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2023年 第41卷 第12期
2023, 41(12): 1-10.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312001
摘要:
为高效去除水中内分泌干扰物类污染物,采用溶胶-凝胶法合成钙钛矿LaBO3(B=Fe、Cr、Co)催化剂,用于催化过氧乙酸(PAA)降解水中双酚A(BPA)。采用TG-DSC、SEM、TEM、XRD等方法对钙钛矿LaBO3催化剂形貌及微观结构进行表征,研究其在不同条件下催化PAA去除BPA的效果,并提出催化PAA反应机制。结果表明:LaBO3(B=Fe、Cr、Co)为大小不一、表面光滑、团聚的不规则球体,比表面积为11.89 m2/g。研究条件下,LaCoO3/PAA体系对BPA的降解率高达85%,显著高于LaCrO3/PAA(14%)和LaFeO3/PAA(14%)体系。此外,LaCoO3/PAA体系对其他污染物(金橙Ⅰ、磺胺甲噁唑、4-氯苯酚)亦展现出良好的降解效果,并且对水中常见的无机阴离子和腐殖酸具有较强的抗干扰能力,使LaCoO3成为一种有发展前景的环境友好型催化剂。采用淬灭实验和电子自旋共振光谱揭示了有机自由基是LaCoO3/PAA体系导致BPA降解的主要活性物种。直接电子转移途径为LaCoO3/PAA体系催化降解BPA的次要氧化途径。此外,≡CoⅢ/≡CoⅡ的氧化还原对与PAA之间的氧化还原反应确保了自由基的连续生成和较高的降解效能。该研究工作可为水中内分泌干扰物污染治理提供新的思路。
为高效去除水中内分泌干扰物类污染物,采用溶胶-凝胶法合成钙钛矿LaBO3(B=Fe、Cr、Co)催化剂,用于催化过氧乙酸(PAA)降解水中双酚A(BPA)。采用TG-DSC、SEM、TEM、XRD等方法对钙钛矿LaBO3催化剂形貌及微观结构进行表征,研究其在不同条件下催化PAA去除BPA的效果,并提出催化PAA反应机制。结果表明:LaBO3(B=Fe、Cr、Co)为大小不一、表面光滑、团聚的不规则球体,比表面积为11.89 m2/g。研究条件下,LaCoO3/PAA体系对BPA的降解率高达85%,显著高于LaCrO3/PAA(14%)和LaFeO3/PAA(14%)体系。此外,LaCoO3/PAA体系对其他污染物(金橙Ⅰ、磺胺甲噁唑、4-氯苯酚)亦展现出良好的降解效果,并且对水中常见的无机阴离子和腐殖酸具有较强的抗干扰能力,使LaCoO3成为一种有发展前景的环境友好型催化剂。采用淬灭实验和电子自旋共振光谱揭示了有机自由基是LaCoO3/PAA体系导致BPA降解的主要活性物种。直接电子转移途径为LaCoO3/PAA体系催化降解BPA的次要氧化途径。此外,≡CoⅢ/≡CoⅡ的氧化还原对与PAA之间的氧化还原反应确保了自由基的连续生成和较高的降解效能。该研究工作可为水中内分泌干扰物污染治理提供新的思路。
2023, 41(12): 11-20,75.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312002
摘要:
在我国城镇面源污染负荷占比不断增加的压力下,优化城镇面源污染控制技术,对保障城镇水系统安全至关重要。对国内外近20年城镇面源污染控制技术的相关研究进行了文献计量学分析,综述了针对不同下垫面类型、排水体制、降雨特征各情况下城镇面源污染控制优化策略,总结出"绿-灰-蓝"设施组合、"源-网-厂-河""源头排水-小排水-大排水"等优化方案,最大程度地发挥"源头-过程-末端"的全过程面源污染防控体系,以得到最优的面源污染控制效果,旨在为城镇面源污染控制提供技术思路。
在我国城镇面源污染负荷占比不断增加的压力下,优化城镇面源污染控制技术,对保障城镇水系统安全至关重要。对国内外近20年城镇面源污染控制技术的相关研究进行了文献计量学分析,综述了针对不同下垫面类型、排水体制、降雨特征各情况下城镇面源污染控制优化策略,总结出"绿-灰-蓝"设施组合、"源-网-厂-河""源头排水-小排水-大排水"等优化方案,最大程度地发挥"源头-过程-末端"的全过程面源污染防控体系,以得到最优的面源污染控制效果,旨在为城镇面源污染控制提供技术思路。
2023, 41(12): 21-31.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312003
摘要:
在中国水环境治理过程中,降雨径流产生的面源污染(non-point source pollution)导致严重的河道黑臭等环境污染问题受到广泛关注和研究。面源污染依据下垫面不同主要分为农业面源污染和城市面源污染。基于国内外城市径流污染相研究成果,从城市径流污染特征、污染负荷模型和治理技术与成效3个方面做了总结。中国城市径流中污染物以SS为主,浓度达到200 mg/L以上,且COD、TP和TN均远远超过排放标准。同时,径流中也检出了微塑料和重金属。对比分析了国内应用最为广泛的面源负荷模型,并给出了各自的优缺点及应用场景。收集了近年来的面源污染治理的技术与成效,并总结其局限性。指出未来研究可从GIS耦合、技术组合优化、厂网河调度以及全过程治理开展。
在中国水环境治理过程中,降雨径流产生的面源污染(non-point source pollution)导致严重的河道黑臭等环境污染问题受到广泛关注和研究。面源污染依据下垫面不同主要分为农业面源污染和城市面源污染。基于国内外城市径流污染相研究成果,从城市径流污染特征、污染负荷模型和治理技术与成效3个方面做了总结。中国城市径流中污染物以SS为主,浓度达到200 mg/L以上,且COD、TP和TN均远远超过排放标准。同时,径流中也检出了微塑料和重金属。对比分析了国内应用最为广泛的面源负荷模型,并给出了各自的优缺点及应用场景。收集了近年来的面源污染治理的技术与成效,并总结其局限性。指出未来研究可从GIS耦合、技术组合优化、厂网河调度以及全过程治理开展。
2023, 41(12): 32-47.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312004
摘要:
降雨期间合流制管道内流量超过其承载能力就会发生雨污水溢流,使城市水体受到污染,因此研究城镇合流制溢流污染对于城市水体污染控制具有重要意义。采用文献计量学方法分析了国内外合流制排水系统溢流污染的有关文献,发现溢流污染特征及控制措施为主要研究热点。在此基础上,解析了合流制排水系统溢流污染的成因、水质水量特征及变化规律,从降低溢流污染发生频率和控制溢流污染2个方面对多种措施进行了论述,最后对我国合流制排水系统溢流污染控制技术发展进行了展望。
降雨期间合流制管道内流量超过其承载能力就会发生雨污水溢流,使城市水体受到污染,因此研究城镇合流制溢流污染对于城市水体污染控制具有重要意义。采用文献计量学方法分析了国内外合流制排水系统溢流污染的有关文献,发现溢流污染特征及控制措施为主要研究热点。在此基础上,解析了合流制排水系统溢流污染的成因、水质水量特征及变化规律,从降低溢流污染发生频率和控制溢流污染2个方面对多种措施进行了论述,最后对我国合流制排水系统溢流污染控制技术发展进行了展望。
2023, 41(12): 48-53,115.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312005
摘要:
以天津市某海绵型建筑小区为研究对象,采用在线监测与模型模拟相结合的方法,开展小区尺度海绵化改造对径流水量水质效果评估的量化研究。构建暴雨雨洪管理模型,利用实测降雨、水量、水质数据进行模型关键参数的率定与验证,在设计降雨和实际场次降雨、多年连续降雨情景下,模拟分析海绵化改造对径流总量、径流峰值、径流污染的控制效果及差异。结果表明,海绵型建筑小区在2~10年一遇设计降雨重现期下,径流总量控制率为64.43%~74.10%,径流体积削减率为31.27%~40.09%,监测排口处径流峰值削减率为40.57%~41.40%。在55场实际降雨情景下,径流总量控制率为58.29%~100.00%,径流污染削减率为40.93%~83.05%。同时,总降雨量、最大小时降雨量是影响径流总量、径流污染控制效果最主要的降雨特征,存在较强的负相关(P<0.01)。多年连续降雨情景下,年径流总量控制率为78.61%,年径流体积削减率为37.18%,年径流污染削减率为45.16%。该研究成果可为科学定量评估海绵型建筑小区径流控制效果提供参考。
以天津市某海绵型建筑小区为研究对象,采用在线监测与模型模拟相结合的方法,开展小区尺度海绵化改造对径流水量水质效果评估的量化研究。构建暴雨雨洪管理模型,利用实测降雨、水量、水质数据进行模型关键参数的率定与验证,在设计降雨和实际场次降雨、多年连续降雨情景下,模拟分析海绵化改造对径流总量、径流峰值、径流污染的控制效果及差异。结果表明,海绵型建筑小区在2~10年一遇设计降雨重现期下,径流总量控制率为64.43%~74.10%,径流体积削减率为31.27%~40.09%,监测排口处径流峰值削减率为40.57%~41.40%。在55场实际降雨情景下,径流总量控制率为58.29%~100.00%,径流污染削减率为40.93%~83.05%。同时,总降雨量、最大小时降雨量是影响径流总量、径流污染控制效果最主要的降雨特征,存在较强的负相关(P<0.01)。多年连续降雨情景下,年径流总量控制率为78.61%,年径流体积削减率为37.18%,年径流污染削减率为45.16%。该研究成果可为科学定量评估海绵型建筑小区径流控制效果提供参考。
2023, 41(12): 54-60,181.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312006
摘要:
分流制系统雨水泵站排放造成雨天河道水质恶化,阐明其排放污染成因是削减雨天污染和改善河道水质的基础。针对上海市中心城区两个分流制系统,分别采用反向传播神经网络和径向基神经网络建立降雨、管网运行等11个参数和雨水泵站雨天排放水质的非线性响应关系,探究雨天排放污染的主要影响因素。结果表明:与反向传播神经网络相比,径向基神经网络具有较高模拟效果,COD、NH3-N和SS的平均绝对误差、均方根误差、平均百分比误差分别下降了15.6%~31.9%、12.3%~18.3%和12.6%~53.9%,决定系数提高了3.1%~5.4%。基于径向基神经网络对输入参数进行重要性分析,确定了5个优先参数,分别为距离上次开泵时间、开泵水位、峰值降雨量、前期不降雨天数、停泵水位。应开展雨污混接调查和实施雨污分流改造,从根本上减少旱天污水在管道沉积造成的雨天污染"零存整取"和污染效应放大。此外,通过优化雨水泵停泵水位,也可以削减雨天排放浓度。
分流制系统雨水泵站排放造成雨天河道水质恶化,阐明其排放污染成因是削减雨天污染和改善河道水质的基础。针对上海市中心城区两个分流制系统,分别采用反向传播神经网络和径向基神经网络建立降雨、管网运行等11个参数和雨水泵站雨天排放水质的非线性响应关系,探究雨天排放污染的主要影响因素。结果表明:与反向传播神经网络相比,径向基神经网络具有较高模拟效果,COD、NH3-N和SS的平均绝对误差、均方根误差、平均百分比误差分别下降了15.6%~31.9%、12.3%~18.3%和12.6%~53.9%,决定系数提高了3.1%~5.4%。基于径向基神经网络对输入参数进行重要性分析,确定了5个优先参数,分别为距离上次开泵时间、开泵水位、峰值降雨量、前期不降雨天数、停泵水位。应开展雨污混接调查和实施雨污分流改造,从根本上减少旱天污水在管道沉积造成的雨天污染"零存整取"和污染效应放大。此外,通过优化雨水泵停泵水位,也可以削减雨天排放浓度。
