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2024年 第42卷 第10期
2024, 42(10): 1-10.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410001
摘要:
再生水生态利用可缓解水资源短缺和改善城市水生态环境。但是,目前还存在再生水的生态效应不清楚,相关水质指标体系和阈值确定方法不完善,深度处理工艺和生态缓冲区构建待优化,经济成本、节能降碳和环境效益缺乏统筹等关键问题。因此,亟需建立快速评价水质生态安全的有效技术与方法,厘清再生水的生态效应,完善再生水水质标准的指标体系,建立体现环境特质的再生水水质安全阈值确定方法,开发新污染物和病原微生物等关键风险因子的绿色去除技术,明晰生态缓冲区构建原理和水质净化融合机制,建立再生水生态利用综合环境效益评价方法和再生水生态利用方案优化方法。
再生水生态利用可缓解水资源短缺和改善城市水生态环境。但是,目前还存在再生水的生态效应不清楚,相关水质指标体系和阈值确定方法不完善,深度处理工艺和生态缓冲区构建待优化,经济成本、节能降碳和环境效益缺乏统筹等关键问题。因此,亟需建立快速评价水质生态安全的有效技术与方法,厘清再生水的生态效应,完善再生水水质标准的指标体系,建立体现环境特质的再生水水质安全阈值确定方法,开发新污染物和病原微生物等关键风险因子的绿色去除技术,明晰生态缓冲区构建原理和水质净化融合机制,建立再生水生态利用综合环境效益评价方法和再生水生态利用方案优化方法。
2024, 42(10): 11-16.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410002
摘要:
针对某稀土化工厂产生的碱性高氟废水氟超低排放的问题,研究了除氟技术方案及其条件优化,并提出了工艺方案和开展了工程设计。结果表明:氟化钙化学沉淀法更适合高氟废水的除氟,钙氟比的增加有助于化学沉淀除氟效果的提升,但是,过量的CaCl2投加[c(Ca)∶c(F)>0.7]会导致污泥产量的急剧增加;而混凝沉淀更适合低氟废水(<20 mg/L)的进一步深度除氟,c(Al)∶c(F)为13.5且初始pH为6时,出水氟浓度可以稳定在约0.37 mg/L。并基于此提出了高氟废水超低排放工艺方案,开展了工程设计,利用企业产生的高钙酸性废水预处理碱性高氟废水后,再使用化学沉淀-混凝沉淀耦合工艺,可以使得出水氟浓度稳定达到＜1.5 mg/L的排放标准。
针对某稀土化工厂产生的碱性高氟废水氟超低排放的问题,研究了除氟技术方案及其条件优化,并提出了工艺方案和开展了工程设计。结果表明:氟化钙化学沉淀法更适合高氟废水的除氟,钙氟比的增加有助于化学沉淀除氟效果的提升,但是,过量的CaCl2投加[c(Ca)∶c(F)>0.7]会导致污泥产量的急剧增加;而混凝沉淀更适合低氟废水(<20 mg/L)的进一步深度除氟,c(Al)∶c(F)为13.5且初始pH为6时,出水氟浓度可以稳定在约0.37 mg/L。并基于此提出了高氟废水超低排放工艺方案,开展了工程设计,利用企业产生的高钙酸性废水预处理碱性高氟废水后,再使用化学沉淀-混凝沉淀耦合工艺,可以使得出水氟浓度稳定达到＜1.5 mg/L的排放标准。
2024, 42(10): 17-25.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410003
摘要:
开发了一种以短程硝化-反硝化为原理的新型高效同步脱氮工艺(highly efficient single-stage nitrogen removal process,Hesin),并采用1个总容积为300 m3的Hesin装置,通过添加原水偶联限氧运行的联合控制策略,经过185 d启动和运行,成功实现了Hesin工艺对餐厨废水厌氧消化液的高效处理。工程试验结果表明:在稳定运行期间,水力停留时间为100 h,处理水量为60 m3/d,ρ(DO)限制在0.5 mg/L左右,平均TN去除速率可达到(0.32±0.05) kg/(m3·d),平均TN去除率可达到95.55%,出水ρ(TN)<100 mg/L,平均COD去除率为87.26%,为传统工艺处理餐厨废水工程应用效能的3倍左右。经Hesin工艺驯化后的污泥,污泥浓度可达到8.85 g/L,污泥粒径有明显增加。通过高通量测序对微生物群落结构进行分析发现,驯化过程中出现明显的群落演替现象,其中亚硝酸盐氧化菌群Nitrospirales成功被抑制洗出,该结果与工程运行过程中亚硝酸盐的累积现象相吻合,表明短程硝化-反硝化过程的成功实现。研究成果可为餐厨废水厌氧消化液的TN脱除提供新的解决方案和技术支撑。
开发了一种以短程硝化-反硝化为原理的新型高效同步脱氮工艺(highly efficient single-stage nitrogen removal process,Hesin),并采用1个总容积为300 m3的Hesin装置,通过添加原水偶联限氧运行的联合控制策略,经过185 d启动和运行,成功实现了Hesin工艺对餐厨废水厌氧消化液的高效处理。工程试验结果表明:在稳定运行期间,水力停留时间为100 h,处理水量为60 m3/d,ρ(DO)限制在0.5 mg/L左右,平均TN去除速率可达到(0.32±0.05) kg/(m3·d),平均TN去除率可达到95.55%,出水ρ(TN)<100 mg/L,平均COD去除率为87.26%,为传统工艺处理餐厨废水工程应用效能的3倍左右。经Hesin工艺驯化后的污泥,污泥浓度可达到8.85 g/L,污泥粒径有明显增加。通过高通量测序对微生物群落结构进行分析发现,驯化过程中出现明显的群落演替现象,其中亚硝酸盐氧化菌群Nitrospirales成功被抑制洗出,该结果与工程运行过程中亚硝酸盐的累积现象相吻合,表明短程硝化-反硝化过程的成功实现。研究成果可为餐厨废水厌氧消化液的TN脱除提供新的解决方案和技术支撑。
2024, 42(10): 26-32.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410004
摘要:
为研究入库河流污染物削减问题,以深圳市宝安区铁岗水库为研究对象,结合入库河流水质及现有水质提升工程现状,提出以"调蓄+处理+转输"工艺流程处理流域内面源污染,并对工艺处理结果进行分析。结果表明:铁岗水库4条入库河流污染物含量均超出GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类水质标准,入河流域内有6.5万m3初雨面源污染未得到解决。通过6个调蓄池收集6.5万m3初期雨水调蓄后,采用A2/O生物反应池+高密度沉淀池+模块化明渠式紫外线消毒装置工艺进行处理;初期雨水中COD去除率达86.9%,BOD5、NH3-N、TN及TP去除率均达到94%以上,水质达到GB 3838—2002 Ⅳ类水质标准,可直接补给入库河流。
为研究入库河流污染物削减问题,以深圳市宝安区铁岗水库为研究对象,结合入库河流水质及现有水质提升工程现状,提出以"调蓄+处理+转输"工艺流程处理流域内面源污染,并对工艺处理结果进行分析。结果表明:铁岗水库4条入库河流污染物含量均超出GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅴ类水质标准,入河流域内有6.5万m3初雨面源污染未得到解决。通过6个调蓄池收集6.5万m3初期雨水调蓄后,采用A2/O生物反应池+高密度沉淀池+模块化明渠式紫外线消毒装置工艺进行处理;初期雨水中COD去除率达86.9%,BOD5、NH3-N、TN及TP去除率均达到94%以上,水质达到GB 3838—2002 Ⅳ类水质标准,可直接补给入库河流。
