重金属的迁移转化机制和生态毒性评价。结果表明：经过水热碳化处理后，污泥中的重金属大部分被富集在水热炭中，从不稳定态F1/F2/F3转化为相对稳定态F4/F5，其稳定化程度与反应强度呈正相关，其中反应温度对重金属形态转化的影响更为显著。通过RAC生态风险指标评价可知：中性反应条件下，除了Mn仍处于中等风险水平外，其余重金属的生态毒性均降至低风险水平。采用2% H2SO4作为反应介质，则220 ℃水热碳化1 h为最佳条件，此时水热炭中所有重金属的生态毒性均降至低风险水平。此外，污泥经过水热碳化处理，其SPLP、TCLP和PBET浸出毒性均降低，并满足GB 5085.3—2007《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》和GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》相关要求，有利于安全妥善处置。
城市污泥经过水热碳化处理可实现减量化和无害化。通过实验探究水热碳化的反应温度、反应时间和反应介质对污泥水热炭中重金属性质的影响，分析城市污泥水热碳化过程中重金属的迁移转化机制和生态毒性评价。结果表明：经过水热碳化处理后，污泥中的重金属大部分被富集在水热炭中，从不稳定态F1/F2/F3转化为相对稳定态F4/F5，其稳定化程度与反应强度呈正相关，其中反应温度对重金属形态转化的影响更为显著。通过RAC生态风险指标评价可知：中性反应条件下，除了Mn仍处于中等风险水平外，其余重金属的生态毒性均降至低风险水平。采用2% H2SO4作为反应介质，则220 ℃水热碳化1 h为最佳条件，此时水热炭中所有重金属的生态毒性均降至低风险水平。此外，污泥经过水热碳化处理，其SPLP、TCLP和PBET浸出毒性均降低，并满足GB 5085.3—2007《危险废物鉴别标准 浸出毒性鉴别》和GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》相关要求，有利于安全妥善处置。
2025, 43(6): 86-94.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506009
摘要:
城镇污水污泥富集了污水中的资源物质与污染物质，污泥处理处置作为污水处理终端治污环节，既贡献了不可忽视的碳排放量，也具有可观的资源和能源回收潜力。系统分析了污泥处理处置各工艺单元的碳排放构成和主流技术路线碳排放特点，从逸散性温室气体减排、节能降耗、能源资源回收利用等角度出发，探讨厌氧消化+土地利用、好氧发酵+土地利用、焚烧+建材利用3条技术路线的碳减排技术研究与应用进展，提出3项具有应用前景的新型能源资源回收利用技术，最后对我国未来污泥处理处置的发展方向进行了展望。
城镇污水污泥富集了污水中的资源物质与污染物质，污泥处理处置作为污水处理终端治污环节，既贡献了不可忽视的碳排放量，也具有可观的资源和能源回收潜力。系统分析了污泥处理处置各工艺单元的碳排放构成和主流技术路线碳排放特点，从逸散性温室气体减排、节能降耗、能源资源回收利用等角度出发，探讨厌氧消化+土地利用、好氧发酵+土地利用、焚烧+建材利用3条技术路线的碳减排技术研究与应用进展，提出3项具有应用前景的新型能源资源回收利用技术，最后对我国未来污泥处理处置的发展方向进行了展望。
2025, 43(6): 95-104.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506010
摘要:
石化污水由于来水复杂、处理流程长，传统的工艺优化方法往往依赖于经验、耗时长、试错成本高，且对于较大的工艺调整具有不可预测的风险。活性污泥与厌氧消化综合性机理模型在市政污水处理行业得到了较好的使用与验证，但在工业污水处理中的使用则存在一定挑战；在工业污水处理中应用模型，需要确定目标工业水质组分及其对生化反应动力学和污泥沉降性的影响。以专业污水建模软件BioWin为工具，结合数据分析，建立了能反映厌氧消化反应、纯氧曝气、表面曝气、膜反应器等污水生化处理设施当前运行现状的工艺模型。结合对工艺的深入理解，采用单因素与复合因素分析，设置了大量工艺分析情景，利用已校准的模型进行定量化评估，在目标污水处理厂实现了以节约运行成本、减少操作人员工作量为目标的系统化优化效果。
石化污水由于来水复杂、处理流程长，传统的工艺优化方法往往依赖于经验、耗时长、试错成本高，且对于较大的工艺调整具有不可预测的风险。活性污泥与厌氧消化综合性机理模型在市政污水处理行业得到了较好的使用与验证，但在工业污水处理中的使用则存在一定挑战；在工业污水处理中应用模型，需要确定目标工业水质组分及其对生化反应动力学和污泥沉降性的影响。以专业污水建模软件BioWin为工具，结合数据分析，建立了能反映厌氧消化反应、纯氧曝气、表面曝气、膜反应器等污水生化处理设施当前运行现状的工艺模型。结合对工艺的深入理解，采用单因素与复合因素分析，设置了大量工艺分析情景，利用已校准的模型进行定量化评估，在目标污水处理厂实现了以节约运行成本、减少操作人员工作量为目标的系统化优化效果。
2025, 43(6): 105-114.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506011
摘要:
已有小试与中试研究证明机械振动是一种可行的、低能耗的MBR膜污染控制手段。北京窦店再生水厂是国内外第1座同时采用机械振动MBR（V-MBR）与曝气吹扫MBR（AS-MBR）工艺的实际城镇污水处理工程，2年的运行数据表明：在较低进水碳氮比［ρ（COD）/ρ（TN）≈5］时，V-MBR工艺出水TN浓度比AS-MBR降低4 mg/L以上，但V-MBR工艺出水COD、NH4+-N、TP浓度与AS-MBR工艺相近。V-MBR膜池内源脱氮与AS-MBR膜池内源释放氮的差异贡献了约70%的V-MBR脱氮能力提升量。V-MBR污泥硝化、反硝化、释磷与吸磷速率分别比AS-MBR高出18%、19%、19%与14%。水厂主要的硝化菌属为Nitrosomonas与Nitrospira，反硝化菌属为Denitratisoma、Terrimonas与Thauera等，聚磷菌属为Dechloromonas与Ca. Accumulibacter，V-MBR中硝化菌、反硝化菌与聚磷菌属的相对丰度均高于AS-MBR。V-MBR工艺运行电耗为0.35 kW·h/m3，比AS-MBR节能0.13 kW·h/m3，其中膜振动电机相比吹扫风机的节能贡献占比约为85%。V-MBR的化学除磷药剂成本比AS-MBR减少33.3%。V-MBR工艺强化脱氮除磷与节能优势显著，未来可进一步优化振动设备机械结构。
已有小试与中试研究证明机械振动是一种可行的、低能耗的MBR膜污染控制手段。北京窦店再生水厂是国内外第1座同时采用机械振动MBR（V-MBR）与曝气吹扫MBR（AS-MBR）工艺的实际城镇污水处理工程，2年的运行数据表明：在较低进水碳氮比［ρ（COD）/ρ（TN）≈5］时，V-MBR工艺出水TN浓度比AS-MBR降低4 mg/L以上，但V-MBR工艺出水COD、NH4+-N、TP浓度与AS-MBR工艺相近。V-MBR膜池内源脱氮与AS-MBR膜池内源释放氮的差异贡献了约70%的V-MBR脱氮能力提升量。V-MBR污泥硝化、反硝化、释磷与吸磷速率分别比AS-MBR高出18%、19%、19%与14%。水厂主要的硝化菌属为Nitrosomonas与Nitrospira，反硝化菌属为Denitratisoma、Terrimonas与Thauera等，聚磷菌属为Dechloromonas与Ca. Accumulibacter，V-MBR中硝化菌、反硝化菌与聚磷菌属的相对丰度均高于AS-MBR。V-MBR工艺运行电耗为0.35 kW·h/m3，比AS-MBR节能0.13 kW·h/m3，其中膜振动电机相比吹扫风机的节能贡献占比约为85%。V-MBR的化学除磷药剂成本比AS-MBR减少33.3%。V-MBR工艺强化脱氮除磷与节能优势显著，未来可进一步优化振动设备机械结构。
