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2023年 第41卷 第6期
2023, 41(6): 1-8,16.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306001
摘要:
互花米草（Spartina alterniflora）是我国滨海地区危害最严重的外来入侵物种之一，探索高效可行的互花米草治理技术对保护潮间带生态环境具有重要意义。基于对黄河三角洲的长期野外调查与原位试验，总结了不同互花米草治理技术的治理效果，于2018年6月中旬开始进行2~4次贴地刈割（根茬高度<3 cm，相邻刈割的间隔时间为15 d左右），可清除99%以上的互花米草，且治理效果在第2年生长季末期时仍高达98.8%以上；在2016年10月中旬、2018年12月中旬对互花米草进行刈割+翻耕，其治理效果在第2年生长季末期时为99.7%。在由海向陆方向上潮滩高程逐渐增加，土壤理化性质等环境因子随着潮滩高程增加而变化，互花米草密度、株高和生物量等植被性状随着高程增加先升后降。综合考虑互花米草生长特征、生境特征以及不同治理方法的治理效果，总结形成了适宜不同潮滩生境的互花米草治理技术体系，对于低潮滩、中潮滩和高潮滩的互花米草，建议分别采用贴地刈割、刈割+围淹、刈割+翻耕的治理技术，对于河道沟渠的互花米草，可根据河沟宽窄等因素采用刈割+翻耕或刈割+围淹的治理技术，对沟渠坡面的互花米草，可采用刈割+遮荫的治理技术。
互花米草（Spartina alterniflora）是我国滨海地区危害最严重的外来入侵物种之一，探索高效可行的互花米草治理技术对保护潮间带生态环境具有重要意义。基于对黄河三角洲的长期野外调查与原位试验，总结了不同互花米草治理技术的治理效果，于2018年6月中旬开始进行2~4次贴地刈割（根茬高度<3 cm，相邻刈割的间隔时间为15 d左右），可清除99%以上的互花米草，且治理效果在第2年生长季末期时仍高达98.8%以上；在2016年10月中旬、2018年12月中旬对互花米草进行刈割+翻耕，其治理效果在第2年生长季末期时为99.7%。在由海向陆方向上潮滩高程逐渐增加，土壤理化性质等环境因子随着潮滩高程增加而变化，互花米草密度、株高和生物量等植被性状随着高程增加先升后降。综合考虑互花米草生长特征、生境特征以及不同治理方法的治理效果，总结形成了适宜不同潮滩生境的互花米草治理技术体系，对于低潮滩、中潮滩和高潮滩的互花米草，建议分别采用贴地刈割、刈割+围淹、刈割+翻耕的治理技术，对于河道沟渠的互花米草，可根据河沟宽窄等因素采用刈割+翻耕或刈割+围淹的治理技术，对沟渠坡面的互花米草，可采用刈割+遮荫的治理技术。
2023, 41(6): 9-16.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306002
摘要:
基于多源卫星遥感数据和其他辅助数据，分别对2015-2020年黄河三角洲地区的水土流失、土壤沙化、湿地退化和人类活动状况展开分析。结果表明：在黄河三角洲地区，超过60%的区域无水土流失，但河流流经的农田区域内水土流失现象较明显；90%以上的区域土壤沙化程度为轻度和中度，其中2017年土壤沙化较为严重；2015-2020年，湿地生态系统面积呈增加趋势，总面积增加了91.95 km2，增加面积比例为10.6%；人类活动总面积减少了152.02 hm2，其中农业开发面积减少量占比达到66.99%，矿产资源开发面积略有增加。综合各项生态评估成果，2015-2020年，黄河三角洲生态环境保护和修复取得一定成效，生态环境发展趋势向好，但仍存在一些生态问题，应采取相应的生态治理与保护措施。
基于多源卫星遥感数据和其他辅助数据，分别对2015-2020年黄河三角洲地区的水土流失、土壤沙化、湿地退化和人类活动状况展开分析。结果表明：在黄河三角洲地区，超过60%的区域无水土流失，但河流流经的农田区域内水土流失现象较明显；90%以上的区域土壤沙化程度为轻度和中度，其中2017年土壤沙化较为严重；2015-2020年，湿地生态系统面积呈增加趋势，总面积增加了91.95 km2，增加面积比例为10.6%；人类活动总面积减少了152.02 hm2，其中农业开发面积减少量占比达到66.99%，矿产资源开发面积略有增加。综合各项生态评估成果，2015-2020年，黄河三角洲生态环境保护和修复取得一定成效，生态环境发展趋势向好，但仍存在一些生态问题，应采取相应的生态治理与保护措施。
2023, 41(6): 17-22,31.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306003
摘要:
在黄河流域煤化工高盐废水处理中，降膜蒸发技术由于具有传热系数高、物料停留时间短及处理效率高等优点而被广泛应用，但蒸发过程因流动特性差异而导致蒸发传热效果不佳，成为煤化工"近零排放"处理的关键技术要点之一。通过数值模拟研究3% NaCl在不同入口速度下的降膜流动特性差异，并对比分析了3%、5%和7% NaCl降膜流动特性的轴向与径向变化。结果表明：在不同入口速度下，含盐污水（3% NaCl）液膜温度和液体体积分数变化影响更为明显，入口速度越小，温度升高和液体体积分数减小更为迅速。同一入口速度下，3%、5%和7% NaCl轴向与径向温度、轴向湍流强度、轴向与径向液体体积均相差不大，而浓度高的含盐污水相较于其他组分液体流动轴向速度和径向速度略大，径向湍流强度则相反。
在黄河流域煤化工高盐废水处理中，降膜蒸发技术由于具有传热系数高、物料停留时间短及处理效率高等优点而被广泛应用，但蒸发过程因流动特性差异而导致蒸发传热效果不佳，成为煤化工"近零排放"处理的关键技术要点之一。通过数值模拟研究3% NaCl在不同入口速度下的降膜流动特性差异，并对比分析了3%、5%和7% NaCl降膜流动特性的轴向与径向变化。结果表明：在不同入口速度下，含盐污水（3% NaCl）液膜温度和液体体积分数变化影响更为明显，入口速度越小，温度升高和液体体积分数减小更为迅速。同一入口速度下，3%、5%和7% NaCl轴向与径向温度、轴向湍流强度、轴向与径向液体体积均相差不大，而浓度高的含盐污水相较于其他组分液体流动轴向速度和径向速度略大，径向湍流强度则相反。
2023, 41(6): 23-31.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306004
摘要:
土壤有机碳是潮滩湿地生态系统的主要碳库。以1条典型天然潮沟为研究对象，通过划分潮沟发育等级并计算潮沟形态特征指数，分析潮沟形态特征空间分布特点；运用地统计学方法探究潮滩湿地土壤有机碳空间分布特点，及潮沟形态特征对土壤有机碳空间分布的影响。结果表明：潮沟形态特征具有明显的空间异质性特点，潮沟在中潮滩比较发育，其密度、曲率与分汊率均大于低潮滩和高潮滩；潮沟长度随着潮沟发育等级的增加而逐渐增加，而潮沟曲率随着潮沟发育等级的增加而逐渐减小。空间插值结果显示：0~10 cm土壤有机碳含量最低值出现在潮沟较发育的中潮滩，10~20 cm土壤有机碳含量呈由海向陆逐渐增加的趋势，并呈条带状的空间分布特点。在低潮滩，三级潮沟土壤有机碳平均值显著大于一级潮沟；在中潮滩，二级潮沟土壤有机碳平均值显著大于三级潮沟和一级潮沟；高潮滩土壤有机碳含量与潮沟发育等级无显著相关性。随着潮沟侧向距离的增加，0~10 cm土壤有机碳含量在低潮滩与中潮滩逐渐增加；而中潮滩10~20 cm土壤有机碳含量随着潮沟侧向距离的增加而逐渐减少；高潮滩土壤有机碳含量与潮沟侧向距离无显著相关性。潮沟形态空间分布异质性是导致潮滩湿地土壤有机碳含量空间分布差异的重要原因。因此，潮滩湿地土壤碳库的精确估算需要关注潮沟形态的影响。
