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2022年 第40卷 第4期
2022, 40(4): 1-7.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204001
摘要:
高铁酸盐是一种集氧化、消毒和絮凝等多功能于一体的水处理剂,具有广阔的应用前景。综述了高铁酸盐在消毒方面的研究进展,包括高铁酸盐对细菌和病毒的灭活特性及影响消毒效果的主要因素,并将高铁酸盐与氯、臭氧等常规消毒技术在消毒效果、消毒机理、消毒副产物生成量等方面进行了详细比较。高铁酸盐在较宽的pH范围内对不同水体中的细菌和病毒均呈现较好的灭活效果,pH、温度和有机物是影响高铁酸盐消毒效果的重要因素,高铁酸盐和其他消毒技术联用将是未来研究的关注点。
高铁酸盐是一种集氧化、消毒和絮凝等多功能于一体的水处理剂,具有广阔的应用前景。综述了高铁酸盐在消毒方面的研究进展,包括高铁酸盐对细菌和病毒的灭活特性及影响消毒效果的主要因素,并将高铁酸盐与氯、臭氧等常规消毒技术在消毒效果、消毒机理、消毒副产物生成量等方面进行了详细比较。高铁酸盐在较宽的pH范围内对不同水体中的细菌和病毒均呈现较好的灭活效果,pH、温度和有机物是影响高铁酸盐消毒效果的重要因素,高铁酸盐和其他消毒技术联用将是未来研究的关注点。
2022, 40(4): 8-13,21.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204002
摘要:
以猪场废水中典型的抗生素抗性基因(antibiotic resistant genes, ARGs)为研究对象,针对MBR工艺处理猪场废水,研究生物处理过程抗性基因去除及其与工艺参数的关系。膜生物反应器(membrane bio-reactor, MBR)小试装置对猪场废水中COD和TN的平均去除率分别达到95.5%和92.4%。在污泥龄(sludge retention time,30 d)较长时,MBR对ARGs的拷贝数去除率在1.5~2 logs,而将SRT缩短至15 d时去除率最高可达3.78 logs。环境因子(DO、pH、Temp、SS、COD、NH+4-N和TN)对MBR出水中ARGs拷贝数和丰度的影响呈现出相同趋势。因此,通过降低SRT、提高DO、pH、和温度等措施,可以提高ARGs拷贝数和丰度的消减效率,具有实际应用价值和指导意义。
以猪场废水中典型的抗生素抗性基因(antibiotic resistant genes, ARGs)为研究对象,针对MBR工艺处理猪场废水,研究生物处理过程抗性基因去除及其与工艺参数的关系。膜生物反应器(membrane bio-reactor, MBR)小试装置对猪场废水中COD和TN的平均去除率分别达到95.5%和92.4%。在污泥龄(sludge retention time,30 d)较长时,MBR对ARGs的拷贝数去除率在1.5~2 logs,而将SRT缩短至15 d时去除率最高可达3.78 logs。环境因子(DO、pH、Temp、SS、COD、NH+4-N和TN)对MBR出水中ARGs拷贝数和丰度的影响呈现出相同趋势。因此,通过降低SRT、提高DO、pH、和温度等措施,可以提高ARGs拷贝数和丰度的消减效率,具有实际应用价值和指导意义。
2022, 40(4): 14-21.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204003
摘要:
通过浸渍合成复合催化材料CoMn@AC,用于催化过一硫酸氢盐(PMS)产生自由基对罗丹明B(RhB)进行降解。采用扫描电子显微镜(SEM)、比表面及孔径分析仪(BET)等对其进行表征。考察了催化剂负载量、PMS投加量、pH以及温度等因素对RhB降解的影响。结果表明:当Co负载量为7%且n(Co)∶n(Mn)为5∶1时,合成的复合材料CoMn@AC7-5∶1对100 mL浓度为50 mg/L的RhB降解效果可达到84.2%;在pH为4~10,反应温度为25 ℃,PMS浓度为0.250 mmol/L时,4 h内对RhB的去除率可达84.2%;猝灭研究表明,硫酸根自由基(SO-4·)在反应过程中起主要作用;此外,CoMn@AC/PMS体系对RhB的降解效率随温度的升高而显著加快,其降解活化能为29.80 kJ/mol。
通过浸渍合成复合催化材料CoMn@AC,用于催化过一硫酸氢盐(PMS)产生自由基对罗丹明B(RhB)进行降解。采用扫描电子显微镜(SEM)、比表面及孔径分析仪(BET)等对其进行表征。考察了催化剂负载量、PMS投加量、pH以及温度等因素对RhB降解的影响。结果表明:当Co负载量为7%且n(Co)∶n(Mn)为5∶1时,合成的复合材料CoMn@AC7-5∶1对100 mL浓度为50 mg/L的RhB降解效果可达到84.2%;在pH为4~10,反应温度为25 ℃,PMS浓度为0.250 mmol/L时,4 h内对RhB的去除率可达84.2%;猝灭研究表明,硫酸根自由基(SO-4·)在反应过程中起主要作用;此外,CoMn@AC/PMS体系对RhB的降解效率随温度的升高而显著加快,其降解活化能为29.80 kJ/mol。
2022, 40(4): 22-28.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204004
摘要:
臭氧-活性炭(O3-AC)技术可以通过吸附和氧化协同作用去除废水中的污染物,而AC粒径是影响这一过程的关键因素。制备了5种48~1700 μm的不同粒径AC用于苯酚废水的O3-AC处理,通过吸附和氧化动力学考察了AC粒径对污染物的吸附、氧化以及O3传质的影响机制。结果表明:在AC粒径<150 μm时,AC表面出现更多微观孔道,吸附和氧化速率较粒径>150 μm的AC分别提高了189%和166%;粒径在48~150 μm的AC在O3中的传质和分解速率分别达到0.57,0.51 min-1,显著高于其他大粒径AC;在O3-AC中加入叔丁醇(TBA)后,40 min内COD去除率降低了20%,O3的分解作用与催化氧化反应有关;使用48~150 μm粒径的AC连续进行6次O3-AC实验,COD去除速率均保持在95%以上,具有良好稳定性。
臭氧-活性炭(O3-AC)技术可以通过吸附和氧化协同作用去除废水中的污染物,而AC粒径是影响这一过程的关键因素。制备了5种48~1700 μm的不同粒径AC用于苯酚废水的O3-AC处理,通过吸附和氧化动力学考察了AC粒径对污染物的吸附、氧化以及O3传质的影响机制。结果表明:在AC粒径<150 μm时,AC表面出现更多微观孔道,吸附和氧化速率较粒径>150 μm的AC分别提高了189%和166%;粒径在48~150 μm的AC在O3中的传质和分解速率分别达到0.57,0.51 min-1,显著高于其他大粒径AC;在O3-AC中加入叔丁醇(TBA)后,40 min内COD去除率降低了20%,O3的分解作用与催化氧化反应有关;使用48~150 μm粒径的AC连续进行6次O3-AC实验,COD去除速率均保持在95%以上,具有良好稳定性。
2022, 40(4): 29-34,70.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204005
摘要:
在反硝化脱硫工艺体系内投加填料,进一步促进了菌剂的生物强化效果,实现了核心功能菌群的优化调控,提升了反硝化脱硫工艺体系的效能。研究发现:填料系统将单质硫的生成效能提升到对照组的1.5倍左右。无生物强化时填料表面生物膜中优势菌属为Pseudomonas和Azoarcus;填料和菌剂共同作用,可以将单质硫生成效能提升到对照组的2倍,此时生物膜优势菌属为Pseudomonas和Arcobacter,生物强化促进了硫氧化功能基因的表达。投加Pseudomonas sp.gs1进行生物强化,提升了填料表面生物膜的抗冲击负荷能力,系统经过冲击后单质硫生成率可以迅速恢复。