2025, 43(6): 115-126.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506012
摘要:
大型污水处理厂实时调控困难导致超标风险长期存在，迫切需要过程仿真软件指导达标运行。以北方某A2/O工艺污水处理厂为研究对象，借助BioWin6.0构建适用模型，面向GB 3838—2002 《地表水环境质量标准》的准Ⅳ类标准深入开展仿真运行优化，分别以控TN优先和控TP优先模拟得到四季推荐运行参数。谨以冬季为例，对冬季控TN优先推荐运行参数进行验证，结果表明COD、NH4+-N和TP 3个指标均稳定优于GB 3838—2002准Ⅳ类标准。值得注意的是，模拟出水TN浓度相比优化前最高降低21.2%；模拟出水TP浓度相比优化前最高降低15.6%，甚至优于地表水准Ⅲ类标准。可见该厂运行升级改造仍有较大空间，所得四季推荐运行参数可为大型污水处理厂降本增效提供借鉴和指导。
大型污水处理厂实时调控困难导致超标风险长期存在，迫切需要过程仿真软件指导达标运行。以北方某A2/O工艺污水处理厂为研究对象，借助BioWin6.0构建适用模型，面向GB 3838—2002 《地表水环境质量标准》的准Ⅳ类标准深入开展仿真运行优化，分别以控TN优先和控TP优先模拟得到四季推荐运行参数。谨以冬季为例，对冬季控TN优先推荐运行参数进行验证，结果表明COD、NH4+-N和TP 3个指标均稳定优于GB 3838—2002准Ⅳ类标准。值得注意的是，模拟出水TN浓度相比优化前最高降低21.2%；模拟出水TP浓度相比优化前最高降低15.6%，甚至优于地表水准Ⅲ类标准。可见该厂运行升级改造仍有较大空间，所得四季推荐运行参数可为大型污水处理厂降本增效提供借鉴和指导。
2025, 43(6): 127-137.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506013
摘要:
采用硼氢化钠（NaBH4）将氧化石墨烯（GO）与Fe（Ⅱ）还原制备rGO/Fe（0）复合材料，以Cr（Ⅵ）模拟废水为研究对象，采用SEM、XPS、FT-IR、XRD及BET表征技术对rGO/Fe（0）进行微观形貌和物化性质表征分析，结合吸附动力学、吸附热力学和吸附等温线等模型探究rGO/Fe（0）对Cr（Ⅵ）的吸附还原性能及机理。结果表明：rGO/Fe（0）相对rGO的比表面积（20.03 m2/g）提高了111.1%，孔容（0.08 cm3/g）提高了162.5%，孔径（16.45 nm）提高了21.7%。rGO/Fe（0）将Cr（Ⅵ）吸附还原成Cr（Ⅲ）后被rGO固定在表面，剩余的部分Cr（Ⅲ）扩散到溶液中。pH=3时，rGO/Fe（0）对Cr（Ⅵ）的去除量为28.75 mg/g，其中还原量为23.91 mg/g，溶液中的Cr（Ⅲ）为11.54 mg/L。rGO/Fe（0）去除Cr（Ⅵ）的主要机理为静电吸引、还原作用和络合作用。rGO/Fe（0）对Cr（Ⅵ）的去除率为57.5%，其中还原反应贡献率为83.2%，说明rGO/Fe（0）去除Cr（Ⅵ）的主要机理为还原反应，同时Fe（0）被氧化成Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）。循环利用结果表明，rGO/Fe（0）在循环4次后对Cr（Ⅵ）去除率降低17.6百分点。rGO/Fe（0）对实际Cr（Ⅵ）废水的去除率为79.5%。