2024, 42(10): 33-40.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410005
摘要:
由于城镇化进程的差异,不同区域流域面源污染也存在较大差异,为研究典型流域城镇和非城镇面源污染规律及环境效应,选取长江流域丘陵山区(重庆市永川区)和平原河网区(江苏省常州市金坛区)为研究对象,分析不同地貌下城镇面源污染和非城镇面源污染的时空分布特征,并结合降雨特征探究了降雨与城镇和非城镇面源污染物的相关性。结果表明:在长江流域,丘陵山区和平原河网区城镇面源污染占比均远高于非城镇,在丘陵山区降雨较少的冬季(11月—次年3月)差异更显著。两区域对不同面源污染物指标的月度响应不同,丘陵山区的不同形态氮和磷浓度均略高于平原河网区。丘陵山区城镇不同形态磷浓度最高值出现在12月,而非城镇的最高值则出现在8月,平原河网区不同形态磷浓度最高值均出现在11月。此外,两区域秋冬季节非城镇的CODMn高于城镇区域。降雨与两区域非城镇大多数面源污染物指标呈正相关,说明降雨是非城镇面源污染的主要影响因子之一,但降雨与不同面源污染物相关性有长期响应和瞬时作用之分,表现在10年内年平均降雨量与两区域大多数非城镇面源污染指标呈正相关,而采样期间降雨量则与多数平原河网区城镇面源污染指标呈正相关。研究结果揭示了城镇面源污染在长江流域丘陵山区和平原河网区的面源污染中占据的较重分量,厘清城镇和非城镇面源污染的时空分布特征和污染规律对科学防控面源污染具有重要意义。
由于城镇化进程的差异,不同区域流域面源污染也存在较大差异,为研究典型流域城镇和非城镇面源污染规律及环境效应,选取长江流域丘陵山区(重庆市永川区)和平原河网区(江苏省常州市金坛区)为研究对象,分析不同地貌下城镇面源污染和非城镇面源污染的时空分布特征,并结合降雨特征探究了降雨与城镇和非城镇面源污染物的相关性。结果表明:在长江流域,丘陵山区和平原河网区城镇面源污染占比均远高于非城镇,在丘陵山区降雨较少的冬季(11月—次年3月)差异更显著。两区域对不同面源污染物指标的月度响应不同,丘陵山区的不同形态氮和磷浓度均略高于平原河网区。丘陵山区城镇不同形态磷浓度最高值出现在12月,而非城镇的最高值则出现在8月,平原河网区不同形态磷浓度最高值均出现在11月。此外,两区域秋冬季节非城镇的CODMn高于城镇区域。降雨与两区域非城镇大多数面源污染物指标呈正相关,说明降雨是非城镇面源污染的主要影响因子之一,但降雨与不同面源污染物相关性有长期响应和瞬时作用之分,表现在10年内年平均降雨量与两区域大多数非城镇面源污染指标呈正相关,而采样期间降雨量则与多数平原河网区城镇面源污染指标呈正相关。研究结果揭示了城镇面源污染在长江流域丘陵山区和平原河网区的面源污染中占据的较重分量,厘清城镇和非城镇面源污染的时空分布特征和污染规律对科学防控面源污染具有重要意义。
2024, 42(10): 41-49.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410006
摘要:
油藏采出液的原油相近年来被认为是获得原油降解菌的理想环境,但缺乏对其微生物分离富集的研究。以华北油田6口油井采出液为研究对象,比较了采出液油水两相的微生物群落结构,随后富集了各原油相的内源菌群,同时跟踪了富集过程中的群落演替,并考察了富集菌群对环境因子多次连续扰动的响应。结果表明:原油相的微生物多样性及丰富度均高于水相样品,且两相间的群落结构存在显著差异。P1号、92号和99号油井的原油相中分别含有111、23和9个独特的OTUs。连续富集10代后,富集群落15号、92号和P1号的原油降解率逐步增加并趋于稳定,最高降解率分别为81.9%、71.5%和63.6%。