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2023年 第41卷 第2期
2023, 41(2): 1-6,42.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302001
摘要:
通过XDLVO理论分析了赣江原水中亲疏水性有机污染物对纳滤(NF)膜的污染状况,对选取的不同分子量区间(<100 kDa、<50 kDa、<3 kDa)的6种亲、疏水性有机物及NF膜的界面自由能进行定量分析,分析了膜污染性能,并通过纳滤试验验证通量衰减与界面自由能的对应关系。结果表明:6种不同分子量的亲/疏水性有机污染物对膜造成污染严重程度与XDLVO理论分析结果相符。不同分子量的有机污染物对NF膜污染程度由大到小顺序为小于100 kDa(疏水性)>小于50 kDa(疏水性)>小于3 kDa(疏水性)>小于3 kDa(亲水性)>小于50 kDa(亲水性)>小于100 kDa(亲水性)。分子量<100 kDa的疏水性有机物与膜之间排斥作用最小,污染最为严重。膜表面的污染物主要是多糖、蛋白质和苯环烯烃类,且在过滤初期有机物堵塞膜孔,膜比通量下降速度较快,而在过滤后期滤饼层形成,膜比通量下降速度减缓。
通过XDLVO理论分析了赣江原水中亲疏水性有机污染物对纳滤(NF)膜的污染状况,对选取的不同分子量区间(<100 kDa、<50 kDa、<3 kDa)的6种亲、疏水性有机物及NF膜的界面自由能进行定量分析,分析了膜污染性能,并通过纳滤试验验证通量衰减与界面自由能的对应关系。结果表明:6种不同分子量的亲/疏水性有机污染物对膜造成污染严重程度与XDLVO理论分析结果相符。不同分子量的有机污染物对NF膜污染程度由大到小顺序为小于100 kDa(疏水性)>小于50 kDa(疏水性)>小于3 kDa(疏水性)>小于3 kDa(亲水性)>小于50 kDa(亲水性)>小于100 kDa(亲水性)。分子量<100 kDa的疏水性有机物与膜之间排斥作用最小,污染最为严重。膜表面的污染物主要是多糖、蛋白质和苯环烯烃类,且在过滤初期有机物堵塞膜孔,膜比通量下降速度较快,而在过滤后期滤饼层形成,膜比通量下降速度减缓。
2023, 41(2): 7-15.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302002
摘要:
以低值兰炭末为原料,通过酸洗和微波活化制备了改性多孔兰炭末(MA-BC),并对其吸附处理模拟含Cr(Ⅵ)废水进行了实验研究。采用SEM、N2吸附-脱附测试和FT-IR等分析表征手段对比分析了改性前后兰炭末表面形貌、结构和官能团组成变化。在吸附处理模拟含Cr(Ⅵ)废水实验中,分别考察了MA-BC投加量、模拟废水pH、初始Cr(Ⅵ)浓度、吸附时间对模拟废水中Cr(Ⅵ)去除效果的影响,并对模拟废水中Cr(Ⅵ)吸附过程进行了动力学和热力学分析。结果表明:经酸洗微波加热活化处理的兰炭末比表面积增大到160.69 m2/g,改性后兰炭末表面的-OH、C[CDS1]C和-CH3等官能团含量明显增加。在模拟废水Cr(Ⅵ)初始浓度为100 mg/L,pH为2,MA-BC投加量为2 g,吸附时间210 min的最佳工艺条件下,模拟废水中Cr(Ⅵ)去除率可达到89.21%。该吸附过程以化学吸附为主,服从准二级动力学方程,并符合Langmuir吸附等温线模型,理论吸附量为6.255 mg/g,与实验所测的平衡吸附量相吻合。吸附饱和的改性多孔兰炭末经5次循环再生-吸附,对模拟废水中Cr(Ⅵ)去除率仍保持在80%以上。
以低值兰炭末为原料,通过酸洗和微波活化制备了改性多孔兰炭末(MA-BC),并对其吸附处理模拟含Cr(Ⅵ)废水进行了实验研究。采用SEM、N2吸附-脱附测试和FT-IR等分析表征手段对比分析了改性前后兰炭末表面形貌、结构和官能团组成变化。在吸附处理模拟含Cr(Ⅵ)废水实验中,分别考察了MA-BC投加量、模拟废水pH、初始Cr(Ⅵ)浓度、吸附时间对模拟废水中Cr(Ⅵ)去除效果的影响,并对模拟废水中Cr(Ⅵ)吸附过程进行了动力学和热力学分析。结果表明:经酸洗微波加热活化处理的兰炭末比表面积增大到160.69 m2/g,改性后兰炭末表面的-OH、C[CDS1]C和-CH3等官能团含量明显增加。在模拟废水Cr(Ⅵ)初始浓度为100 mg/L,pH为2,MA-BC投加量为2 g,吸附时间210 min的最佳工艺条件下,模拟废水中Cr(Ⅵ)去除率可达到89.21%。该吸附过程以化学吸附为主,服从准二级动力学方程,并符合Langmuir吸附等温线模型,理论吸附量为6.255 mg/g,与实验所测的平衡吸附量相吻合。吸附饱和的改性多孔兰炭末经5次循环再生-吸附,对模拟废水中Cr(Ⅵ)去除率仍保持在80%以上。
2023, 41(2): 16-23.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302003
摘要:
以鄱阳湖典型入湖河流乐安河为例,构建SWAT模型,基于流域2020年土地利用类型空间差异特征,选取2011(枯水年),2014(平水年),2015(丰水年)作为典型降雨年份探究降雨差异对流域营养盐产污规律的影响。结果表明:不同降雨条件下流域营养盐产污负荷顺序为丰水年>平水年>枯水年。下游沿主支分布区域径流量以及中下游德兴-鄱阳万年段的TN和TP对降雨量增加的响应更为敏感;流域径流量对降雨量减少的响应空间差异不显著,婺源-德兴段的TN和TP对降雨量减少的响应程度高,而鄱阳-万年段对降雨量减少的响应程度则较低。研究结果可为流域制定针对性污染控制措施,进一步有效削减入鄱阳湖营养物负荷提供科学参考。
以鄱阳湖典型入湖河流乐安河为例,构建SWAT模型,基于流域2020年土地利用类型空间差异特征,选取2011(枯水年),2014(平水年),2015(丰水年)作为典型降雨年份探究降雨差异对流域营养盐产污规律的影响。结果表明:不同降雨条件下流域营养盐产污负荷顺序为丰水年>平水年>枯水年。下游沿主支分布区域径流量以及中下游德兴-鄱阳万年段的TN和TP对降雨量增加的响应更为敏感;流域径流量对降雨量减少的响应空间差异不显著,婺源-德兴段的TN和TP对降雨量减少的响应程度高,而鄱阳-万年段对降雨量减少的响应程度则较低。研究结果可为流域制定针对性污染控制措施,进一步有效削减入鄱阳湖营养物负荷提供科学参考。
2023, 41(2): 24-29.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302004
摘要:
为解决蓝藻泥处理成本高、资源化途径少的难题,在蓝藻泥热压滤深度脱水工艺的基础上,探索了热压滤滤液与市政污泥协同处理工艺。将蓝藻泥热压滤滤液协同回用于市政污泥深度脱水,考察了不同pH条件下热压滤滤液对市政污泥的脱水效果以及对市政污泥脱水后滤液中污染物含量的影响。结果表明:在蓝藻泥热压滤滤液中投加铁离子有利于市政污泥深度脱水;热压滤滤液回用于市政污泥脱水的最佳条件是在热压滤滤液中添加CaO调节pH至7.0,协同处理工艺添加的化学药剂量比常规深度脱水工艺减少68.1%,产生的滤液量比常规深度脱水工艺减少45%,并且总单位成本比常规深度脱水工艺减少16.6%,将促进蓝藻泥的经济处理,拓展其资源化途径。
为解决蓝藻泥处理成本高、资源化途径少的难题,在蓝藻泥热压滤深度脱水工艺的基础上,探索了热压滤滤液与市政污泥协同处理工艺。将蓝藻泥热压滤滤液协同回用于市政污泥深度脱水,考察了不同pH条件下热压滤滤液对市政污泥的脱水效果以及对市政污泥脱水后滤液中污染物含量的影响。结果表明:在蓝藻泥热压滤滤液中投加铁离子有利于市政污泥深度脱水;热压滤滤液回用于市政污泥脱水的最佳条件是在热压滤滤液中添加CaO调节pH至7.0,协同处理工艺添加的化学药剂量比常规深度脱水工艺减少68.1%,产生的滤液量比常规深度脱水工艺减少45%,并且总单位成本比常规深度脱水工艺减少16.6%,将促进蓝藻泥的经济处理,拓展其资源化途径。
2023, 41(2): 30-36,52.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302005
摘要:
基于沙颍河流域的水环境污染研究,利用不同污染评价指数的计算方法,针对不同水期、不同干流、不同支流河段水体样本的重金属污染特征进行分析,对沙颍河流域水环境污染控制因素及迁移影响规律进行探究,旨在为沙颍河流域水环境污染防治提出具有针对性的理论依据。结果表明:沙颍河流域整体在枯水期存在轻度Mn、Mo污染现象,流域整体污染受控于上游支流颍河和支流北汝河的污染,其中支流颍河污染的主要控制因素为Mn,支流北汝河污染的主要控制因素为Mn和Mo。污染的主要来源为矿产和工业污废水的排放,自上游至下游河段顺水流迁移转化,而流域整体呈轻度污染,污染水平主要受到pH值、溶解氧(DO)、温度(T)的影响。
基于沙颍河流域的水环境污染研究,利用不同污染评价指数的计算方法,针对不同水期、不同干流、不同支流河段水体样本的重金属污染特征进行分析,对沙颍河流域水环境污染控制因素及迁移影响规律进行探究,旨在为沙颍河流域水环境污染防治提出具有针对性的理论依据。结果表明:沙颍河流域整体在枯水期存在轻度Mn、Mo污染现象,流域整体污染受控于上游支流颍河和支流北汝河的污染,其中支流颍河污染的主要控制因素为Mn,支流北汝河污染的主要控制因素为Mn和Mo。污染的主要来源为矿产和工业污废水的排放,自上游至下游河段顺水流迁移转化,而流域整体呈轻度污染,污染水平主要受到pH值、溶解氧(DO)、温度(T)的影响。
2023, 41(2): 37-42.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302006
摘要:
采用自主设计的喷射床电沉积装置处理模拟采矿含锌废水。通过改变喷射床电沉积处理过程的pH值、电流强度、含锌废水浓度以及鼓入氮气等实验参数,研究不同处理条件下喷射床电沉积反应器对含锌废水的处理效果。结果表明:废水Zn2+浓度为1000 mg/L时,采用粒径为1.8 mm铜微粒电极,反应过程pH值为4.5,恒电流强度为15 A,向废水中鼓入600 L/h氮气的条件下处理效果最好,电沉积反应180 min后,Zn2+去除率达到49.44%,平均电流效率为41.63%。并以实验结论为基础,通过动力学模拟分析,建立了单金属离子电沉积过程的动力学模型,验证了实验结果的可靠性和准确性。
采用自主设计的喷射床电沉积装置处理模拟采矿含锌废水。通过改变喷射床电沉积处理过程的pH值、电流强度、含锌废水浓度以及鼓入氮气等实验参数,研究不同处理条件下喷射床电沉积反应器对含锌废水的处理效果。结果表明:废水Zn2+浓度为1000 mg/L时,采用粒径为1.8 mm铜微粒电极,反应过程pH值为4.5,恒电流强度为15 A,向废水中鼓入600 L/h氮气的条件下处理效果最好,电沉积反应180 min后,Zn2+去除率达到49.44%,平均电流效率为41.63%。并以实验结论为基础,通过动力学模拟分析,建立了单金属离子电沉积过程的动力学模型,验证了实验结果的可靠性和准确性。
2023, 41(2): 43-52.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302007
摘要:
三峡库区的CO2排放近年来引起了学界的广泛关注,但水华期间的生物化学作用对CO2产生和汇集的影响研究并不多见。以三峡库区万州段干流、典型支流(澎溪河)为研究对象,分析水华期间生化过程对水体中CO2产汇的影响。研究表明:干流、支流CO2浓度和通量与环境因子、生源物质的相关性存在显著空间差异性;支流水体CO2浓度与水温、pH、DO呈显著负相关,与DOC、DTP呈显著正相关;水气界面CO2通量与水温存在显著负相关,与DTP、CO2浓度显著正相关。干流水体CO2浓度与pH显著负相关,与 DIC、DOC、NH+4-N显著正相关;水气界面CO2通量与NH+4-N、CO2浓度显著正相关;高阳、黄石、万州3个点位水气界面CO2通量与各自表层水体CO2浓度变化规律基本一致。藻类会在生长过程中固定CO2,从而促进碳汇。水华过程会造成区域缺氧甚至厌氧,其原因是藻类在水面聚集、堆积、衰亡等一系列过程,使得水中的DO消耗殆尽,为沉积物中微生物提供了分解环境,而沉入沉积物中的有机质部分又为微生物提供了碳源,进而发生矿化作用,生成CO2等温室气体。
三峡库区的CO2排放近年来引起了学界的广泛关注,但水华期间的生物化学作用对CO2产生和汇集的影响研究并不多见。以三峡库区万州段干流、典型支流(澎溪河)为研究对象,分析水华期间生化过程对水体中CO2产汇的影响。研究表明:干流、支流CO2浓度和通量与环境因子、生源物质的相关性存在显著空间差异性;支流水体CO2浓度与水温、pH、DO呈显著负相关,与DOC、DTP呈显著正相关;水气界面CO2通量与水温存在显著负相关,与DTP、CO2浓度显著正相关。干流水体CO2浓度与pH显著负相关,与 DIC、DOC、NH+4-N显著正相关;水气界面CO2通量与NH+4-N、CO2浓度显著正相关;高阳、黄石、万州3个点位水气界面CO2通量与各自表层水体CO2浓度变化规律基本一致。藻类会在生长过程中固定CO2,从而促进碳汇。水华过程会造成区域缺氧甚至厌氧,其原因是藻类在水面聚集、堆积、衰亡等一系列过程,使得水中的DO消耗殆尽,为沉积物中微生物提供了分解环境,而沉入沉积物中的有机质部分又为微生物提供了碳源,进而发生矿化作用,生成CO2等温室气体。
2023, 41(2): 53-59,65.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302008
摘要:
采用序批式实验研究了不同初始碱度(3503,5500,7500 mg/L,以CaCO3计)和温度(20℃、35℃和50℃)下养猪废水的厌氧发酵过程,考察其对发酵液pH、挥发性脂肪酸、产气量、沼液养分、重金属含量、抗生素和抗性基因的影响特征。结果表明:初始碱度调控会延缓水解酸化阶段的启动,强化产酸过程,提高总产酸量;高碱度对发酵液pH的维持能力最高;初始碱度调控适用于以产酸为目的的中温(35℃)和高温(50℃)厌氧发酵。35℃和50℃有利于沼液中养分的释放,50℃时养分浓度最高,为(1365.14±124.38)~(1471.71±135.29)mg/L。50℃厌氧发酵更有利于沼液中水溶态重金属(Cu、Zn)的削减,消减比例分别为(81.53±9.51)~(86.04±7.72)%和(96.48±8.73)~(97.81±10.29)%。厌氧发酵对沼液中抗生素(土霉素和诺氟沙星)具有削减作用,50℃时的削减比例最高,比20℃和35℃分别高(14.61±1.39)~(56.26±5.24)%和(23.83±3.21)~(85.84±17.35)%。50℃和适量初始碱度调控能够降低抗性基因的相对丰度。该研究结果可为畜禽养殖废水厌氧发酵的工艺优化提供参考。
采用序批式实验研究了不同初始碱度(3503,5500,7500 mg/L,以CaCO3计)和温度(20℃、35℃和50℃)下养猪废水的厌氧发酵过程,考察其对发酵液pH、挥发性脂肪酸、产气量、沼液养分、重金属含量、抗生素和抗性基因的影响特征。结果表明:初始碱度调控会延缓水解酸化阶段的启动,强化产酸过程,提高总产酸量;高碱度对发酵液pH的维持能力最高;初始碱度调控适用于以产酸为目的的中温(35℃)和高温(50℃)厌氧发酵。35℃和50℃有利于沼液中养分的释放,50℃时养分浓度最高,为(1365.14±124.38)~(1471.71±135.29)mg/L。50℃厌氧发酵更有利于沼液中水溶态重金属(Cu、Zn)的削减,消减比例分别为(81.53±9.51)~(86.04±7.72)%和(96.48±8.73)~(97.81±10.29)%。厌氧发酵对沼液中抗生素(土霉素和诺氟沙星)具有削减作用,50℃时的削减比例最高,比20℃和35℃分别高(14.61±1.39)~(56.26±5.24)%和(23.83±3.21)~(85.84±17.35)%。50℃和适量初始碱度调控能够降低抗性基因的相对丰度。该研究结果可为畜禽养殖废水厌氧发酵的工艺优化提供参考。
2023, 41(2): 60-65.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302009
摘要:
为了探究溶解氧对生物海绵铁体系海绵铁溶出的影响,将海绵铁介入活性污泥中形成生物海绵铁体系,通过模拟实际反应器中海绵铁的腐蚀状态,测量生物海绵铁体系中总Fe(TFe)含量,研究了溶解氧对海绵铁溶出量的影响,并将海绵铁制作成工作电极介入活性污泥中,利用AUTOLAB电化学工作站研究了溶解氧对生物海绵铁体系中海绵铁腐蚀速率及极化电阻的影响。结果表明:在生物海绵铁体系中,海绵铁的TFe溶出量与反应体系的DO浓度呈正相关,且随着运行时间的增加,影响作用越来越明显。随着活性污泥混合液中溶解氧的增加,腐蚀电位负移,腐蚀电流正移,腐蚀倾向加大,腐蚀效果变强。通过极化曲线及其参数分析得出不同溶解氧浓度下海绵铁极化电阻排序为(6.5±0.5) mg/L<(3.5±0.2) mg/L<(0.5±0.2) mg/L,缺氧条件下,腐蚀阻力较大,溶解氧能够减小极化电阻,促进海绵铁填料的腐蚀。
为了探究溶解氧对生物海绵铁体系海绵铁溶出的影响,将海绵铁介入活性污泥中形成生物海绵铁体系,通过模拟实际反应器中海绵铁的腐蚀状态,测量生物海绵铁体系中总Fe(TFe)含量,研究了溶解氧对海绵铁溶出量的影响,并将海绵铁制作成工作电极介入活性污泥中,利用AUTOLAB电化学工作站研究了溶解氧对生物海绵铁体系中海绵铁腐蚀速率及极化电阻的影响。结果表明:在生物海绵铁体系中,海绵铁的TFe溶出量与反应体系的DO浓度呈正相关,且随着运行时间的增加,影响作用越来越明显。随着活性污泥混合液中溶解氧的增加,腐蚀电位负移,腐蚀电流正移,腐蚀倾向加大,腐蚀效果变强。通过极化曲线及其参数分析得出不同溶解氧浓度下海绵铁极化电阻排序为(6.5±0.5) mg/L<(3.5±0.2) mg/L<(0.5±0.2) mg/L,缺氧条件下,腐蚀阻力较大,溶解氧能够减小极化电阻,促进海绵铁填料的腐蚀。
2023, 41(2): 66-72,81.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302010
摘要:
工程实践中Y分子筛在高湿度环境下吸附性能大幅降低,通过聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)预处理后进行mesoSiO2壳层生长得到Y@mesoSiO2,将聚二甲基硅氧烷(PDMS)通过化学气相沉积法接枝到Y@mesoSiO2壳层上,可获得疏水特性优异的Y@mesoSiO2-S核壳分子筛。采用SEM、TEM、XRD、XPS和比表面积及孔径分析仪对改性前后Y分子筛形貌和结构进行分析,通过静态和动态吸附实验评价其对水和甲苯的吸附性能。结果表明:mesoSiO2壳相在核相Y分子筛外表面成功生长,并将PDMS成功接枝在Y@mesoSiO2壳层后,Y@mesoSiO2-S的BET比表面积相比Y分子筛增加了2%;静态水蒸气吸附量从298 mg/g降至79 mg/g,动态水蒸气吸附量从245 mg/g降至76 mg/g,材料表面与水接触角得到显著提升。在RH80%时,Y@mesoSiO2-S和Y分子筛对甲苯的饱和吸附量分别为167.2,2.6 mg/g,相比RH20%,分别降低了6.7%和98.3%。与无mesoSiO2壳层的Y-S相比,Y@mesoSiO2-S的BET比表面积增加了46%,其在高湿度环境下(80%RH)对甲苯的饱和吸附量增加了51%。说明通过在Y分子筛与有机硅烷之间引入mesoSiO2壳层,可有效避免有机硅烷直接接枝在Y分子筛表面造成的孔道堵塞问题,同时提升了Y分子筛的疏水性能,改善其在高湿度环境下对甲苯的吸附性能。
工程实践中Y分子筛在高湿度环境下吸附性能大幅降低,通过聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDDA)预处理后进行mesoSiO2壳层生长得到Y@mesoSiO2,将聚二甲基硅氧烷(PDMS)通过化学气相沉积法接枝到Y@mesoSiO2壳层上,可获得疏水特性优异的Y@mesoSiO2-S核壳分子筛。采用SEM、TEM、XRD、XPS和比表面积及孔径分析仪对改性前后Y分子筛形貌和结构进行分析,通过静态和动态吸附实验评价其对水和甲苯的吸附性能。结果表明:mesoSiO2壳相在核相Y分子筛外表面成功生长,并将PDMS成功接枝在Y@mesoSiO2壳层后,Y@mesoSiO2-S的BET比表面积相比Y分子筛增加了2%;静态水蒸气吸附量从298 mg/g降至79 mg/g,动态水蒸气吸附量从245 mg/g降至76 mg/g,材料表面与水接触角得到显著提升。在RH80%时,Y@mesoSiO2-S和Y分子筛对甲苯的饱和吸附量分别为167.2,2.6 mg/g,相比RH20%,分别降低了6.7%和98.3%。与无mesoSiO2壳层的Y-S相比,Y@mesoSiO2-S的BET比表面积增加了46%,其在高湿度环境下(80%RH)对甲苯的饱和吸附量增加了51%。说明通过在Y分子筛与有机硅烷之间引入mesoSiO2壳层,可有效避免有机硅烷直接接枝在Y分子筛表面造成的孔道堵塞问题,同时提升了Y分子筛的疏水性能,改善其在高湿度环境下对甲苯的吸附性能。
2023, 41(2): 73-81.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302011
摘要:
为了在区(县、市)级尺度上准确衡量福建省大气污染情况,构建大气污染评价APEI指数。基于高分辨率大气污染数据集和夜间灯光数据,分析2013-2018年福建省78个县市大气污染程度时空变化特征及其影响因素的时空异质性。结果表明:1)福建省中心偏北县市大气污染程度小,东部沿海县市大气污染严重。近6年福建省78.21%的县市大气污染程度减弱;2)全省东部沿海区域空气污染严重,主要表现在NO2和PM10这2种大气污染物,均超过全省平均水平;3)从大气污染物时序变化趋势看,PM2.5和PM10变化相似,自2014年起逐年下降,到2018年分别下降约23.15%和12.21%,SO2和NO2分别下降明显。O3呈U形变化,而CO则呈倒U形变化;4)全省6种大气污染物均呈现较明显的季节性波动特征;5)采用时空加权回归(STWR)模型分析夜间灯光对APEI影响的时空异质性,发现2014-2018年负向影响区域持续扩大;全省34个县市5年回归系数均为正值,表明在这些县市中人类活动易造成大气污染;6)采用APEI、空气质量指数(AQI)、空气质量综合指数(AQCI)分别评价福建省6年各县市综合大气污染程度优劣排序,比较3种方法排序差异最大的县市,发现APEI指数能较好地反映真实浓度大小关系,且能实现实时评价。
为了在区(县、市)级尺度上准确衡量福建省大气污染情况,构建大气污染评价APEI指数。基于高分辨率大气污染数据集和夜间灯光数据,分析2013-2018年福建省78个县市大气污染程度时空变化特征及其影响因素的时空异质性。结果表明:1)福建省中心偏北县市大气污染程度小,东部沿海县市大气污染严重。近6年福建省78.21%的县市大气污染程度减弱;2)全省东部沿海区域空气污染严重,主要表现在NO2和PM10这2种大气污染物,均超过全省平均水平;3)从大气污染物时序变化趋势看,PM2.5和PM10变化相似,自2014年起逐年下降,到2018年分别下降约23.15%和12.21%,SO2和NO2分别下降明显。O3呈U形变化,而CO则呈倒U形变化;4)全省6种大气污染物均呈现较明显的季节性波动特征;5)采用时空加权回归(STWR)模型分析夜间灯光对APEI影响的时空异质性,发现2014-2018年负向影响区域持续扩大;全省34个县市5年回归系数均为正值,表明在这些县市中人类活动易造成大气污染;6)采用APEI、空气质量指数(AQI)、空气质量综合指数(AQCI)分别评价福建省6年各县市综合大气污染程度优劣排序,比较3种方法排序差异最大的县市,发现APEI指数能较好地反映真实浓度大小关系,且能实现实时评价。
2023, 41(2): 82-90.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302012
摘要:
为进一步了解武汉市大气污染时空分布特征,对2017-2020年武汉市主要大气污染物(PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2和O3)进行了空间插值分析、时间变化分析以及与气象要素的相关性分析。结果表明:武汉市近4年环境空气质量达标率为72.98%。PM2.5、PM10、SO2、CO和NO2具有"冬高夏低"的"V"形特征,O3 呈"夏高冬低"的变化趋势。武汉市年均质量浓度超标的大气污染物主要有PM2.5和PM10,但其年均质量浓度均呈下降趋势,而O3是年均质量浓度唯一处于上升状态的大气污染物,今后应重点关注颗粒物与臭氧污染。PM2.5、PM10、SO2、CO和NO2主要集中在武昌区、蔡甸区、青山区、江汉区、江岸区,而O3多聚集在黄陂区、新洲区和江夏区。PM2.5、PM10、SO2、CO和NO2之间均呈显著正相关,O3和其余5种大气污染物均呈显著负相关。平均气温与PM2.5、PM10、SO2、CO和NO2均呈显著负相关,与O3呈显著极强正相关;日照时长与6种污染物均呈显著负相关;平均风速与PM2.5、PM10、SO2、CO和NO2均呈显著负相关,与O3呈显著正相关;相对湿度仅与SO2呈弱相关性。影响武汉市大气污染物的主要气象要素是平均气温和日照时长。