采用硼氢化钠（NaBH4）将氧化石墨烯（GO）与Fe（Ⅱ）还原制备rGO/Fe（0）复合材料，以Cr（Ⅵ）模拟废水为研究对象，采用SEM、XPS、FT-IR、XRD及BET表征技术对rGO/Fe（0）进行微观形貌和物化性质表征分析，结合吸附动力学、吸附热力学和吸附等温线等模型探究rGO/Fe（0）对Cr（Ⅵ）的吸附还原性能及机理。结果表明：rGO/Fe（0）相对rGO的比表面积（20.03 m2/g）提高了111.1%，孔容（0.08 cm3/g）提高了162.5%，孔径（16.45 nm）提高了21.7%。rGO/Fe（0）将Cr（Ⅵ）吸附还原成Cr（Ⅲ）后被rGO固定在表面，剩余的部分Cr（Ⅲ）扩散到溶液中。pH=3时，rGO/Fe（0）对Cr（Ⅵ）的去除量为28.75 mg/g，其中还原量为23.91 mg/g，溶液中的Cr（Ⅲ）为11.54 mg/L。rGO/Fe（0）去除Cr（Ⅵ）的主要机理为静电吸引、还原作用和络合作用。rGO/Fe（0）对Cr（Ⅵ）的去除率为57.5%，其中还原反应贡献率为83.2%，说明rGO/Fe（0）去除Cr（Ⅵ）的主要机理为还原反应，同时Fe（0）被氧化成Fe（Ⅱ）和Fe（Ⅲ）。循环利用结果表明，rGO/Fe（0）在循环4次后对Cr（Ⅵ）去除率降低17.6百分点。rGO/Fe（0）对实际Cr（Ⅵ）废水的去除率为79.5%。
2025, 43(6): 138-146.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506014
摘要:
随着国家对工业废水污染物“零排放”要求的提出，高盐工业废水热蒸发成为高盐废水减量化处理的最后工序。其中，作为蒸发工艺中核心设备——废水加热器，其表面结垢问题成为限制蒸发结晶工艺快速发展的主要障碍。基于环氧树脂涂层具有良好的耐腐、防垢效果，研究使用两步法（刻蚀+浸渍）在金属基材表面制备涂层得到具有良好阻垢效果的疏水金属基材，环氧树脂涂层厚度仅为微米级别，且水接触角可达到（137±1.5）°。经过3种盐溶液的测试发现，结垢量下降了50%以上，平均结垢速率稳定在0.02 mg/（cm2·h）以下，并且在结垢168 h后阻垢效果依旧可保持45%以上。研究制备得到的聚合物铝基具备优良的疏水、阻垢性能，可以有效对抗高盐溶液的结垢侵蚀，是一种具有优良耐垢性能的金属基材。
随着国家对工业废水污染物“零排放”要求的提出，高盐工业废水热蒸发成为高盐废水减量化处理的最后工序。其中，作为蒸发工艺中核心设备——废水加热器，其表面结垢问题成为限制蒸发结晶工艺快速发展的主要障碍。基于环氧树脂涂层具有良好的耐腐、防垢效果，研究使用两步法（刻蚀+浸渍）在金属基材表面制备涂层得到具有良好阻垢效果的疏水金属基材，环氧树脂涂层厚度仅为微米级别，且水接触角可达到（137±1.5）°。经过3种盐溶液的测试发现，结垢量下降了50%以上，平均结垢速率稳定在0.02 mg/（cm2·h）以下，并且在结垢168 h后阻垢效果依旧可保持45%以上。研究制备得到的聚合物铝基具备优良的疏水、阻垢性能，可以有效对抗高盐溶液的结垢侵蚀，是一种具有优良耐垢性能的金属基材。
2025, 43(6): 147-153.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506015
摘要:
全氟和多氟羧酸（per- and polyfluorinated carboxylic acids， PFCAs）及异构体种类繁多、环境风险大，近年来受到广泛关注。现有检测方法在缺乏标准品的前提下，难以满足PFCAs异构体精准分析需求。基于待测分子体积与阻断电流线性响应关系的单分子检测方法，能够实现无需标准品的PFCAs检测，但对PFCAs异构体的分辨能力尚待验证。以脂肪族单氢取代PFCAs位置异构体为研究对象，发展了一种耦合频率调制的多维特征单分子算法，实现了野生型Aerolysin纳米孔对上述PFCAs异构体待测物近100%的准确识别。