在反硝化脱硫工艺体系内投加填料,进一步促进了菌剂的生物强化效果,实现了核心功能菌群的优化调控,提升了反硝化脱硫工艺体系的效能。研究发现:填料系统将单质硫的生成效能提升到对照组的1.5倍左右。无生物强化时填料表面生物膜中优势菌属为Pseudomonas和Azoarcus;填料和菌剂共同作用,可以将单质硫生成效能提升到对照组的2倍,此时生物膜优势菌属为Pseudomonas和Arcobacter,生物强化促进了硫氧化功能基因的表达。投加Pseudomonas sp.gs1进行生物强化,提升了填料表面生物膜的抗冲击负荷能力,系统经过冲击后单质硫生成率可以迅速恢复。
2022, 40(4): 35-42.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204006
摘要:
利用Cu3(BTC)2为材料模板制备金属氧化物CuO,通过光沉积引入Zn2+煅烧合成双金属氧化物催化剂CuO/ZnO,研究了该催化剂在可见光条件下对罗丹明B的光催化降解性能,确定了罗丹明B在降解过程中的主要活性物种,并利用液相原位红外技术探究其降解机理。结果表明:MOFs衍生物CuO/ZnO催化剂具有优良的光催化降解能力,可见光响应150 min后,对10 mg/L罗丹明B的降解率最高达到67.56%以上,其中发挥主要作用的活性物种是超氧自由基·O2-;经过5次循环实验后降解率仍在50%以上,证明该材料具有较好的可重复利用性。通过液相原位红外光谱检测,分析推断罗丹明B分子在降解过程中存在乙基、羧基和苯环芳香环结构的破坏以及氨基副产物的释放过程。该研究结果可为高效光催化体系的开发及污染物降解机理的研究提供参考。
利用Cu3(BTC)2为材料模板制备金属氧化物CuO,通过光沉积引入Zn2+煅烧合成双金属氧化物催化剂CuO/ZnO,研究了该催化剂在可见光条件下对罗丹明B的光催化降解性能,确定了罗丹明B在降解过程中的主要活性物种,并利用液相原位红外技术探究其降解机理。结果表明:MOFs衍生物CuO/ZnO催化剂具有优良的光催化降解能力,可见光响应150 min后,对10 mg/L罗丹明B的降解率最高达到67.56%以上,其中发挥主要作用的活性物种是超氧自由基·O2-;经过5次循环实验后降解率仍在50%以上,证明该材料具有较好的可重复利用性。通过液相原位红外光谱检测,分析推断罗丹明B分子在降解过程中存在乙基、羧基和苯环芳香环结构的破坏以及氨基副产物的释放过程。该研究结果可为高效光催化体系的开发及污染物降解机理的研究提供参考。
2022, 40(4): 43-49,146.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204007
摘要:
为探究井周介质非均质性对多筛孔井修复地下水效果的影响,利用二维数值模拟,通过在井周设置高渗透性透镜体并改变其位置、尺寸和渗透系数,探究井周存在高渗透性多孔介质的情况下多筛孔井的修复效率和最优注入间距。结果表明:井周高渗透性透镜体的存在及其位置、尺寸、渗透系数的变化均影响多筛孔井的修复效率,其结果取决于溶质羽因透镜体产生的聚集和绕流程度;井周高渗透性介质的存在可显著提升修复效率;多筛孔井最优注入间距因井周非均质性的存在而改变,一般来说,井周高渗透性多孔介质的存在将增大最优注入间距。该研究结果可为利用多筛孔井在非均质含水层中的修复提供理论指导,并为进一步提高多筛孔井修复效率提供一种新思路。
为探究井周介质非均质性对多筛孔井修复地下水效果的影响,利用二维数值模拟,通过在井周设置高渗透性透镜体并改变其位置、尺寸和渗透系数,探究井周存在高渗透性多孔介质的情况下多筛孔井的修复效率和最优注入间距。结果表明:井周高渗透性透镜体的存在及其位置、尺寸、渗透系数的变化均影响多筛孔井的修复效率,其结果取决于溶质羽因透镜体产生的聚集和绕流程度;井周高渗透性介质的存在可显著提升修复效率;多筛孔井最优注入间距因井周非均质性的存在而改变,一般来说,井周高渗透性多孔介质的存在将增大最优注入间距。该研究结果可为利用多筛孔井在非均质含水层中的修复提供理论指导,并为进一步提高多筛孔井修复效率提供一种新思路。
2022, 40(4): 50-56,78.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204008
摘要:
针对受限空间内小型急冷塔冷却水蒸发过程,运用计算流体力学(CFD)进行数值模拟,基于涡壳进气型急冷塔研究了喷嘴雾化粒径、喷射速度、喷射角度等喷嘴运行参数对急冷塔内蒸发过程的影响机制。结果表明:随着液滴粒径的增大,液滴蒸发时间、轴向以及径向蒸发距离均随之显著上升,粒径由40 μm增大至80 μm时蒸发时间增加了293%;当液滴喷射速度增加时,液滴的蒸发时间、轴向以及径向蒸发距离均有所下降,但增大至一定程度后其影响作用减弱;随着液滴喷射角度的增大,液滴蒸发时间及轴向蒸发距离减小,而径向蒸发距离无显著变化。因此,在急冷塔尺寸受限时选用70 μm以下的小雾化粒径喷嘴能够直接有效提升急冷塔的运行安全性。同时,与均匀进气型急冷塔相比,采用涡壳进气型急冷塔以及喷嘴成切圆布置方式能够在急冷塔上部形成湍流强化区域,喷嘴雾化粒径为80 μm时,轴向安全裕度可提升7%。该模拟结果可为小型化急冷塔的工程应用提供优化设计方案与运行指导参考。
针对受限空间内小型急冷塔冷却水蒸发过程,运用计算流体力学(CFD)进行数值模拟,基于涡壳进气型急冷塔研究了喷嘴雾化粒径、喷射速度、喷射角度等喷嘴运行参数对急冷塔内蒸发过程的影响机制。结果表明:随着液滴粒径的增大,液滴蒸发时间、轴向以及径向蒸发距离均随之显著上升,粒径由40 μm增大至80 μm时蒸发时间增加了293%;当液滴喷射速度增加时,液滴的蒸发时间、轴向以及径向蒸发距离均有所下降,但增大至一定程度后其影响作用减弱;随着液滴喷射角度的增大,液滴蒸发时间及轴向蒸发距离减小,而径向蒸发距离无显著变化。因此,在急冷塔尺寸受限时选用70 μm以下的小雾化粒径喷嘴能够直接有效提升急冷塔的运行安全性。同时,与均匀进气型急冷塔相比,采用涡壳进气型急冷塔以及喷嘴成切圆布置方式能够在急冷塔上部形成湍流强化区域,喷嘴雾化粒径为80 μm时,轴向安全裕度可提升7%。该模拟结果可为小型化急冷塔的工程应用提供优化设计方案与运行指导参考。
2022, 40(4): 57-63,105.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204009
摘要:
氮氧化物(NOx)是导致酸雨和光化学烟雾的主要污染物之一,二噁英(PCDD/Fs)则是迄今为止人类已知毒性最强的物质,多污染物协同控制因能大幅降低治理成本而成为新时期大气污染治理的重点。通过水热法制备了MnO2催化剂,研究了MnO2催化剂同时催化脱除NOx与氯苯(CB)的催化性能,同时考察了不同前驱体对催化性能的影响。结果表明:以MnSO4为前驱体主要形成的是α-MnO2,其具有最好的同时脱硝脱CB催化性能,并且具有良好的催化稳定性,在长达16 h的连续反应后仍然保持了98%的NO转化率和88%的CB脱除率。α-MnO2催化剂具有较大的比表面积、较高的表面Mn3+浓度,丰富的表面活性氧物种,使其在中低温下具有优异的氧化还原性能。
氮氧化物(NOx)是导致酸雨和光化学烟雾的主要污染物之一,二噁英(PCDD/Fs)则是迄今为止人类已知毒性最强的物质,多污染物协同控制因能大幅降低治理成本而成为新时期大气污染治理的重点。通过水热法制备了MnO2催化剂,研究了MnO2催化剂同时催化脱除NOx与氯苯(CB)的催化性能,同时考察了不同前驱体对催化性能的影响。结果表明:以MnSO4为前驱体主要形成的是α-MnO2,其具有最好的同时脱硝脱CB催化性能,并且具有良好的催化稳定性,在长达16 h的连续反应后仍然保持了98%的NO转化率和88%的CB脱除率。α-MnO2催化剂具有较大的比表面积、较高的表面Mn3+浓度,丰富的表面活性氧物种,使其在中低温下具有优异的氧化还原性能。