土壤有机碳是潮滩湿地生态系统的主要碳库。以1条典型天然潮沟为研究对象，通过划分潮沟发育等级并计算潮沟形态特征指数，分析潮沟形态特征空间分布特点；运用地统计学方法探究潮滩湿地土壤有机碳空间分布特点，及潮沟形态特征对土壤有机碳空间分布的影响。结果表明：潮沟形态特征具有明显的空间异质性特点，潮沟在中潮滩比较发育，其密度、曲率与分汊率均大于低潮滩和高潮滩；潮沟长度随着潮沟发育等级的增加而逐渐增加，而潮沟曲率随着潮沟发育等级的增加而逐渐减小。空间插值结果显示：0~10 cm土壤有机碳含量最低值出现在潮沟较发育的中潮滩，10~20 cm土壤有机碳含量呈由海向陆逐渐增加的趋势，并呈条带状的空间分布特点。在低潮滩，三级潮沟土壤有机碳平均值显著大于一级潮沟；在中潮滩，二级潮沟土壤有机碳平均值显著大于三级潮沟和一级潮沟；高潮滩土壤有机碳含量与潮沟发育等级无显著相关性。随着潮沟侧向距离的增加，0~10 cm土壤有机碳含量在低潮滩与中潮滩逐渐增加；而中潮滩10~20 cm土壤有机碳含量随着潮沟侧向距离的增加而逐渐减少；高潮滩土壤有机碳含量与潮沟侧向距离无显著相关性。潮沟形态空间分布异质性是导致潮滩湿地土壤有机碳含量空间分布差异的重要原因。因此，潮滩湿地土壤碳库的精确估算需要关注潮沟形态的影响。
2023, 41(6): 32-37,70.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306005
摘要:
为探究微生物电解池对人工湿地硝化反硝化脱氮的强化效果，构建了闭路运行（VFCW-MEC）与开路运行（VFCW-C）的垂直潜流人工湿地-微生物电解池系统，研究了不同外加电压（0，0.2，0.4 V）下耦合湿地系统的脱氮效能差异及N2O排放特征。结果表明：施加外加电压的VFCW-MEC对NH4-N和TN的去除效率均高于VFCW-C，外加电压为0，0.2，0.4 V时，VFCW-MEC对NH4+-N的去除率分别为（61.66±0.30）%、（69.21±0.31）%和（74.82±0.27）%，TN去除率分别为（11.53±0.35）%、（20.06±0.59）%和（33.29±0.35）%，这些现象表明，外加电压有助于提升湿地系统对NH4+-N和TN的去除效率。通过解析VFCW-MEC系统阳极和阴极区域氮浓度变化规律，发现阳极和阴极分别加强了垂直潜流湿地的硝化和反硝化作用，微生物产氢和直接电子传递作用共同促进了阴极反硝化脱氮效率。值得注意的是，外加电压也增加了脱氮过程中N2O的排放效率，不利于温室气体的减排。以上研究表明：微生物电解池在强化潜流人工湿地硝化反硝化脱氮方面具有良好潜力。
为探究微生物电解池对人工湿地硝化反硝化脱氮的强化效果，构建了闭路运行（VFCW-MEC）与开路运行（VFCW-C）的垂直潜流人工湿地-微生物电解池系统，研究了不同外加电压（0，0.2，0.4 V）下耦合湿地系统的脱氮效能差异及N2O排放特征。结果表明：施加外加电压的VFCW-MEC对NH4-N和TN的去除效率均高于VFCW-C，外加电压为0，0.2，0.4 V时，VFCW-MEC对NH4+-N的去除率分别为（61.66±0.30）%、（69.21±0.31）%和（74.82±0.27）%，TN去除率分别为（11.53±0.35）%、（20.06±0.59）%和（33.29±0.35）%，这些现象表明，外加电压有助于提升湿地系统对NH4+-N和TN的去除效率。通过解析VFCW-MEC系统阳极和阴极区域氮浓度变化规律，发现阳极和阴极分别加强了垂直潜流湿地的硝化和反硝化作用，微生物产氢和直接电子传递作用共同促进了阴极反硝化脱氮效率。值得注意的是，外加电压也增加了脱氮过程中N2O的排放效率，不利于温室气体的减排。以上研究表明：微生物电解池在强化潜流人工湿地硝化反硝化脱氮方面具有良好潜力。
2023, 41(6): 38-46.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306006
摘要:
黄河流域是我国重要的生态屏障和经济地带，开展固废综合利用对节约资源、减少碳排放等具有显著的协同效应，同时能够保障黄河流域生态环境保护和高质量可持续发展。因此利用固体废物进行矿物封存是一种经济可行的碳捕获和储存技术。以高炉矿渣为原料，选用CaO为碱激发剂，十二烷基硫酸钠（C12H25NaO4S，SDS）为发泡剂，制备了高孔隙的多孔材料，BET结果表明多孔材料比表面积、孔容、孔径均大于不添加发泡剂的矿渣基材料。探讨了水灰比、CaO用量及泡沫掺量3个单因素对多孔材料固化封存CO2的影响，在单因素实验基础上结合响应面分析法，得到多孔材料的最佳制备条件（水灰比为0.65，碱激发剂用量为12%，泡沫掺量为6.10%）。最优工艺条件制备的多孔材料能够达到91.90 kg/m3的CO2封存性能，实际封存量与理论预测值89.39 kg/m3基本一致。该成果能够为碱激发固废基多孔材料在碳封存领域应用的可行性提供借鉴。
黄河流域是我国重要的生态屏障和经济地带，开展固废综合利用对节约资源、减少碳排放等具有显著的协同效应，同时能够保障黄河流域生态环境保护和高质量可持续发展。因此利用固体废物进行矿物封存是一种经济可行的碳捕获和储存技术。以高炉矿渣为原料，选用CaO为碱激发剂，十二烷基硫酸钠（C12H25NaO4S，SDS）为发泡剂，制备了高孔隙的多孔材料，BET结果表明多孔材料比表面积、孔容、孔径均大于不添加发泡剂的矿渣基材料。探讨了水灰比、CaO用量及泡沫掺量3个单因素对多孔材料固化封存CO2的影响，在单因素实验基础上结合响应面分析法，得到多孔材料的最佳制备条件（水灰比为0.65，碱激发剂用量为12%，泡沫掺量为6.10%）。最优工艺条件制备的多孔材料能够达到91.90 kg/m3的CO2封存性能，实际封存量与理论预测值89.39 kg/m3基本一致。该成果能够为碱激发固废基多孔材料在碳封存领域应用的可行性提供借鉴。
2023, 41(6): 47-53,156.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306007
摘要:
农村生活污水治理对于推进黄河流域生态保护和高质量发展具有重要意义。以黄河流域内各个县域为基本统计单元，通过核算县域农村生活污水治理情况，发现当前黄河流域农村生活污水治理存在以下问题：1）总体推进不平衡，上、中、下游治理水平差异明显；2）从人口集中区来看，河南部分地区农村生活污水治理率低；3）乡镇政府驻地、中心村农村生活污水治理尚未全覆盖；4）乌梁素海、涑水河等重点流域农村生活污水治理率低；5）"资源化利用"内涵不清及实施路径不明导致上、中游地区农村生活污水治理率可能存在"虚高"的问题。因此，"十四五"高质量推进黄河流域农村生活污水治理，要找准"靶心"、突出重点：1）精准聚焦治理区域。聚焦农村生活污水治理率偏低区域，如乌梁素海、涑水河等重点流域区域。2）精准施策。突出农村生活污水与水环境协同治理，着力解决突出水污染问题。3）按照上、中、下游特点精准帮扶，并进一步明确"资源化利用"定义和实施路径。
农村生活污水治理对于推进黄河流域生态保护和高质量发展具有重要意义。以黄河流域内各个县域为基本统计单元，通过核算县域农村生活污水治理情况，发现当前黄河流域农村生活污水治理存在以下问题：1）总体推进不平衡，上、中、下游治理水平差异明显；2）从人口集中区来看，河南部分地区农村生活污水治理率低；3）乡镇政府驻地、中心村农村生活污水治理尚未全覆盖；4）乌梁素海、涑水河等重点流域农村生活污水治理率低；5）"资源化利用"内涵不清及实施路径不明导致上、中游地区农村生活污水治理率可能存在"虚高"的问题。因此，"十四五"高质量推进黄河流域农村生活污水治理，要找准"靶心"、突出重点：1）精准聚焦治理区域。聚焦农村生活污水治理率偏低区域，如乌梁素海、涑水河等重点流域区域。2）精准施策。突出农村生活污水与水环境协同治理，着力解决突出水污染问题。3）按照上、中、下游特点精准帮扶，并进一步明确"资源化利用"定义和实施路径。
2023, 41(6): 54-61.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306008
摘要:
开展山水林田湖草生态保护修复是优化生态格局和稳定生态系统的重要内容，是全方位推进生态文明建设的重要举措，是实现人与自然和谐共生的必然要求。基于山水林田湖草系统治理的理论，识别区域突出生态环境问题，制定了生态保护修复的目标，提出了具体的生态保护修复治理方案。以河南省黄河故道-豫北平原区域山水林田湖草生态保护修复为例，通过现状分析与现场勘查，挖掘出土地退化与土壤污染严重、流域水污染与生态环境恶化等突出环境问题，提出"一线、一带、三区"的总体修复思路，重点推进土地整治、矿山生态环境恢复、流域水环境恢复与治理、土壤污染退化和水土流失治理、生态系统与生物多样性保护等5大类494个建设项目，最终实现全方位、全流域山水林田湖草综合治理。通过该生态保护修复方案的实施，提升了目标区域生态系统的服务功能，助推黄河流域高质量发展，为河南省山水林田湖草生态保护修复的实践提供了参考与借鉴。
开展山水林田湖草生态保护修复是优化生态格局和稳定生态系统的重要内容，是全方位推进生态文明建设的重要举措，是实现人与自然和谐共生的必然要求。基于山水林田湖草系统治理的理论，识别区域突出生态环境问题，制定了生态保护修复的目标，提出了具体的生态保护修复治理方案。以河南省黄河故道-豫北平原区域山水林田湖草生态保护修复为例，通过现状分析与现场勘查，挖掘出土地退化与土壤污染严重、流域水污染与生态环境恶化等突出环境问题，提出"一线、一带、三区"的总体修复思路，重点推进土地整治、矿山生态环境恢复、流域水环境恢复与治理、土壤污染退化和水土流失治理、生态系统与生物多样性保护等5大类494个建设项目，最终实现全方位、全流域山水林田湖草综合治理。通过该生态保护修复方案的实施，提升了目标区域生态系统的服务功能，助推黄河流域高质量发展，为河南省山水林田湖草生态保护修复的实践提供了参考与借鉴。
2023, 41(6): 62-70.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306009
摘要:
胶结充填材料的早期水化动力学特征是合理设计配比的重要前提。采用等温量热法测量了不同CaCl2浓度激发粉煤灰膏体充填材料（FPFM）的早期水化放热情况，基于Krstulovic-Dabic水化动力学模型对不同FPFM早期水化放热进行拟合，计算其水化动力学参数，对水化动力过程各阶段的变化特征进行分析，并对CaCl2的激发机理做出解释。结果表明：随着CaCl2浓度增加，FPFM水化热量从1.1 mW/g增大至2.9 mW/g，总累计放热量从16.4 J/g增大至29.6 J/g，诱导阶段和加速阶段持续时间缩短，使其水化反应速率加快，水化反应程度加深。CaCl2激发FPFM的水化机理均为成核和晶体生长（NG）→扩散（I）→相边界作用（D），随着CaCl2浓度增加，FPFM动力学参数均增大，I阶段持续时间延长，促进了粉煤灰的火山灰反应，产生了更多的水化产物。因此，通过对CaCl2激发FPFM早期水化动力学特征的研究，揭示了其结构演化的规律，对FPFM的现场应用提供理论参考。
胶结充填材料的早期水化动力学特征是合理设计配比的重要前提。采用等温量热法测量了不同CaCl2浓度激发粉煤灰膏体充填材料（FPFM）的早期水化放热情况，基于Krstulovic-Dabic水化动力学模型对不同FPFM早期水化放热进行拟合，计算其水化动力学参数，对水化动力过程各阶段的变化特征进行分析，并对CaCl2的激发机理做出解释。结果表明：随着CaCl2浓度增加，FPFM水化热量从1.1 mW/g增大至2.9 mW/g，总累计放热量从16.4 J/g增大至29.6 J/g，诱导阶段和加速阶段持续时间缩短，使其水化反应速率加快，水化反应程度加深。CaCl2激发FPFM的水化机理均为成核和晶体生长（NG）→扩散（I）→相边界作用（D），随着CaCl2浓度增加，FPFM动力学参数均增大，I阶段持续时间延长，促进了粉煤灰的火山灰反应，产生了更多的水化产物。因此，通过对CaCl2激发FPFM早期水化动力学特征的研究，揭示了其结构演化的规律，对FPFM的现场应用提供理论参考。
2023, 41(6): 71-75,91.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306010
摘要:
与常规污泥处理方式相比，热碱分解处理能得到富含蛋白质的高附加值产品，更有利于城镇污水处理厂污泥的土地利用处置。以利用热碱工艺获得的污泥混合液作为原料，以蛋白质、溶解性有机物（SCOD）、总有机碳（TOC）、总氮（TN）浓度为指标，探究超声和化学药剂处理对于污泥细胞的破坏和蛋白质的提取效果，并根据单因素控制变量实验确定最佳反应条件。结果表明：污泥最佳处理条件为超声功率480 W，时间20 min，环境初始温度38℃，环境pH为7.83和DNA提取酚试剂投加比例6%，此时蛋白质最大溶出量为861.71 mg/L，较对照组提升150%~200%；除超声时间无明显影响外，各因素对于污泥蛋白质浓度的影响均为极显著；在超声作用的基础上，外加DNA提取酚试剂协同处理可将胞内外碳水化合物和蛋白质脱附，6%化学药剂投加比例下，可将滤液中蛋白质的浓度提高至最大值861.71 mg/L。
与常规污泥处理方式相比，热碱分解处理能得到富含蛋白质的高附加值产品，更有利于城镇污水处理厂污泥的土地利用处置。以利用热碱工艺获得的污泥混合液作为原料，以蛋白质、溶解性有机物（SCOD）、总有机碳（TOC）、总氮（TN）浓度为指标，探究超声和化学药剂处理对于污泥细胞的破坏和蛋白质的提取效果，并根据单因素控制变量实验确定最佳反应条件。结果表明：污泥最佳处理条件为超声功率480 W，时间20 min，环境初始温度38℃，环境pH为7.83和DNA提取酚试剂投加比例6%，此时蛋白质最大溶出量为861.71 mg/L，较对照组提升150%~200%；除超声时间无明显影响外，各因素对于污泥蛋白质浓度的影响均为极显著；在超声作用的基础上，外加DNA提取酚试剂协同处理可将胞内外碳水化合物和蛋白质脱附，6%化学药剂投加比例下，可将滤液中蛋白质的浓度提高至最大值861.71 mg/L。
2023, 41(6): 76-81,108.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306011
摘要:
为研究电芬顿对疏浚底泥同步脱水去污的可能，以自产双氧水碳黑改性碳毡（CB-CF）为阴极、Ti/RuO2-IrO2金属氧化物形稳电极（DSA）为阳极构建了电芬顿（EF）反应装置。在此反应装置中，考察了不同Fe2+浓度、初始电流以及初始pH对疏浚底泥含水率、有机质含量的影响。当ρ（Fe2+）为2 mmol/L、初始电流为100 mA、初始pH为7时，反应12 h，底泥中有机质降解率达到53.9%，含水率下降至26%。结果表明：运用自主设计的电芬顿反应装置可在降低疏浚底泥有机污染物的同时达到良好的脱水效果，能够实现对疏浚底泥同步脱水去污。
为研究电芬顿对疏浚底泥同步脱水去污的可能，以自产双氧水碳黑改性碳毡（CB-CF）为阴极、Ti/RuO2-IrO2金属氧化物形稳电极（DSA）为阳极构建了电芬顿（EF）反应装置。在此反应装置中，考察了不同Fe2+浓度、初始电流以及初始pH对疏浚底泥含水率、有机质含量的影响。当ρ（Fe2+）为2 mmol/L、初始电流为100 mA、初始pH为7时，反应12 h，底泥中有机质降解率达到53.9%，含水率下降至26%。结果表明：运用自主设计的电芬顿反应装置可在降低疏浚底泥有机污染物的同时达到良好的脱水效果，能够实现对疏浚底泥同步脱水去污。
2023, 41(6): 82-91.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306012
摘要:
以校园餐厨垃圾为主要原料，校园绿化垃圾、废纸、锯末为调理剂，利用热重、荧光、红外等技术探讨了校园有机垃圾蚯蚓堆肥就地处理的热稳定性和物质转化特征。结果表明：将餐厨垃圾、树叶、废纸以1：1：1（干重）物料配比混合进行蚯蚓堆肥，堆肥周期较短（10周），有机物稳定化和资源化效果较好；热重分析表明：堆肥前后堆料失质量大幅减少，由71.44%降低至41.44%，堆体的稳定性增强。通过动力学模型计算发现，堆肥后该处理组的活化能降低了6.163 kJ/mol，三者组合堆肥加快了堆肥进程；对DOM转化的腐殖化表征可知：堆肥后，其腐植酸含量增加了20.13%，而蛋白类物质减少了17.3%；与堆肥前相比，蚓粪中的速效氮、速效磷含量分别提高了6.54，1.82倍。校园餐厨垃圾、绿化垃圾与废纸的联合蚯蚓堆肥处理，可有效加快堆肥进程，提高有机物稳定化和资源化利用的程度，实现校园垃圾就地处理。