为进一步了解武汉市大气污染时空分布特征,对2017-2020年武汉市主要大气污染物(PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2和O3)进行了空间插值分析、时间变化分析以及与气象要素的相关性分析。结果表明:武汉市近4年环境空气质量达标率为72.98%。PM2.5、PM10、SO2、CO和NO2具有"冬高夏低"的"V"形特征,O3 呈"夏高冬低"的变化趋势。武汉市年均质量浓度超标的大气污染物主要有PM2.5和PM10,但其年均质量浓度均呈下降趋势,而O3是年均质量浓度唯一处于上升状态的大气污染物,今后应重点关注颗粒物与臭氧污染。PM2.5、PM10、SO2、CO和NO2主要集中在武昌区、蔡甸区、青山区、江汉区、江岸区,而O3多聚集在黄陂区、新洲区和江夏区。PM2.5、PM10、SO2、CO和NO2之间均呈显著正相关,O3和其余5种大气污染物均呈显著负相关。平均气温与PM2.5、PM10、SO2、CO和NO2均呈显著负相关,与O3呈显著极强正相关;日照时长与6种污染物均呈显著负相关;平均风速与PM2.5、PM10、SO2、CO和NO2均呈显著负相关,与O3呈显著正相关;相对湿度仅与SO2呈弱相关性。影响武汉市大气污染物的主要气象要素是平均气温和日照时长。
2023, 41(2): 91-97.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302013
摘要:
污泥和餐厨垃圾共消化具有提高污泥稳定化的作用,为进一步强化污泥与餐厨垃圾共消化效果,提出高温预处理强化污泥与餐厨垃圾中温厌氧共消化的运行策略,并从宏观和微观2个层面探讨了共消化系统的运行机制。结果表明:污泥与餐厨垃圾经过1 d高温预处理后,其SCOD/TCOD从33.9%提高到65%;中温厌氧消化时的甲烷产率和有机物去除率高达0.54 L/g和78.8%(SRT=20 d)、0.76 L/g和56.6%(SRT=15 d),略高于某实际餐厨废弃物及市政污泥协同处理项目一期的0.53 L/g和53.5%,该项目采用150~170℃高温、1 MPa高压热水解进行预处理;采用Illumina MiSeq测序技术得出水解酸化菌属如Porphyromonadaceae、Draconibacteriaceae、Eubacterium和Romboutsia在高温预处理后的共消化系统中得到富集,促进了系统的水解和产酸过程,为系统中产甲烷菌Archaea提供了丰富的基质,强化了污泥与餐厨垃圾共消化产气效果。
污泥和餐厨垃圾共消化具有提高污泥稳定化的作用,为进一步强化污泥与餐厨垃圾共消化效果,提出高温预处理强化污泥与餐厨垃圾中温厌氧共消化的运行策略,并从宏观和微观2个层面探讨了共消化系统的运行机制。结果表明:污泥与餐厨垃圾经过1 d高温预处理后,其SCOD/TCOD从33.9%提高到65%;中温厌氧消化时的甲烷产率和有机物去除率高达0.54 L/g和78.8%(SRT=20 d)、0.76 L/g和56.6%(SRT=15 d),略高于某实际餐厨废弃物及市政污泥协同处理项目一期的0.53 L/g和53.5%,该项目采用150~170℃高温、1 MPa高压热水解进行预处理;采用Illumina MiSeq测序技术得出水解酸化菌属如Porphyromonadaceae、Draconibacteriaceae、Eubacterium和Romboutsia在高温预处理后的共消化系统中得到富集,促进了系统的水解和产酸过程,为系统中产甲烷菌Archaea提供了丰富的基质,强化了污泥与餐厨垃圾共消化产气效果。
2023, 41(2): 98-105.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302014
摘要:
针对目前我国建筑垃圾环境风险评价缺乏系统性及对于区域环境化学背景值的忽视,联合富集因子法与地球化学背景值,综合考虑环境化学背景、区域类别、城市群发展、元素特征4个方面因素,并以京津冀、黄淮河、长三角、长株潭4大城市群为例,分别对5类建筑垃圾,8种不同重金属元素进行环境污染风险分析。结果表明:1)建筑垃圾中重金属元素污染与城市群发展过程密切相关;2)不同重金属元素的富集情况具有地域性差异且受地球化学背景值的影响;3)建筑材料生产过程中的重金属引入对建筑垃圾重金属元素总量有直接影响。
针对目前我国建筑垃圾环境风险评价缺乏系统性及对于区域环境化学背景值的忽视,联合富集因子法与地球化学背景值,综合考虑环境化学背景、区域类别、城市群发展、元素特征4个方面因素,并以京津冀、黄淮河、长三角、长株潭4大城市群为例,分别对5类建筑垃圾,8种不同重金属元素进行环境污染风险分析。结果表明:1)建筑垃圾中重金属元素污染与城市群发展过程密切相关;2)不同重金属元素的富集情况具有地域性差异且受地球化学背景值的影响;3)建筑材料生产过程中的重金属引入对建筑垃圾重金属元素总量有直接影响。
2023, 41(2): 106-112,180.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302015
摘要:
针对地聚合物固化重金属污染土壤过程中因水分散失带来的最终形态韧性差、脆性大等问题,探究在灰渣基地聚合物-土壤固化体中添加椰丝纤维改善其失水收缩/开裂情况的可行性。通过模拟春夏交替阶段雨水频繁、夏季连续高温下土壤表面干燥开裂变化趋势,对比有无重金属污染下固化体收缩及开裂情况,探究纤维对固化体的力学强化效果。结果表明:受到重金属侵蚀的土壤失水速度高于原状土9.0%,且在25 d试样中其开裂因子相较原状土提高12.9%,收缩率提高34.6%。通过地聚合物进行固化的土壤抗裂性能得到提升,在连续干燥试验中掺入纤维进行优化的地聚合物固化体开裂因子进一步降低,收缩率降低71.3%,开裂因子仅为原状土的4.9%~5.1%。干湿循环条件下,纤维的掺入促使主裂缝消失,四轮干湿循环后最小开裂因子仅为0.0015,地聚合物-椰丝纤维复合改良污染土壤具有较好的抵抗开裂效果。
针对地聚合物固化重金属污染土壤过程中因水分散失带来的最终形态韧性差、脆性大等问题,探究在灰渣基地聚合物-土壤固化体中添加椰丝纤维改善其失水收缩/开裂情况的可行性。通过模拟春夏交替阶段雨水频繁、夏季连续高温下土壤表面干燥开裂变化趋势,对比有无重金属污染下固化体收缩及开裂情况,探究纤维对固化体的力学强化效果。结果表明:受到重金属侵蚀的土壤失水速度高于原状土9.0%,且在25 d试样中其开裂因子相较原状土提高12.9%,收缩率提高34.6%。通过地聚合物进行固化的土壤抗裂性能得到提升,在连续干燥试验中掺入纤维进行优化的地聚合物固化体开裂因子进一步降低,收缩率降低71.3%,开裂因子仅为原状土的4.9%~5.1%。干湿循环条件下,纤维的掺入促使主裂缝消失,四轮干湿循环后最小开裂因子仅为0.0015,地聚合物-椰丝纤维复合改良污染土壤具有较好的抵抗开裂效果。
2023, 41(2): 113-121,139.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302016
摘要:
改性生物炭是良好的重金属钝化剂。但针对不同生物炭,联合多种方法进行改性后生物炭的吸附性能尚待深入研究,其对土壤理化性质和重金属铅(Pb)、镉(Cd)长期钝化效果的影响也有待研究。选取水稻秸秆、木屑和椰壳为生物炭材,经硝酸-高锰酸钾联合改性后进行表征,明确改性前后生物炭理化性质。开展室内培养实验,将改性生物炭按质量比为2.5%、5%和10%加入受试土壤,培养6个月后,测定土壤理化性质、Pb、Cd形态分布及钝化效率,探讨改性生物炭钝化土壤Pb、Cd的作用机制。结果表明:改性后,不同生物炭的比表面积、孔隙结构和含氧官能团数量均得到不同程度的改善,重金属吸附性能有效增强,以改性椰壳炭最为显著。添加改性生物炭能提高土壤pH并改善土壤结构,当其用量>5%时,土壤阳离子交换量和有机质含量分别提高了15.89 g/kg和5.28 cmol/kg,土壤自身对养分及重金属的固定能力得到了显著提升。改性生物炭-土壤体系主要通过离子交换、络合反应和共沉淀反应等促使土壤有效态Pb、Cd向其潜在活化形态和残渣态转化,转化程度与钝化培养时间和改性生物炭用量呈正相关。受元素特性和竞争吸附作用的影响,土壤Pb2+可被优先吸附,并在2个月内逐渐达到吸附平衡。改性椰壳炭对土壤Pb(1000 mg/kg)、Cd(10 mg/kg)的钝化效果最佳,当用量为10%时,钝化率最高分别可达到59.72%和36.37%。此外,钝化培养过程中,生物炭"老化作用"促使土壤阳离子交换量和有机质含量持续升高,土壤Pb、Cd生物有效性不断降低,且无二次释放风险。相关研究结果表明:添加改性生物炭能改善土壤结构、提升土壤地力并能长期有效地固定土壤Pb、Cd,可在重金属污染土壤的修复中大面积推广应用。
改性生物炭是良好的重金属钝化剂。但针对不同生物炭,联合多种方法进行改性后生物炭的吸附性能尚待深入研究,其对土壤理化性质和重金属铅(Pb)、镉(Cd)长期钝化效果的影响也有待研究。选取水稻秸秆、木屑和椰壳为生物炭材,经硝酸-高锰酸钾联合改性后进行表征,明确改性前后生物炭理化性质。开展室内培养实验,将改性生物炭按质量比为2.5%、5%和10%加入受试土壤,培养6个月后,测定土壤理化性质、Pb、Cd形态分布及钝化效率,探讨改性生物炭钝化土壤Pb、Cd的作用机制。结果表明:改性后,不同生物炭的比表面积、孔隙结构和含氧官能团数量均得到不同程度的改善,重金属吸附性能有效增强,以改性椰壳炭最为显著。添加改性生物炭能提高土壤pH并改善土壤结构,当其用量>5%时,土壤阳离子交换量和有机质含量分别提高了15.89 g/kg和5.28 cmol/kg,土壤自身对养分及重金属的固定能力得到了显著提升。改性生物炭-土壤体系主要通过离子交换、络合反应和共沉淀反应等促使土壤有效态Pb、Cd向其潜在活化形态和残渣态转化,转化程度与钝化培养时间和改性生物炭用量呈正相关。受元素特性和竞争吸附作用的影响,土壤Pb2+可被优先吸附,并在2个月内逐渐达到吸附平衡。改性椰壳炭对土壤Pb(1000 mg/kg)、Cd(10 mg/kg)的钝化效果最佳,当用量为10%时,钝化率最高分别可达到59.72%和36.37%。此外,钝化培养过程中,生物炭"老化作用"促使土壤阳离子交换量和有机质含量持续升高,土壤Pb、Cd生物有效性不断降低,且无二次释放风险。相关研究结果表明:添加改性生物炭能改善土壤结构、提升土壤地力并能长期有效地固定土壤Pb、Cd,可在重金属污染土壤的修复中大面积推广应用。
2023, 41(2): 122-130.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302017
摘要:
为得到一种高效降解石油烃(TPH)的Fenton预氧化联合生物修复石油污染土壤的修复方式,考察了分3次投加不同浓度H2O2预氧化后羟基自由基(·OH)特征、NH+4-N浓度、DOC浓度、脱氢酶及多酚氧化酶活性,以及石油烃去除量。结果表明:5 g石油污染土样体系中,将900 mmol/L的H2O2(4.635 mL)分3次投加预氧化后,所产生的·OH最大瞬时强度低,·OH的持续时间短,对石油降解菌杀伤作用少,TPH氧化量较高。生物修复前20 d,NH+4-N浓度消耗量较高(170.45 mg/kg),石油降解菌菌量增长快,长链烷烃C21-C30(22%)和DOC降解率(69%)高,生物修复前期充足NH+4-N浓度的消耗诱导石油降解菌在0~50 d高效降解长链烷烃(42%)。脱氢酶活性和多酚氧化酶活性在20 d达到顶峰,表明微生物的代谢活性增加,石油烃污染物的降解主要发生在此时期。
为得到一种高效降解石油烃(TPH)的Fenton预氧化联合生物修复石油污染土壤的修复方式,考察了分3次投加不同浓度H2O2预氧化后羟基自由基(·OH)特征、NH+4-N浓度、DOC浓度、脱氢酶及多酚氧化酶活性,以及石油烃去除量。结果表明:5 g石油污染土样体系中,将900 mmol/L的H2O2(4.635 mL)分3次投加预氧化后,所产生的·OH最大瞬时强度低,·OH的持续时间短,对石油降解菌杀伤作用少,TPH氧化量较高。生物修复前20 d,NH+4-N浓度消耗量较高(170.45 mg/kg),石油降解菌菌量增长快,长链烷烃C21-C30(22%)和DOC降解率(69%)高,生物修复前期充足NH+4-N浓度的消耗诱导石油降解菌在0~50 d高效降解长链烷烃(42%)。脱氢酶活性和多酚氧化酶活性在20 d达到顶峰,表明微生物的代谢活性增加,石油烃污染物的降解主要发生在此时期。
2023, 41(2): 131-139.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302018
摘要:
针对石油污染土壤中各类烷烃的生物选择性降解问题,通过多种土壤固相铁Fenton预氧化方式调控土壤微生物群落,探究土壤微生物数量、活性和群落变化对石油烃降解的影响,确定各类烷烃均衡降解的微生物群落特征。结果表明:A45(45 mmol/L柠檬酸)和F8.7(8.7 mmol/L Fe2+)土壤固相铁Fenton预氧化后,土壤微生物代谢活性分别高达0.59 mol/kg(A45)和0.60 mol/kg(F8.7),土壤石油烃残余率分别低至30%(A45)和29%(F8.7)。土壤中形成以不动杆菌属(Acinetobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)为主要优势菌属的土壤微生物群落。土壤微生物多样性高,群落组成丰富,烷烃代谢的功能基因相对丰度高,促进了各类烷烃的均衡降解,各类烷烃的生物降解率均高达60%。
针对石油污染土壤中各类烷烃的生物选择性降解问题,通过多种土壤固相铁Fenton预氧化方式调控土壤微生物群落,探究土壤微生物数量、活性和群落变化对石油烃降解的影响,确定各类烷烃均衡降解的微生物群落特征。结果表明:A45(45 mmol/L柠檬酸)和F8.7(8.7 mmol/L Fe2+)土壤固相铁Fenton预氧化后,土壤微生物代谢活性分别高达0.59 mol/kg(A45)和0.60 mol/kg(F8.7),土壤石油烃残余率分别低至30%(A45)和29%(F8.7)。土壤中形成以不动杆菌属(Acinetobacter)、假单胞菌属(Pseudomonas)为主要优势菌属的土壤微生物群落。土壤微生物多样性高,群落组成丰富,烷烃代谢的功能基因相对丰度高,促进了各类烷烃的均衡降解,各类烷烃的生物降解率均高达60%。
2023, 41(2): 140-145,172.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302019
摘要:
光催化作为一项绿色、高效的污染物治理技术,其传统光催化材料缺少对全光谱中红外光区的利用,会在一定程度上造成资源的浪费,限制了污染物降解能力上限。因此,利用WO3-x光催化降解甲氧苄啶(TMP),探索了不同光谱下的降解性能以及在最优降解条件下的降解机理。结果表明:黑暗和红外光条件下,TMP几乎未发生降解。全光谱条件下TMP的降解率相较于紫外-可见光提高44.8%。2种体系中WO3-x光催化反应降解TMP的机理较为相似,O-2·和H2O2是发挥主要作用的活性物种。在降解过程中,大量的活性自由基在催化剂表面产生,然后进入均相体系,促进TMP降解;同时,WO3-x对全光谱中红外光区间段的有效吸收展现出优异的降解能力。此外,温度在反应体系中并不是提升降解率的主导因素。
光催化作为一项绿色、高效的污染物治理技术,其传统光催化材料缺少对全光谱中红外光区的利用,会在一定程度上造成资源的浪费,限制了污染物降解能力上限。因此,利用WO3-x光催化降解甲氧苄啶(TMP),探索了不同光谱下的降解性能以及在最优降解条件下的降解机理。结果表明:黑暗和红外光条件下,TMP几乎未发生降解。全光谱条件下TMP的降解率相较于紫外-可见光提高44.8%。2种体系中WO3-x光催化反应降解TMP的机理较为相似,O-2·和H2O2是发挥主要作用的活性物种。在降解过程中,大量的活性自由基在催化剂表面产生,然后进入均相体系,促进TMP降解;同时,WO3-x对全光谱中红外光区间段的有效吸收展现出优异的降解能力。此外,温度在反应体系中并不是提升降解率的主导因素。