2022, 40(4): 64-70.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204010
摘要:
针对后疫情时代下建筑室内净化问题,选取6种过滤单元(1号—G4夹碳布,2号—G4涤纶,3号—F7玻纤,4号—F7静电熔喷布,5号—G4涤纶+F7玻纤,6号—微静电荷电模块+G4涤纶),试验探究其PM2.5净化性能。试验测试了不同过滤单元的一次过滤效率、PM2.5净化效率、阻力、洁净空气量(CADR)与净化能效 (CEE)。结果表明:1)5号和6号的组合过滤单元可有效提高一次过滤效率和PM2.5净化效率。2)额定风速下,2号过滤单元阻力最小,5号过滤单元的阻力最大。3)在最大风量工况下,4号过滤单元的CADR和CEE最大,2号过滤单元的CADR和CEE最小,分别约为4号过滤单元的7.13%与6.54%。6号过滤单元相比2号过滤单元的CADR和CEE分别提升约150%与247%,表明微静电荷电模块在不增加过滤单元阻力的情况下,能够提高一次过滤效率和PM2.5净化效率,有效缩短相同工况下的净化时间。
针对后疫情时代下建筑室内净化问题,选取6种过滤单元(1号—G4夹碳布,2号—G4涤纶,3号—F7玻纤,4号—F7静电熔喷布,5号—G4涤纶+F7玻纤,6号—微静电荷电模块+G4涤纶),试验探究其PM2.5净化性能。试验测试了不同过滤单元的一次过滤效率、PM2.5净化效率、阻力、洁净空气量(CADR)与净化能效 (CEE)。结果表明:1)5号和6号的组合过滤单元可有效提高一次过滤效率和PM2.5净化效率。2)额定风速下,2号过滤单元阻力最小,5号过滤单元的阻力最大。3)在最大风量工况下,4号过滤单元的CADR和CEE最大,2号过滤单元的CADR和CEE最小,分别约为4号过滤单元的7.13%与6.54%。6号过滤单元相比2号过滤单元的CADR和CEE分别提升约150%与247%,表明微静电荷电模块在不增加过滤单元阻力的情况下,能够提高一次过滤效率和PM2.5净化效率,有效缩短相同工况下的净化时间。
2022, 40(4): 71-78.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204011
摘要:
针对传统堆肥周期长、脱水效率低、保温效果差等问题,以餐厨垃圾和锯末作为原料,基于外加热源的堆肥反应器,研究不同通风方式(自然通风和外加热源的高温通风)和通风速率对餐厨垃圾高温堆肥过程中温度、含水率、氧气含量、腐熟指标(pH、电导率、发芽指数)以及氮素形态转化的影响。结果表明:1)高温通风有助于堆体维持较高温度,显著延长高温期,提升水分去除率和堆体腐熟度。与自然通风相比,高温通风处理下的高温期(≥50 ℃)延长了6 d,累计温度增加51.77%,水分去除率相对提高了62.37%,种子发芽率相对提高了14.75%;2)高温通风方式会延长高温期进而促进氨排放并抑制硝化作用,造成更多的氮素损失,与自然通风相比,高温通风处理下的氨挥发量相对提高了131.46%,氮素损失相对提高了74.87%;3)通气速率增加可提高堆体的水分去除率,在通气速率达到0.75 L/(kg DM·min)时,水分去除率达到80.31%,除水效果最好;4)高温通风方式下,氨挥发量和氮素损失随着通风速率的增加而增加,其中氨挥发占氮损失的比例为55.48%~70.73%,是氮素损失的主要途径。
针对传统堆肥周期长、脱水效率低、保温效果差等问题,以餐厨垃圾和锯末作为原料,基于外加热源的堆肥反应器,研究不同通风方式(自然通风和外加热源的高温通风)和通风速率对餐厨垃圾高温堆肥过程中温度、含水率、氧气含量、腐熟指标(pH、电导率、发芽指数)以及氮素形态转化的影响。结果表明:1)高温通风有助于堆体维持较高温度,显著延长高温期,提升水分去除率和堆体腐熟度。与自然通风相比,高温通风处理下的高温期(≥50 ℃)延长了6 d,累计温度增加51.77%,水分去除率相对提高了62.37%,种子发芽率相对提高了14.75%;2)高温通风方式会延长高温期进而促进氨排放并抑制硝化作用,造成更多的氮素损失,与自然通风相比,高温通风处理下的氨挥发量相对提高了131.46%,氮素损失相对提高了74.87%;3)通气速率增加可提高堆体的水分去除率,在通气速率达到0.75 L/(kg DM·min)时,水分去除率达到80.31%,除水效果最好;4)高温通风方式下,氨挥发量和氮素损失随着通风速率的增加而增加,其中氨挥发占氮损失的比例为55.48%~70.73%,是氮素损失的主要途径。
2022, 40(4): 79-88.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204012
摘要:
以牛粪为原料在400,500,600 ℃条件下限氧热解制备牛粪生物炭(BC),然后以不同质量比将升华硫和BC混合共热解制备硫改性牛粪生物炭(BCS)。使用元素分析仪、SEM、FTIR、XPS和BET对制得的BC和BCS进行了表征,并研究了各BC和BCS对Hg2+的吸附特性。结果表明:热解过程使BC和BCS变得粗糙多孔,Hg2+被吸附到生物炭表面和孔道内;BC和BCS的吸附过程符合准二级动力学模型,BCS对Hg2+的吸附平衡时间仅为30 min,且吸附过程不受pH影响;Langmuir模型可较好地描述BC吸附过程,吸附量随热解温度的升高而降低,BCS吸附过程符合Freundlich模型,吸附能力较BC显著提升,最大拟合吸附量达到407.81 mg/g;BCS的吸附稳定性较高,在各解吸剂中的解吸率均低于5%;BC主要吸附机理为官能团络合,BCS主要吸附机理为HgS沉淀。因此BCS是一种高效稳定的Hg2+吸附材料。
以牛粪为原料在400,500,600 ℃条件下限氧热解制备牛粪生物炭(BC),然后以不同质量比将升华硫和BC混合共热解制备硫改性牛粪生物炭(BCS)。使用元素分析仪、SEM、FTIR、XPS和BET对制得的BC和BCS进行了表征,并研究了各BC和BCS对Hg2+的吸附特性。结果表明:热解过程使BC和BCS变得粗糙多孔,Hg2+被吸附到生物炭表面和孔道内;BC和BCS的吸附过程符合准二级动力学模型,BCS对Hg2+的吸附平衡时间仅为30 min,且吸附过程不受pH影响;Langmuir模型可较好地描述BC吸附过程,吸附量随热解温度的升高而降低,BCS吸附过程符合Freundlich模型,吸附能力较BC显著提升,最大拟合吸附量达到407.81 mg/g;BCS的吸附稳定性较高,在各解吸剂中的解吸率均低于5%;BC主要吸附机理为官能团络合,BCS主要吸附机理为HgS沉淀。因此BCS是一种高效稳定的Hg2+吸附材料。
2022, 40(4): 89-96,120.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204013
摘要:
为明晰猪粪厌氧消化过程中抗生素对于反应体系的影响,对3种典型抗生素处理组下猪粪厌氧消化产气潜能、代谢路径及产物进行研究。四环素和磺胺嘧啶处理组的甲烷回收潜能更高,四环素处理组的最大累积甲烷产量可达到60.92~67.00 mL/g TS,磺胺嘧啶处理组可达到55.88~62.13 mL/g TS,均高于对照组58.15 mL/g TS;而土霉素处理组的甲烷产量为42.27~50.43 mL/g TS,仅有16%~19%的COD转化为CH4。土霉素处理下,水解过程受促进,而产甲烷过程受到抑制。3类抗生素处理均会促进厌氧消化系统中厌氧微生物对溶解性蛋白质的转化,而抑制溶解性多糖的转化;进一步对发酵液中的溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)成分进行分析,发现土霉素处理组中富里酸和腐植酸类代谢产物相对于其他组更少。结果表明:不同种类抗生素对于厌氧发酵系统中厌氧微生物代谢降解产物与路径产生较大影响,进而影响有机物的能源转化及污染物处理效率。