15号群落的优势菌主要包括Brevibacillus (89.3%)、Novibacillus (8.0%) 和Bacillus (1.5%),而92号和P1号富集群落以Brevibacillus为绝对优势菌,其相对丰度高达99%以上。在温度及氧气的多次连续扰动下,P1号群落的微生物组成及丰度均发生变化,优势菌Brevibacillus被抑制,同时Paenibacillus和Aneurinibacillus的相对丰度上升,造成部分中长链烷烃(C18—C29)的积累;但15号和92号群落可维持稳定的烷烃降解能力。上述结果表明,采出液的原油相可以作为原油降解菌的潜在微生物源。
油藏采出液的原油相近年来被认为是获得原油降解菌的理想环境,但缺乏对其微生物分离富集的研究。以华北油田6口油井采出液为研究对象,比较了采出液油水两相的微生物群落结构,随后富集了各原油相的内源菌群,同时跟踪了富集过程中的群落演替,并考察了富集菌群对环境因子多次连续扰动的响应。结果表明:原油相的微生物多样性及丰富度均高于水相样品,且两相间的群落结构存在显著差异。P1号、92号和99号油井的原油相中分别含有111、23和9个独特的OTUs。连续富集10代后,富集群落15号、92号和P1号的原油降解率逐步增加并趋于稳定,最高降解率分别为81.9%、71.5%和63.6%。15号群落的优势菌主要包括Brevibacillus (89.3%)、Novibacillus (8.0%) 和Bacillus (1.5%),而92号和P1号富集群落以Brevibacillus为绝对优势菌,其相对丰度高达99%以上。在温度及氧气的多次连续扰动下,P1号群落的微生物组成及丰度均发生变化,优势菌Brevibacillus被抑制,同时Paenibacillus和Aneurinibacillus的相对丰度上升,造成部分中长链烷烃(C18—C29)的积累;但15号和92号群落可维持稳定的烷烃降解能力。上述结果表明,采出液的原油相可以作为原油降解菌的潜在微生物源。
2024, 42(10): 50-55.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410007
摘要:
内蒙古自治区是我国北疆重要生态安全屏障,研究该地区农村污水治理效果有利于帮助保障区域生态安全、推进和美乡村建设。对内蒙古自治区585个农村开展污水治理情况调研,并结合调研结果分析了内蒙古自治区西部区、中部区和东部区的农村污水产排特征(人均排水量、排水系数和污水水质情况)和5种污水治理方式(依托改厕进行污水资源化利用、纳入城镇管网、建设集中式污水处理设施、建设分散式污水处理设施和拉运处理)的应用现状(处理规模、工艺类型和出水去向),并在此基础上对内蒙古自治区农村污水处理提出了以下建议:科学评估现有治理方式的短期治理效果和长期综合效益;有效降低冬季低温和排水不连续对污水处理设施运行效果的影响;合理解决资金缺口和运维技术力量不足带来的处理设施运行难题。
内蒙古自治区是我国北疆重要生态安全屏障,研究该地区农村污水治理效果有利于帮助保障区域生态安全、推进和美乡村建设。对内蒙古自治区585个农村开展污水治理情况调研,并结合调研结果分析了内蒙古自治区西部区、中部区和东部区的农村污水产排特征(人均排水量、排水系数和污水水质情况)和5种污水治理方式(依托改厕进行污水资源化利用、纳入城镇管网、建设集中式污水处理设施、建设分散式污水处理设施和拉运处理)的应用现状(处理规模、工艺类型和出水去向),并在此基础上对内蒙古自治区农村污水处理提出了以下建议:科学评估现有治理方式的短期治理效果和长期综合效益;有效降低冬季低温和排水不连续对污水处理设施运行效果的影响;合理解决资金缺口和运维技术力量不足带来的处理设施运行难题。