2023, 41(2): 146-155.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302020
摘要:
预防和控制低浓度气态甲醛(HCHO)仍是室内环境污染所面临的巨大挑战之一,设计合成吸附能力强、催化氧化性能高、稳定性好的催化剂具有重要的实际应用价值。采用水热法和溶胶-凝胶法制备了一系列Ag-Bi共掺杂的纳米结构Ag/Bi-TiO2光催化剂,用于在可见光、无动力条件下催化降解室内低浓度气态甲醛。并采用XRD、SEM、BET、H2-TPR、UV-vis、XPS等技术对所制催化剂进行表征分析,考察了制备方法、Ag-Bi掺入量、煅烧温度等条件对催化剂可见光催化氧化性能的影响。结果发现:水热法制得的Ag/Bi-TiO2-H催化剂降解甲醛效果最佳,其48h降解率可达到94.1%,可将浓度为1.076 mg/m3的甲醛降低至0.093 mg/m3,显著提升了TiO2的催化氧化性能,其Ag2O/Ag、Bi3+和TiO2间的协同耦合作用改善了催化剂的微观结构,增强其对可见光的吸收,促进了光生电子的形成及转移。表面羟基以及耦合作用所形成的吸附氧提升了低浓度甲醛的吸附与催化氧化降解能力,且该催化剂展示出优异的稳定性能。
预防和控制低浓度气态甲醛(HCHO)仍是室内环境污染所面临的巨大挑战之一,设计合成吸附能力强、催化氧化性能高、稳定性好的催化剂具有重要的实际应用价值。采用水热法和溶胶-凝胶法制备了一系列Ag-Bi共掺杂的纳米结构Ag/Bi-TiO2光催化剂,用于在可见光、无动力条件下催化降解室内低浓度气态甲醛。并采用XRD、SEM、BET、H2-TPR、UV-vis、XPS等技术对所制催化剂进行表征分析,考察了制备方法、Ag-Bi掺入量、煅烧温度等条件对催化剂可见光催化氧化性能的影响。结果发现:水热法制得的Ag/Bi-TiO2-H催化剂降解甲醛效果最佳,其48h降解率可达到94.1%,可将浓度为1.076 mg/m3的甲醛降低至0.093 mg/m3,显著提升了TiO2的催化氧化性能,其Ag2O/Ag、Bi3+和TiO2间的协同耦合作用改善了催化剂的微观结构,增强其对可见光的吸收,促进了光生电子的形成及转移。表面羟基以及耦合作用所形成的吸附氧提升了低浓度甲醛的吸附与催化氧化降解能力,且该催化剂展示出优异的稳定性能。
2023, 41(2): 156-165.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302021
摘要:
以湖南郴州萤石型铅锌矿山建设中产生巨大量级尾矿渣的处置及排土场为研究对象,通过土壤障碍因子鉴别法确定尾矿渣理化性质的缺陷,再采用生化黄腐酸(BFA)、磷酸二氢铵、沸石和有机肥开展相应性能的改性研究,并以改良后的尾矿渣基质作为种植土壤,利用盆栽试验结合中试研究评估改良剂协同植物对尾矿渣的修复效果,提出基于尾矿渣原位基质改良及直接植被的生态修复方法。结果表明:当BFA、磷酸二氢铵、沸石和有机肥的添加量分别为0.5%、0.4%、2%和15%时,尾矿渣的pH值和干密度分别降低25.8%和77.6%,非毛管孔隙度、有机质、水解性氮和有效磷含量分别提升1.49,26.7,9.3,20.9倍。盆栽试验和中试结果表明:牛筋草对氟化物和重金属铅锌的富集与转运能力综合最优;波斯菊是综合富集能力最优的植物,对铅、锌和氟的富集量分别为267.2,432.8,513.2 mg/kg;籽粒苋是综合转运能力最优的植物,对铅、锌和氟的转运系数分别为0.485、1.208、1.810。为达到萤石型铅锌矿山的复垦效果,建议同时种植牛筋草、波斯菊和籽粒苋。
以湖南郴州萤石型铅锌矿山建设中产生巨大量级尾矿渣的处置及排土场为研究对象,通过土壤障碍因子鉴别法确定尾矿渣理化性质的缺陷,再采用生化黄腐酸(BFA)、磷酸二氢铵、沸石和有机肥开展相应性能的改性研究,并以改良后的尾矿渣基质作为种植土壤,利用盆栽试验结合中试研究评估改良剂协同植物对尾矿渣的修复效果,提出基于尾矿渣原位基质改良及直接植被的生态修复方法。结果表明:当BFA、磷酸二氢铵、沸石和有机肥的添加量分别为0.5%、0.4%、2%和15%时,尾矿渣的pH值和干密度分别降低25.8%和77.6%,非毛管孔隙度、有机质、水解性氮和有效磷含量分别提升1.49,26.7,9.3,20.9倍。盆栽试验和中试结果表明:牛筋草对氟化物和重金属铅锌的富集与转运能力综合最优;波斯菊是综合富集能力最优的植物,对铅、锌和氟的富集量分别为267.2,432.8,513.2 mg/kg;籽粒苋是综合转运能力最优的植物,对铅、锌和氟的转运系数分别为0.485、1.208、1.810。为达到萤石型铅锌矿山的复垦效果,建议同时种植牛筋草、波斯菊和籽粒苋。
2023, 41(2): 166-172.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302022
摘要:
热脱附-稳定化是修复重金属-有机物复合污染土壤的主要工艺。由于热脱附对土壤重金属有"活化"和"固化"的双重作用,因此,热脱附-稳定化工序会影响重金属的稳定化效率。以含镉(Cd)的复合污染土壤为研究对象,从浸出率、形态分布、微观形貌3个层面,分析热脱附-稳定化(T-S)和稳定化-热脱附(S-T)工艺对Cd稳定化效率的影响。结果表明:S-T工艺浸出率(42.26%)低于T-S工艺(52.11%);由于Cd"活化""固化"与稳定化作用,S-T工艺处置的土壤Cd弱酸提取态和残渣态比例分别是T-S工艺的0.75,1.4倍,形态更趋于稳定分布;电镜扫描(SEM)显示,S-T工艺比T-S工艺处置后土壤颗粒结晶更为显著,说明土壤Cd的稳定化效果更好。
热脱附-稳定化是修复重金属-有机物复合污染土壤的主要工艺。由于热脱附对土壤重金属有"活化"和"固化"的双重作用,因此,热脱附-稳定化工序会影响重金属的稳定化效率。以含镉(Cd)的复合污染土壤为研究对象,从浸出率、形态分布、微观形貌3个层面,分析热脱附-稳定化(T-S)和稳定化-热脱附(S-T)工艺对Cd稳定化效率的影响。结果表明:S-T工艺浸出率(42.26%)低于T-S工艺(52.11%);由于Cd"活化""固化"与稳定化作用,S-T工艺处置的土壤Cd弱酸提取态和残渣态比例分别是T-S工艺的0.75,1.4倍,形态更趋于稳定分布;电镜扫描(SEM)显示,S-T工艺比T-S工艺处置后土壤颗粒结晶更为显著,说明土壤Cd的稳定化效果更好。
2023, 41(2): 173-180.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302023
摘要:
垃圾分类是构建绿色城市的重要途径。传统的垃圾分类是由人工进行,分类不彻底,工作强度大,不利于环境保护与资源再利用。为提高垃圾分类的准确性,提出了一种基于VGG16网络的轻量化网络模型LW-GCNet (light weight garbage classify network)。该网络模型通过引入深度可分离卷积和SE(squeeze-and-excitation)模块来进行特征提取,并将垃圾图像的浅层和深层特征有机融合,在减少计算量的同时,增强了待分类垃圾图像通道之间的依赖关系,为分类提供多层次的语义信息。此外,LW-GCNet模型采用自适应最大池化和全局平均池化取代VGG16网络中的全连接层,有效降低了参数量。利用由4类垃圾图像构成的数据集GRAB125对LW-GCNet性能进行验证。实验结果表明:该方法在保证识别速度的前提下,识别平均准确率达到77.17%,参数量为3.15M,易于在户外的嵌入式系统中进行部署。
垃圾分类是构建绿色城市的重要途径。传统的垃圾分类是由人工进行,分类不彻底,工作强度大,不利于环境保护与资源再利用。为提高垃圾分类的准确性,提出了一种基于VGG16网络的轻量化网络模型LW-GCNet (light weight garbage classify network)。该网络模型通过引入深度可分离卷积和SE(squeeze-and-excitation)模块来进行特征提取,并将垃圾图像的浅层和深层特征有机融合,在减少计算量的同时,增强了待分类垃圾图像通道之间的依赖关系,为分类提供多层次的语义信息。此外,LW-GCNet模型采用自适应最大池化和全局平均池化取代VGG16网络中的全连接层,有效降低了参数量。利用由4类垃圾图像构成的数据集GRAB125对LW-GCNet性能进行验证。实验结果表明:该方法在保证识别速度的前提下,识别平均准确率达到77.17%,参数量为3.15M,易于在户外的嵌入式系统中进行部署。