2023, 41(12): 61-69,255.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312007
摘要:
随着城市化高速发展,城市排水和内涝的压力日益增大,增强雨水排水系统的"弹性"是城市发展的方向。选择长江三角洲某平原河网城市的某片区为研究对象,基于率定的SWMM模型和已有的研究,从系统内涝积水量和持续时间2个方面的弹性出发,建立雨水排水系统弹性模型。在不同降雨情境下运行模型,分析研究区域的雨水排水系统弹性。结果表明,随着降雨强度增加,系统弹性逐渐减小;系统弹性值和降雨强度之间呈线性负相关。在低重现期条件下,随着降雨强度的增大,弹性值下降幅度较小。重现期越大,系统弹性值下降速率越快。在同一降雨重现期下,随着不透水地面比例的增加,系统弹性逐渐减小。在高重现期和高不透水地面比例情况下,系统弹性值较低;在10年一遇降雨条件下,区域不透水地面比例增加,系统弹性值下降速度最快。将弹性理念引入城市雨水排水系统中,建立反映系统在应对外界环境变化和灾害时的弹性能力评价体系,有助于全面了解雨水排水系统性能,对于雨水排水系统的优化改造以及城市风险管理具有重要意义。
随着城市化高速发展,城市排水和内涝的压力日益增大,增强雨水排水系统的"弹性"是城市发展的方向。选择长江三角洲某平原河网城市的某片区为研究对象,基于率定的SWMM模型和已有的研究,从系统内涝积水量和持续时间2个方面的弹性出发,建立雨水排水系统弹性模型。在不同降雨情境下运行模型,分析研究区域的雨水排水系统弹性。结果表明,随着降雨强度增加,系统弹性逐渐减小;系统弹性值和降雨强度之间呈线性负相关。在低重现期条件下,随着降雨强度的增大,弹性值下降幅度较小。重现期越大,系统弹性值下降速率越快。在同一降雨重现期下,随着不透水地面比例的增加,系统弹性逐渐减小。在高重现期和高不透水地面比例情况下,系统弹性值较低;在10年一遇降雨条件下,区域不透水地面比例增加,系统弹性值下降速度最快。将弹性理念引入城市雨水排水系统中,建立反映系统在应对外界环境变化和灾害时的弹性能力评价体系,有助于全面了解雨水排水系统性能,对于雨水排水系统的优化改造以及城市风险管理具有重要意义。
2023, 41(12): 70-75.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312008
摘要:
前期研究表明,新型透水铺装通过在结构层引入毛细柱,不仅可有效提高设施在高地下水位地区应用的水文控制效果从而缓解城市内涝风险,还能够有效缓解城市热岛从而调节城市热环境。为了探讨新型透水铺装对于城市雨水径流污染的控制效果,实验构建了新型透水铺装(IPP)、传统混凝土砖缝隙透水铺装(PICP)和不透水混凝土路面(CP)3种不同的停车场现场设施,基于全年实际降雨条件下监测数据,分析对比了IPP和PICP对于雨水径流水质净化的效果差异,评估了2种设施全年所排放的城市面源污染负荷。实验结果表明:与PICP设施相比,IPP对NO3--N、TN的总污染负荷控制率分别从14.4%、37.3%提高至45.6%、58.8%,对TSS和COD总污染负荷控制率分别从81.9%、84.2%提高至97.5%和96.7%;PICP和IPP 2种设施对于TP的去除效果均较好,其总污染负荷控制率分别为82.5%、86.2%。统计结果显示,新型透水铺装IPP可明显减少NO3--N、TN、TSS、COD污染物的排放,从而有效缓解雨水径流导致的城市面源污染问题。
前期研究表明,新型透水铺装通过在结构层引入毛细柱,不仅可有效提高设施在高地下水位地区应用的水文控制效果从而缓解城市内涝风险,还能够有效缓解城市热岛从而调节城市热环境。为了探讨新型透水铺装对于城市雨水径流污染的控制效果,实验构建了新型透水铺装(IPP)、传统混凝土砖缝隙透水铺装(PICP)和不透水混凝土路面(CP)3种不同的停车场现场设施,基于全年实际降雨条件下监测数据,分析对比了IPP和PICP对于雨水径流水质净化的效果差异,评估了2种设施全年所排放的城市面源污染负荷。实验结果表明:与PICP设施相比,IPP对NO3--N、TN的总污染负荷控制率分别从14.4%、37.3%提高至45.6%、58.8%,对TSS和COD总污染负荷控制率分别从81.9%、84.2%提高至97.5%和96.7%;PICP和IPP 2种设施对于TP的去除效果均较好,其总污染负荷控制率分别为82.5%、86.2%。统计结果显示,新型透水铺装IPP可明显减少NO3--N、TN、TSS、COD污染物的排放,从而有效缓解雨水径流导致的城市面源污染问题。
2023, 41(12): 76-81.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312009
摘要:
以多孔材料作为基材的分散式小规模海绵设施应用广泛。为了在保证不产生二次污染的前提下不断提高材料自身的孔隙率、强度和吸水释水能力,以适应更多的应用场景,对多孔泡沫玻璃进行了改性研究。以废玻璃粉为主要原材料,加入一定量的发泡剂、改性剂等,在500~950 ℃的烧制温度下,制备了可用于海绵城市蓄排水的开孔泡沫玻璃,并对其微观结构和物理性能进行表征。结果表明:开孔泡沫玻璃呈现大量致密的不规则开孔结构,孔道彼此连通,孔径在0.1~5 mm,孔隙率达93%;抗压强度可达2.3 MPa,可应用于对抗压强度要求较高的场景;通过控制原材料可保证重金属污染物含量极低,对水体不造成污染;具有很强的吸水能力和良好的缓释效果,饱和吸水率可达95%,释水8 h后,质量吸水率减小至30%;用于地下封闭环境时,需要考虑排气设计和抗浮设计。该研究为海绵城市雨水蓄排提供了一种新型环保基材,有利于泡沫玻璃在海绵设施中推广应用。
以多孔材料作为基材的分散式小规模海绵设施应用广泛。为了在保证不产生二次污染的前提下不断提高材料自身的孔隙率、强度和吸水释水能力,以适应更多的应用场景,对多孔泡沫玻璃进行了改性研究。以废玻璃粉为主要原材料,加入一定量的发泡剂、改性剂等,在500~950 ℃的烧制温度下,制备了可用于海绵城市蓄排水的开孔泡沫玻璃,并对其微观结构和物理性能进行表征。结果表明:开孔泡沫玻璃呈现大量致密的不规则开孔结构,孔道彼此连通,孔径在0.1~5 mm,孔隙率达93%;抗压强度可达2.3 MPa,可应用于对抗压强度要求较高的场景;通过控制原材料可保证重金属污染物含量极低,对水体不造成污染;具有很强的吸水能力和良好的缓释效果,饱和吸水率可达95%,释水8 h后,质量吸水率减小至30%;用于地下封闭环境时,需要考虑排气设计和抗浮设计。该研究为海绵城市雨水蓄排提供了一种新型环保基材,有利于泡沫玻璃在海绵设施中推广应用。
2023, 41(12): 82-88.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312010
摘要:
在生物滞留设施内构建淹没区并添加碳源是目前广泛采用的雨水强化脱氮方式,这使得淹没区成为反硝化作用发生的主要场所,并显著影响生物滞留设施脱氮效能。但是目前尚无研究清晰揭示生物滞留设施中碳源的种类和位置对淹没区水质的影响。基于提升黄铁矿同步脱氮除磷的能力,在黄铁矿基质生物滞留设施中通过改变碳源的种类(玉米芯、稻壳、树皮)和添加位置探究了其对淹没区水质的影响。结果显示,3种碳源对强化NO3--N的去除的能力顺序为树皮>稻壳>玉米芯,且树皮不会造成NH4+-N去除效率的下降。对淹没区水质的进一步研究发现,添加树皮后淹没区NH4+-N、PO43--P浓度更低,且NO3--N去除速率更快。碳源添加在覆盖层促进了NH4+-N和PO43--P去除,但NO3--N去除率略微下降。碳源添加在覆盖层可以维持淹没区中更低且稳定的NH4+-N浓度,并提供适宜的COD使NO3--N浓度不断下降。当碳源添加在包气带和覆盖层时反硝化主要发生在干旱期间,而碳源添加在淹没区时反硝化作用主要发生在降雨期间。
在生物滞留设施内构建淹没区并添加碳源是目前广泛采用的雨水强化脱氮方式,这使得淹没区成为反硝化作用发生的主要场所,并显著影响生物滞留设施脱氮效能。但是目前尚无研究清晰揭示生物滞留设施中碳源的种类和位置对淹没区水质的影响。基于提升黄铁矿同步脱氮除磷的能力,在黄铁矿基质生物滞留设施中通过改变碳源的种类(玉米芯、稻壳、树皮)和添加位置探究了其对淹没区水质的影响。结果显示,3种碳源对强化NO3--N的去除的能力顺序为树皮>稻壳>玉米芯,且树皮不会造成NH4+-N去除效率的下降。对淹没区水质的进一步研究发现,添加树皮后淹没区NH4+-N、PO43--P浓度更低,且NO3--N去除速率更快。碳源添加在覆盖层促进了NH4+-N和PO43--P去除,但NO3--N去除率略微下降。碳源添加在覆盖层可以维持淹没区中更低且稳定的NH4+-N浓度,并提供适宜的COD使NO3--N浓度不断下降。当碳源添加在包气带和覆盖层时反硝化主要发生在干旱期间,而碳源添加在淹没区时反硝化作用主要发生在降雨期间。
2023, 41(12): 89-98.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312011
摘要:
在雨水径流过程中管道沉积物携带的氮磷释放是造成受纳水体富营养化的主要原因。然而,不同受纳水体因其pH、温度、氮磷初始浓度等水质因素不同而对管道沉积物中氮磷的迁移转化具有不同影响效应。因此,采集了管道沉积物、再生水和天然河道水,分析了沉积物和水样的污染特征,再通过混合沉积物与不同水体模拟管道沉积物进入不同受纳水体的过程,探究其氮磷的释放特征及机理并分析了典型水环境因子对管道沉积物中氮磷释放的影响效应。结果表明:河水和再生水对管道沉积物中氮(包括总氮TN和氨氮NH4+-N)的释放均有促进作用,而对总磷(TP)的释放起抑制作用,其中,再生水对总氮(TN)和氨氮(NH4+-N)释放的促进作用更强,但对总磷的抑制作用更强;随着pH值的增大,管道沉积物中TP、NH4+-N和TN的释放量会减少,3种物质在不同环境下的释放通量大小依次为:酸性>中性>碱性,这可能与水环境中的离子交换与物理吸附有关;随着温度的升高,管道沉积物中TP、NH4+-N和TN的释放强度均增强;随着水环境中TP和NH4+-N浓度的增加,管道沉积物中TP和NH4+-N的释放受到抑制,当初始TP、NH4+-N浓度分别为0.232,0.240mg/L时,达到了其对应的氮磷释放平衡浓度。研究结果有助于了解管道沉积物进入不同受纳水体后的氮磷释放机制,以期为雨水径流污染造成的城市景观水体富营养化污染调控提供科学依据。
在雨水径流过程中管道沉积物携带的氮磷释放是造成受纳水体富营养化的主要原因。然而,不同受纳水体因其pH、温度、氮磷初始浓度等水质因素不同而对管道沉积物中氮磷的迁移转化具有不同影响效应。因此,采集了管道沉积物、再生水和天然河道水,分析了沉积物和水样的污染特征,再通过混合沉积物与不同水体模拟管道沉积物进入不同受纳水体的过程,探究其氮磷的释放特征及机理并分析了典型水环境因子对管道沉积物中氮磷释放的影响效应。结果表明:河水和再生水对管道沉积物中氮(包括总氮TN和氨氮NH4+-N)的释放均有促进作用,而对总磷(TP)的释放起抑制作用,其中,再生水对总氮(TN)和氨氮(NH4+-N)释放的促进作用更强,但对总磷的抑制作用更强;随着pH值的增大,管道沉积物中TP、NH4+-N和TN的释放量会减少,3种物质在不同环境下的释放通量大小依次为:酸性>中性>碱性,这可能与水环境中的离子交换与物理吸附有关;随着温度的升高,管道沉积物中TP、NH4+-N和TN的释放强度均增强;随着水环境中TP和NH4+-N浓度的增加,管道沉积物中TP和NH4+-N的释放受到抑制,当初始TP、NH4+-N浓度分别为0.232,0.240mg/L时,达到了其对应的氮磷释放平衡浓度。研究结果有助于了解管道沉积物进入不同受纳水体后的氮磷释放机制,以期为雨水径流污染造成的城市景观水体富营养化污染调控提供科学依据。