2024, 42(10): 56-64.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410008
摘要:
在众多工业废水处理工艺中,铁碳微电解技术具有不耗电、运营成本低、适用废水种类多、处理效率高、设备简单且易维护等特点,已被应用于处理印染废水、制药废水、焦化废水和电镀废水等领域。综述了铁碳微电解的作用原理等方面的研究进展,初始pH值、反应时间、铁碳比、曝气量、温度等对废水处理效果有显著影响的工艺条件的优化研究,以及铁碳微电解技术在印染、制药、焦化、造纸废水等典型工业废水处理中的应用现状,并探讨了铁碳微电解技术在应用过程中存在的瓶颈问题,以及相应的突破方向。
在众多工业废水处理工艺中,铁碳微电解技术具有不耗电、运营成本低、适用废水种类多、处理效率高、设备简单且易维护等特点,已被应用于处理印染废水、制药废水、焦化废水和电镀废水等领域。综述了铁碳微电解的作用原理等方面的研究进展,初始pH值、反应时间、铁碳比、曝气量、温度等对废水处理效果有显著影响的工艺条件的优化研究,以及铁碳微电解技术在印染、制药、焦化、造纸废水等典型工业废水处理中的应用现状,并探讨了铁碳微电解技术在应用过程中存在的瓶颈问题,以及相应的突破方向。
2024, 42(10): 65-72.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410009
摘要:
活性炭对不同污染物的吸附去除存在较大差异,对市场商用活性炭进行了典型油气组分间二甲苯吸附去除综合性能评价,并进行吸附性能的系统考察。以6种不同基质材质的活性炭为原料,通过设计间二甲苯静态吸附实验,结合活性炭物理、化学性质的表征和对比,综合筛选出吸附性能最优的活性炭进行动态吸附研究,探究了不同间二甲苯气体流速、进口浓度和床层高度对活性炭吸附性能的影响。结果表明:6种活性炭比表面积为851~1851 m2/g,孔体积为0.047~0.698 m3/g,平均孔径为3.0~4.3 nm,对间二甲苯静态吸附量为253.5~870.7 mg/g。同时,具有微-介孔结构的AC-6活性炭具有最大的间二甲苯静态吸附量870.7 mg/g,最大的比表面积1851 m2/g,孔体积0.698 m3/g和平均孔径4.3 nm,同时含有羟基、羧基、酯基等丰富的表面官能团;对AC-6活性炭进行动态吸附实验,将活性炭床高度从0.6 cm 增加至1.0 cm时,饱和吸附量从436.6 mg/g增至465.4 mg/g;增加进气流量,饱和吸附量由473.1 mg/g降低至430.9 mg/g;提高进口浓度,饱和吸附量从468.0 mg/g降低至386.7 mg/g,间二甲苯进口浓度对吸附性能影响较大。木质AC-6对间二甲苯的吸附动力学更符合准一级动力学模型,Langmuir吸附等温模型能更好地描述活性炭对间二甲苯的吸附过程。
活性炭对不同污染物的吸附去除存在较大差异,对市场商用活性炭进行了典型油气组分间二甲苯吸附去除综合性能评价,并进行吸附性能的系统考察。以6种不同基质材质的活性炭为原料,通过设计间二甲苯静态吸附实验,结合活性炭物理、化学性质的表征和对比,综合筛选出吸附性能最优的活性炭进行动态吸附研究,探究了不同间二甲苯气体流速、进口浓度和床层高度对活性炭吸附性能的影响。结果表明:6种活性炭比表面积为851~1851 m2/g,孔体积为0.047~0.698 m3/g,平均孔径为3.0~4.3 nm,对间二甲苯静态吸附量为253.5~870.7 mg/g。同时,具有微-介孔结构的AC-6活性炭具有最大的间二甲苯静态吸附量870.7 mg/g,最大的比表面积1851 m2/g,孔体积0.698 m3/g和平均孔径4.3 nm,同时含有羟基、羧基、酯基等丰富的表面官能团;对AC-6活性炭进行动态吸附实验,将活性炭床高度从0.6 cm 增加至1.0 cm时,饱和吸附量从436.6 mg/g增至465.4 mg/g;增加进气流量,饱和吸附量由473.1 mg/g降低至430.9 mg/g;提高进口浓度,饱和吸附量从468.0 mg/g降低至386.7 mg/g,间二甲苯进口浓度对吸附性能影响较大。木质AC-6对间二甲苯的吸附动力学更符合准一级动力学模型,Langmuir吸附等温模型能更好地描述活性炭对间二甲苯的吸附过程。