2023, 41(2): 181-187.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302024
摘要:
装修垃圾具有组分多且复杂、垃圾性质波动性大等特点,其处理工艺需结合垃圾来源区域内实地尽调情况确定。以上海市某典型装修垃圾处理项目为例,其工艺路线为"两级破碎+多级分选"。一级筛分单元后实际物料分布与设计物料平衡存在显著性差异,后端分选设备利用率处于较低水平,可实施的工艺改进措施包括物料分流或调整上层筛板规格。改进后,相同规格的3台箱式风选机实际接收处理负荷占比接近,物料分布均匀性趋于合理。经济效益方面,处理线运营成本折算约为114.49元/t,其中人工费、残渣焚烧处置费和残渣填埋处置费占比分别为20.69%、19.22%和14.11%;经营收入折算约为26.45元/t,以再生砖产品和再生骨料出售为主。制砖线运营成本、产品品质受水泥掺比影响显著,其中水泥掺比从10%增加至20%时,再生标砖抗压强度平均值从13.9 MPa增加至18.1 MPa;最优化水泥掺比为15%时,制砖线难以维持收支平衡。装修垃圾处理项目在无政府补贴情况下,项目投资收益和经济效益较低,这是目前该领域发展的主要瓶颈。
装修垃圾具有组分多且复杂、垃圾性质波动性大等特点,其处理工艺需结合垃圾来源区域内实地尽调情况确定。以上海市某典型装修垃圾处理项目为例,其工艺路线为"两级破碎+多级分选"。一级筛分单元后实际物料分布与设计物料平衡存在显著性差异,后端分选设备利用率处于较低水平,可实施的工艺改进措施包括物料分流或调整上层筛板规格。改进后,相同规格的3台箱式风选机实际接收处理负荷占比接近,物料分布均匀性趋于合理。经济效益方面,处理线运营成本折算约为114.49元/t,其中人工费、残渣焚烧处置费和残渣填埋处置费占比分别为20.69%、19.22%和14.11%;经营收入折算约为26.45元/t,以再生砖产品和再生骨料出售为主。制砖线运营成本、产品品质受水泥掺比影响显著,其中水泥掺比从10%增加至20%时,再生标砖抗压强度平均值从13.9 MPa增加至18.1 MPa;最优化水泥掺比为15%时,制砖线难以维持收支平衡。装修垃圾处理项目在无政府补贴情况下,项目投资收益和经济效益较低,这是目前该领域发展的主要瓶颈。
2023, 41(2): 188-196,218.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302025
摘要:
针对垃圾热解烟气中二噁英排放不达标的现象,在分析垃圾热解机理及二噁英产生机制的基础上,提出了定量供氧、分层控制二噁英的方法;并采用数值分析和试验测试相结合的方法,对炉内气流组织及垃圾热解过程进行模拟分析。结果表明:热解炉内部气流整体分布较为均匀,能够保证垃圾稳定热解。热解炉沿轴向方向上存在温度分层,与理论分析结果一致,但燃烧层与热解层之间的过渡层存在二噁英合成气氛;热解炉温度实测结果与模拟结果整体吻合较好;空气过剩系数为0.3时热解炉运行情况更有利于减少二噁英的产生。现场试验发现,热解炉出口烟气中除颗粒物浓度超标外,其余常规污染物及二噁英排放浓度均满足GB 18485-2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》;而市面上常见炉型二噁英出口浓度为0.44 ng-TEQ/m3,超过GB 18485-2014限值0.1 ng-TEQ/m3;2种炉型试验结果对比证明,在热解炉布气均匀的基础上,通过定量供氧、分层控制的方法可以有效抑制烟气中二噁英的生成。该成果可为生活垃圾低温热解过程二噁英的控制提供理论参考。
针对垃圾热解烟气中二噁英排放不达标的现象,在分析垃圾热解机理及二噁英产生机制的基础上,提出了定量供氧、分层控制二噁英的方法;并采用数值分析和试验测试相结合的方法,对炉内气流组织及垃圾热解过程进行模拟分析。结果表明:热解炉内部气流整体分布较为均匀,能够保证垃圾稳定热解。热解炉沿轴向方向上存在温度分层,与理论分析结果一致,但燃烧层与热解层之间的过渡层存在二噁英合成气氛;热解炉温度实测结果与模拟结果整体吻合较好;空气过剩系数为0.3时热解炉运行情况更有利于减少二噁英的产生。现场试验发现,热解炉出口烟气中除颗粒物浓度超标外,其余常规污染物及二噁英排放浓度均满足GB 18485-2014《生活垃圾焚烧污染控制标准》;而市面上常见炉型二噁英出口浓度为0.44 ng-TEQ/m3,超过GB 18485-2014限值0.1 ng-TEQ/m3;2种炉型试验结果对比证明,在热解炉布气均匀的基础上,通过定量供氧、分层控制的方法可以有效抑制烟气中二噁英的生成。该成果可为生活垃圾低温热解过程二噁英的控制提供理论参考。
2023, 41(2): 197-204.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302026
摘要:
空气质量预测对合理制定环境治理政策具有重要意义。针对目前单体预测模型存在模型不稳定和泛化能力不强的问题,提出基于逆方差权重分配方法融合3种单体模型的空气质量指数(air quality index,AQI)预测方法。首先,以北京市为例,构建空气质量指数预测数据集;其次,分别构建长短期记忆网络(LSTM)、门控循环单元(GRU)、双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)、自回归积分滑动平均模型(ARIMA)和多元线性回归(MLR)5种模型对数据集进行预测,并对比以上模型的预测结果; 最后,在多模型融合方法中,选择逆方差法计算预测精度较高的3种单体模型的权重,根据算得权重构建逆方差融合预测模型。与预测精度较高的3种单体模型以及加权平均融合预测模型相比,逆方差融合预测模型对空气质量指数的预测精度R2分别提高3.9%、3.4%、1.6%和0.5%,达到0.933。结果表明:逆方差融合预测模型综合了各单体预测模型的优点,能够提高AQI预测精度。
空气质量预测对合理制定环境治理政策具有重要意义。针对目前单体预测模型存在模型不稳定和泛化能力不强的问题,提出基于逆方差权重分配方法融合3种单体模型的空气质量指数(air quality index,AQI)预测方法。首先,以北京市为例,构建空气质量指数预测数据集;其次,分别构建长短期记忆网络(LSTM)、门控循环单元(GRU)、双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)、自回归积分滑动平均模型(ARIMA)和多元线性回归(MLR)5种模型对数据集进行预测,并对比以上模型的预测结果; 最后,在多模型融合方法中,选择逆方差法计算预测精度较高的3种单体模型的权重,根据算得权重构建逆方差融合预测模型。与预测精度较高的3种单体模型以及加权平均融合预测模型相比,逆方差融合预测模型对空气质量指数的预测精度R2分别提高3.9%、3.4%、1.6%和0.5%,达到0.933。结果表明:逆方差融合预测模型综合了各单体预测模型的优点,能够提高AQI预测精度。
2023, 41(2): 205-212.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302027
摘要:
准确、及时且环境友好地检测水体的化学需氧量(COD)已成为环境监测领域的重要研究课题。采用溶液燃烧法和旋转涂膜法制备了一种可见光响应型BiVO4/rGO涂膜电极用于COD测定,并考察了该电极用于COD检测的光电化学性能。利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析(BET)探究复合电极结构,表明基底完全被BiVO4/rGO覆盖。采用循环伏安法(CV)、光电流-时间法(I-t)测试其光电性能,确定最佳制备条件为:煅烧温度为500℃、掺杂rGO为5 mL、涂膜厚度为4层。通过考察其测试参数得出,在工作电压为1.0 V、支持电解质为0.1 mol/L Na2SO4、光照强度为400 μW/cm2、pH为6~8可得到稳定可靠的测试结果。利用BiVO4/rGO涂膜电极测定有机物溶液COD的测定范围为12.18~719.8 mg/L,转移净电荷量(Qnet)和理论COD间呈良好的线性关系。用于实际水样COD测定时,在60 s内可达稳态光电流,测定结果与国标法测定COD结果具有良好的一致性,相对偏差均<5%。因此BiVO4/rGO涂膜电极具有响应速度快、线性范围宽、操作便捷等优点,可替代传统COD测定仪器。