以校园餐厨垃圾为主要原料，校园绿化垃圾、废纸、锯末为调理剂，利用热重、荧光、红外等技术探讨了校园有机垃圾蚯蚓堆肥就地处理的热稳定性和物质转化特征。结果表明：将餐厨垃圾、树叶、废纸以1：1：1（干重）物料配比混合进行蚯蚓堆肥，堆肥周期较短（10周），有机物稳定化和资源化效果较好；热重分析表明：堆肥前后堆料失质量大幅减少，由71.44%降低至41.44%，堆体的稳定性增强。通过动力学模型计算发现，堆肥后该处理组的活化能降低了6.163 kJ/mol，三者组合堆肥加快了堆肥进程；对DOM转化的腐殖化表征可知：堆肥后，其腐植酸含量增加了20.13%，而蛋白类物质减少了17.3%；与堆肥前相比，蚓粪中的速效氮、速效磷含量分别提高了6.54，1.82倍。校园餐厨垃圾、绿化垃圾与废纸的联合蚯蚓堆肥处理，可有效加快堆肥进程，提高有机物稳定化和资源化利用的程度，实现校园垃圾就地处理。
2023, 41(6): 92-100.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306013
摘要:
为高效处理高盐垃圾渗滤液，使用改性玄武岩纤维（MBF）填料构建新型生物接触氧化反应器，并全面评估形成的生物巢对高盐废水的处理效果。结果表明：MBF生物巢反应器对高盐垃圾渗滤原液中COD、NH4+-N、TN和TP的平均去除率分别达到（26.3±12.4）%、（29.4±8.8）%、（27.6±7.6）%和（16.5±10.4）%，对经1：16稀释的渗透液中相应污染物的去除率则最高提升至（43.7±11.6）%、（59.5±21.4）%、（57.1±12.2）%和（26±8.2）%。废水经处理后，可生化性（B/C）从0.08最高提升至0.36（稀释条件为5：16）。此外，高盐废水还能促使微生物分泌更多的胞外聚合物（EPS），其含量在原水条件下为417.5 mg/g （VSS），而在稀释后（稀释比1：16时）下降至231.6 mg/g （VSS）。微生物种群结构分析显示，Halomonas作为一种好氧硝化-异样反硝化菌属在低稀释比的反应器中相对丰度较高，且随着盐度的降低而降低。对功能基因进行注释发现，盐度主要对生物的氨氧化过程产生抑制，在R-1、R-2和R-3号反应器中未检测出amoABC和hao表达，而反硝化功能酶的表达量也较种泥有所减少。该研究成果显示了MBF生物巢有对高盐水质的抗胁迫能力，为其在高盐垃圾渗滤液生物处理的推广应用提供依据。
为高效处理高盐垃圾渗滤液，使用改性玄武岩纤维（MBF）填料构建新型生物接触氧化反应器，并全面评估形成的生物巢对高盐废水的处理效果。结果表明：MBF生物巢反应器对高盐垃圾渗滤原液中COD、NH4+-N、TN和TP的平均去除率分别达到（26.3±12.4）%、（29.4±8.8）%、（27.6±7.6）%和（16.5±10.4）%，对经1：16稀释的渗透液中相应污染物的去除率则最高提升至（43.7±11.6）%、（59.5±21.4）%、（57.1±12.2）%和（26±8.2）%。废水经处理后，可生化性（B/C）从0.08最高提升至0.36（稀释条件为5：16）。此外，高盐废水还能促使微生物分泌更多的胞外聚合物（EPS），其含量在原水条件下为417.5 mg/g （VSS），而在稀释后（稀释比1：16时）下降至231.6 mg/g （VSS）。微生物种群结构分析显示，Halomonas作为一种好氧硝化-异样反硝化菌属在低稀释比的反应器中相对丰度较高，且随着盐度的降低而降低。对功能基因进行注释发现，盐度主要对生物的氨氧化过程产生抑制，在R-1、R-2和R-3号反应器中未检测出amoABC和hao表达，而反硝化功能酶的表达量也较种泥有所减少。该研究成果显示了MBF生物巢有对高盐水质的抗胁迫能力，为其在高盐垃圾渗滤液生物处理的推广应用提供依据。
2023, 41(6): 101-108.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306014
摘要:
为探明沉积物-水界面间重金属的迁移转化机制，以西北某水库的表层沉积物为研究对象，通过控制溶解氧含量，设计了对该水库沉积物抑菌、加碳源的室内培养实验。结果表明：好氧培养28 d后，上覆水体中6种重金属浓度降低了46.3%~100%，沉积物中重金属总量均增加，其中活性态含量下降，残渣态含量上升，尤其是Cd和Pb的残渣态含量占总量比值（R/T）分别增加了33.32%和16.11%；厌氧条件下浓度变化的趋势则相反，上覆水体中Pb的浓度比初始浓度增加2.36倍。微生物作用下（加碳源），上覆水体中6种重金属浓度均低于高温灭菌处理，而沉积物中重金属总量相对增加，同时，加碳源后6种重金属的（R/T）值高于灭菌处理。说明微生物活动可使上覆水体中重金属迁移至沉积物中，且将活性态转化为风险低的残渣态，从而降低重金属对人体的危害。因此，提高水库溶解氧含量和微生物数量，对于降低沉积物中重金属活性，富集、固定重金属具有重要作用。
为探明沉积物-水界面间重金属的迁移转化机制，以西北某水库的表层沉积物为研究对象，通过控制溶解氧含量，设计了对该水库沉积物抑菌、加碳源的室内培养实验。结果表明：好氧培养28 d后，上覆水体中6种重金属浓度降低了46.3%~100%，沉积物中重金属总量均增加，其中活性态含量下降，残渣态含量上升，尤其是Cd和Pb的残渣态含量占总量比值（R/T）分别增加了33.32%和16.11%；厌氧条件下浓度变化的趋势则相反，上覆水体中Pb的浓度比初始浓度增加2.36倍。微生物作用下（加碳源），上覆水体中6种重金属浓度均低于高温灭菌处理，而沉积物中重金属总量相对增加，同时，加碳源后6种重金属的（R/T）值高于灭菌处理。说明微生物活动可使上覆水体中重金属迁移至沉积物中，且将活性态转化为风险低的残渣态，从而降低重金属对人体的危害。因此，提高水库溶解氧含量和微生物数量，对于降低沉积物中重金属活性，富集、固定重金属具有重要作用。
2023, 41(6): 109-116.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306015
摘要:
针对生物流化床内构件中底隙高度的设计、优化问题，应用激光粒子图像测速（PIV）和溶解氧在线测试技术，分析了不同曝气强度和底隙高度对生物流化床液相速度、湍动能和氧传质特性的影响。结果表明：底隙高度为75 mm时生物流化床的底部液速和整体液速最大，整体液相湍动能较小。同时，在氧转移系数和转移效率上，有较小的劣势。从结构优化的角度出发，当折流板底隙高度为75 mm时整体效果最好，有利于节约能耗和降低成本。以期为更全面、深入地分析生物流化床其他内构件的协同作用及寻找最佳液相流场和氧传质特性提供参考。
针对生物流化床内构件中底隙高度的设计、优化问题，应用激光粒子图像测速（PIV）和溶解氧在线测试技术，分析了不同曝气强度和底隙高度对生物流化床液相速度、湍动能和氧传质特性的影响。结果表明：底隙高度为75 mm时生物流化床的底部液速和整体液速最大，整体液相湍动能较小。同时，在氧转移系数和转移效率上，有较小的劣势。从结构优化的角度出发，当折流板底隙高度为75 mm时整体效果最好，有利于节约能耗和降低成本。以期为更全面、深入地分析生物流化床其他内构件的协同作用及寻找最佳液相流场和氧传质特性提供参考。
2023, 41(6): 117-123,150.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306016
摘要:
施氏矿物（Sch）因其独特的高铁含量和结构特性，在类芬顿反应过程中对苯酚（C6H5OH）催化氧化过程表现出潜在的高反应性能。通过化学氧化方法合成多相类芬顿型催化剂Sch，并用于液相及污染土壤中的C6H5OH催化氧化降解过程。该合成矿物具有典型海胆状结构、有序形貌特征和特定孔径尺寸的微纳孔结构。研究Sch材料在水相和不同pH乙醇相中对C6H5OH氧化过程的催化效果发现，当pH<7时，C6H5OH去除率可达到98%。当Sch材料以1.25%或2.5%的质量分数添加到中性或近酸性C6H5OH污染土壤时，可使C6H5OH含量由初始值6.052 mg/kg降至0.2 mg/kg以下。该材料在苯酚污染土壤的实际治理修复工程中具有极大的应用前景。