2023, 41(12): 99-106.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312012
摘要:
针对降雨溢流污染造成水环境质量不能稳定达标的问题,探索了深圳小流域水环境动态治理的技术路径。首先,以全覆盖的连续实测水质数据为基础,精准识别出雨季水质超标河流及溢流排口作为治理对象;其次,以雨季水质超标河流及溢流排口所在小流域为单元,开展全要素溯源排查,系统找出小流域范围内存在的各类水环境问题,建立问题-措施-目标的对应关系和整治任务台账;最后,针对整治完成的小流域,结合措施实施情况及水质监测结果进行达标评估和雨季水质检验工作,并实行动态管理。经过一年多的探索与实践,雨季达到或优于地表水Ⅲ类的河流监测断面占比同比提升7.73%,3大国考断面汛期溢流污染强度同比降幅超过25%,雨季溢流污染防治取得一定成效。为其他城市雨季溢流污染防治提供参考。
针对降雨溢流污染造成水环境质量不能稳定达标的问题,探索了深圳小流域水环境动态治理的技术路径。首先,以全覆盖的连续实测水质数据为基础,精准识别出雨季水质超标河流及溢流排口作为治理对象;其次,以雨季水质超标河流及溢流排口所在小流域为单元,开展全要素溯源排查,系统找出小流域范围内存在的各类水环境问题,建立问题-措施-目标的对应关系和整治任务台账;最后,针对整治完成的小流域,结合措施实施情况及水质监测结果进行达标评估和雨季水质检验工作,并实行动态管理。经过一年多的探索与实践,雨季达到或优于地表水Ⅲ类的河流监测断面占比同比提升7.73%,3大国考断面汛期溢流污染强度同比降幅超过25%,雨季溢流污染防治取得一定成效。为其他城市雨季溢流污染防治提供参考。
2023, 41(12): 107-115.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312013
摘要:
在不同温度(T=32,27,22,17,12 ℃)下驯化厌氧-缺氧-好氧序批式生物反应器(An/A/O-SBR),考察各温度条件下系统同步脱氮除磷性能及N2O释放量,基于聚磷菌(PAOs)、聚糖菌(GAOs)降解特征和内源物质变化分析,确定了不同温度条件下系统PAOs和GAOs间竞争和N2O释放特性。结果表明:随温度降低,An/A/O-SBR反硝化除磷性能呈先提升后降低的趋势。T=22 ℃,缺氧阶段NO-x和TP去除率最高,分别达95.5%和90.3%,N2O产率为3.71%。低温促进了PAOs竞争优势,温度由32 ℃降至12 ℃,厌氧阶段合成的PHA中PHB占比(ΔPHB/ΔPHA)、缺氧阶段消耗PHA(PHAcon)中PHB(HBcon)占比(PHBcon/PHAcon)、缺氧阶段合成糖原(Glyin)占PHA消耗比例(Glyin/PHAcon)均逐渐接近于PAOs降解特性。温度升高促进了GAOs增殖,其反硝化过程不进行磷过量吸收,缺氧阶段TP去除率降低;低温条件下酶促反应速率下降,PHA提供电子速率降低,导致缺氧阶段NO3-去除率下降和N2O产率增加。
在不同温度(T=32,27,22,17,12 ℃)下驯化厌氧-缺氧-好氧序批式生物反应器(An/A/O-SBR),考察各温度条件下系统同步脱氮除磷性能及N2O释放量,基于聚磷菌(PAOs)、聚糖菌(GAOs)降解特征和内源物质变化分析,确定了不同温度条件下系统PAOs和GAOs间竞争和N2O释放特性。结果表明:随温度降低,An/A/O-SBR反硝化除磷性能呈先提升后降低的趋势。T=22 ℃,缺氧阶段NO-x和TP去除率最高,分别达95.5%和90.3%,N2O产率为3.71%。低温促进了PAOs竞争优势,温度由32 ℃降至12 ℃,厌氧阶段合成的PHA中PHB占比(ΔPHB/ΔPHA)、缺氧阶段消耗PHA(PHAcon)中PHB(HBcon)占比(PHBcon/PHAcon)、缺氧阶段合成糖原(Glyin)占PHA消耗比例(Glyin/PHAcon)均逐渐接近于PAOs降解特性。温度升高促进了GAOs增殖,其反硝化过程不进行磷过量吸收,缺氧阶段TP去除率降低;低温条件下酶促反应速率下降,PHA提供电子速率降低,导致缺氧阶段NO3-去除率下降和N2O产率增加。
2023, 41(12): 116-122,149.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312014
摘要:
生态型微生物燃料电池(ecotype-microbial fuel cell,E-MFC)是1种将微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)与水生动植物结合在一起的新型废水处理技术。为研究E-MFC中微生物、水生植物和底栖动物之间的共生协同作用,设置了沉积物MFC(sediment-microbial fuel cell,S-MFC)、湿地植物MFC(wetland plant-microbial fuel cell,WP-MFC,种植水生植物)和生态型MFC(E-MFC,引入水生植物和底栖动物)3种反应装置, 分别测试了其产电能力和脱氮效果,考察了水力停留时间(HRT)和阴极曝气流量对E-MFC脱氮产电效能的影响,并探讨了脱氮机理。结果表明:E-MFC脱氮产电性能均优于其他2种。在处理相同量的有机废水时,E-MFC的最大产电功率密度比S-MFC和WP-MFC分别高129.4%和47.2%,NH4+-N去除率分别高37.6百分点和11.2百分点,E-MFC的NO3--N去除率可达96%以上。进一步研究表明,当HRT为72 h,进水流量为0.50 L/d时,E-MFC获得最高产电电压为463 mV,此时输出功率密度为27.31 mW/m2。当曝气流量为60 L/h时,E-MFC的最大输出功率密度可达38.12 mW/m2。E-MFC中水生动物扰动等活动增强了氧传质、有机质分解和养分循环,为植物生长提供了充足的营养物质,同时植物根系泌氧也为根际微生物的生长和代谢维持了良好的环境条件。E-MFC中微生物、水生植物和底栖动物形成了一种相互促进、协同作用的关系,从而强化了水体中氮的去除。E-MFC作为可回收电能的新型生态修复技术,在污水处理领域具有良好的发展前景。
生态型微生物燃料电池(ecotype-microbial fuel cell,E-MFC)是1种将微生物燃料电池(microbial fuel cell,MFC)与水生动植物结合在一起的新型废水处理技术。为研究E-MFC中微生物、水生植物和底栖动物之间的共生协同作用,设置了沉积物MFC(sediment-microbial fuel cell,S-MFC)、湿地植物MFC(wetland plant-microbial fuel cell,WP-MFC,种植水生植物)和生态型MFC(E-MFC,引入水生植物和底栖动物)3种反应装置, 分别测试了其产电能力和脱氮效果,考察了水力停留时间(HRT)和阴极曝气流量对E-MFC脱氮产电效能的影响,并探讨了脱氮机理。结果表明:E-MFC脱氮产电性能均优于其他2种。在处理相同量的有机废水时,E-MFC的最大产电功率密度比S-MFC和WP-MFC分别高129.4%和47.2%,NH4+-N去除率分别高37.6百分点和11.2百分点,E-MFC的NO3--N去除率可达96%以上。进一步研究表明,当HRT为72 h,进水流量为0.50 L/d时,E-MFC获得最高产电电压为463 mV,此时输出功率密度为27.31 mW/m2。当曝气流量为60 L/h时,E-MFC的最大输出功率密度可达38.12 mW/m2。E-MFC中水生动物扰动等活动增强了氧传质、有机质分解和养分循环,为植物生长提供了充足的营养物质,同时植物根系泌氧也为根际微生物的生长和代谢维持了良好的环境条件。E-MFC中微生物、水生植物和底栖动物形成了一种相互促进、协同作用的关系,从而强化了水体中氮的去除。E-MFC作为可回收电能的新型生态修复技术,在污水处理领域具有良好的发展前景。
2023, 41(12): 123-130.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312015
摘要:
反硝化硫氧化工艺是处理含硫含氮有机废水生物处理技术中最具潜力的污水处理技术之一。为了解反硝化硫氧化工艺中发挥主要功能的菌属信息,同步运行3个膨胀颗粒污泥床反应器,测定反硝化硫氧化效能,解析活性污泥微生物群落结构变化,分离筛选出活性污泥中的菌株并进行功能验证。结果表明:3个反应器稳定运行后均可实现100 mg/L NO3--N和100 mg/L Ac--C的100%去除,最高可以去除90%的200 mg/L S2-;16S rRNA分析表明:稳定运行反应器活性污泥的微生物群落结构和多样性中,相对丰度较高的5个菌属为Azoarcus、Pseudomonas、Thauera、Arthrobacter和Desulfomicrobium;采用平板分菌和流式分选2种分菌方式共得到分属于19个菌属的50株菌,综合活性污泥群落结构和碳氮硫污染物的去除率,初步确定Azoarcus、Thauera、Pseudomonas、Acinetobacter和Agrobacterium为反硝化硫氧化工艺的功能菌属。
反硝化硫氧化工艺是处理含硫含氮有机废水生物处理技术中最具潜力的污水处理技术之一。为了解反硝化硫氧化工艺中发挥主要功能的菌属信息,同步运行3个膨胀颗粒污泥床反应器,测定反硝化硫氧化效能,解析活性污泥微生物群落结构变化,分离筛选出活性污泥中的菌株并进行功能验证。结果表明:3个反应器稳定运行后均可实现100 mg/L NO3--N和100 mg/L Ac--C的100%去除,最高可以去除90%的200 mg/L S2-;16S rRNA分析表明:稳定运行反应器活性污泥的微生物群落结构和多样性中,相对丰度较高的5个菌属为Azoarcus、Pseudomonas、Thauera、Arthrobacter和Desulfomicrobium;采用平板分菌和流式分选2种分菌方式共得到分属于19个菌属的50株菌,综合活性污泥群落结构和碳氮硫污染物的去除率,初步确定Azoarcus、Thauera、Pseudomonas、Acinetobacter和Agrobacterium为反硝化硫氧化工艺的功能菌属。
2023, 41(12): 131-141.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312016
摘要:
随着生活污水管网覆盖率的提高和工业废水的点源排放逐渐被控制,农业面源污染成为影响地表水水质提升的主要问题。针对深圳市P河流的关键污染物磷酸盐提出控制技术——金属改性生物炭吸附。以当地丰富的景观植物落叶生物质为原材料,使用对植物无毒害性的Ca、Fe、Mg三种金属对其改性,确定其最优热解温度为500,400,600 ℃,制备3种金属改性生物炭(CaBC500、FeBC400、MgBC600),探究其对磷的吸附去除效果。结果表明,在磷酸盐浓度为14 mg/L和初始pH=8的条件下,CaBC500、FeBC400和MgBC600的最佳投加量分别为0.8,0.8,1.0 g,最高磷去除率分别为84%、92%和97%。CaBC500、FeBC400、MgBC600的静态磷酸盐吸附容量分别为65.5,69.3,49.3 mg/g。通过SEM、EDS、BET、FITR和XRD表征以及对吸附动力学、热力学和等温曲线模型的构造,可知吸附过程符合拟二阶与Langmuir模型,推测其磷吸附机制为表面沉淀、络合结晶、配体交换和静电引力。通过研究发现,利用金属改性生物炭可有效实现磷的吸附去除,说明该方法具有实际应用的潜力。