2024, 42(10): 73-82.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410010
摘要:
为分析PM2.5与O3的污染特征,利用沈阳市新冠肺炎疫情期间的国控监测站点污染物数据,结合WRF-Chem模式分别对2次污染过程的气象环境与扩散情况在中尺度区域上进行模拟分析,利用HYSPLIT软件对污染过程进行传输通道分析、潜在源区分析和浓度权重分析。结果表明:疫情3年期间,PM2.5浓度一直处于下降状态,O3浓度在2021年处于极低值点。PM2.5与O3污染随季节波动,PM2.5污染呈现出明显的季节特征,秋冬季频发,且受逆温天气、高湿度、高大气稳定度、低风速等不良天气状况影响较大;而O3污染受高温影响明显。沈阳市1月污染物外部传输可能主要来源于北方,而春夏季O3污染外部传输主要受辽宁省南部及黄海区域影响。O3浓度呈现出明显的春夏季高,秋冬季低的特征,且午间浓度高于夜晚,易受回暖高温影响等特点。高强度太阳辐射、高温天气、静稳天气等会诱发O3污染。疫情期间减少人为排放有效降低了PM2.5污染,但对于O3污染未见明显影响。
为分析PM2.5与O3的污染特征,利用沈阳市新冠肺炎疫情期间的国控监测站点污染物数据,结合WRF-Chem模式分别对2次污染过程的气象环境与扩散情况在中尺度区域上进行模拟分析,利用HYSPLIT软件对污染过程进行传输通道分析、潜在源区分析和浓度权重分析。结果表明:疫情3年期间,PM2.5浓度一直处于下降状态,O3浓度在2021年处于极低值点。PM2.5与O3污染随季节波动,PM2.5污染呈现出明显的季节特征,秋冬季频发,且受逆温天气、高湿度、高大气稳定度、低风速等不良天气状况影响较大;而O3污染受高温影响明显。沈阳市1月污染物外部传输可能主要来源于北方,而春夏季O3污染外部传输主要受辽宁省南部及黄海区域影响。O3浓度呈现出明显的春夏季高,秋冬季低的特征,且午间浓度高于夜晚,易受回暖高温影响等特点。高强度太阳辐射、高温天气、静稳天气等会诱发O3污染。疫情期间减少人为排放有效降低了PM2.5污染,但对于O3污染未见明显影响。
2024, 42(10): 83-91.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410011
摘要:
研究公路货运瓶颈节点的污染物形成机理与分布特征可为货运高排区域的大气污染联防联控提供理论依据。通过采集北京市重点货运路网的逐秒行驶轨迹数据、重型柴油车排放测试数据,依据拥堵形成消散机理,设计基于行驶工况(减速、加速、怠速)的排放源强量化指标,进而构建货车拥堵时空排放模型。最后,以北京市通州区西集综合检查站为案例,分析该瓶颈节点的CO2、CO、THC、NOx时空分布特征,并对比设站前后以及采取减排措施下时空污染物变化情况。结果表明:瓶颈节点的排放总量是常规的2.2~2.5倍。瓶颈区前排队区域以及驶离线后0~10 m区域排放强度最大,为减速驶入和瓶颈作业区域的2.1~2.9倍。抽检与提升检测站服务效率均在一定程度上改善了排放,且2种减排措施对NOx改善效果最为显著。