施氏矿物（Sch）因其独特的高铁含量和结构特性，在类芬顿反应过程中对苯酚（C6H5OH）催化氧化过程表现出潜在的高反应性能。通过化学氧化方法合成多相类芬顿型催化剂Sch，并用于液相及污染土壤中的C6H5OH催化氧化降解过程。该合成矿物具有典型海胆状结构、有序形貌特征和特定孔径尺寸的微纳孔结构。研究Sch材料在水相和不同pH乙醇相中对C6H5OH氧化过程的催化效果发现，当pH<7时，C6H5OH去除率可达到98%。当Sch材料以1.25%或2.5%的质量分数添加到中性或近酸性C6H5OH污染土壤时，可使C6H5OH含量由初始值6.052 mg/kg降至0.2 mg/kg以下。该材料在苯酚污染土壤的实际治理修复工程中具有极大的应用前景。
2023, 41(6): 124-131,186.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306017
摘要:
为探究高温预处理对易腐垃圾堆肥腐熟及细菌菌群结构的影响，以易腐垃圾及秸秆为原料，设置常规堆肥（CC，直接堆肥）及高温预处理堆肥（HPC，85℃高温处置4 h后堆肥）2个处理组，利用实验室自制高温预处理装置及堆肥装置堆肥。经高温预处理，HPC组物料氨基酸、还原糖含量分别提升34.2%和52.9%。堆肥过程中，2个试验组均可在16 d内腐熟（C/N<18、种子发芽指数（GI）>70%），而高温预处理能使堆体提前升温，延长高温期的同时提升腐熟度，相比CC组，HPC组积温提升40.7%，堆肥结束时种子发芽指数提升35%，腐殖化指数提高40.2%。堆肥升温期乳酸杆菌（Lactobacillus）等为相对优势菌属，堆肥高温期芽孢杆菌（Bacillus）为优势菌属，堆肥腐熟期嗜热裂孢菌（Thermobifida）等菌属相对丰度提高。高温预处理有利于嗜热菌群特别是芽孢杆菌（Bacillus）的富集，HPC组堆肥前期芽孢杆菌（Bacillus）相对丰度达到63%，促进堆体有机质消耗及升温，堆肥后期由于有机质的大量降解，刺激细菌菌群由降解有机物向着促进堆体腐熟的功能进化，以实现堆肥快速腐熟。
为探究高温预处理对易腐垃圾堆肥腐熟及细菌菌群结构的影响，以易腐垃圾及秸秆为原料，设置常规堆肥（CC，直接堆肥）及高温预处理堆肥（HPC，85℃高温处置4 h后堆肥）2个处理组，利用实验室自制高温预处理装置及堆肥装置堆肥。经高温预处理，HPC组物料氨基酸、还原糖含量分别提升34.2%和52.9%。堆肥过程中，2个试验组均可在16 d内腐熟（C/N<18、种子发芽指数（GI）>70%），而高温预处理能使堆体提前升温，延长高温期的同时提升腐熟度，相比CC组，HPC组积温提升40.7%，堆肥结束时种子发芽指数提升35%，腐殖化指数提高40.2%。堆肥升温期乳酸杆菌（Lactobacillus）等为相对优势菌属，堆肥高温期芽孢杆菌（Bacillus）为优势菌属，堆肥腐熟期嗜热裂孢菌（Thermobifida）等菌属相对丰度提高。高温预处理有利于嗜热菌群特别是芽孢杆菌（Bacillus）的富集，HPC组堆肥前期芽孢杆菌（Bacillus）相对丰度达到63%，促进堆体有机质消耗及升温，堆肥后期由于有机质的大量降解，刺激细菌菌群由降解有机物向着促进堆体腐熟的功能进化，以实现堆肥快速腐熟。
2023, 41(6): 132-142,173.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306018
摘要:
将纳米镍-铁双金属粒子负载于介孔氧化铝，使其分散性、悬浮稳定性、脱氯能力及活性持久性均得到极大提高，可更高效地用于脱氯降解地下水中的氯代烃。首先制备介孔氧化铝载体，其最可几孔径、孔容和比表面积分别为7.65 nm、0.68 cm3/g和350 m2/g；然后采用水解共沉淀-氧化-晶化法制得镍-铁层状双金属氢氧化物/介孔氧化铝，将其在10% H2中400℃煅烧后得到纳米镍-铁（FeNi3）/介孔氧化铝。因介孔氧化铝对纳米镍-铁的分散作用及介孔结构的限域效应，其上纳米镍-铁（FeNi3）粒子分散均匀，晶粒小至11.5 nm；而未被负载的纳米镍-铁粒子发生团聚，粒径为50~100 nm。纳米镍-铁/介孔氧化铝的水悬浮液12 h仍未沉降，而纳米镍-铁在2 min内完全沉降。采用地下水中三氯乙烯平均浓度1000倍作为初始浓度（23.7 mg/L），经48 h反应，纳米镍-铁/介孔氧化铝对三氯乙烯的转化率为12.03%，比纳米镍-铁提高了约9倍；同时三氯乙烯仅剩余0.41%，说明纳米镍-铁/介孔氧化铝也具有优异的吸附性能。纳米镍-铁/介孔氧化铝在重复使用的第4周期仍与第1周期活性相同，48 h后的二碳烃总生成量均为0.23 μmol；至第8周期仍有吸附和脱氯能力，48 h后三氯乙烯去除量和二碳烃总生成量分别为1.05，0.043 μmol；说明其具有优异的活性持久性。因此纳米镍-铁/介孔氧化铝是一种非常有前景的氯代烃污染地下水修复材料。
将纳米镍-铁双金属粒子负载于介孔氧化铝，使其分散性、悬浮稳定性、脱氯能力及活性持久性均得到极大提高，可更高效地用于脱氯降解地下水中的氯代烃。首先制备介孔氧化铝载体，其最可几孔径、孔容和比表面积分别为7.65 nm、0.68 cm3/g和350 m2/g；然后采用水解共沉淀-氧化-晶化法制得镍-铁层状双金属氢氧化物/介孔氧化铝，将其在10% H2中400℃煅烧后得到纳米镍-铁（FeNi3）/介孔氧化铝。因介孔氧化铝对纳米镍-铁的分散作用及介孔结构的限域效应，其上纳米镍-铁（FeNi3）粒子分散均匀，晶粒小至11.5 nm；而未被负载的纳米镍-铁粒子发生团聚，粒径为50~100 nm。纳米镍-铁/介孔氧化铝的水悬浮液12 h仍未沉降，而纳米镍-铁在2 min内完全沉降。采用地下水中三氯乙烯平均浓度1000倍作为初始浓度（23.7 mg/L），经48 h反应，纳米镍-铁/介孔氧化铝对三氯乙烯的转化率为12.03%，比纳米镍-铁提高了约9倍；同时三氯乙烯仅剩余0.41%，说明纳米镍-铁/介孔氧化铝也具有优异的吸附性能。纳米镍-铁/介孔氧化铝在重复使用的第4周期仍与第1周期活性相同，48 h后的二碳烃总生成量均为0.23 μmol；至第8周期仍有吸附和脱氯能力，48 h后三氯乙烯去除量和二碳烃总生成量分别为1.05，0.043 μmol；说明其具有优异的活性持久性。因此纳米镍-铁/介孔氧化铝是一种非常有前景的氯代烃污染地下水修复材料。
2023, 41(6): 143-150.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306019
摘要:
常见的蓝藻处理装备有蓝藻在线分离磁捕船、加压控藻船、深潜式高压灭藻器和组合式藻水分离装置。装备应用可能对环境造成影响，识别典型处理装备的环境影响十分必要。基于生命周期评价方法，以典型蓝藻处理装备为评价对象，分析装备生产和运行阶段的环境影响情况，筛选出了导致环境负荷的主要阶段及主要影响因子。结果表明：4种装置的总环境负荷大小顺序为深潜式高压灭藻器<藻水分离装置<加压控藻船<蓝藻在线分离磁捕船。蓝藻在线分离磁捕船、加压控藻船、藻水分离装置在运行阶段产生的环境负荷较大，分别占总负荷的99.8%、96.6%和99.7%；深潜式高压灭藻器的环境影响主要发生在装备生产阶段，占总负荷的47.6%。加压控藻船和蓝藻在线分离磁捕船在运行阶段的高环境负荷来源于燃料消耗产生的污染物；电耗是造成藻水分离装置在运行阶段高环境负荷的主要因素；深潜式高压灭藻器在生产阶段的主要环境影响因素为钢材的消耗。总体来说，深潜式高压灭藻器更具有环境效益，且兼具占地小、效率高等优点，是未来蓝藻处理装备发展的趋势所在。