准确、及时且环境友好地检测水体的化学需氧量(COD)已成为环境监测领域的重要研究课题。采用溶液燃烧法和旋转涂膜法制备了一种可见光响应型BiVO4/rGO涂膜电极用于COD测定,并考察了该电极用于COD检测的光电化学性能。利用X-射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析(BET)探究复合电极结构,表明基底完全被BiVO4/rGO覆盖。采用循环伏安法(CV)、光电流-时间法(I-t)测试其光电性能,确定最佳制备条件为:煅烧温度为500℃、掺杂rGO为5 mL、涂膜厚度为4层。通过考察其测试参数得出,在工作电压为1.0 V、支持电解质为0.1 mol/L Na2SO4、光照强度为400 μW/cm2、pH为6~8可得到稳定可靠的测试结果。利用BiVO4/rGO涂膜电极测定有机物溶液COD的测定范围为12.18~719.8 mg/L,转移净电荷量(Qnet)和理论COD间呈良好的线性关系。用于实际水样COD测定时,在60 s内可达稳态光电流,测定结果与国标法测定COD结果具有良好的一致性,相对偏差均<5%。因此BiVO4/rGO涂膜电极具有响应速度快、线性范围宽、操作便捷等优点,可替代传统COD测定仪器。
2023, 41(2): 213-218.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302028
摘要:
面向我国无废城市建设的源头减量指标要求,开展生活垃圾的时空产生特征进行科学预测,是生活垃圾管理全局规划的重要基础工作。研究目标区域在2020年生活垃圾年产量达到12.60万t,近年来增幅显著,亟待对生活垃圾的时空产生特征进行精细分析,以服务当地无废城市的建设。在综合分析研究区域历史数据的背景下,建立了研究区域夜间灯光与生活垃圾年产量的线性关联关系,形成了R2达到0.92的回归模型;基于ArcGIS,以2.25 hm2为空间单位,结合克里金算法,为生活垃圾空间分布建立基于夜间灯光的网格化模型;利用泰森多边形算法,对1个生活垃圾收集点进行插值,获取各个收集点的生活垃圾年负荷状况,揭示了某无废城市试点地区中城乡垃圾产量的空间不均衡性。
面向我国无废城市建设的源头减量指标要求,开展生活垃圾的时空产生特征进行科学预测,是生活垃圾管理全局规划的重要基础工作。研究目标区域在2020年生活垃圾年产量达到12.60万t,近年来增幅显著,亟待对生活垃圾的时空产生特征进行精细分析,以服务当地无废城市的建设。在综合分析研究区域历史数据的背景下,建立了研究区域夜间灯光与生活垃圾年产量的线性关联关系,形成了R2达到0.92的回归模型;基于ArcGIS,以2.25 hm2为空间单位,结合克里金算法,为生活垃圾空间分布建立基于夜间灯光的网格化模型;利用泰森多边形算法,对1个生活垃圾收集点进行插值,获取各个收集点的生活垃圾年负荷状况,揭示了某无废城市试点地区中城乡垃圾产量的空间不均衡性。
2023, 41(2): 219-226.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302029
摘要:
通过对近10年已有研究成果的整合,梳理我国主要城市地下水环境中抗生素的赋存现状,并采用风险熵值法对典型抗生素的生态风险和健康风险进行评价。结果表明:1)在我国主要城市地下水中,已经检测出7类57种类型的抗生素,以磺胺类、喹诺酮类为主,种类多且累积浓度高,其次是大环内酯类和四环素类;2)地下水环境中,具有较高生态风险的抗生素为磺胺甲基异噁唑、磺胺噻唑和林可霉素。喹诺酮类、磺胺类和四环素类是城市地下水生态风险较高且威胁贡献比例最大的3类抗生素,北方城市地下水抗生素联合风险整体高于南方城市;3)由地下水环境抗生素对人体健康风险熵值计算结果可知,目前仍未通过饮用水对人体健康产生直接的健康风险。
通过对近10年已有研究成果的整合,梳理我国主要城市地下水环境中抗生素的赋存现状,并采用风险熵值法对典型抗生素的生态风险和健康风险进行评价。结果表明:1)在我国主要城市地下水中,已经检测出7类57种类型的抗生素,以磺胺类、喹诺酮类为主,种类多且累积浓度高,其次是大环内酯类和四环素类;2)地下水环境中,具有较高生态风险的抗生素为磺胺甲基异噁唑、磺胺噻唑和林可霉素。喹诺酮类、磺胺类和四环素类是城市地下水生态风险较高且威胁贡献比例最大的3类抗生素,北方城市地下水抗生素联合风险整体高于南方城市;3)由地下水环境抗生素对人体健康风险熵值计算结果可知,目前仍未通过饮用水对人体健康产生直接的健康风险。
2023, 41(2): 227-233,246.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302030
摘要:
三线一单是生态环境保护参与国土空间精细化管理的重要手段,其中水环境质量底线是提升区域水环境管理能力的重要抓手。针对目前水环境质量底线划定技术问题,在有关指南的基础上细化了划定技术方法。以珠三角江门市为研究对象,全市划分为94个水环境控制单元,农业源和生活源是江门市水污染物的主要来源。新会区、开平市和台山市水污染物入河总量超过全市的60%。为实现水质改善要求,全市COD、NH3-N、TP的现状污染负荷到2025年至少需削减14%、15%、29%。建立以优先保护区、重点管控区、一般管控区为主体的水环境分区管控体系,3种类型的分区面积占比依次为9.4%、31.9%、58.7%。探讨了水环境质量底线成果落地应用和后续更新调整的重点,研究成果为珠三角其他城市提供理论参考和实践借鉴。
三线一单是生态环境保护参与国土空间精细化管理的重要手段,其中水环境质量底线是提升区域水环境管理能力的重要抓手。针对目前水环境质量底线划定技术问题,在有关指南的基础上细化了划定技术方法。以珠三角江门市为研究对象,全市划分为94个水环境控制单元,农业源和生活源是江门市水污染物的主要来源。新会区、开平市和台山市水污染物入河总量超过全市的60%。为实现水质改善要求,全市COD、NH3-N、TP的现状污染负荷到2025年至少需削减14%、15%、29%。建立以优先保护区、重点管控区、一般管控区为主体的水环境分区管控体系,3种类型的分区面积占比依次为9.4%、31.9%、58.7%。探讨了水环境质量底线成果落地应用和后续更新调整的重点,研究成果为珠三角其他城市提供理论参考和实践借鉴。
2023, 41(2): 234-246.
doi: 10.13205/j.hjgc.202302031
摘要:
石油烃类污染物是复杂的有机化合物,对生态环境和公众健康具有较大危害。目前微生物技术已成为修复石油烃污染环境的主要方法,微生物可利用目标污染物作为碳源,通过一系列的酶催化对其进行代谢降解。研究了微生物降解石油烃的代谢机制,可通过合理设计降解途径中关键步骤的酶,降低限制因素对石油烃微生物降解的影响,提高限速步骤的反应速度,从而提高对石油烃的降解率,以更好地应用于石油烃污染场地的修复。通过梳理总结石油烃的主要组成和结构、代谢途径、功能基因和关键酶种类,以及组学和合成生物学技术在石油烃降解代谢机制研究中的应用现状,为进一步优化提升微生物修复技术在石油烃污染领域的应用前景提供参考。
石油烃类污染物是复杂的有机化合物,对生态环境和公众健康具有较大危害。目前微生物技术已成为修复石油烃污染环境的主要方法,微生物可利用目标污染物作为碳源,通过一系列的酶催化对其进行代谢降解。研究了微生物降解石油烃的代谢机制,可通过合理设计降解途径中关键步骤的酶,降低限制因素对石油烃微生物降解的影响,提高限速步骤的反应速度,从而提高对石油烃的降解率,以更好地应用于石油烃污染场地的修复。通过梳理总结石油烃的主要组成和结构、代谢途径、功能基因和关键酶种类,以及组学和合成生物学技术在石油烃降解代谢机制研究中的应用现状,为进一步优化提升微生物修复技术在石油烃污染领域的应用前景提供参考。