为明晰猪粪厌氧消化过程中抗生素对于反应体系的影响,对3种典型抗生素处理组下猪粪厌氧消化产气潜能、代谢路径及产物进行研究。四环素和磺胺嘧啶处理组的甲烷回收潜能更高,四环素处理组的最大累积甲烷产量可达到60.92~67.00 mL/g TS,磺胺嘧啶处理组可达到55.88~62.13 mL/g TS,均高于对照组58.15 mL/g TS;而土霉素处理组的甲烷产量为42.27~50.43 mL/g TS,仅有16%~19%的COD转化为CH4。土霉素处理下,水解过程受促进,而产甲烷过程受到抑制。3类抗生素处理均会促进厌氧消化系统中厌氧微生物对溶解性蛋白质的转化,而抑制溶解性多糖的转化;进一步对发酵液中的溶解性有机物(dissolved organic matter,DOM)成分进行分析,发现土霉素处理组中富里酸和腐植酸类代谢产物相对于其他组更少。结果表明:不同种类抗生素对于厌氧发酵系统中厌氧微生物代谢降解产物与路径产生较大影响,进而影响有机物的能源转化及污染物处理效率。
2022, 40(4): 97-105.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204014
摘要:
为探索复合菌剂对餐厨垃圾好氧生物处理过程和腐熟效果的影响,利用4组自制的堆肥反应器进行小规模试验。以木屑为辅料,分别投加适用于常温条件下有机质分解的菌剂碧沃丰®除污(WD)、前期筛选制备的复合耐高温菌剂(TB)和WD+TB复合微生物菌剂,以不投菌为空白组(CK),通过测定堆体总重、温度、含水率、干基有机质含量、pH值、水溶性氨氮及硝态氮、腐殖化系数(E465/E665)、电导率(EC)、种子发芽率指数(germination index GI),研究处理过程。结果表明,初始含水率为(63.5±0.5)%,初始干基有机质含量为(96.6±0.9)%,初始碳氮比为34.9±2.7,辅料20%(质量分数),接种量25 mL/kg下,(WD+TB)组堆料高温期持续时间最长、温度峰值最高,可持续7d 50 ℃以上高温,最高温度达到72 ℃;总重减量率和有机质减量率最高,分别为80.7%和64.3%,日均有机质减量率是CK组的2.13倍;水溶性氨氮和E4/E6最低,种子发芽率指数 (96.3±26.7)%最高。说明WD+TB复合微生物菌剂可以有效提升餐厨垃圾好氧生物处理效果,并显著提高堆肥效率。
为探索复合菌剂对餐厨垃圾好氧生物处理过程和腐熟效果的影响,利用4组自制的堆肥反应器进行小规模试验。以木屑为辅料,分别投加适用于常温条件下有机质分解的菌剂碧沃丰®除污(WD)、前期筛选制备的复合耐高温菌剂(TB)和WD+TB复合微生物菌剂,以不投菌为空白组(CK),通过测定堆体总重、温度、含水率、干基有机质含量、pH值、水溶性氨氮及硝态氮、腐殖化系数(E465/E665)、电导率(EC)、种子发芽率指数(germination index GI),研究处理过程。结果表明,初始含水率为(63.5±0.5)%,初始干基有机质含量为(96.6±0.9)%,初始碳氮比为34.9±2.7,辅料20%(质量分数),接种量25 mL/kg下,(WD+TB)组堆料高温期持续时间最长、温度峰值最高,可持续7d 50 ℃以上高温,最高温度达到72 ℃;总重减量率和有机质减量率最高,分别为80.7%和64.3%,日均有机质减量率是CK组的2.13倍;水溶性氨氮和E4/E6最低,种子发芽率指数 (96.3±26.7)%最高。说明WD+TB复合微生物菌剂可以有效提升餐厨垃圾好氧生物处理效果,并显著提高堆肥效率。
2022, 40(4): 106-111,133.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204015
摘要:
提出厨余垃圾协同园林绿化垃圾及返料的静态生物干化工艺,并探讨了静态生物干化过程的温度、含水率等指标的变化规律,利用宏基因组学技术对生物干化过程中的微生物群落结构的演替进行了探究。结果表明,静态生物干化技术升温速率快,4 h内即可让物料从室温升至65 ℃以上。料堆的含水率在48 h内由36%迅速降低至20%左右。该过程中主要作用的菌门有厚壁菌(Firmicutes)和放线菌(Actinomycetes)。属层面分析则发现,主导的菌属有芽孢杆菌属(Bacillus)、糖单孢菌属(Saccharomonas)、葡萄球菌属(Staphylococcus)和高温放线菌属(Thermoactinomycetes)。静态生物干化工艺使物料主要处在高温发酵段,微生物群落结构和代谢通路相对稳定,保证了工业化操作的稳定性和高效率,是一种具有广泛应用潜力和前景的生物干化新策略。
提出厨余垃圾协同园林绿化垃圾及返料的静态生物干化工艺,并探讨了静态生物干化过程的温度、含水率等指标的变化规律,利用宏基因组学技术对生物干化过程中的微生物群落结构的演替进行了探究。结果表明,静态生物干化技术升温速率快,4 h内即可让物料从室温升至65 ℃以上。料堆的含水率在48 h内由36%迅速降低至20%左右。该过程中主要作用的菌门有厚壁菌(Firmicutes)和放线菌(Actinomycetes)。属层面分析则发现,主导的菌属有芽孢杆菌属(Bacillus)、糖单孢菌属(Saccharomonas)、葡萄球菌属(Staphylococcus)和高温放线菌属(Thermoactinomycetes)。静态生物干化工艺使物料主要处在高温发酵段,微生物群落结构和代谢通路相对稳定,保证了工业化操作的稳定性和高效率,是一种具有广泛应用潜力和前景的生物干化新策略。
2022, 40(4): 112-120.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204016
摘要:
为了降低土壤中重金属铅的生物活性,将从富硒土壤中提取的富里酸(FA)和传统方法制得的纳米零价铁(NZVI)复合,制得不同FA质量比的复合物,探讨其对土壤铅污染的钝化效应。以SEM、FTIR以及XRD对复合物进行表征;通过土壤培养试验,研究各复合物在不同投加量及反应时间下对土壤中铅的DTPA有效态的影响,并以Tessier五步连续提取法比较形态变化规律,探讨其钝化效果。结果表明:FA与NZVI合成了不同质量比的复合物;在相同投加量下,土壤中铅的二乙基三胺五乙酸(DTPA)有效态随着复合物中FA质量分数提高而减小;以FA质量分数10%的复合物投加土壤质量的2%(20.0 g/kg)进行土壤培育,第10天时土壤中铅的DTPA有效态降低83.01%;加入复合物后,土壤中铅明显从可交换态和碳酸盐结合态向铁锰氧化物结合态和残留态转化,有机结合态含量基本不变,这种变化在添加FA质量占1%的复合物时尤为显著,使得可交换态和碳酸盐结合态分别降低了50.61%和66.90%。基于不同的形态表征方法,土壤铅活性形态均呈下降趋势,表明所制备的复合物对土壤铅具有一定的钝化效应,但其机制有别,表现出的钝化规律具有差异性。
为了降低土壤中重金属铅的生物活性,将从富硒土壤中提取的富里酸(FA)和传统方法制得的纳米零价铁(NZVI)复合,制得不同FA质量比的复合物,探讨其对土壤铅污染的钝化效应。以SEM、FTIR以及XRD对复合物进行表征;通过土壤培养试验,研究各复合物在不同投加量及反应时间下对土壤中铅的DTPA有效态的影响,并以Tessier五步连续提取法比较形态变化规律,探讨其钝化效果。结果表明:FA与NZVI合成了不同质量比的复合物;在相同投加量下,土壤中铅的二乙基三胺五乙酸(DTPA)有效态随着复合物中FA质量分数提高而减小;以FA质量分数10%的复合物投加土壤质量的2%(20.0 g/kg)进行土壤培育,第10天时土壤中铅的DTPA有效态降低83.01%;加入复合物后,土壤中铅明显从可交换态和碳酸盐结合态向铁锰氧化物结合态和残留态转化,有机结合态含量基本不变,这种变化在添加FA质量占1%的复合物时尤为显著,使得可交换态和碳酸盐结合态分别降低了50.61%和66.90%。基于不同的形态表征方法,土壤铅活性形态均呈下降趋势,表明所制备的复合物对土壤铅具有一定的钝化效应,但其机制有别,表现出的钝化规律具有差异性。