常见的蓝藻处理装备有蓝藻在线分离磁捕船、加压控藻船、深潜式高压灭藻器和组合式藻水分离装置。装备应用可能对环境造成影响，识别典型处理装备的环境影响十分必要。基于生命周期评价方法，以典型蓝藻处理装备为评价对象，分析装备生产和运行阶段的环境影响情况，筛选出了导致环境负荷的主要阶段及主要影响因子。结果表明：4种装置的总环境负荷大小顺序为深潜式高压灭藻器<藻水分离装置<加压控藻船<蓝藻在线分离磁捕船。蓝藻在线分离磁捕船、加压控藻船、藻水分离装置在运行阶段产生的环境负荷较大，分别占总负荷的99.8%、96.6%和99.7%；深潜式高压灭藻器的环境影响主要发生在装备生产阶段，占总负荷的47.6%。加压控藻船和蓝藻在线分离磁捕船在运行阶段的高环境负荷来源于燃料消耗产生的污染物；电耗是造成藻水分离装置在运行阶段高环境负荷的主要因素；深潜式高压灭藻器在生产阶段的主要环境影响因素为钢材的消耗。总体来说，深潜式高压灭藻器更具有环境效益，且兼具占地小、效率高等优点，是未来蓝藻处理装备发展的趋势所在。
2023, 41(6): 151-156.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306020
摘要:
以生活垃圾焚烧飞灰烧结陶粒为主要轻集料，制备发泡型实心自保温砌块。研究了飞灰烧结陶粒配比对砌块力学性能和导热系数的影响，并且通过飞灰烧结陶粒与轻质商业化陶粒进行复配，强化保温砌块的保温性能。结果表明：砌块的导热系数随着飞灰烧结陶粒的掺量增加而下降，当添加60%飞灰烧结陶粒时，导热系数最低为0.47 W/（m·K）。当飞灰烧结陶粒与商业陶粒的比值为2：1时，砌块的导热系数、抗压强度和体积密度分别为0.33 W/（m·K）、6.89 MPa和1046.80 kg/m3，其中砌块的导热系数比不添加商业陶粒时降低了29.79%，具有较好的保温性能，为飞灰烧结陶粒制备轻质保温型建筑材料提供借鉴。
以生活垃圾焚烧飞灰烧结陶粒为主要轻集料，制备发泡型实心自保温砌块。研究了飞灰烧结陶粒配比对砌块力学性能和导热系数的影响，并且通过飞灰烧结陶粒与轻质商业化陶粒进行复配，强化保温砌块的保温性能。结果表明：砌块的导热系数随着飞灰烧结陶粒的掺量增加而下降，当添加60%飞灰烧结陶粒时，导热系数最低为0.47 W/（m·K）。当飞灰烧结陶粒与商业陶粒的比值为2：1时，砌块的导热系数、抗压强度和体积密度分别为0.33 W/（m·K）、6.89 MPa和1046.80 kg/m3，其中砌块的导热系数比不添加商业陶粒时降低了29.79%，具有较好的保温性能，为飞灰烧结陶粒制备轻质保温型建筑材料提供借鉴。
2023, 41(6): 157-165,221.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306021
摘要:
针对现有PM2.5和O3预测模型精度不高的问题，基于南京市2015-01-01-2021-06-30期间的PM2.5和O3日平均浓度数据，构建了一种互补集合经验模态分解（CEEMD）二次分解和长短期记忆神经网络（LSTM）的污染物浓度预测模型。通过变分模式分解（VMD）将污染物浓度序列进行一次分解，利用分解后的残余分量进行CEEMD二次分解，再将分解后的所有子序列通过LSTM进行预测，最后将输出结果重构得到最终结果。结果表明：在南京市场景下进行预测时，与3种比较模型相比，所提出的模型具有优越性和便捷性，其O3和PM2.5浓度的RMSE分别为16.47、5.12。该研究结果可为分析O3和PM2.5污染趋势提供参考。
针对现有PM2.5和O3预测模型精度不高的问题，基于南京市2015-01-01-2021-06-30期间的PM2.5和O3日平均浓度数据，构建了一种互补集合经验模态分解（CEEMD）二次分解和长短期记忆神经网络（LSTM）的污染物浓度预测模型。通过变分模式分解（VMD）将污染物浓度序列进行一次分解，利用分解后的残余分量进行CEEMD二次分解，再将分解后的所有子序列通过LSTM进行预测，最后将输出结果重构得到最终结果。结果表明：在南京市场景下进行预测时，与3种比较模型相比，所提出的模型具有优越性和便捷性，其O3和PM2.5浓度的RMSE分别为16.47、5.12。该研究结果可为分析O3和PM2.5污染趋势提供参考。
2023, 41(6): 166-173.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306022
摘要:
调蓄池是缓解城市内涝广泛应用的技术措施之一，但目前调蓄池在工程应用过程中存在设计不合理、缺乏整体效益分析等问题。为有效缓解城市内涝，提出了一种基于InfoWorks ICM模型和多目标遗传算法相耦合的调蓄池规模优化方法，并以某城市片区为例对该方法进行应用。采用InfoWorks ICM模型分析了积水内涝风险，得出5，10，20年一遇降雨重现期下片区积水点溢流总量分别为14355，17102，19838 m3，将上述结果与多目标遗传算法进行耦合，以降低工程造价和内涝风险为目标函数，以调蓄池占地面积和效率指数为约束条件，分别在不同降雨重现期下提出了5种优化方案，通过比较5，10，20年一遇降雨重现期下最优解的分布特征，确定方案2为最优方案，所对应的调蓄池造价为2713万，4612万，6240万元。因此，InfoWorks ICM模型与遗传算法相耦合的方法，可用于城市内涝调蓄池的规模优化设计。
调蓄池是缓解城市内涝广泛应用的技术措施之一，但目前调蓄池在工程应用过程中存在设计不合理、缺乏整体效益分析等问题。为有效缓解城市内涝，提出了一种基于InfoWorks ICM模型和多目标遗传算法相耦合的调蓄池规模优化方法，并以某城市片区为例对该方法进行应用。采用InfoWorks ICM模型分析了积水内涝风险，得出5，10，20年一遇降雨重现期下片区积水点溢流总量分别为14355，17102，19838 m3，将上述结果与多目标遗传算法进行耦合，以降低工程造价和内涝风险为目标函数，以调蓄池占地面积和效率指数为约束条件，分别在不同降雨重现期下提出了5种优化方案，通过比较5，10，20年一遇降雨重现期下最优解的分布特征，确定方案2为最优方案，所对应的调蓄池造价为2713万，4612万，6240万元。因此，InfoWorks ICM模型与遗传算法相耦合的方法，可用于城市内涝调蓄池的规模优化设计。
2023, 41(6): 174-180.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306023
摘要:
充分利用二次供水系统中低位水箱的调蓄功能，构建了供水管网优化调度模型，旨在降低水厂二级泵站能耗。模型采取分步优化策略，依次实现低位水箱与二级泵站的优化调度。首先，建立二次规划模型，得出低位水箱进水阀门调控指令及管网理想供水流量；再以理想供水流量与扬水能耗为优化目标，同时耦合反馈调整，构建基于NSGA2算法的二级泵站多目标优化模型。将模型应用于SZ市GS区供水管网实例，结果显示：低位水箱与二级泵站联动调度相较仅单纯调控水泵，可削减约7.7%供水能耗。所构建的模型可为探索供水管网全系统优化调度提供理论参考。
充分利用二次供水系统中低位水箱的调蓄功能，构建了供水管网优化调度模型，旨在降低水厂二级泵站能耗。模型采取分步优化策略，依次实现低位水箱与二级泵站的优化调度。首先，建立二次规划模型，得出低位水箱进水阀门调控指令及管网理想供水流量；再以理想供水流量与扬水能耗为优化目标，同时耦合反馈调整，构建基于NSGA2算法的二级泵站多目标优化模型。将模型应用于SZ市GS区供水管网实例，结果显示：低位水箱与二级泵站联动调度相较仅单纯调控水泵，可削减约7.7%供水能耗。所构建的模型可为探索供水管网全系统优化调度提供理论参考。
2023, 41(6): 181-186.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306024
摘要:
调研了深圳市L区12座水质净化厂2016-2020年的污泥产率。结果表明：污泥产率（以绝干污泥计）的区间为0.51~2.66 t/万m3，5年污泥产率的平均值呈逐年上升趋势。大多数情况下，对污水处理工艺进行"提标改造"可降低污泥产率。进水SS和BOD5与污泥产率呈正相关。出厂污泥含水率影响污泥处理时的药剂投加量，进而影响污泥产率。料仓储存条件会改变出厂污泥的质量，从而影响污泥产率。降低污泥产率可以从优化污水处理系统、提高进水可生化性、减少药剂投加量以及改善料仓储存条件入手，建议采用旁路进水或多点曝气，控制进水中悬浮固体的含量，强化预处理阶段泥沙分离，优化污泥处理时的药剂投加量，以及使用封闭料仓储存及密闭污泥运输等污泥原位减量的措施。