全氟和多氟羧酸（per- and polyfluorinated carboxylic acids， PFCAs）及异构体种类繁多、环境风险大，近年来受到广泛关注。现有检测方法在缺乏标准品的前提下，难以满足PFCAs异构体精准分析需求。基于待测分子体积与阻断电流线性响应关系的单分子检测方法，能够实现无需标准品的PFCAs检测，但对PFCAs异构体的分辨能力尚待验证。以脂肪族单氢取代PFCAs位置异构体为研究对象，发展了一种耦合频率调制的多维特征单分子算法，实现了野生型Aerolysin纳米孔对上述PFCAs异构体待测物近100%的准确识别。
2025, 43(6): 154-165.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506016
摘要:
开发和利用非常规水资源——雨水资源是缓解水资源供需矛盾的重要途径。电絮凝能显著加速泥沙沉降，在较短时间内提升和改善水质，避免了因自然絮凝时间较长而引起的雨水利用时效性低的问题。设计室内实验，探究了电流密度、极板间距、泥沙初始浓度和反应时间对泥沙沉降的影响，选取浊度去除率、絮团粒径能耗为评价指标，共完成128 组实验，并利用响应面法验证和优化参数组合。结果表明：根据溶液中的泥沙分布及浊度变化情况，反应0~10 min为絮凝前期，泥沙颗粒去除主要依靠自然沉降；反应20~40 min为絮凝后期，此阶段内铝酸络合物与泥沙颗粒吸附结合，主导小颗粒泥沙絮凝沉降。电流密度较低（10 A/m2）时，浊度去除率上升缓慢；而电流密度较高（40 A/m2）时，浊度去除率达到快速上升之后下降。泥沙初始浓度较低（1 g/L）时，浊度去除率偏低，电絮凝效果未得以充分发挥；而泥沙初始浓度较高（3 g/L）时，浊度去除率同样偏低，这是因为泥沙过量而生成絮体不足。电解产生的气泡使得铝酸络合物与颗粒接触机率增强，此外铝酸络合物与泥沙浓度的比值是影响絮凝效果的主要原因，特别当电流密度>10 A/m2，且电解20~25 min时，絮凝效果提升最为明显。响应面法优化表明，在电流密度为30 A/m2，初始浓度为2.4 g/L，反应时间为37 min的运行条件下，电絮凝法对泥沙溶液浊度的去除率达到了91.28%，吨水处理成本为0.02 元，电耗为0.06 kW·h。该研究对电絮凝及雨水资源利用装置设计和应用具有参考价值。
开发和利用非常规水资源——雨水资源是缓解水资源供需矛盾的重要途径。电絮凝能显著加速泥沙沉降，在较短时间内提升和改善水质，避免了因自然絮凝时间较长而引起的雨水利用时效性低的问题。设计室内实验，探究了电流密度、极板间距、泥沙初始浓度和反应时间对泥沙沉降的影响，选取浊度去除率、絮团粒径能耗为评价指标，共完成128 组实验，并利用响应面法验证和优化参数组合。结果表明：根据溶液中的泥沙分布及浊度变化情况，反应0~10 min为絮凝前期，泥沙颗粒去除主要依靠自然沉降；反应20~40 min为絮凝后期，此阶段内铝酸络合物与泥沙颗粒吸附结合，主导小颗粒泥沙絮凝沉降。电流密度较低（10 A/m2）时，浊度去除率上升缓慢；而电流密度较高（40 A/m2）时，浊度去除率达到快速上升之后下降。泥沙初始浓度较低（1 g/L）时，浊度去除率偏低，电絮凝效果未得以充分发挥；而泥沙初始浓度较高（3 g/L）时，浊度去除率同样偏低，这是因为泥沙过量而生成絮体不足。电解产生的气泡使得铝酸络合物与颗粒接触机率增强，此外铝酸络合物与泥沙浓度的比值是影响絮凝效果的主要原因，特别当电流密度>10 A/m2，且电解20~25 min时，絮凝效果提升最为明显。响应面法优化表明，在电流密度为30 A/m2，初始浓度为2.4 g/L，反应时间为37 min的运行条件下，电絮凝法对泥沙溶液浊度的去除率达到了91.28%，吨水处理成本为0.02 元，电耗为0.06 kW·h。该研究对电絮凝及雨水资源利用装置设计和应用具有参考价值。