2022, 40(4): 121-126.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204017
摘要:
实验以三氯化铁和三氯化铝作为混凝剂,对比研究了混凝去除EDTA土壤淋洗废液中砷、锑的效果,重点探讨了反应终点pH、EDTA浓度、Fe/Al投加量以及共存重金属离子对砷、锑去除效果的影响。结果表明:1)对于EDTA土壤淋洗废液中As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的去除,铝盐比铁盐效果更优;2)EDTA的存在不仅降低了铁盐/铝盐混凝对As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的吸附去除效果,同时抑制了砷酸铁、锑酸铁等物质的生成,削弱了铁盐对As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的沉淀去除。EDTA导致铁盐混凝过程中生成粒径较大、表面活性较低的稳定结晶态絮体;3)当c(EDTA)=0.05 mol/L时,在pH=5、ρ(Al)=2000 mg/L的条件下,铝盐对EDTA土壤淋洗废液中As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的去除率分别高达98.00%和93.09%;4)共存重金属离子通过与EDTA络合,增加了絮体Al(OH)3的生成量,促进了As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)去除。由此表明,铝盐能够有效实现EDTA土壤淋洗废液中As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的去除,对于推动基于EDTA的土壤淋洗技术的广泛应用具有重要意义。
实验以三氯化铁和三氯化铝作为混凝剂,对比研究了混凝去除EDTA土壤淋洗废液中砷、锑的效果,重点探讨了反应终点pH、EDTA浓度、Fe/Al投加量以及共存重金属离子对砷、锑去除效果的影响。结果表明:1)对于EDTA土壤淋洗废液中As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的去除,铝盐比铁盐效果更优;2)EDTA的存在不仅降低了铁盐/铝盐混凝对As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的吸附去除效果,同时抑制了砷酸铁、锑酸铁等物质的生成,削弱了铁盐对As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的沉淀去除。EDTA导致铁盐混凝过程中生成粒径较大、表面活性较低的稳定结晶态絮体;3)当c(EDTA)=0.05 mol/L时,在pH=5、ρ(Al)=2000 mg/L的条件下,铝盐对EDTA土壤淋洗废液中As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的去除率分别高达98.00%和93.09%;4)共存重金属离子通过与EDTA络合,增加了絮体Al(OH)3的生成量,促进了As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)去除。由此表明,铝盐能够有效实现EDTA土壤淋洗废液中As(Ⅴ)、Sb(Ⅴ)的去除,对于推动基于EDTA的土壤淋洗技术的广泛应用具有重要意义。
2022, 40(4): 127-133.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204018
摘要:
石油类污染物的迁移转化研究对环境保护及人体健康均有重要意义。由于石油类污染物在不同质地土壤中的吸附行为不同,采用静态吸附实验方法,研究了新疆甘泉堡工业区3种质地土壤(粉土、粉砂、粉质黏土)对石油烃的吸附动力学及吸附热力学行为,进行了吸附动力学和等温吸附拟合,并分析了土壤粒径、有机质含量、pH值及以含盐量对石油烃吸附量的影响。结果表明:粉土、粉砂、粉质黏土对石油烃的吸附均能在240 min达到吸附平衡,平衡吸附量分别为0.7765,0.6763,0.7173 mg/g;吸附能力顺序为粉土>粉质黏土>粉砂,准二级动力学模型(R2=0.9967~0.9989)能够更加准确地描述石油烃在土壤中的吸附过程;等温线为Langmuir型,其吸附平衡常数(Ka)分别为0.6126(粉土)、3.1310(粉砂)和0.1180(粉质黏土),表明石油烃在不同质地土壤中的吸附为单分子层吸附;土壤对石油烃的吸附量随土壤粒径和pH值的减小、有机质含量和含盐量的增加而逐渐增大。
石油类污染物的迁移转化研究对环境保护及人体健康均有重要意义。由于石油类污染物在不同质地土壤中的吸附行为不同,采用静态吸附实验方法,研究了新疆甘泉堡工业区3种质地土壤(粉土、粉砂、粉质黏土)对石油烃的吸附动力学及吸附热力学行为,进行了吸附动力学和等温吸附拟合,并分析了土壤粒径、有机质含量、pH值及以含盐量对石油烃吸附量的影响。结果表明:粉土、粉砂、粉质黏土对石油烃的吸附均能在240 min达到吸附平衡,平衡吸附量分别为0.7765,0.6763,0.7173 mg/g;吸附能力顺序为粉土>粉质黏土>粉砂,准二级动力学模型(R2=0.9967~0.9989)能够更加准确地描述石油烃在土壤中的吸附过程;等温线为Langmuir型,其吸附平衡常数(Ka)分别为0.6126(粉土)、3.1310(粉砂)和0.1180(粉质黏土),表明石油烃在不同质地土壤中的吸附为单分子层吸附;土壤对石油烃的吸附量随土壤粒径和pH值的减小、有机质含量和含盐量的增加而逐渐增大。
2022, 40(4): 134-139,187.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204019
摘要:
以东北地区黏土为研究对象,配置模拟污染土,通过实验室小试探究抽提速率、土壤含水率以及热强化作用对气相抽提修复苯污染土壤的影响,同时探究了不同含水率土壤在中心热源加热条件下的传热效果和土壤温度变化规律。结果表明:1)气相抽提修复苯污染东北黏土的最佳抽提速率为10 L/min;2)黏土土壤含水率为5%~20%时,气相抽提修复效果随着含水率升高而逐渐降低;但在热强化作用下,其修复效果随含水率增加呈先下降后升高趋势,且修复效果在含水率为5%时最佳;3)在中心热源加热条件下,黏土在含水率为5%时传热效果最好,土壤温度由热源中心沿径向呈非线性衰减,越靠近热源点附近衰减越明显;4)热强化气相抽提修复苯污染黏土时,中心热源温度为160 ℃时修复效果最佳。
以东北地区黏土为研究对象,配置模拟污染土,通过实验室小试探究抽提速率、土壤含水率以及热强化作用对气相抽提修复苯污染土壤的影响,同时探究了不同含水率土壤在中心热源加热条件下的传热效果和土壤温度变化规律。结果表明:1)气相抽提修复苯污染东北黏土的最佳抽提速率为10 L/min;2)黏土土壤含水率为5%~20%时,气相抽提修复效果随着含水率升高而逐渐降低;但在热强化作用下,其修复效果随含水率增加呈先下降后升高趋势,且修复效果在含水率为5%时最佳;3)在中心热源加热条件下,黏土在含水率为5%时传热效果最好,土壤温度由热源中心沿径向呈非线性衰减,越靠近热源点附近衰减越明显;4)热强化气相抽提修复苯污染黏土时,中心热源温度为160 ℃时修复效果最佳。
2022, 40(4): 140-146.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204020
摘要:
为探究改性椰壳炭钝化修复土壤中镉、铅的长期效果及生态风险,采取硝酸-高锰酸钾改性方法优化椰壳炭表征,通过设置不同改性椰壳炭用量,探究其对土壤中镉、铅生物有效性的长期影响,结合土壤-农产品综合质量影响指数评价结果,最终验证其场地应用的可行性。结果表明:改性椰壳炭可显著提高土壤镉、铅的稳定性,当用量>20 g/kg时,钝化培养12周,土壤中镉、铅以残渣态为主,固定率较对照组分别提高了8%~23%和11%~24%。钝化培养15~18周,土壤镉、铅有效态含量均低于安全阈值,且种植蔬菜未检测到重金属超标,不存在生态风险。采用改性椰壳炭进行土壤重金属场地修复具有一定应用价值。
为探究改性椰壳炭钝化修复土壤中镉、铅的长期效果及生态风险,采取硝酸-高锰酸钾改性方法优化椰壳炭表征,通过设置不同改性椰壳炭用量,探究其对土壤中镉、铅生物有效性的长期影响,结合土壤-农产品综合质量影响指数评价结果,最终验证其场地应用的可行性。结果表明:改性椰壳炭可显著提高土壤镉、铅的稳定性,当用量>20 g/kg时,钝化培养12周,土壤中镉、铅以残渣态为主,固定率较对照组分别提高了8%~23%和11%~24%。钝化培养15~18周,土壤镉、铅有效态含量均低于安全阈值,且种植蔬菜未检测到重金属超标,不存在生态风险。采用改性椰壳炭进行土壤重金属场地修复具有一定应用价值。
2022, 40(4): 147-152.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204021
摘要:
为解决地下水中硝酸盐含量过高的问题,首次制备了双金属Pd-Cu@UiO-66催化剂用于催化还原水中硝酸盐的研究,重点考察了不同调节剂制备的载体和工艺条件对脱硝性能的影响。结果表明:采用盐酸制备的UiO-66载体,Pd、Cu金属负载量分别为1%,氢气流量为70 mL/min时,硝酸盐脱除率为97.4%,N2的选择性可达到95.2%。pKa值越低的调节剂所制备的载体粒径越小,越有利于活性金属的分散,且形成的金属粒径较小。活性金属的高度分散有利于活化氢的生成及Cu的电子迁移,能够提高脱硝反应中N2的选择性。在反应过程中,双金属的协同效应是影响催化性能的关键因素。
为解决地下水中硝酸盐含量过高的问题,首次制备了双金属Pd-Cu@UiO-66催化剂用于催化还原水中硝酸盐的研究,重点考察了不同调节剂制备的载体和工艺条件对脱硝性能的影响。结果表明:采用盐酸制备的UiO-66载体,Pd、Cu金属负载量分别为1%,氢气流量为70 mL/min时,硝酸盐脱除率为97.4%,N2的选择性可达到95.2%。pKa值越低的调节剂所制备的载体粒径越小,越有利于活性金属的分散,且形成的金属粒径较小。活性金属的高度分散有利于活化氢的生成及Cu的电子迁移,能够提高脱硝反应中N2的选择性。在反应过程中,双金属的协同效应是影响催化性能的关键因素。
2022, 40(4): 153-158,208.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204022
摘要:
以钢丝网膜组件为阴极构建了过滤式阴极电芬顿工艺,针对微电子废水再生回用预处理开展中试研究。考察了过滤式阴极电芬顿工艺有机物处理潜能,研究了曝气/不曝气、外加电压、Fe2+投加量等运行参数对污染物去除效果及运行费用的影响,在最优工况下开展了连续流中试,并与传统芬顿工艺进行对比。结果表明:过滤式阴极电芬顿工艺能够稳定产生·OH,具备难降解有机物处理潜能。在HRT=120 min条件下,过滤式阴极电芬顿工艺最佳运行工况为:曝气量0.6 m3/h,外加电压3 V,Fe2+投加量0.3 mmol/L。在该工况下处理微电子废水COD、TOC、H2O2去除率分别为(73.6±18.3)%、(51.2±12.7)%和(83.7±13.0)%,单位COD处理费用为1.93 元/g COD,有机物去除效果和运行费用较传统芬顿具有显著优势。
以钢丝网膜组件为阴极构建了过滤式阴极电芬顿工艺,针对微电子废水再生回用预处理开展中试研究。考察了过滤式阴极电芬顿工艺有机物处理潜能,研究了曝气/不曝气、外加电压、Fe2+投加量等运行参数对污染物去除效果及运行费用的影响,在最优工况下开展了连续流中试,并与传统芬顿工艺进行对比。结果表明:过滤式阴极电芬顿工艺能够稳定产生·OH,具备难降解有机物处理潜能。在HRT=120 min条件下,过滤式阴极电芬顿工艺最佳运行工况为:曝气量0.6 m3/h,外加电压3 V,Fe2+投加量0.3 mmol/L。在该工况下处理微电子废水COD、TOC、H2O2去除率分别为(73.6±18.3)%、(51.2±12.7)%和(83.7±13.0)%,单位COD处理费用为1.93 元/g COD,有机物去除效果和运行费用较传统芬顿具有显著优势。
2022, 40(4): 159-165.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204023
摘要:
温度影响物质在环境中的存在形态及其生化反应速率,而高寒地区由于常年低温,常规处理方式是否能有效去除该地区污染物仍有待研究。基于此,选用硼选择性螯合树脂处理某高寒地区硼超标地下水,通过现场中试探讨工艺运行参数及效果,采用FTIR、SEM和BET表征探究树脂除硼机理。结果表明:16 BV/h(BV:树脂床体积,1 BV=22.5 L)的进水流速适用于该工程,此时的出水水质可达到GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》;树脂柱的穿透点为871.11 BV,树脂的交换容量为3.58 mg/g;树脂再生水中硼浓度为342.81 mg/L,可用作硼产品生产原料。树脂除硼后,树脂表面羟基官能团含量和孔容减少,且表面出现明显的褶皱,说明树脂对硼的去除过程包括颗粒内扩散和螯合过程。该试验结果可为高寒地区硼超标水处理提供理论支持和技术参考。
温度影响物质在环境中的存在形态及其生化反应速率,而高寒地区由于常年低温,常规处理方式是否能有效去除该地区污染物仍有待研究。基于此,选用硼选择性螯合树脂处理某高寒地区硼超标地下水,通过现场中试探讨工艺运行参数及效果,采用FTIR、SEM和BET表征探究树脂除硼机理。结果表明:16 BV/h(BV:树脂床体积,1 BV=22.5 L)的进水流速适用于该工程,此时的出水水质可达到GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》;树脂柱的穿透点为871.11 BV,树脂的交换容量为3.58 mg/g;树脂再生水中硼浓度为342.81 mg/L,可用作硼产品生产原料。树脂除硼后,树脂表面羟基官能团含量和孔容减少,且表面出现明显的褶皱,说明树脂对硼的去除过程包括颗粒内扩散和螯合过程。该试验结果可为高寒地区硼超标水处理提供理论支持和技术参考。
2022, 40(4): 166-173.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204024
摘要:
为了预估混合底物碳源条件下活性污泥PHA合成产量预测的准确度,通过引入遗传算法对BP人工神经网络的权值和阈值进行优选,建立基于GA-BP神经网络的餐厨垃圾合成PHA工艺产量预测模型。以餐厨垃圾发酵液为底物碳源,利用活性污泥在ADD模式下进行PHA合成。以实验数据为基础训练神经网络模型,通过实测数据与模型预测数据之间的对比,验证了人工神经网络预测模型的精确度,并对长期PHA合成能力进行了预测。结论表明:基于遗传算法改进的GA-BP网络模型表现出比传统BP神经网络模型更佳的预测准确度,为评估混合菌群PHA最大合成产量的长期发展趋势,确定合理富集时长探索了可行方法。
为了预估混合底物碳源条件下活性污泥PHA合成产量预测的准确度,通过引入遗传算法对BP人工神经网络的权值和阈值进行优选,建立基于GA-BP神经网络的餐厨垃圾合成PHA工艺产量预测模型。以餐厨垃圾发酵液为底物碳源,利用活性污泥在ADD模式下进行PHA合成。以实验数据为基础训练神经网络模型,通过实测数据与模型预测数据之间的对比,验证了人工神经网络预测模型的精确度,并对长期PHA合成能力进行了预测。结论表明:基于遗传算法改进的GA-BP网络模型表现出比传统BP神经网络模型更佳的预测准确度,为评估混合菌群PHA最大合成产量的长期发展趋势,确定合理富集时长探索了可行方法。