研究公路货运瓶颈节点的污染物形成机理与分布特征可为货运高排区域的大气污染联防联控提供理论依据。通过采集北京市重点货运路网的逐秒行驶轨迹数据、重型柴油车排放测试数据,依据拥堵形成消散机理,设计基于行驶工况(减速、加速、怠速)的排放源强量化指标,进而构建货车拥堵时空排放模型。最后,以北京市通州区西集综合检查站为案例,分析该瓶颈节点的CO2、CO、THC、NOx时空分布特征,并对比设站前后以及采取减排措施下时空污染物变化情况。结果表明:瓶颈节点的排放总量是常规的2.2~2.5倍。瓶颈区前排队区域以及驶离线后0~10 m区域排放强度最大,为减速驶入和瓶颈作业区域的2.1~2.9倍。抽检与提升检测站服务效率均在一定程度上改善了排放,且2种减排措施对NOx改善效果最为显著。
2024, 42(10): 92-101.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410012
摘要:
为深入了解郑州市机动车污染排放现状,提升移动源污染治理水平,通过融合多源交通大数据,搭建基于路段交通流和本地化排放因子的郑州市路网排放动态测算模型,实现对道路排放的实时测算,建立了小时级、路段级高分辨率道路移动源排放清单。开展郑州市分车型、分环路、行政区、道路类别等机动车排放特征分析,提出机动车污染管控措施建议。结果表明:小客车是CO2、CO和HC的主要贡献车型,NOx和PM排放量主要来自货车和大型客车;郑州市机动车CO2、CO和HC排放主要集中在三环内区域,碳排放量从中心城区至边缘呈逐渐减弱趋势,NOx和PM排放沿环路呈明显的带状分布;东南部区域机动车污染物排放水平偏高,其中郑东新区和金水区CO2、CO和HC污染物排放占比超出郑州市区排放量40%,中牟县和新郑市NOx和PM排放污染较重;快速路类型机动车CO2排放率高至3.66 t/(km·d),高速路类型NOx排放强度最大,为0.017 t/(km·d)。研究显示,郑州市可通过优先推动主城区绿色低碳发展和提高货车污染治理水平,推进本市移动源减污降碳协同增效,以切实改善空气质量。
为深入了解郑州市机动车污染排放现状,提升移动源污染治理水平,通过融合多源交通大数据,搭建基于路段交通流和本地化排放因子的郑州市路网排放动态测算模型,实现对道路排放的实时测算,建立了小时级、路段级高分辨率道路移动源排放清单。开展郑州市分车型、分环路、行政区、道路类别等机动车排放特征分析,提出机动车污染管控措施建议。结果表明:小客车是CO2、CO和HC的主要贡献车型,NOx和PM排放量主要来自货车和大型客车;郑州市机动车CO2、CO和HC排放主要集中在三环内区域,碳排放量从中心城区至边缘呈逐渐减弱趋势,NOx和PM排放沿环路呈明显的带状分布;东南部区域机动车污染物排放水平偏高,其中郑东新区和金水区CO2、CO和HC污染物排放占比超出郑州市区排放量40%,中牟县和新郑市NOx和PM排放污染较重;快速路类型机动车CO2排放率高至3.66 t/(km·d),高速路类型NOx排放强度最大,为0.017 t/(km·d)。研究显示,郑州市可通过优先推动主城区绿色低碳发展和提高货车污染治理水平,推进本市移动源减污降碳协同增效,以切实改善空气质量。
2024, 42(10): 102-111.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410013
摘要:
在分析各行业VOCs研究现状基础上,针对铁路运输行业VOCs排放环节和特征,结合排放标准、治理技术及管控中存在问题,提出全流程管控路径。结果表明:我国铁路运输行业VOCs相关研究起步较晚,其中对环境影响较大的环节是列车维护中清洗、检修、喷补漆阶段。同时,不同作业车间VOCs组分存在一定差异,如喷油泵车间和储油池敞开液面VOCs组分含量顺序为脂肪烃＞卤代烃＞含氧化合物＞芳香烃,喷补漆处理库和浸漆敞开液面组分顺序为卤代烃＞含氧化合物＞芳香烃＞脂肪烃,油料类排放的VOCs组分中脂肪烃浓度最高,漆料类排放的VOCs组分中卤代烃浓度最高。此外,目前铁路运输行业缺乏VOCs排放标准和治理技术的研究,部分作业点存在末端处理设施落后、作业场所不密封及部分管道泄漏等问题,尚未形成合适的VOCs治理技术和管控体系。该研究根据铁路运输行业VOCs产排特性,提出构建全过程精细化管控路径方法,以期为我国铁路运输行业VOCs精准化管控提供参考。