随着生活污水管网覆盖率的提高和工业废水的点源排放逐渐被控制,农业面源污染成为影响地表水水质提升的主要问题。针对深圳市P河流的关键污染物磷酸盐提出控制技术——金属改性生物炭吸附。以当地丰富的景观植物落叶生物质为原材料,使用对植物无毒害性的Ca、Fe、Mg三种金属对其改性,确定其最优热解温度为500,400,600 ℃,制备3种金属改性生物炭(CaBC500、FeBC400、MgBC600),探究其对磷的吸附去除效果。结果表明,在磷酸盐浓度为14 mg/L和初始pH=8的条件下,CaBC500、FeBC400和MgBC600的最佳投加量分别为0.8,0.8,1.0 g,最高磷去除率分别为84%、92%和97%。CaBC500、FeBC400、MgBC600的静态磷酸盐吸附容量分别为65.5,69.3,49.3 mg/g。通过SEM、EDS、BET、FITR和XRD表征以及对吸附动力学、热力学和等温曲线模型的构造,可知吸附过程符合拟二阶与Langmuir模型,推测其磷吸附机制为表面沉淀、络合结晶、配体交换和静电引力。通过研究发现,利用金属改性生物炭可有效实现磷的吸附去除,说明该方法具有实际应用的潜力。
2023, 41(12): 142-149.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312017
摘要:
研究采用遥感分布式面源污染评估(DPeRS)模型,量化西安市2020年农业空间面源污染负荷排放量和入河量,对面源污染空间分布特征进行了解析,识别出西安市农业空间主要面源污染类型,提出了针对性的面源污染防治建议。结果表明:西安市农业空间农田氮磷盈余量较大且分布范围广;面源污染排放量空间分布差异明显,高值区主要分布在阎良区东部、高陵区东部、周至县和长安区平原地区、临潼区和蓝田县骊山丘陵地区,氮面源污染受农村生活影响较大,磷面源污染受水土流失影响较大;农业空间氮、磷面源污染入河量空间分布规律相似,但含量相差较大,高值区主要位于阎良区东部、临潼区中部和北部、蓝田县骊山丘陵地区、周至县中东部平原地区、秦岭浅山地区及部分峪道两侧。
研究采用遥感分布式面源污染评估(DPeRS)模型,量化西安市2020年农业空间面源污染负荷排放量和入河量,对面源污染空间分布特征进行了解析,识别出西安市农业空间主要面源污染类型,提出了针对性的面源污染防治建议。结果表明:西安市农业空间农田氮磷盈余量较大且分布范围广;面源污染排放量空间分布差异明显,高值区主要分布在阎良区东部、高陵区东部、周至县和长安区平原地区、临潼区和蓝田县骊山丘陵地区,氮面源污染受农村生活影响较大,磷面源污染受水土流失影响较大;农业空间氮、磷面源污染入河量空间分布规律相似,但含量相差较大,高值区主要位于阎良区东部、临潼区中部和北部、蓝田县骊山丘陵地区、周至县中东部平原地区、秦岭浅山地区及部分峪道两侧。
2023, 41(12): 150-157.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312018
摘要:
由于化肥和农药施用量的不断增加,以及农村生活污水的任意排放,导致辽河流域农田面源污染治理面临巨大挑战。如何因地制宜地合理选择农田面源污染治理技术,尚缺乏科学有效的评价方法。构建了辽河流域农田面源污染治理技术评价指标体系,基于层次分析-模糊综合评价法对10种典型的农田面源污染治理技术进行了综合量化评价。采用层次分析法结合Spyder软件计算指标权重值,结果表明:氨氮去除率、TP去除率、水质净化效率、工程运行维护管理费用、冬季净化稳定性、景观多样性指数的综合权重值最高,是辽河流域农田面源污染治理技术的重要评价指标。采用模糊综合评价法与Matlab软件相结合计算指标隶属度与模糊综合评价值,结果表明:生态拦截沟渠技术的模糊综合指标值为3.8872,可作为过程拦截技术中的优选技术;人工湿地技术的模糊综合评价值为3.9304,可作为末端治理技术中的最优技术。该评价结果可为选择适宜的辽河流域农田面源污染治理技术提供理论依据,也可为其他同类污染治理技术评价和制订相关政策提供有效的理论支撑。
由于化肥和农药施用量的不断增加,以及农村生活污水的任意排放,导致辽河流域农田面源污染治理面临巨大挑战。如何因地制宜地合理选择农田面源污染治理技术,尚缺乏科学有效的评价方法。构建了辽河流域农田面源污染治理技术评价指标体系,基于层次分析-模糊综合评价法对10种典型的农田面源污染治理技术进行了综合量化评价。采用层次分析法结合Spyder软件计算指标权重值,结果表明:氨氮去除率、TP去除率、水质净化效率、工程运行维护管理费用、冬季净化稳定性、景观多样性指数的综合权重值最高,是辽河流域农田面源污染治理技术的重要评价指标。采用模糊综合评价法与Matlab软件相结合计算指标隶属度与模糊综合评价值,结果表明:生态拦截沟渠技术的模糊综合指标值为3.8872,可作为过程拦截技术中的优选技术;人工湿地技术的模糊综合评价值为3.9304,可作为末端治理技术中的最优技术。该评价结果可为选择适宜的辽河流域农田面源污染治理技术提供理论依据,也可为其他同类污染治理技术评价和制订相关政策提供有效的理论支撑。
2023, 41(12): 158-165,277.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312019
摘要:
为研究脱硫后高湿烟气相对湿度的改变对颗粒物采样结果的影响,使用扩散干燥管对烟气进行除湿,并分析不同相对湿度下PM2.5的粒径分布、传输损失和质量浓度变化。结果显示,模拟烟气湿度越高,PM2.5粒数浓度和质量浓度也随之升高。40%相对湿度下,模拟烟气中ρ(PM2.5)为22.77 mg/m3,粒数浓度约为1.16×106 个/cm3,模拟烟气湿度提升至50%、60%和80%时,ρ(PM2.5)分别升高1.06,4.35,4.69倍,粒数浓度分别升高1.31,1.70,1.76倍;使用扩散干燥管对模拟高湿烟气除湿,采集到的颗粒物质量浓度有不同程度的下降,最高相对湿度(94.9%)下,ρ(PM2.5)为27.17 mg/Nm3,湿度81.4%、68.5%、48.7%和30.4%时,质量浓度相比最高湿度时分别降低了14.5%、28.8%、43.0%和45.7%;烟气除湿可降低PM2.5在管路内和切割头内的损失,在94.9%、81.4%和68.5%相对湿度下采集到的ρ(PM2.5)分别是对照组的3.02,2.73,2.57倍。高湿烟气除湿降低了颗粒物的含水率,使得PM2.5的质量浓度测量结果随着除湿强度增加而降低,但因除湿降低了颗粒物损失,相比对照组最终采集到的PM2.5质量浓度随着除湿强度增加而显著提升。
为研究脱硫后高湿烟气相对湿度的改变对颗粒物采样结果的影响,使用扩散干燥管对烟气进行除湿,并分析不同相对湿度下PM2.5的粒径分布、传输损失和质量浓度变化。结果显示,模拟烟气湿度越高,PM2.5粒数浓度和质量浓度也随之升高。40%相对湿度下,模拟烟气中ρ(PM2.5)为22.77 mg/m3,粒数浓度约为1.16×106 个/cm3,模拟烟气湿度提升至50%、60%和80%时,ρ(PM2.5)分别升高1.06,4.35,4.69倍,粒数浓度分别升高1.31,1.70,1.76倍;使用扩散干燥管对模拟高湿烟气除湿,采集到的颗粒物质量浓度有不同程度的下降,最高相对湿度(94.9%)下,ρ(PM2.5)为27.17 mg/Nm3,湿度81.4%、68.5%、48.7%和30.4%时,质量浓度相比最高湿度时分别降低了14.5%、28.8%、43.0%和45.7%;烟气除湿可降低PM2.5在管路内和切割头内的损失,在94.9%、81.4%和68.5%相对湿度下采集到的ρ(PM2.5)分别是对照组的3.02,2.73,2.57倍。高湿烟气除湿降低了颗粒物的含水率,使得PM2.5的质量浓度测量结果随着除湿强度增加而降低,但因除湿降低了颗粒物损失,相比对照组最终采集到的PM2.5质量浓度随着除湿强度增加而显著提升。
2023, 41(12): 166-171.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312020
摘要:
为了解高速公路路域大气污染物的时空分布特征,以张掖市山丹县境内G30连霍高速为研究对象,通过实地监测数据,采用多尺度地理加权回归(MGWR)模型界定出路域大气污染物边界界限的前提下,对监测到的主要污染物(PM2.5、PM10、CO和SO2)进行了时空特征分析以及其与交通和气象要素的相关性分析。结果表明:常数项和边界距离对于Isum(环境空气质量综合指数)的影响均呈显著的负向影响,在距离高速公路边界300 m的监测点,常数项中位数为-0.316,边界距离平均值为-1.022,同时距离高速公路边界300 m后常数项和边界距离的回归系数趋于平稳,故将大气污染物的高速公路路域边界界限定义为距离高速公路边界300 m的区域。在相关性分析中,相较于CO和SO2呈与交通量和气象因素的显著相关性,PM10和PM2.5与交通量和气象因素并未呈显著的相关性。风向对于PM2.5、PM10和SO2的空间分布影响较大,但对CO的空间分布并未呈正向的影响。
为了解高速公路路域大气污染物的时空分布特征,以张掖市山丹县境内G30连霍高速为研究对象,通过实地监测数据,采用多尺度地理加权回归(MGWR)模型界定出路域大气污染物边界界限的前提下,对监测到的主要污染物(PM2.5、PM10、CO和SO2)进行了时空特征分析以及其与交通和气象要素的相关性分析。结果表明:常数项和边界距离对于Isum(环境空气质量综合指数)的影响均呈显著的负向影响,在距离高速公路边界300 m的监测点,常数项中位数为-0.316,边界距离平均值为-1.022,同时距离高速公路边界300 m后常数项和边界距离的回归系数趋于平稳,故将大气污染物的高速公路路域边界界限定义为距离高速公路边界300 m的区域。在相关性分析中,相较于CO和SO2呈与交通量和气象因素的显著相关性,PM10和PM2.5与交通量和气象因素并未呈显著的相关性。风向对于PM2.5、PM10和SO2的空间分布影响较大,但对CO的空间分布并未呈正向的影响。
2023, 41(12): 172-181.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312021
摘要:
针对高炉煤气催化水解后的高浓度H2S处理需求,利用ASPEN软件的ELECNRTL物性方法和JOBACK基团贡献法估算以乙二胺四乙酸为配体原料的EDTA络合铁物性参数。以填料吸收塔和曝气再生槽2个反应器为核心,搭建了整套高炉煤气络合铁湿法吸收H2S与络合铁脱硫剂曝气氧化再生的反应流程工艺的仿真模型。通过单一因素分析发现,在1000 m3/h的烟气流量下,pH=8时,填料塔与再生槽的反应温度均为25 ℃,反应压力均为0.1 MPa,液气比为5∶1,络合铁浓度为0.05 mol/L,停留时间为40 s,n(O2)∶n(络合亚铁)为4∶1时,此模型能在成本与效率之间实现最优化,最终可以实现99.5%的H2S吸收率和97.6%的络合铁再生率。在此基础上使用正交分析对各因素的影响度进行分析,并将模型应用于实际示范工程的设计。结果表明,工程运行良好,与模型的预期值相近,表明该模型具有良好的应用价值,可用于指导工程设计与优化。