2022, 40(4): 174-181,201.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204025
摘要:
泥浆生物反应器技术可用于极端环境、高浓度污染土壤的修复,相比于其他生物修复技术具有处理效率高和环境条件易控制等优势。介绍了泥浆生物反应器对多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、五氯酚(PCP)和总石油烃(TPH)等难降解有机物的处理效果,比较了污染物特性、降解途径、水土比和运行条件(pH、温度、溶氧量等)等因素对污染物去除效果的影响,综述了该技术的相关工艺、工程案例及应用成本。由于泥浆生物反应器综合应用成本较高、微生物修复过程复杂,目前国内的相关研究大多在实验室条件下进行。未来需进一步提升反应器修复效率,降低应用成本,推动泥浆生物反应器技术在国内的产业化应用。
泥浆生物反应器技术可用于极端环境、高浓度污染土壤的修复,相比于其他生物修复技术具有处理效率高和环境条件易控制等优势。介绍了泥浆生物反应器对多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、五氯酚(PCP)和总石油烃(TPH)等难降解有机物的处理效果,比较了污染物特性、降解途径、水土比和运行条件(pH、温度、溶氧量等)等因素对污染物去除效果的影响,综述了该技术的相关工艺、工程案例及应用成本。由于泥浆生物反应器综合应用成本较高、微生物修复过程复杂,目前国内的相关研究大多在实验室条件下进行。未来需进一步提升反应器修复效率,降低应用成本,推动泥浆生物反应器技术在国内的产业化应用。
2022, 40(4): 188-195,223.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204027
摘要:
近年来,我国地下水污染问题日益突出,填埋场已成为我国公认的地下水重点污染源之一。通过对赤峰垃圾填埋场及其周边地下水环境的系统检测分析,采用单因子指数法及综合评价法对现状地下水进行质量评价,通过主成分分析及Pearson相关性分析开展地下水污染成因解析。基于地下水历史检测数据,对照GB/T 14848—2017《地下水质量标准》中Ⅲ类水体指标限值,2018年12月—2020年8月研究区地下水历史超标指标有氨氮、硫化物、氟化物、总大肠菌群及部分感官性状指标,超标频次11%~90%,超标倍数1.01~120。除氨氮及氟化物,超标物浓度整体呈降低趋势。2020年9月超标物质仅氟化物和总大肠菌群,超标倍数在1.03~1.37。根据Pearson相关性及主成分分析结果,结合大肠菌群的特点,判断填埋场内总大肠菌群超标主要由监测井洗井不充分及周边人类活动影响导致。由该地区地层岩性、地下水化学类型等,结合文献调研,判断氟化物超标主要由水文地质条件决定。氨氮浓度水平波动性较大,各点位均出现历史超标现象。根据背景点与各监测点氨氮浓度的正相关性(P<0.01, R≥0.655),以及渗滤液对场内地下水氨氮浓度贡献率为30.37%等,判断其超标成因主要包括垃圾渗滤液及上游地区农业、农村面源污染。
近年来,我国地下水污染问题日益突出,填埋场已成为我国公认的地下水重点污染源之一。通过对赤峰垃圾填埋场及其周边地下水环境的系统检测分析,采用单因子指数法及综合评价法对现状地下水进行质量评价,通过主成分分析及Pearson相关性分析开展地下水污染成因解析。基于地下水历史检测数据,对照GB/T 14848—2017《地下水质量标准》中Ⅲ类水体指标限值,2018年12月—2020年8月研究区地下水历史超标指标有氨氮、硫化物、氟化物、总大肠菌群及部分感官性状指标,超标频次11%~90%,超标倍数1.01~120。除氨氮及氟化物,超标物浓度整体呈降低趋势。2020年9月超标物质仅氟化物和总大肠菌群,超标倍数在1.03~1.37。根据Pearson相关性及主成分分析结果,结合大肠菌群的特点,判断填埋场内总大肠菌群超标主要由监测井洗井不充分及周边人类活动影响导致。由该地区地层岩性、地下水化学类型等,结合文献调研,判断氟化物超标主要由水文地质条件决定。氨氮浓度水平波动性较大,各点位均出现历史超标现象。根据背景点与各监测点氨氮浓度的正相关性(P<0.01, R≥0.655),以及渗滤液对场内地下水氨氮浓度贡献率为30.37%等,判断其超标成因主要包括垃圾渗滤液及上游地区农业、农村面源污染。
2022, 40(4): 196-201.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204028
摘要:
针对GF-6与Landsat-8影像在水质监测中的差异性问题,以巢湖水质富营养状态评价为研究内容,对水质参数进行反演,利用综合营养状态指数法构建水质评价模型。运用ENVI 5.3和ArcGIS 10.3软件,实现各项水质参数和综合营养状态指数TLI可视化。对比实测数据,运用Person相关性模型进行反演结果精度评定。结果表明:影像成像时刻巢湖水质营养状态为中营养;GF-6和Landsat-8反演得到的综合营养状态指数TLI分别为42.75和42.13,两者差别较小,但经过与实测数据的相关性分析可得,GF-6和Landsat-8的Person系数分别为0.988和0.965,表明GF-6反演的数据与实测值相关性更强,更加准确可靠。研究结论可为水质监测中如何选用遥感影像数据提供参考。
针对GF-6与Landsat-8影像在水质监测中的差异性问题,以巢湖水质富营养状态评价为研究内容,对水质参数进行反演,利用综合营养状态指数法构建水质评价模型。运用ENVI 5.3和ArcGIS 10.3软件,实现各项水质参数和综合营养状态指数TLI可视化。对比实测数据,运用Person相关性模型进行反演结果精度评定。结果表明:影像成像时刻巢湖水质营养状态为中营养;GF-6和Landsat-8反演得到的综合营养状态指数TLI分别为42.75和42.13,两者差别较小,但经过与实测数据的相关性分析可得,GF-6和Landsat-8的Person系数分别为0.988和0.965,表明GF-6反演的数据与实测值相关性更强,更加准确可靠。研究结论可为水质监测中如何选用遥感影像数据提供参考。
2022, 40(4): 202-208.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204029
摘要:
基于空气质量模型模拟结果,利用0~1整数规划算法,建立了排放量与污染物环境浓度的多情景快速反应决策模型,实现了大气污染管控目标下大气污染物排放源调整方案的快速决策。以大气环境考核重点关注区域河北省沧州市高速合围区为例,采用AERMOD模拟分析了各排放源一次PM10对国控点贡献排名情况,利用0~1整数规划模型求解了在贡献浓度调整下各排放源组的最优控制方案。结果表明:沧州市高速合围区内颗粒物排放源对国控点的污染浓度贡献中,道路源排放占比最高,其次为非道路移动源;此外,在实现合围区内排放总量调整最小且对国控点(市环保局、沧县城建局、电视转播站站点)贡献浓度均降低至少1.5 μg/m3的目标下,对"新华区省道""运河区土壤扬尘"源组的管控方案达到最优,源组总排放量为791.30 t/a,下降幅度为15.66 t/a,对各国控点年均贡献浓度为7.80,10.09,7.87 μg/m3,分别下降了1.75,2.00,1.52 μg/m3。该方法可实现在既定的大气污染源调整方案下的快速效果评估,并提供最优减排方案。