调研了深圳市L区12座水质净化厂2016-2020年的污泥产率。结果表明：污泥产率（以绝干污泥计）的区间为0.51~2.66 t/万m3，5年污泥产率的平均值呈逐年上升趋势。大多数情况下，对污水处理工艺进行"提标改造"可降低污泥产率。进水SS和BOD5与污泥产率呈正相关。出厂污泥含水率影响污泥处理时的药剂投加量，进而影响污泥产率。料仓储存条件会改变出厂污泥的质量，从而影响污泥产率。降低污泥产率可以从优化污水处理系统、提高进水可生化性、减少药剂投加量以及改善料仓储存条件入手，建议采用旁路进水或多点曝气，控制进水中悬浮固体的含量，强化预处理阶段泥沙分离，优化污泥处理时的药剂投加量，以及使用封闭料仓储存及密闭污泥运输等污泥原位减量的措施。
2023, 41(6): 187-193,209.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306025
摘要:
为研究平原河网地区中小河流水质变化特征，以浙江省嘉善县为研究区域，基于2015-2020年区域内14个监测断面逐月水质监测数据，采用综合水质指数（WQI）法对河流水质进行综合评价，并结合M-K趋势检验方法和地理信息系统（GIS），探究河流水质时空变化特征。结果表明：基于WQI值分析，河流水质整体均值为65.09，评价等级为"中等"；河流水质存在显著的时空差异，2015-2020年，河流水质显著改善，年内总体呈现非汛期水质优于汛期水质，北部水质优于南部水质的规律；河流水质时空差异主要受降雨、人类活动和土地利用方式等因素影响。研究结果可为平原河网地区河流水污染防治及水质综合管理提供参考。
为研究平原河网地区中小河流水质变化特征，以浙江省嘉善县为研究区域，基于2015-2020年区域内14个监测断面逐月水质监测数据，采用综合水质指数（WQI）法对河流水质进行综合评价，并结合M-K趋势检验方法和地理信息系统（GIS），探究河流水质时空变化特征。结果表明：基于WQI值分析，河流水质整体均值为65.09，评价等级为"中等"；河流水质存在显著的时空差异，2015-2020年，河流水质显著改善，年内总体呈现非汛期水质优于汛期水质，北部水质优于南部水质的规律；河流水质时空差异主要受降雨、人类活动和土地利用方式等因素影响。研究结果可为平原河网地区河流水污染防治及水质综合管理提供参考。
2023, 41(6): 194-201,258.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306026
摘要:
建筑垃圾再生处理设施布局是构建建筑垃圾资源化回收网络的关键。为实现设施选址布局的多周期考量，提出了一种分时演变的规划方法，综合设施处理能力、社会负效应及不同时期建筑垃圾产量特征，建立了区域经济成本与环境负面影响最小化的多目标规划模型，采用遗传算法进行智能求解，得到设施选址布局动态优化方案。以西宁市主城区为例，建立t1、t2、t3（2020，2025，2030年）3个时期建筑垃圾再生处理设施网络，验证了模型的有效性。结果表明：t1时期B2、B3处和t2、t3时期B2、B3、B5处候选点为最优选址位置，其适应度值分别收敛于3.7925×108、4.392×108、5.0205×108。该模型能有效平衡设施选址布局中经济与环境2方面的矛盾，实现设施选址动态优化，可为政府等相关决策者构建区域建筑垃圾再生处理设施网络提供一定的参考。
建筑垃圾再生处理设施布局是构建建筑垃圾资源化回收网络的关键。为实现设施选址布局的多周期考量，提出了一种分时演变的规划方法，综合设施处理能力、社会负效应及不同时期建筑垃圾产量特征，建立了区域经济成本与环境负面影响最小化的多目标规划模型，采用遗传算法进行智能求解，得到设施选址布局动态优化方案。以西宁市主城区为例，建立t1、t2、t3（2020，2025，2030年）3个时期建筑垃圾再生处理设施网络，验证了模型的有效性。结果表明：t1时期B2、B3处和t2、t3时期B2、B3、B5处候选点为最优选址位置，其适应度值分别收敛于3.7925×108、4.392×108、5.0205×108。该模型能有效平衡设施选址布局中经济与环境2方面的矛盾，实现设施选址动态优化，可为政府等相关决策者构建区域建筑垃圾再生处理设施网络提供一定的参考。
2023, 41(6): 202-209.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306027
摘要:
为揭示昆明市时空序列水资源承载力转移演变规律，为区域水资源优化配置和可持续开发利用提供决策支持，构建了基于熵权法的水资源承载力综合评价模型，并借助马尔可夫转移模型，对对象研究区内各县（区）25年间的水资源承载力的时空转移和演化特征进行分析。结果表明：研究区水资源承载能力总体偏低，空间差异明显。其中，昆明市北部及东北部区域是资源性缺水的水资源承载力较低区，研究期内水资源承载力多年平均值为0.26~0.38；中部及西南部区域经济发达、人口密度最大，是供水性短缺的水资源承载能力较低区，研究期内水资源承载力多年平均值为0.30~0.41；东南部区域降水量相对丰富，人口密度低，水资源承载能力相对较高，研究期内水资源承载力多年平均值为0.37~0.54。此外，研究区水资源承载能力总体上空间转移变化频次较高。其中，中部地区在研究期5个时段内变化频次最大，达4次之多，表明研究区水资源承载力水平阶段性变化较大，这与研究区降水量时空分布极不均衡、水资源供需不平衡、季节性缺水和人口分布特征有较大关系。
为揭示昆明市时空序列水资源承载力转移演变规律，为区域水资源优化配置和可持续开发利用提供决策支持，构建了基于熵权法的水资源承载力综合评价模型，并借助马尔可夫转移模型，对对象研究区内各县（区）25年间的水资源承载力的时空转移和演化特征进行分析。结果表明：研究区水资源承载能力总体偏低，空间差异明显。其中，昆明市北部及东北部区域是资源性缺水的水资源承载力较低区，研究期内水资源承载力多年平均值为0.26~0.38；中部及西南部区域经济发达、人口密度最大，是供水性短缺的水资源承载能力较低区，研究期内水资源承载力多年平均值为0.30~0.41；东南部区域降水量相对丰富，人口密度低，水资源承载能力相对较高，研究期内水资源承载力多年平均值为0.37~0.54。此外，研究区水资源承载能力总体上空间转移变化频次较高。其中，中部地区在研究期5个时段内变化频次最大，达4次之多，表明研究区水资源承载力水平阶段性变化较大，这与研究区降水量时空分布极不均衡、水资源供需不平衡、季节性缺水和人口分布特征有较大关系。
2023, 41(6): 210-221.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306028
摘要:
微生物生长显著影响供水管网中的水质安全，供水管网中微生物主要存在于生物膜中。近年来，随着高通量基因测序技术的广泛使用，多物种生物膜的研究越来越受到重视。微生物种间相互作用等因素会影响多物种生物膜的形成，而控制供水管网生物膜中微生物的生长对于限制水传播疾病至关重要。从胞外聚合物、生物膜调节基因、抗生素和环境适应性等方面讨论了多物种生物膜形成的初步机制，综述了供水管网多物种生物膜中微生物之间的种间相互作用（竞争、协作及中性作用），并从群体感应信号分子、代谢共生和交互共生等方面探讨了种间相互作用机制及其对生物膜形成的影响，从生物学及非生物学角度总结了微生物种间相互作用的影响因素。基于上述分析，提出研究微生物种间相互作用机制以及多物种生物膜形成因素，为限制生物膜生长、保障饮用水水质安全提供新思路。