针对高炉煤气催化水解后的高浓度H2S处理需求,利用ASPEN软件的ELECNRTL物性方法和JOBACK基团贡献法估算以乙二胺四乙酸为配体原料的EDTA络合铁物性参数。以填料吸收塔和曝气再生槽2个反应器为核心,搭建了整套高炉煤气络合铁湿法吸收H2S与络合铁脱硫剂曝气氧化再生的反应流程工艺的仿真模型。通过单一因素分析发现,在1000 m3/h的烟气流量下,pH=8时,填料塔与再生槽的反应温度均为25 ℃,反应压力均为0.1 MPa,液气比为5∶1,络合铁浓度为0.05 mol/L,停留时间为40 s,n(O2)∶n(络合亚铁)为4∶1时,此模型能在成本与效率之间实现最优化,最终可以实现99.5%的H2S吸收率和97.6%的络合铁再生率。在此基础上使用正交分析对各因素的影响度进行分析,并将模型应用于实际示范工程的设计。结果表明,工程运行良好,与模型的预期值相近,表明该模型具有良好的应用价值,可用于指导工程设计与优化。
2023, 41(12): 182-189.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312022
摘要:
随着钢铁行业超低排放的推进,实施高炉煤气脱硫迫在眉睫。高炉煤气中含硫组分主要为羰基硫(COS),常采用γ-Al2O3基催化剂将COS催化水解为H2S再进一步脱除,但是煤气中的HCl组分容易导致催化剂失活。采用浸渍法在γ-Al2O3上负载碱金属Na、K制备铝基水解催化剂,在固定床-气相色谱联用装置上,考察水解催化剂在含HCl气氛的失活机理。在120 ℃、150000 h-1空速条件下测试COS的水解效率。结果表明:Na/Al2O3和K/Al2O3催化剂的活性及抗氯性能均高于γ-Al2O3,且Na/Al2O3的抗氯性高于K/Al2O3。活性组分Na、K增加了催化剂的碱性中心,促进了COS水解反应,提高了催化剂活性;Na、K优先与HCl反应生成金属氯化物,减弱了HCl对载体组分的氯化作用,提高了催化剂的抗氯性。探明了Na/Al2O3和K/Al2O3催化剂在含HCl气氛的失活机理。HCl占据了催化剂的中强碱性中心(M—O),与碱金属活性组分反应生成了金属氯化物(M—Cl),降低了催化剂的活性。Na/Al2O3催化剂在HCl气氛中的Na流失量显著低于K/Al2O3催化剂中K的流失量,提高了Na/Al2O3催化剂的抗氯性。
随着钢铁行业超低排放的推进,实施高炉煤气脱硫迫在眉睫。高炉煤气中含硫组分主要为羰基硫(COS),常采用γ-Al2O3基催化剂将COS催化水解为H2S再进一步脱除,但是煤气中的HCl组分容易导致催化剂失活。采用浸渍法在γ-Al2O3上负载碱金属Na、K制备铝基水解催化剂,在固定床-气相色谱联用装置上,考察水解催化剂在含HCl气氛的失活机理。在120 ℃、150000 h-1空速条件下测试COS的水解效率。结果表明:Na/Al2O3和K/Al2O3催化剂的活性及抗氯性能均高于γ-Al2O3,且Na/Al2O3的抗氯性高于K/Al2O3。活性组分Na、K增加了催化剂的碱性中心,促进了COS水解反应,提高了催化剂活性;Na、K优先与HCl反应生成金属氯化物,减弱了HCl对载体组分的氯化作用,提高了催化剂的抗氯性。探明了Na/Al2O3和K/Al2O3催化剂在含HCl气氛的失活机理。HCl占据了催化剂的中强碱性中心(M—O),与碱金属活性组分反应生成了金属氯化物(M—Cl),降低了催化剂的活性。Na/Al2O3催化剂在HCl气氛中的Na流失量显著低于K/Al2O3催化剂中K的流失量,提高了Na/Al2O3催化剂的抗氯性。
2023, 41(12): 190-196,157.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312023
摘要:
针对我国污泥体量大、处置能力不足的问题,对石灰干化污泥掺入烧结的新型资源化方法进行了研究。系统研究了不同污泥掺入量对烧结成矿性能、烟气颗粒物及二噁英类物质排放的影响。研究表明:污泥掺入量<1.8%时,烧结成品率和转鼓指数小幅降低,固体燃耗变化不显著,总体对成矿质量影响较小;烧结排放的PM10和PM2.5颗粒物排放浓度随着污泥掺入量的增加,呈先降低后升高的趋势,配入烧结可显著降低细颗粒物中K、Na、Pb、Zn和Cu含量;在烧结过程中,二噁英类物质总质量浓度及总毒性当量浓度随着污泥掺入量的增加,呈先缓慢减小后急剧增加的趋势。该方法能大体量、低成本利用石灰干化污泥,具有良好的推广应用潜力。
针对我国污泥体量大、处置能力不足的问题,对石灰干化污泥掺入烧结的新型资源化方法进行了研究。系统研究了不同污泥掺入量对烧结成矿性能、烟气颗粒物及二噁英类物质排放的影响。研究表明:污泥掺入量<1.8%时,烧结成品率和转鼓指数小幅降低,固体燃耗变化不显著,总体对成矿质量影响较小;烧结排放的PM10和PM2.5颗粒物排放浓度随着污泥掺入量的增加,呈先降低后升高的趋势,配入烧结可显著降低细颗粒物中K、Na、Pb、Zn和Cu含量;在烧结过程中,二噁英类物质总质量浓度及总毒性当量浓度随着污泥掺入量的增加,呈先缓慢减小后急剧增加的趋势。该方法能大体量、低成本利用石灰干化污泥,具有良好的推广应用潜力。
2023, 41(12): 197-205,106.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312024
摘要:
利用管式炉燃烧实验模拟水泥窑炉预分解与钢铁窑炉烧结过程,在900 ℃下开展钢铁尘泥、转炉灰、烧结灰、高炉布袋灰4种典型的钢铁冶炼固废与垃圾焚烧飞灰热利用及共燃过程气相污染物生成特性与排放控制的相关研究,其中,4种钢铁冶炼固废与垃圾焚烧飞灰分别以2∶8、3∶7、4∶6的质量比进行共燃。结果表明:钢铁尘泥、转炉灰、烧结灰、高炉布袋灰分别以20%、20%、30%和40%的比例与垃圾焚烧飞灰共燃,是抑制NO生成、挥发性重金属Pb、Zn挥发的最佳比例。4种钢铁冶炼固废中,转炉灰与垃圾焚烧飞灰共燃对NO生成的抑制效果最好,高炉布袋灰与垃圾焚烧飞灰共燃对Pb挥发的抑制效果最稳定,同时对Zn挥发的抑制效果最佳。该成果可为热处置过程中气体污染物的生成抑制和排放控制技术开发提供参考。
利用管式炉燃烧实验模拟水泥窑炉预分解与钢铁窑炉烧结过程,在900 ℃下开展钢铁尘泥、转炉灰、烧结灰、高炉布袋灰4种典型的钢铁冶炼固废与垃圾焚烧飞灰热利用及共燃过程气相污染物生成特性与排放控制的相关研究,其中,4种钢铁冶炼固废与垃圾焚烧飞灰分别以2∶8、3∶7、4∶6的质量比进行共燃。结果表明:钢铁尘泥、转炉灰、烧结灰、高炉布袋灰分别以20%、20%、30%和40%的比例与垃圾焚烧飞灰共燃,是抑制NO生成、挥发性重金属Pb、Zn挥发的最佳比例。4种钢铁冶炼固废中,转炉灰与垃圾焚烧飞灰共燃对NO生成的抑制效果最好,高炉布袋灰与垃圾焚烧飞灰共燃对Pb挥发的抑制效果最稳定,同时对Zn挥发的抑制效果最佳。该成果可为热处置过程中气体污染物的生成抑制和排放控制技术开发提供参考。
2023, 41(12): 206-212,130.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312025
摘要:
设计城市生活垃圾焚烧飞灰经过湿法调节pH预处理后协同建筑弃土烧制陶粒试验,探究了脱氯飞灰掺比和烧结温度对陶粒形貌和力学性能的影响。结果表明:脱氯飞灰掺比主要影响生料中SiO2、Al2O3、CaO等含量,与烧结温度共同对陶粒的孔隙和晶体结构产生影响。在脱氯飞灰掺比为20%、烧结温度为1150 ℃条件下,陶粒具有最佳性能表现:抗压强度为7.94 MPa,颗粒密度为1245.50 kg/m3,1 h吸水率为7.92%。经过湿法预处理和高温烧结,焚烧飞灰和建筑弃土混合生料的重金属浸出浓度普遍降低62.50%以上,二噁英毒性当量浓度降低90.15%,研究结果可为二者的无害化资源化处置提供参考依据。
设计城市生活垃圾焚烧飞灰经过湿法调节pH预处理后协同建筑弃土烧制陶粒试验,探究了脱氯飞灰掺比和烧结温度对陶粒形貌和力学性能的影响。结果表明:脱氯飞灰掺比主要影响生料中SiO2、Al2O3、CaO等含量,与烧结温度共同对陶粒的孔隙和晶体结构产生影响。在脱氯飞灰掺比为20%、烧结温度为1150 ℃条件下,陶粒具有最佳性能表现:抗压强度为7.94 MPa,颗粒密度为1245.50 kg/m3,1 h吸水率为7.92%。经过湿法预处理和高温烧结,焚烧飞灰和建筑弃土混合生料的重金属浸出浓度普遍降低62.50%以上,二噁英毒性当量浓度降低90.15%,研究结果可为二者的无害化资源化处置提供参考依据。
2023, 41(12): 213-220,189.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312026
摘要:
采用飞灰协同冶金固体废物(高炉矿渣、钢渣以及脱硫石膏)制备飞灰-矿渣基胶凝材料代替水泥作为采空区的回填材料,并探究了飞灰掺入量对胶凝体系水化机理及重金属稳定化效果的影响。结果表明:胶凝体系飞灰掺入量较少时(10%),会抑制体系早期(3 d)水化产物的生成,降低固化体的抗压强度;飞灰的碱激发作用会在一定程度上促进水化产物钙矾石的生成,对养护结束(28 d)时固化体的抗压强度提升具有促进作用;当胶凝体系飞灰掺入量较高时(25%),会严重抑制胶凝体系水化进程,但其产品抗压强度仍高于矿区采空区对胶凝材料的要求。另一方面,飞灰-矿渣基胶凝体系对飞灰中重金属的稳定化效果良好,除了飞灰掺入量为25%处理组的Zn浸出浓度接近水泥胶砂(GB/T 30810—2014)标准限制外,其他处理组(飞灰添加量为0%~20%)重金属浸出量均满足标准限制。因此,在掺入量合适的情况下,以飞灰作为矿区回填胶凝材料是一种理想的飞灰建材资源化方法。
采用飞灰协同冶金固体废物(高炉矿渣、钢渣以及脱硫石膏)制备飞灰-矿渣基胶凝材料代替水泥作为采空区的回填材料,并探究了飞灰掺入量对胶凝体系水化机理及重金属稳定化效果的影响。结果表明:胶凝体系飞灰掺入量较少时(10%),会抑制体系早期(3 d)水化产物的生成,降低固化体的抗压强度;飞灰的碱激发作用会在一定程度上促进水化产物钙矾石的生成,对养护结束(28 d)时固化体的抗压强度提升具有促进作用;当胶凝体系飞灰掺入量较高时(25%),会严重抑制胶凝体系水化进程,但其产品抗压强度仍高于矿区采空区对胶凝材料的要求。另一方面,飞灰-矿渣基胶凝体系对飞灰中重金属的稳定化效果良好,除了飞灰掺入量为25%处理组的Zn浸出浓度接近水泥胶砂(GB/T 30810—2014)标准限制外,其他处理组(飞灰添加量为0%~20%)重金属浸出量均满足标准限制。因此,在掺入量合适的情况下,以飞灰作为矿区回填胶凝材料是一种理想的飞灰建材资源化方法。
2023, 41(12): 221-226,287.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312027
摘要:
为探究秸秆与粉煤灰联合对煤矸石污染土壤中黑麦草富集重金属的影响,通过盆栽试验,向煤矸石污染土壤中添加粉煤灰(CS1)、秸秆(CS2)及粉煤灰与秸秆混合物(CS3),将未添加组设为对照组,分析各处理组黑麦草体内重金属元素Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd的含量,使用植物富集系数和转运系数对黑麦草富集和迁移重金属的能力进行评价。结果表明:各处理组中黑麦草对重金属的富集能力差异较大,单一修复体系中,粉煤灰有利于黑麦草地上、地下部分对Fe、Cd的富集,秸秆对促进黑麦草地上、地下部分吸收富集Fe、Mn、Pb更具潜力,粉煤灰、秸秆均抑制了黑麦草地上、下部分对Zn的吸收富集;在粉煤灰与秸秆混合处理中,黑麦草地上、地下部分对Fe、Mn的富集能力最佳。黑麦草根部对Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd的富集能力均大于黑麦草地上部分。综上,粉煤灰、秸秆及二者混合物对黑麦草地上、地下部分吸收富集Fe、Mn、Cu、Pb、Cd具有不同程度的促进作用;对Fe、Mn更具有较大的修复潜力。
为探究秸秆与粉煤灰联合对煤矸石污染土壤中黑麦草富集重金属的影响,通过盆栽试验,向煤矸石污染土壤中添加粉煤灰(CS1)、秸秆(CS2)及粉煤灰与秸秆混合物(CS3),将未添加组设为对照组,分析各处理组黑麦草体内重金属元素Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd的含量,使用植物富集系数和转运系数对黑麦草富集和迁移重金属的能力进行评价。结果表明:各处理组中黑麦草对重金属的富集能力差异较大,单一修复体系中,粉煤灰有利于黑麦草地上、地下部分对Fe、Cd的富集,秸秆对促进黑麦草地上、地下部分吸收富集Fe、Mn、Pb更具潜力,粉煤灰、秸秆均抑制了黑麦草地上、下部分对Zn的吸收富集;在粉煤灰与秸秆混合处理中,黑麦草地上、地下部分对Fe、Mn的富集能力最佳。黑麦草根部对Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd的富集能力均大于黑麦草地上部分。综上,粉煤灰、秸秆及二者混合物对黑麦草地上、地下部分吸收富集Fe、Mn、Cu、Pb、Cd具有不同程度的促进作用;对Fe、Mn更具有较大的修复潜力。
2023, 41(12): 227-235.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312028
摘要:
地下水环境调查是地下水污染防治的基础性工作,对支撑地下水环境监管具有重要意义。然而在实际调查工作过程中,存在不同专业背景的从业人员、专家学者对其中部分关键问题的看法不一致的情况,现有的技术规范对于低渗透土层等特殊条件的场地不太适用,也未针对不同用途监测井分别制定建井要求,不利于实际调查工作的开展。通过查阅国内外相关文献和技术规范,对比分析了地下水环境调查与传统水文地质调查工作目标差异,明确了地下水环境调查监测井建设深度需综合考虑污染源分布和岩土层性质确定,钻至但不钻穿下覆隔水层,针对临时监测井、长期监测井和污染地下水抽提井的管径、孔径分别给出了设计建议,并结合实践经验和工程案例分析了如何在低渗透土层建井、洗井和开展现场水文地质试验,以期为相关从业人员更好地开展地下水环境状况调查工作提供参考和借鉴。
地下水环境调查是地下水污染防治的基础性工作,对支撑地下水环境监管具有重要意义。然而在实际调查工作过程中,存在不同专业背景的从业人员、专家学者对其中部分关键问题的看法不一致的情况,现有的技术规范对于低渗透土层等特殊条件的场地不太适用,也未针对不同用途监测井分别制定建井要求,不利于实际调查工作的开展。通过查阅国内外相关文献和技术规范,对比分析了地下水环境调查与传统水文地质调查工作目标差异,明确了地下水环境调查监测井建设深度需综合考虑污染源分布和岩土层性质确定,钻至但不钻穿下覆隔水层,针对临时监测井、长期监测井和污染地下水抽提井的管径、孔径分别给出了设计建议,并结合实践经验和工程案例分析了如何在低渗透土层建井、洗井和开展现场水文地质试验,以期为相关从业人员更好地开展地下水环境状况调查工作提供参考和借鉴。
2023, 41(12): 236-240,328.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312029
摘要:
高盐难降解的反渗透浓水能否达标处理,严重制约着中水回用双膜技术的推广应用。以江苏某工业园区高碱度、高溴的反渗透浓盐水达标处理的实际工程为例,探讨了影响工艺出水达标的主要因素,并确定了最佳的工艺运行参数。工程运行结果表明:Br-浓度和碱度过高时会影响臭氧生化耦合系统的处理效果。适当投加H2O2可对Br-产生掩蔽效应,降低高浓度Br-对O3利用效率的影响。H2O2投加量为80 mg/L,且控制碱度<2000 mg/L时,臭氧生化耦合系统对COD去除效率可由10%提高到46%,整套系统出水满足达标排放标准。该项目对高碱度、高溴难降解的反渗透浓盐水的达标处理,可为同类废水的处理提供指导和借鉴。
高盐难降解的反渗透浓水能否达标处理,严重制约着中水回用双膜技术的推广应用。以江苏某工业园区高碱度、高溴的反渗透浓盐水达标处理的实际工程为例,探讨了影响工艺出水达标的主要因素,并确定了最佳的工艺运行参数。工程运行结果表明:Br-浓度和碱度过高时会影响臭氧生化耦合系统的处理效果。适当投加H2O2可对Br-产生掩蔽效应,降低高浓度Br-对O3利用效率的影响。H2O2投加量为80 mg/L,且控制碱度<2000 mg/L时,臭氧生化耦合系统对COD去除效率可由10%提高到46%,整套系统出水满足达标排放标准。该项目对高碱度、高溴难降解的反渗透浓盐水的达标处理,可为同类废水的处理提供指导和借鉴。
2023, 41(12): 241-246,318.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312030
摘要:
面向钢铁生产过程和非工艺除尘环保治理需求,实现了基于工业互联网架构的环保治理智能平台,并结合组织和生产管理特点,构建了生产现场实时监控和生产调度两级管理系统。该平台可实时采集钢铁生产过程和非工艺除尘环节工况、运行参数和能耗数据,对其进行大数据分析和人工智能处理,实现生产现场管理、能耗分析和优化、过程监控和基于智能图像识别的安防预警功能。该平台采用安全加密技术,支持通过办公计算机和移动终端实时获取生产信息和智能告警。该平台达到GB/T 39117—2020智能制造能力成熟度三级以上。实测结果表明,该平台能缩短故障检测排除时间15.29%,总吨钢效率提升37.84%,吨钢年度电力消耗降低11.43%。
面向钢铁生产过程和非工艺除尘环保治理需求,实现了基于工业互联网架构的环保治理智能平台,并结合组织和生产管理特点,构建了生产现场实时监控和生产调度两级管理系统。该平台可实时采集钢铁生产过程和非工艺除尘环节工况、运行参数和能耗数据,对其进行大数据分析和人工智能处理,实现生产现场管理、能耗分析和优化、过程监控和基于智能图像识别的安防预警功能。该平台采用安全加密技术,支持通过办公计算机和移动终端实时获取生产信息和智能告警。该平台达到GB/T 39117—2020智能制造能力成熟度三级以上。实测结果表明,该平台能缩短故障检测排除时间15.29%,总吨钢效率提升37.84%,吨钢年度电力消耗降低11.43%。
2023, 41(12): 247-255.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312031
摘要:
风浪引起沉积物再悬浮会直接影响水体光照条件,促进沉积物中污染物的释放,对湖泊生态系统的构建产生着重要影响。采用已发表数据验证了风浪要素和风浪切应力经验计算公式在浅水湖泊中的适应性,并从浅水湖泊风浪扰动机理出发,提出了临界起动应力简化计算方法和适用条件并加以验证。最后,基于简化模型和风致再悬浮影响评估方法研究了风浪对金湖水生态修复的影响,结合生态围隔、综合底质改良剂和复合微生物菌剂等综合措施,恢复金湖沉水植物150万m2。研究结果可用于评估风浪对浅水湖泊沉积物再悬浮的影响,为浅水湖泊水生态修复、内源污染治理工程设计提供理论参考。
风浪引起沉积物再悬浮会直接影响水体光照条件,促进沉积物中污染物的释放,对湖泊生态系统的构建产生着重要影响。采用已发表数据验证了风浪要素和风浪切应力经验计算公式在浅水湖泊中的适应性,并从浅水湖泊风浪扰动机理出发,提出了临界起动应力简化计算方法和适用条件并加以验证。最后,基于简化模型和风致再悬浮影响评估方法研究了风浪对金湖水生态修复的影响,结合生态围隔、综合底质改良剂和复合微生物菌剂等综合措施,恢复金湖沉水植物150万m2。研究结果可用于评估风浪对浅水湖泊沉积物再悬浮的影响,为浅水湖泊水生态修复、内源污染治理工程设计提供理论参考。
2023, 41(12): 256-263,295.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312032
摘要:
考虑邻避设施选址影响因素之间的关联性和居民对邻避设施在空间距离上的排斥,基于地理信息系统(GIS)和多目标决策理论,构建两阶段优化选址模型。第1阶段,建立包含地理信息因素的综合评价指标体系,采用决策试行与评价实验室法(DEMATEL)确定指标间的影响关系进而计算指标权重,之后使用GIS技术对地理图层叠加处理得到备选区域。第2阶段,引入概率多值中智集的概念对备选区域进行评价,提出基于偏差测度的专家权重计算方法。将基于前景理论的交互式多准则决策方法(TODIM)拓展到概率多值中智集群决策环境中,对备选区域进行排序。最后,以北京市某垃圾焚烧发电项目为例,验证模型的可行性和稳定性,从而为城市规划布局大型环境类邻避设施的选址提供了有力的决策参考。
考虑邻避设施选址影响因素之间的关联性和居民对邻避设施在空间距离上的排斥,基于地理信息系统(GIS)和多目标决策理论,构建两阶段优化选址模型。第1阶段,建立包含地理信息因素的综合评价指标体系,采用决策试行与评价实验室法(DEMATEL)确定指标间的影响关系进而计算指标权重,之后使用GIS技术对地理图层叠加处理得到备选区域。第2阶段,引入概率多值中智集的概念对备选区域进行评价,提出基于偏差测度的专家权重计算方法。将基于前景理论的交互式多准则决策方法(TODIM)拓展到概率多值中智集群决策环境中,对备选区域进行排序。最后,以北京市某垃圾焚烧发电项目为例,验证模型的可行性和稳定性,从而为城市规划布局大型环境类邻避设施的选址提供了有力的决策参考。
2023, 41(12): 264-269,311.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312033
摘要:
非正规生活垃圾填埋场产生的渗滤液易对地下水环境造成严重污染,为了精准评价劣Ⅴ类水质和同类水质间的差异,引入水质标识指数法对典型非正规垃圾填埋场地下水水质进行评价。结果表明:由于浅层地下水与生活垃圾渗滤液直接接触,导致各监测点地下水中氨氮、高锰酸盐指数、氯化物指标单因子水质评价结果分别为66.362~255.3251、13.89~40.036、15.111~21.417;各监测点地下水综合水质评价结果为9.645~25.9521,均为劣Ⅴ类;最小值出现在2005年以前垃圾填埋区。受隔水层对污染物的有效阻隔作用,微承压水水质较潜水层水质显著好转,各监测点地下水综合水质评价结果为3.100~3.700。从空间分布特征看,不同填埋区潜水或微承压水单因子水质评价结果均存在显著差异;不同填埋区潜水水质综合评价结果存在显著差异,而微承压水综合水质评价结果差异不显著。研究成果对于今后我国垃圾填埋场地下水水质评价和环境管理具有借鉴作用。