2025, 43(6): 166-176.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506017
摘要:
暴露评估是场地人体健康风险评估中的关键环节，在环境标准体系建立及土壤修复治理目标制定中发挥着重要作用，精细化暴露评估是近年来人体健康风险评估研究热点之一。在分析场地土壤重金属暴露因素基础上，通过文献搜集和整理归纳暴露评估中概念模型构建和计算模型优化的主要方法，提出场地土壤重金属精细化暴露评估技术路线，进一步总结基于行为模式的土壤经口摄入量模拟技术、生物可给性测试技术、空气颗粒物浓度模拟技术共3种暴露参数精细化技术。基于现有场地土壤重金属暴露评估存在的问题，提出了构建以精细化污染场地概念模型为基础的暴露评估体系，拓展关联性指标和多来源数据优化暴露评估模型计算结果，运用动态监测技术支撑现代化场地环境管理等未来展望，以期推动场地土壤重金属精细化暴露评估理论和技术发展。
暴露评估是场地人体健康风险评估中的关键环节，在环境标准体系建立及土壤修复治理目标制定中发挥着重要作用，精细化暴露评估是近年来人体健康风险评估研究热点之一。在分析场地土壤重金属暴露因素基础上，通过文献搜集和整理归纳暴露评估中概念模型构建和计算模型优化的主要方法，提出场地土壤重金属精细化暴露评估技术路线，进一步总结基于行为模式的土壤经口摄入量模拟技术、生物可给性测试技术、空气颗粒物浓度模拟技术共3种暴露参数精细化技术。基于现有场地土壤重金属暴露评估存在的问题，提出了构建以精细化污染场地概念模型为基础的暴露评估体系，拓展关联性指标和多来源数据优化暴露评估模型计算结果，运用动态监测技术支撑现代化场地环境管理等未来展望，以期推动场地土壤重金属精细化暴露评估理论和技术发展。
2025, 43(6): 177-187.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506018
摘要:
近年来，生活垃圾强制分类制度在我国陆续推行，分类制度带来的影响与现有市政环卫体系的矛盾逐步显现。为分析分类制度对垃圾清运量的影响，基于系统动力学理论，运用VENSIM软件分析影响城市生活垃圾产生量的关键因素，绘制因果回路图，建立存量流量模型，预测了疫情及生活垃圾强制分类的不同社会情景下垃圾清运量的发展趋势。以北京市和深圳市为例，基于2010—2020年数据，并在无疫情不分类、常规基准、减量情景和缓慢恢复4个情景下，对2021—2035年生活垃圾清运情况进行预测，研究表明疫情和垃圾分类制度等社会事件因素对人均产生量（以垃圾产生人口折算）和总清运量有显著的减量效果。延续现行分类制度时，北京市和深圳市垃圾清运量将于2035年分别达到1227.51 万t、 1204.33 万t，比无分类制度情景下的对应值低12.9%和17.5%。
近年来，生活垃圾强制分类制度在我国陆续推行，分类制度带来的影响与现有市政环卫体系的矛盾逐步显现。为分析分类制度对垃圾清运量的影响，基于系统动力学理论，运用VENSIM软件分析影响城市生活垃圾产生量的关键因素，绘制因果回路图，建立存量流量模型，预测了疫情及生活垃圾强制分类的不同社会情景下垃圾清运量的发展趋势。以北京市和深圳市为例，基于2010—2020年数据，并在无疫情不分类、常规基准、减量情景和缓慢恢复4个情景下，对2021—2035年生活垃圾清运情况进行预测，研究表明疫情和垃圾分类制度等社会事件因素对人均产生量（以垃圾产生人口折算）和总清运量有显著的减量效果。延续现行分类制度时，北京市和深圳市垃圾清运量将于2035年分别达到1227.51 万t、 1204.33 万t，比无分类制度情景下的对应值低12.9%和17.5%。