微生物生长显著影响供水管网中的水质安全，供水管网中微生物主要存在于生物膜中。近年来，随着高通量基因测序技术的广泛使用，多物种生物膜的研究越来越受到重视。微生物种间相互作用等因素会影响多物种生物膜的形成，而控制供水管网生物膜中微生物的生长对于限制水传播疾病至关重要。从胞外聚合物、生物膜调节基因、抗生素和环境适应性等方面讨论了多物种生物膜形成的初步机制，综述了供水管网多物种生物膜中微生物之间的种间相互作用（竞争、协作及中性作用），并从群体感应信号分子、代谢共生和交互共生等方面探讨了种间相互作用机制及其对生物膜形成的影响，从生物学及非生物学角度总结了微生物种间相互作用的影响因素。基于上述分析，提出研究微生物种间相互作用机制以及多物种生物膜形成因素，为限制生物膜生长、保障饮用水水质安全提供新思路。
2023, 41(6): 222-232.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306029
摘要:
厌氧消化是实现餐厨垃圾资源化利用和无害化处理的有效手段。然而，餐厨垃圾中含有的大量异源物质对厌氧体系产生潜在影响。主要探究了典型异源物质（NaCl、调味剂等）对餐厨垃圾厌氧消化效能的影响。分析发现，异源物质主要通过影响微生物群落结构（如甲烷鬃毛菌属、甲烷杆菌属、甲烷八叠球菌属等产甲烷菌）、代谢活性（如细胞膜通透性、渗透压和关键酶活性等）、微生物代谢功能及关键功能基因的表达（如ACAS和mcrA等）方式对餐厨垃圾厌氧消化效能产生抑制。然而，通过采用物理（如热、超声、生物炭吸附等）、化学（如酸、碱、高级氧化技术等）、生物（如功能菌富集、微生物驯化、酶等）等预处理手段可有效削减和调控餐厨垃圾的消化效能。最后，针对多种异源物质的协同影响以及源头分类、生化调控优化技术的结合和开发等角度进行了展望，可为餐厨垃圾厌氧消化效能的提升提供参考。
厌氧消化是实现餐厨垃圾资源化利用和无害化处理的有效手段。然而，餐厨垃圾中含有的大量异源物质对厌氧体系产生潜在影响。主要探究了典型异源物质（NaCl、调味剂等）对餐厨垃圾厌氧消化效能的影响。分析发现，异源物质主要通过影响微生物群落结构（如甲烷鬃毛菌属、甲烷杆菌属、甲烷八叠球菌属等产甲烷菌）、代谢活性（如细胞膜通透性、渗透压和关键酶活性等）、微生物代谢功能及关键功能基因的表达（如ACAS和mcrA等）方式对餐厨垃圾厌氧消化效能产生抑制。然而，通过采用物理（如热、超声、生物炭吸附等）、化学（如酸、碱、高级氧化技术等）、生物（如功能菌富集、微生物驯化、酶等）等预处理手段可有效削减和调控餐厨垃圾的消化效能。最后，针对多种异源物质的协同影响以及源头分类、生化调控优化技术的结合和开发等角度进行了展望，可为餐厨垃圾厌氧消化效能的提升提供参考。
2023, 41(6): 233-238.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306030
摘要:
环境事件是一种复杂的离散系统的集合。预测和研究环境系统的性质需要建立和模拟不同复杂程度的数学模型。这种类型的计算实验通常需要结合离散和连续变量以及在不同时间尺度上操作的过程。Petri网作为一种可视化的建模工具，可以对环境事件进行精确的描述。回顾了近年来国内外学者在环境领域运用Petri网建模的相关研究。重点对5种开创性的研究成果展开讨论，分别为Petri网建模在环境影响评价领域的应用、Petri网建模在污染物排放限值仿真的应用、Petri网建模在环境数据处理的应用、Petri网建模在风险评估领域的应用以及Petri网建模在环境决策领域的应用。探讨了今后Petri网建模在环境问题的信息化表达、数据的转化与处理、与神经网络和算法相结合、建立专家系统等方面的研究方向。
环境事件是一种复杂的离散系统的集合。预测和研究环境系统的性质需要建立和模拟不同复杂程度的数学模型。这种类型的计算实验通常需要结合离散和连续变量以及在不同时间尺度上操作的过程。Petri网作为一种可视化的建模工具，可以对环境事件进行精确的描述。回顾了近年来国内外学者在环境领域运用Petri网建模的相关研究。重点对5种开创性的研究成果展开讨论，分别为Petri网建模在环境影响评价领域的应用、Petri网建模在污染物排放限值仿真的应用、Petri网建模在环境数据处理的应用、Petri网建模在风险评估领域的应用以及Petri网建模在环境决策领域的应用。探讨了今后Petri网建模在环境问题的信息化表达、数据的转化与处理、与神经网络和算法相结合、建立专家系统等方面的研究方向。
2023, 41(6): 239-247.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306031
摘要:
高含盐废水处理难度大，膜处理法由于成本低、占地面积小和工艺操作方便而备受关注。有机金属框架纳米材料（MOFs）因其纳米孔道可调控、比表面积高，高分子兼容性好，在高盐废水处理中具有潜在优势。介绍了MOFs混合基质膜与薄膜纳米复合膜的优势、分离原理。随后，基于膜材料的合成与设计思路，分析了MOFs膜材料的基本制备策略，并且综述了MOFs膜材料在工业高盐废水处理和海水淡化领域的应用进展。提出了MOFs膜材料在高含盐水处理中遇到的瓶颈问题以及用于处理高盐废水的MOFs膜材料的研究方向。分析表明：膜污染和结垢机理与预防策略的深入探究、MOFs在膜中的分散性问题、膜成本控制以及工业化生产等均为该领域亟须突破的问题，研发稳定、经济、环境友好型的MOFs膜材料将成为MOFs膜处理高盐废水领域新的研究重点。
高含盐废水处理难度大，膜处理法由于成本低、占地面积小和工艺操作方便而备受关注。有机金属框架纳米材料（MOFs）因其纳米孔道可调控、比表面积高，高分子兼容性好，在高盐废水处理中具有潜在优势。介绍了MOFs混合基质膜与薄膜纳米复合膜的优势、分离原理。随后，基于膜材料的合成与设计思路，分析了MOFs膜材料的基本制备策略，并且综述了MOFs膜材料在工业高盐废水处理和海水淡化领域的应用进展。提出了MOFs膜材料在高含盐水处理中遇到的瓶颈问题以及用于处理高盐废水的MOFs膜材料的研究方向。分析表明：膜污染和结垢机理与预防策略的深入探究、MOFs在膜中的分散性问题、膜成本控制以及工业化生产等均为该领域亟须突破的问题，研发稳定、经济、环境友好型的MOFs膜材料将成为MOFs膜处理高盐废水领域新的研究重点。
2023, 41(6): 248-258.
doi: 10.13205/j.hjgc.202306032
摘要:
因国内铁矿品位较低，烧结矿已成为钢铁企业生产中必不可少的原料，但铁矿粉烧结会排放大量含颗粒物、SOx、NOx等污染物的烟气，是造成酸雨、臭氧层漏洞、PM2.5污染等环境问题的重要原因，同时严重危害人体健康，亟须妥善治理。介绍了烧结烟气中几种污染物的产生机制及污染现状，并对污染物的治理手段及新兴治理技术进行了归纳与分析，比较发现单独的污染物治理手段已不能满足钢铁企业节能高效生产与超低排放的要求，协同治理手段仍待完善，因此需根据企业污染物特性及生产指标、排放要求等情况，选择适合的一种或多种协同治理工艺进行烟气治理。在此基础上提出利用全焦粉、生物质燃料等新燃料工艺来降低源头污染物的引入，并与末端治理手段相结合的综合治理方式，以期实现在烧结污染物治理过程中的"首""尾"呼应，达到"1+1>2"的治理效果，为我国钢铁产业的各工序污染物防治提供参考，助力钢铁企业高质量、绿色发展。
因国内铁矿品位较低，烧结矿已成为钢铁企业生产中必不可少的原料，但铁矿粉烧结会排放大量含颗粒物、SOx、NOx等污染物的烟气，是造成酸雨、臭氧层漏洞、PM2.5污染等环境问题的重要原因，同时严重危害人体健康，亟须妥善治理。介绍了烧结烟气中几种污染物的产生机制及污染现状，并对污染物的治理手段及新兴治理技术进行了归纳与分析，比较发现单独的污染物治理手段已不能满足钢铁企业节能高效生产与超低排放的要求，协同治理手段仍待完善，因此需根据企业污染物特性及生产指标、排放要求等情况，选择适合的一种或多种协同治理工艺进行烟气治理。在此基础上提出利用全焦粉、生物质燃料等新燃料工艺来降低源头污染物的引入，并与末端治理手段相结合的综合治理方式，以期实现在烧结污染物治理过程中的"首""尾"呼应，达到"1+1>2"的治理效果，为我国钢铁产业的各工序污染物防治提供参考，助力钢铁企业高质量、绿色发展。