非正规生活垃圾填埋场产生的渗滤液易对地下水环境造成严重污染,为了精准评价劣Ⅴ类水质和同类水质间的差异,引入水质标识指数法对典型非正规垃圾填埋场地下水水质进行评价。结果表明:由于浅层地下水与生活垃圾渗滤液直接接触,导致各监测点地下水中氨氮、高锰酸盐指数、氯化物指标单因子水质评价结果分别为66.362~255.3251、13.89~40.036、15.111~21.417;各监测点地下水综合水质评价结果为9.645~25.9521,均为劣Ⅴ类;最小值出现在2005年以前垃圾填埋区。受隔水层对污染物的有效阻隔作用,微承压水水质较潜水层水质显著好转,各监测点地下水综合水质评价结果为3.100~3.700。从空间分布特征看,不同填埋区潜水或微承压水单因子水质评价结果均存在显著差异;不同填埋区潜水水质综合评价结果存在显著差异,而微承压水综合水质评价结果差异不显著。研究成果对于今后我国垃圾填埋场地下水水质评价和环境管理具有借鉴作用。
2023, 41(12): 270-277.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312034
摘要:
针对传统DRASTIC模型在参数权重确定过程中主观性强问题,以粤北某地区浅层地下水为研究对象,利用采集的地下水相关数据和新增土地利用类型参数,在优化BP神经网络算法和构建DRASTICL模型基础上,借助地下水NO3-浓度进行模型验证,建立耦合BP神经网络算法的BP-DRASTICL模型,进而根据地下水脆弱性空间分布特点提出了地下水污染风险管控对策。结果表明:训练函数为trainlm、学习率为0.1、隐含层神经元节点数为6时,BP神经网络算法效果最好,相应地获得的最优BP-DRASTICL模型参数权重依次为0.1420(地下水埋深,D)、0.1151(净补给量,R)、0.0791(含水层介质,A)、0.1833(土壤介质,S)、0.0908(地形,T)、0.1574(包气带介质影响,I)、0.0891(渗透系数,C)和0.1433(土地利用类型,L)。D、S、T和L对评价结果的影响最大。与DRASTIC模型、DRASTICL模型相比,BP-DRASTICL模型的Pearson和Spearman相关系数最高,分别达到0.615和0.656,表明硝酸盐浓度与脆弱性指数之间具有很高的线性关系。研究区地下水脆弱性总体属于极低脆弱性和低脆弱性,高脆弱性和极高脆弱性地区主要分布在研究区中部。针对研究区脆弱性的空间分布特征,差异化提出了地下水污染风险管控对策。利用BP神经网络算法确定DRASTICL模型参数权重,因减少了人为主观性的影响,比传统专家打分法更准确。
针对传统DRASTIC模型在参数权重确定过程中主观性强问题,以粤北某地区浅层地下水为研究对象,利用采集的地下水相关数据和新增土地利用类型参数,在优化BP神经网络算法和构建DRASTICL模型基础上,借助地下水NO3-浓度进行模型验证,建立耦合BP神经网络算法的BP-DRASTICL模型,进而根据地下水脆弱性空间分布特点提出了地下水污染风险管控对策。结果表明:训练函数为trainlm、学习率为0.1、隐含层神经元节点数为6时,BP神经网络算法效果最好,相应地获得的最优BP-DRASTICL模型参数权重依次为0.1420(地下水埋深,D)、0.1151(净补给量,R)、0.0791(含水层介质,A)、0.1833(土壤介质,S)、0.0908(地形,T)、0.1574(包气带介质影响,I)、0.0891(渗透系数,C)和0.1433(土地利用类型,L)。D、S、T和L对评价结果的影响最大。与DRASTIC模型、DRASTICL模型相比,BP-DRASTICL模型的Pearson和Spearman相关系数最高,分别达到0.615和0.656,表明硝酸盐浓度与脆弱性指数之间具有很高的线性关系。研究区地下水脆弱性总体属于极低脆弱性和低脆弱性,高脆弱性和极高脆弱性地区主要分布在研究区中部。针对研究区脆弱性的空间分布特征,差异化提出了地下水污染风险管控对策。利用BP神经网络算法确定DRASTICL模型参数权重,因减少了人为主观性的影响,比传统专家打分法更准确。
2023, 41(12): 278-287.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312035
摘要:
唐山作为重工业城市,其大气污染状况极易对当地及京津冀地区生态环境造成影响。设置23个采样点采集唐山大气降尘。结果表明:降尘中As、Cd、Pb、Cr、Ni、Cu和Zn的平均含量分别为12.89,1.90,158.06,88.00,33.13,65.67,933.65 mg/kg。其中Pb、Ni和Cr高值区主要分布在唐山主城区北部、中部和东南区域,As主要分布在北部和东南区域,Cd主要分布在西北部和中部区域,Zn主要分布在东北部区域,Cu高值区分布则较为分散。富集因子分析显示:As、Cr和Ni为轻度富集,Cu为中度富集,Pb为较高富集,Cd和Zn为严重富集。地积累指数评价结果表明:Ni、Cr和As元素污染程度为无污染到中度污染,Cu为中度污染,Pb为中度污染到强污染,Cd和Zn为强污染。对于儿童群体和成人群体,大气降尘中重金属元素的非致癌总风险(HI)顺序分别为Pb>As>Cr>Zn>Cd>Ni>Cu和 Pb>As>Cr>Cd>Zn>Ni>Cu;3种暴露途径均表现为手-口摄食途径风险最高,呼吸途径风险居中,皮肤接触途径风险最低。其中,儿童群体非致癌总风险(HI)为1.63,易对儿童身体健康造成危害;成人群体HI为0.223,表明其对成人健康影响较小。对Ni、Cr、As和Cd元素致癌风险进行计算,其值均在10-9~10-7,表明这4种元素通过呼吸途径不具有致癌风险。源解析结果表明,研究区Cr、Pb、Cu、Cd和Ni可能为交通和土壤的混合源,Zn可能主要来自工业源,As可能主要来自土壤和工业的混合源。
唐山作为重工业城市,其大气污染状况极易对当地及京津冀地区生态环境造成影响。设置23个采样点采集唐山大气降尘。结果表明:降尘中As、Cd、Pb、Cr、Ni、Cu和Zn的平均含量分别为12.89,1.90,158.06,88.00,33.13,65.67,933.65 mg/kg。其中Pb、Ni和Cr高值区主要分布在唐山主城区北部、中部和东南区域,As主要分布在北部和东南区域,Cd主要分布在西北部和中部区域,Zn主要分布在东北部区域,Cu高值区分布则较为分散。富集因子分析显示:As、Cr和Ni为轻度富集,Cu为中度富集,Pb为较高富集,Cd和Zn为严重富集。地积累指数评价结果表明:Ni、Cr和As元素污染程度为无污染到中度污染,Cu为中度污染,Pb为中度污染到强污染,Cd和Zn为强污染。对于儿童群体和成人群体,大气降尘中重金属元素的非致癌总风险(HI)顺序分别为Pb>As>Cr>Zn>Cd>Ni>Cu和 Pb>As>Cr>Cd>Zn>Ni>Cu;3种暴露途径均表现为手-口摄食途径风险最高,呼吸途径风险居中,皮肤接触途径风险最低。其中,儿童群体非致癌总风险(HI)为1.63,易对儿童身体健康造成危害;成人群体HI为0.223,表明其对成人健康影响较小。对Ni、Cr、As和Cd元素致癌风险进行计算,其值均在10-9~10-7,表明这4种元素通过呼吸途径不具有致癌风险。源解析结果表明,研究区Cr、Pb、Cu、Cd和Ni可能为交通和土壤的混合源,Zn可能主要来自工业源,As可能主要来自土壤和工业的混合源。
2023, 41(12): 288-295.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312036
摘要:
生态保护红线作为国家和区域生态安全的底线,开展其人类干扰风险及其驱动因素研究可为生态保护红线监管与优化调整提供科学依据。以泰州市生态保护红线为研究区,构建了基于贝叶斯网络的人类干扰风险评价方法。通过人类干扰危险性(风险源)、生态保护红线敏感性(风险受体)、人类干扰易达性(作用途径)和人类干扰风险(风险评价结果)进行风险表达,对比分析了2018年和2020年2个时期不同人类干扰风险源(建筑开发、交通建设和矿产开采等)对生态保护红线区的人类活动干扰风险变化趋势。采用Netica软件中Sensitivity to Findings工具,探究了人类活动干扰风险时空演变的主要驱动因素。结果表明:1)相较于2018年,泰州市2020年的人类干扰风险有所下降;2)2018年和2020年,泰州市高港区的人类干扰风险最高,应重点监管与防控;3)生态保护红线风险的主要驱动因素为人类活动面积占比和人口密度指标。研究结果可为生态保护红线优化调整、人类活动干扰风险预警与防控提供决策参考。
生态保护红线作为国家和区域生态安全的底线,开展其人类干扰风险及其驱动因素研究可为生态保护红线监管与优化调整提供科学依据。以泰州市生态保护红线为研究区,构建了基于贝叶斯网络的人类干扰风险评价方法。通过人类干扰危险性(风险源)、生态保护红线敏感性(风险受体)、人类干扰易达性(作用途径)和人类干扰风险(风险评价结果)进行风险表达,对比分析了2018年和2020年2个时期不同人类干扰风险源(建筑开发、交通建设和矿产开采等)对生态保护红线区的人类活动干扰风险变化趋势。采用Netica软件中Sensitivity to Findings工具,探究了人类活动干扰风险时空演变的主要驱动因素。结果表明:1)相较于2018年,泰州市2020年的人类干扰风险有所下降;2)2018年和2020年,泰州市高港区的人类干扰风险最高,应重点监管与防控;3)生态保护红线风险的主要驱动因素为人类活动面积占比和人口密度指标。研究结果可为生态保护红线优化调整、人类活动干扰风险预警与防控提供决策参考。
2023, 41(12): 296-303.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312037
摘要:
准确描述土壤重金属的空间分布并合理划分土壤污染风险区,是土壤重金属污染风险管控的重要前提。以广东省某工业化区域为研究区,基于随机森林(RF)和模糊c均值(FCM),采集577个采样点的土壤重金属数据和12个环境协变量数据,分析了土壤重金属(Cr、Pb、Cu和Zn)浓度,构建了土壤重金属浓度预测模型,开展了数据驱动的区域土壤重金属污染风险分类,并提出了相应的风险分类管控策略。结果表明:Cr、Pb、Cu和Zn的实测浓度分别为4.00~885.60,9.39~2588.11,2.20~475.00,11.05~8162.42 mg/kg。除Pb外,Cr、Cu和Zn的平均值是当地土壤背景值的1.10~1.29倍。4种重金属变异系数均在86%~319%,属中上强度的变异水平,土壤重金属受人为活动影响较大。当RF节点变量数(mtry)值为5,决策数个数(ntree)值为800时展现了较好的预测性能,预测性能R2的最大值分别达到0.78(Cr)、0.79(Pb)、0.85(Cu)和0.76(Zn),RMSE的最小值分别达到21.57(Cr)、59.88(Pb)、62.38(Cu)和105.88(Zn)。Cr的高值区多位于研究区的东北部和中北部,而Pb、Cu和Zn的高值区则集中于中北部和中南部。在制定土壤重金属污染风险管控策略时,应优先关注中部地区。研究区被划分为2个风险区,其中A区为高风险区,应严格进行重金属污染风险管控;B区为低风险区,应加强监控预警,采取源头控制措施,防止新增污染。