2025, 43(6): 188-196.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506019
摘要:
针对现有活性污泥微生物检测算法精度低，漏检率较高的问题，提出了一种改进YOLOv5的微生物检测方法。利用K-Means++算法生成最适合本数据集的锚框组，在YOLOv5主干网络中用C3GC模块代替原有C3模块加强特征信息提取，颈部网络的特征金字塔融合坐标注意力机制与全局到空间聚合模块加强特征信息的融合。基于实际采集的活性污泥微生物数据，通过数据增强方法构建了训练和测试数据集。改进算法在测试数据集上召回率达到97.4%，平均精准度达到99.2%，模型大小仅为23.5 MB，与原始YOLOv5模型和其他主流检测模型及变种相比，准确率与回归率均取得了较大提升，并能够满足在移动端的快速部署，证明了改进算法的有效性。
针对现有活性污泥微生物检测算法精度低，漏检率较高的问题，提出了一种改进YOLOv5的微生物检测方法。利用K-Means++算法生成最适合本数据集的锚框组，在YOLOv5主干网络中用C3GC模块代替原有C3模块加强特征信息提取，颈部网络的特征金字塔融合坐标注意力机制与全局到空间聚合模块加强特征信息的融合。基于实际采集的活性污泥微生物数据，通过数据增强方法构建了训练和测试数据集。改进算法在测试数据集上召回率达到97.4%，平均精准度达到99.2%，模型大小仅为23.5 MB，与原始YOLOv5模型和其他主流检测模型及变种相比，准确率与回归率均取得了较大提升，并能够满足在移动端的快速部署，证明了改进算法的有效性。
2025, 43(6): 197-203.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506020
摘要:
焚烧法是处理城市固体垃圾的有效手段，层燃焚烧炉是应用最广泛的城市垃圾焚烧设备。计算流体力学CFD作为一种研究工具，被广泛应用于垃圾焚烧炉的设计优化工作中，最常用的为 FLIC 和 Fluent 耦合的方法，但其无法对燃烧过程全面考虑，并且只能采用人工的方式进行耦合，计算结果误差较大。开发了床层燃烧优化模型，并对比了床层燃烧优化模型及FLIC模型，分析了2种模型的差异，对2种模型的计算结果进行了对比分析。进一步采用床层燃烧优化模型+STAR CCM+自动耦合的计算方法，对某900 t/d的焚烧炉进行了CFD计算。最后采用SHERPA的优化算法，对该焚烧炉配风进行优化计算。优化结果显示其热灼减率从3.1%降低到0.25%，燃料燃烧地更加充分；炉内850 ℃以上烟气停留时间由4.22 s增加到4.55 s，更有利于二噁英的去除。整体来看，模拟计算获得了理想的优化效果，为垃圾焚烧炉的优化设计提供了新方法。
焚烧法是处理城市固体垃圾的有效手段，层燃焚烧炉是应用最广泛的城市垃圾焚烧设备。计算流体力学CFD作为一种研究工具，被广泛应用于垃圾焚烧炉的设计优化工作中，最常用的为 FLIC 和 Fluent 耦合的方法，但其无法对燃烧过程全面考虑，并且只能采用人工的方式进行耦合，计算结果误差较大。开发了床层燃烧优化模型，并对比了床层燃烧优化模型及FLIC模型，分析了2种模型的差异，对2种模型的计算结果进行了对比分析。进一步采用床层燃烧优化模型+STAR CCM+自动耦合的计算方法，对某900 t/d的焚烧炉进行了CFD计算。最后采用SHERPA的优化算法，对该焚烧炉配风进行优化计算。优化结果显示其热灼减率从3.1%降低到0.25%，燃料燃烧地更加充分；炉内850 ℃以上烟气停留时间由4.22 s增加到4.55 s，更有利于二噁英的去除。整体来看，模拟计算获得了理想的优化效果，为垃圾焚烧炉的优化设计提供了新方法。