基于空气质量模型模拟结果,利用0~1整数规划算法,建立了排放量与污染物环境浓度的多情景快速反应决策模型,实现了大气污染管控目标下大气污染物排放源调整方案的快速决策。以大气环境考核重点关注区域河北省沧州市高速合围区为例,采用AERMOD模拟分析了各排放源一次PM10对国控点贡献排名情况,利用0~1整数规划模型求解了在贡献浓度调整下各排放源组的最优控制方案。结果表明:沧州市高速合围区内颗粒物排放源对国控点的污染浓度贡献中,道路源排放占比最高,其次为非道路移动源;此外,在实现合围区内排放总量调整最小且对国控点(市环保局、沧县城建局、电视转播站站点)贡献浓度均降低至少1.5 μg/m3的目标下,对"新华区省道""运河区土壤扬尘"源组的管控方案达到最优,源组总排放量为791.30 t/a,下降幅度为15.66 t/a,对各国控点年均贡献浓度为7.80,10.09,7.87 μg/m3,分别下降了1.75,2.00,1.52 μg/m3。该方法可实现在既定的大气污染源调整方案下的快速效果评估,并提供最优减排方案。
2022, 40(4): 209-216.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204030
摘要:
基于2015—2019年环境舆情信息,采用大数据挖掘与分析技术识别出公众对大气环境质量风险感知影响因素,建立了风险感知指标评价体系,分析了风险感知水平的时空变化特征。结果表明:1)影响公众风险感知的首要因素是个体健康担忧,其次是环境质量变化。2)公众风险感知水平具有显著的时空差异性;从时间上看,风险感知水平整体呈现波动上升趋势;从空间上看,风险感知水平呈现北方高南方低、东部高西部低的特征。3)河南、四川两省的风险感知水平在研究时间段内最高,且风险感知具有空间溢出效应。
基于2015—2019年环境舆情信息,采用大数据挖掘与分析技术识别出公众对大气环境质量风险感知影响因素,建立了风险感知指标评价体系,分析了风险感知水平的时空变化特征。结果表明:1)影响公众风险感知的首要因素是个体健康担忧,其次是环境质量变化。2)公众风险感知水平具有显著的时空差异性;从时间上看,风险感知水平整体呈现波动上升趋势;从空间上看,风险感知水平呈现北方高南方低、东部高西部低的特征。3)河南、四川两省的风险感知水平在研究时间段内最高,且风险感知具有空间溢出效应。
2022, 40(4): 217-223.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204031
摘要:
以西南某机械厂遗留场地为研究对象,利用主成分分析法和克里金插值法分析了5种重金属(Ni、Pb、As、Co、V)的污染特征及来源,并在健康风险评价中引入蒙特卡罗模拟进行了不确定性分析。结果表明:研究区表层土壤中Ni、Pb、As和Co存在富集现象,V分布相对均匀。污染主要来源包括厂区内工业活动人为源、土壤母质自然源和周边工业活动大气沉降污染源。非致癌风险主要危害因子为As和Co,As为主要致癌因子。成人和儿童主要的暴露途径分别为皮肤接触和经口摄入。成人和儿童非致癌风险超过阈值的概率分别为11.60%和60.88%,致癌风险超过阈值的概率为4.36%和2.31%,对于成人和儿童最敏感参数分别为皮肤黏附系数和体重。研究结果可为重金属污染场地土壤风险管控或修复工作提供科学指导和技术支撑。
以西南某机械厂遗留场地为研究对象,利用主成分分析法和克里金插值法分析了5种重金属(Ni、Pb、As、Co、V)的污染特征及来源,并在健康风险评价中引入蒙特卡罗模拟进行了不确定性分析。结果表明:研究区表层土壤中Ni、Pb、As和Co存在富集现象,V分布相对均匀。污染主要来源包括厂区内工业活动人为源、土壤母质自然源和周边工业活动大气沉降污染源。非致癌风险主要危害因子为As和Co,As为主要致癌因子。成人和儿童主要的暴露途径分别为皮肤接触和经口摄入。成人和儿童非致癌风险超过阈值的概率分别为11.60%和60.88%,致癌风险超过阈值的概率为4.36%和2.31%,对于成人和儿童最敏感参数分别为皮肤黏附系数和体重。研究结果可为重金属污染场地土壤风险管控或修复工作提供科学指导和技术支撑。
2022, 40(4): 224-234,243.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204032
摘要:
我国目前存在大量地质条件复杂,常规抽提技术难以快速有效地修复污染场地。电阻加热(electrical resistance heating,ERH)技术受土壤异质性影响小,处理深度大,加热速度快,能快速有效地去除地质条件复杂的土壤渗流区和饱和区中的挥发性有机物。但该技术在国内应用较晚,相关研究较少。简述了ERH技术的修复机制,包括促进污染物的迁移和提高污染物的降解速率;土壤电导率、电场强度、地下水流动和土壤异质性等因素如何影响ERH的修复效率。介绍了ERH技术与原位化学氧化、原位生物修复及其他原位热处理技术的耦合,ERH场地实施的建井方法、设备布署和部分国外的场地实施案例等。最后,针对ERH技术在实际应用中存在的问题,指出了ERH技术研究的发展方向。
我国目前存在大量地质条件复杂,常规抽提技术难以快速有效地修复污染场地。电阻加热(electrical resistance heating,ERH)技术受土壤异质性影响小,处理深度大,加热速度快,能快速有效地去除地质条件复杂的土壤渗流区和饱和区中的挥发性有机物。但该技术在国内应用较晚,相关研究较少。简述了ERH技术的修复机制,包括促进污染物的迁移和提高污染物的降解速率;土壤电导率、电场强度、地下水流动和土壤异质性等因素如何影响ERH的修复效率。介绍了ERH技术与原位化学氧化、原位生物修复及其他原位热处理技术的耦合,ERH场地实施的建井方法、设备布署和部分国外的场地实施案例等。最后,针对ERH技术在实际应用中存在的问题,指出了ERH技术研究的发展方向。
2022, 40(4): 235-243.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204033
摘要:
基于厌氧氨氧化(Anammox)的高效自养脱氮技术用于城市污水处理为污水处理厂的能量自给运行提供了可能。首先,简述了污水Anammox自养脱氮的反应过程和技术优势,然后重点从亚硝酸盐氧化细菌(NOB)抑制、厌氧氨氧化细菌(AnAOB)富集截留以及AnAOB与好氧氨氧化细菌(AOB)等之间平衡调控3个方面总结分析了Anammox自养脱氮技术用于城市污水处理面临的挑战及其应对策略。最后展望了城市污水Anammox自养脱氮技术的未来研究方向。
基于厌氧氨氧化(Anammox)的高效自养脱氮技术用于城市污水处理为污水处理厂的能量自给运行提供了可能。首先,简述了污水Anammox自养脱氮的反应过程和技术优势,然后重点从亚硝酸盐氧化细菌(NOB)抑制、厌氧氨氧化细菌(AnAOB)富集截留以及AnAOB与好氧氨氧化细菌(AOB)等之间平衡调控3个方面总结分析了Anammox自养脱氮技术用于城市污水处理面临的挑战及其应对策略。最后展望了城市污水Anammox自养脱氮技术的未来研究方向。
2022, 40(4): 244-253.
doi: 10.13205/j.hjgc.202204034
摘要:
近年来,我国遗留场地重金属复合污染问题日益突出。为有效阻断重金属迁移扩散,阻隔技术成为国内外场地污染控制研究的焦点。通过系统分析阻隔技术在典型重金属污染场地的应用实例,概述阻隔技术先进材料和相关实施现状,发掘不同阻隔技术应用过程中的主要问题,提出了阻隔技术组合式应用和阻隔系统工程决策等研究方向,从技术、经济、土地再利用等多维度综合考量,为复杂情景下的场地重金属污染治理提供理论依据和技术参考。
近年来,我国遗留场地重金属复合污染问题日益突出。为有效阻断重金属迁移扩散,阻隔技术成为国内外场地污染控制研究的焦点。通过系统分析阻隔技术在典型重金属污染场地的应用实例,概述阻隔技术先进材料和相关实施现状,发掘不同阻隔技术应用过程中的主要问题,提出了阻隔技术组合式应用和阻隔系统工程决策等研究方向,从技术、经济、土地再利用等多维度综合考量,为复杂情景下的场地重金属污染治理提供理论依据和技术参考。