准确描述土壤重金属的空间分布并合理划分土壤污染风险区,是土壤重金属污染风险管控的重要前提。以广东省某工业化区域为研究区,基于随机森林(RF)和模糊c均值(FCM),采集577个采样点的土壤重金属数据和12个环境协变量数据,分析了土壤重金属(Cr、Pb、Cu和Zn)浓度,构建了土壤重金属浓度预测模型,开展了数据驱动的区域土壤重金属污染风险分类,并提出了相应的风险分类管控策略。结果表明:Cr、Pb、Cu和Zn的实测浓度分别为4.00~885.60,9.39~2588.11,2.20~475.00,11.05~8162.42 mg/kg。除Pb外,Cr、Cu和Zn的平均值是当地土壤背景值的1.10~1.29倍。4种重金属变异系数均在86%~319%,属中上强度的变异水平,土壤重金属受人为活动影响较大。当RF节点变量数(mtry)值为5,决策数个数(ntree)值为800时展现了较好的预测性能,预测性能R2的最大值分别达到0.78(Cr)、0.79(Pb)、0.85(Cu)和0.76(Zn),RMSE的最小值分别达到21.57(Cr)、59.88(Pb)、62.38(Cu)和105.88(Zn)。Cr的高值区多位于研究区的东北部和中北部,而Pb、Cu和Zn的高值区则集中于中北部和中南部。在制定土壤重金属污染风险管控策略时,应优先关注中部地区。研究区被划分为2个风险区,其中A区为高风险区,应严格进行重金属污染风险管控;B区为低风险区,应加强监控预警,采取源头控制措施,防止新增污染。
2023, 41(12): 304-311.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312038
摘要:
对比考察了不同剂量哌嗪类螯合剂(TS300)和二甲基二硫代氨基甲酸盐(SDD)对生活垃圾焚烧飞灰中重金属的稳定化效果。结果表明:TS300添加量为3%、SDD添加量为5%时,飞灰螯合产物重金属浸出浓度可满足GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》的标准限值。然而,飞灰螯合产物在放置28 d后,3%TS300组的Cd、5%SDD组的Pb和Cd的浸出浓度超过标准限值。此外,螯合稳定化处理可将飞灰中重金属从不稳定的可还原态转化为较稳定的可氧化态,同时还可拓宽飞灰稳定存在的pH值范围(即在该pH范围内重金属浸出浓度达标)。环境风险评估指数分析结果表明:3%TS300处理组,目标重金属在考察时间范围内(0~28 d)均对环境无风险,而5%SDD处理组飞灰螯合产物中Pb、Zn和Cd在放置28 d后会造成潜在环境风险。因此,就研究所用飞灰的重金属稳定效果而言,TS300优于SDD。
对比考察了不同剂量哌嗪类螯合剂(TS300)和二甲基二硫代氨基甲酸盐(SDD)对生活垃圾焚烧飞灰中重金属的稳定化效果。结果表明:TS300添加量为3%、SDD添加量为5%时,飞灰螯合产物重金属浸出浓度可满足GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》的标准限值。然而,飞灰螯合产物在放置28 d后,3%TS300组的Cd、5%SDD组的Pb和Cd的浸出浓度超过标准限值。此外,螯合稳定化处理可将飞灰中重金属从不稳定的可还原态转化为较稳定的可氧化态,同时还可拓宽飞灰稳定存在的pH值范围(即在该pH范围内重金属浸出浓度达标)。环境风险评估指数分析结果表明:3%TS300处理组,目标重金属在考察时间范围内(0~28 d)均对环境无风险,而5%SDD处理组飞灰螯合产物中Pb、Zn和Cd在放置28 d后会造成潜在环境风险。因此,就研究所用飞灰的重金属稳定效果而言,TS300优于SDD。
2023, 41(12): 312-318.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312039
摘要:
气候变化是当今世界面临的最为重要和富有挑战性的问题之一,当前国际旅游业规模达上万亿美元,对环境具有重大影响,旅游业能源消耗和碳排放已成为影响全球气候变化的重要因素之一。基于武夷山旅游业的原始数据,分析了游客流量、来源、交通方式等旅游现状,将旅游活动分为交通、住宿、餐饮、游玩4部分,采用自下而上法的方式,计算了武夷山2019年和2020年的旅游碳足迹,并与其他地区研究结果进行对比分析。得出2019年的碳足迹为87.3万t,人均碳足迹53.7 kg/人;2020年的碳足迹为46.7万t,人均碳足迹43.3 kg/人。交通、住宿、餐饮、游玩的碳足迹比例约为14∶4∶1∶1。碳足迹降低的主要原因是交通碳排放降低,2020年旅游交通的碳排放(31.5万t)比2019年(62.0万t)减少近50%。武夷山的旅游碳足迹在全国范围内处于偏低水平,未来应重点关注旅游交通领域的碳减排。
气候变化是当今世界面临的最为重要和富有挑战性的问题之一,当前国际旅游业规模达上万亿美元,对环境具有重大影响,旅游业能源消耗和碳排放已成为影响全球气候变化的重要因素之一。基于武夷山旅游业的原始数据,分析了游客流量、来源、交通方式等旅游现状,将旅游活动分为交通、住宿、餐饮、游玩4部分,采用自下而上法的方式,计算了武夷山2019年和2020年的旅游碳足迹,并与其他地区研究结果进行对比分析。得出2019年的碳足迹为87.3万t,人均碳足迹53.7 kg/人;2020年的碳足迹为46.7万t,人均碳足迹43.3 kg/人。交通、住宿、餐饮、游玩的碳足迹比例约为14∶4∶1∶1。碳足迹降低的主要原因是交通碳排放降低,2020年旅游交通的碳排放(31.5万t)比2019年(62.0万t)减少近50%。武夷山的旅游碳足迹在全国范围内处于偏低水平,未来应重点关注旅游交通领域的碳减排。
2023, 41(12): 319-328.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312040
摘要:
目前煤气化渣尚未得到有效利用,多采用填埋或堆积处理。随着煤气化渣堆存量的增加,其伴随的资源浪费及环境污染问题越来越突出。因此,迫切需要寻找高效合理的气化渣利用方式。介绍了煤气化渣的形成过程,综述了煤气化渣在建筑材料、土壤改良、吸附材料、残炭利用和催化剂载体等方面的研究现状。其中,建筑材料按照胶凝材料、砖墙材料和陶粒3个部分展开综述。对吸附材料的综述包括废水处理和CO2吸附。残炭利用介绍了用于掺烧和催化石墨化及吸收电磁波等。最后提出了一种综合利用思路:残炭与灰渣分开利用,残炭可作为活性炭和电磁波吸收剂原料,灰渣的利用根据浸出液中重金属含量来综合确认:若毒性超标可通过免烧法制陶粒,毒性不超标则可根据其组分选择制沸石或用作胶凝材料添加剂。
目前煤气化渣尚未得到有效利用,多采用填埋或堆积处理。随着煤气化渣堆存量的增加,其伴随的资源浪费及环境污染问题越来越突出。因此,迫切需要寻找高效合理的气化渣利用方式。介绍了煤气化渣的形成过程,综述了煤气化渣在建筑材料、土壤改良、吸附材料、残炭利用和催化剂载体等方面的研究现状。其中,建筑材料按照胶凝材料、砖墙材料和陶粒3个部分展开综述。对吸附材料的综述包括废水处理和CO2吸附。残炭利用介绍了用于掺烧和催化石墨化及吸收电磁波等。最后提出了一种综合利用思路:残炭与灰渣分开利用,残炭可作为活性炭和电磁波吸收剂原料,灰渣的利用根据浸出液中重金属含量来综合确认:若毒性超标可通过免烧法制陶粒,毒性不超标则可根据其组分选择制沸石或用作胶凝材料添加剂。
2023, 41(12): 329-336,342.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312041
摘要:
污染土壤修复是提高生态环境质量的重要途径,受到了越来越多研究者的关注。以Web of Science数据库的文献资料为数据源,利用CiteSpace、VOSviewer等文献计量软件,针对近10年(2011—2020)全球土壤重修复领域的相关文献,从发文量、发文国家、机构、关键词、作者、期刊及被引频次等方面进行分析,探讨了国内外研究现状及未来发展趋势。结果表明:污染土壤修复研究文献数量呈快速增长态势,中国、美国、澳大利亚、德国、法国等是外文文献发文量较多的国家;外文文献主要载文期刊有Environmental Science and Pollution Research、Chemosphere、Science of the Total Environment等;在外文文献发文数量和被引频次上,中国科研机构均占有重要地位,表明我国在污染土壤修复领域有着较强的国际学术影响力;通过关键词"共现"分析,发现"重金属""生物有效性""Pb""植物修复""生物修复""固定化""风险评估""多环芳烃"等是近10年的研究热点;利用关键词突现功能,发现风险评估、污染因子空间分布、土壤微生物群落、生物炭正逐渐成为全球研究的新热点。最后,结合作者团队土壤修复一线从业经验,提出了未来重点研究方向的建议。
污染土壤修复是提高生态环境质量的重要途径,受到了越来越多研究者的关注。以Web of Science数据库的文献资料为数据源,利用CiteSpace、VOSviewer等文献计量软件,针对近10年(2011—2020)全球土壤重修复领域的相关文献,从发文量、发文国家、机构、关键词、作者、期刊及被引频次等方面进行分析,探讨了国内外研究现状及未来发展趋势。结果表明:污染土壤修复研究文献数量呈快速增长态势,中国、美国、澳大利亚、德国、法国等是外文文献发文量较多的国家;外文文献主要载文期刊有Environmental Science and Pollution Research、Chemosphere、Science of the Total Environment等;在外文文献发文数量和被引频次上,中国科研机构均占有重要地位,表明我国在污染土壤修复领域有着较强的国际学术影响力;通过关键词"共现"分析,发现"重金属""生物有效性""Pb""植物修复""生物修复""固定化""风险评估""多环芳烃"等是近10年的研究热点;利用关键词突现功能,发现风险评估、污染因子空间分布、土壤微生物群落、生物炭正逐渐成为全球研究的新热点。最后,结合作者团队土壤修复一线从业经验,提出了未来重点研究方向的建议。
2023, 41(12): 337-342.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312042
摘要:
人工鱼礁可以为鱼类等提供繁殖、生长、索饵和庇敌的场所,对海域生态优化、海洋环境修复、海洋牧场推广及海洋碳汇提升均具有重要意义。混凝土是人工鱼礁制备中应用最为广泛的材料,但是其制备成本较高,限制了人工鱼礁在海洋环境修复中的应用。针对我国海岸线长、人工鱼礁需求量大、制备成本高,同时基于我国工业固废产生量大、资源化利用率低的现状,综述了我国以粉煤灰、铁尾矿、钢铁渣等为代表的工业固废基人工鱼礁混凝土的研究现状,介绍了工业固废基人工鱼礁的制备方法、性能及其对海洋环境的影响,分析了工业固废基人工鱼礁应用的可行性,并对未来的研究方向提出了建议,以期为工业固废的大规模高值化利用和低成本工业固废基人工鱼礁混凝土的推广应用提供参考。
人工鱼礁可以为鱼类等提供繁殖、生长、索饵和庇敌的场所,对海域生态优化、海洋环境修复、海洋牧场推广及海洋碳汇提升均具有重要意义。混凝土是人工鱼礁制备中应用最为广泛的材料,但是其制备成本较高,限制了人工鱼礁在海洋环境修复中的应用。针对我国海岸线长、人工鱼礁需求量大、制备成本高,同时基于我国工业固废产生量大、资源化利用率低的现状,综述了我国以粉煤灰、铁尾矿、钢铁渣等为代表的工业固废基人工鱼礁混凝土的研究现状,介绍了工业固废基人工鱼礁的制备方法、性能及其对海洋环境的影响,分析了工业固废基人工鱼礁应用的可行性,并对未来的研究方向提出了建议,以期为工业固废的大规模高值化利用和低成本工业固废基人工鱼礁混凝土的推广应用提供参考。