2025, 43(6): 204-213.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506022
摘要:
为了明确生活垃圾制备SRF进行焚烧发电的环境影响，揭示不同SRF制备工艺所造成的环境影响差异，利用OpenLCA软件对机械分选、生物干化、高压挤压-生物干化3种典型短流程工艺制备的SRF进行生命周期评价，同时以生活垃圾焚烧发电的生命周期评价作为对照。以1 t生活垃圾为功能单位，采用ReCiPe 2016环境评价方法，从人体健康损害、生态系统破坏和资源消耗3方面考察不同工艺制备SRF的环境影响，分析造成各类环境影响的主要生命周期过程。结果表明：SRF焚烧对环境的危害主要由焚烧烟气中CO2和污染物排放造成，而物料运输和SRF制备等过程的环境影响较小。SRF焚烧发电造成的主要环境危害由气候变化和颗粒物形成，对环境保护的效益体现在陆地生态毒性和化石能源消耗的减少。3种SRF制备工艺中，高压挤压-生物干化工艺的环境危害程度最低。相比于生活垃圾直接焚烧发电，高压挤压-生物干化SRF焚烧发电可减少11.7%的人体健康损害，减少462.4%的生态系统破坏，资源的节约程度提升81.4%。
为了明确生活垃圾制备SRF进行焚烧发电的环境影响，揭示不同SRF制备工艺所造成的环境影响差异，利用OpenLCA软件对机械分选、生物干化、高压挤压-生物干化3种典型短流程工艺制备的SRF进行生命周期评价，同时以生活垃圾焚烧发电的生命周期评价作为对照。以1 t生活垃圾为功能单位，采用ReCiPe 2016环境评价方法，从人体健康损害、生态系统破坏和资源消耗3方面考察不同工艺制备SRF的环境影响，分析造成各类环境影响的主要生命周期过程。结果表明：SRF焚烧对环境的危害主要由焚烧烟气中CO2和污染物排放造成，而物料运输和SRF制备等过程的环境影响较小。SRF焚烧发电造成的主要环境危害由气候变化和颗粒物形成，对环境保护的效益体现在陆地生态毒性和化石能源消耗的减少。3种SRF制备工艺中，高压挤压-生物干化工艺的环境危害程度最低。相比于生活垃圾直接焚烧发电，高压挤压-生物干化SRF焚烧发电可减少11.7%的人体健康损害，减少462.4%的生态系统破坏，资源的节约程度提升81.4%。
2025, 43(6): 214-227.
doi: 10.13205/j.hjgc.202506023
摘要:
我国生活垃圾处理经历了非正规填埋—卫生填埋场填埋—焚烧为主、填埋为辅的3个阶段，截至到目前，仍存在部分非正规填埋场未得到妥善的处理和处置。针对目前国内存量的非正规填埋场的污染现状问题，在文献查阅的基础上梳理了目前国内外多个非正规填埋场的现状，分析阐述了不同地区非正规填埋场的垃圾特性，比较总结了不同地区非正规填埋场对周边环境影响情况，并就非正规填埋场垃圾开挖工艺、场地污染控制工艺及场地修复技术进行了归纳梳理，对目前非正规垃圾填埋场现状和处理处置技术进行了分析和归纳总结，对未来非正规填埋场处理处置技术发展进行了展望，以期为非正规填埋场进行污染防控提供参考。
我国生活垃圾处理经历了非正规填埋—卫生填埋场填埋—焚烧为主、填埋为辅的3个阶段，截至到目前，仍存在部分非正规填埋场未得到妥善的处理和处置。针对目前国内存量的非正规填埋场的污染现状问题，在文献查阅的基础上梳理了目前国内外多个非正规填埋场的现状，分析阐述了不同地区非正规填埋场的垃圾特性，比较总结了不同地区非正规填埋场对周边环境影响情况，并就非正规填埋场垃圾开挖工艺、场地污染控制工艺及场地修复技术进行了归纳梳理，对目前非正规垃圾填埋场现状和处理处置技术进行了分析和归纳总结，对未来非正规填埋场处理处置技术发展进行了展望，以期为非正规填埋场进行污染防控提供参考。