在分析各行业VOCs研究现状基础上,针对铁路运输行业VOCs排放环节和特征,结合排放标准、治理技术及管控中存在问题,提出全流程管控路径。结果表明:我国铁路运输行业VOCs相关研究起步较晚,其中对环境影响较大的环节是列车维护中清洗、检修、喷补漆阶段。同时,不同作业车间VOCs组分存在一定差异,如喷油泵车间和储油池敞开液面VOCs组分含量顺序为脂肪烃＞卤代烃＞含氧化合物＞芳香烃,喷补漆处理库和浸漆敞开液面组分顺序为卤代烃＞含氧化合物＞芳香烃＞脂肪烃,油料类排放的VOCs组分中脂肪烃浓度最高,漆料类排放的VOCs组分中卤代烃浓度最高。此外,目前铁路运输行业缺乏VOCs排放标准和治理技术的研究,部分作业点存在末端处理设施落后、作业场所不密封及部分管道泄漏等问题,尚未形成合适的VOCs治理技术和管控体系。该研究根据铁路运输行业VOCs产排特性,提出构建全过程精细化管控路径方法,以期为我国铁路运输行业VOCs精准化管控提供参考。
2024, 42(10): 112-120.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410014
摘要:
双碳背景下,以生物质为原料制备生物炭代替煤基炭,用于钢铁行业烧结烟气低温脱硝成为研究热点。以生物质为原料,通过单因素实验考察硝酸氧化、Mn掺杂量、粘结剂添加、活化条件对材料性能的影响,制备得到机械强度达标、脱硝效率高和催化稳定性好的Mn掺杂多孔炭基复合功能材料,并通过一系列表征初步探究材料组成、结构与低温脱硝活性之间的构效关系。结果表明,以硝酸氧化后的玉米秸秆生物炭为载体,掺杂活性组分Mn,添加混合粘结剂辅以水蒸气活化得到综合性能最佳的复合功能材料,在低温(120 ℃)脱硝活性测试中NO的稳态去除率达66.4%,是煤基活性炭的7倍左右,在模拟湿烟气工况下脱硝活性也显著高于煤基活性炭。研究成果为钢铁行业烧结烟气低温SCR脱硝提供了一种新的思路。
双碳背景下,以生物质为原料制备生物炭代替煤基炭,用于钢铁行业烧结烟气低温脱硝成为研究热点。以生物质为原料,通过单因素实验考察硝酸氧化、Mn掺杂量、粘结剂添加、活化条件对材料性能的影响,制备得到机械强度达标、脱硝效率高和催化稳定性好的Mn掺杂多孔炭基复合功能材料,并通过一系列表征初步探究材料组成、结构与低温脱硝活性之间的构效关系。结果表明,以硝酸氧化后的玉米秸秆生物炭为载体,掺杂活性组分Mn,添加混合粘结剂辅以水蒸气活化得到综合性能最佳的复合功能材料,在低温(120 ℃)脱硝活性测试中NO的稳态去除率达66.4%,是煤基活性炭的7倍左右,在模拟湿烟气工况下脱硝活性也显著高于煤基活性炭。研究成果为钢铁行业烧结烟气低温SCR脱硝提供了一种新的思路。
2024, 42(10): 121-131.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410015
摘要:
粉煤灰产量逐年增加,造成资源浪费和环境健康隐患,且随着产业化结构的调整,粉煤灰的大量堆存带来一系列压力和挑战。目前,从粉煤灰中提取稀土元素,实现高附加值回收利用,已成为解决粉煤灰问题的重要方案。对粉煤灰中稀土元素的利用现状和现有提取方法进行综述,对现有技术流程进行了系统的总结和讨论,为粉煤灰中稀土元素的资源化利用提供参考借鉴。结果表明:传统粉煤灰回收稀土元素方法回收率高,但成本高且易产生二次污染;生物法等新技术能耗更低、环境友好,相比于传统方法更有前景,但技术不成熟,存在周期长、效率不高、难分离等问题。因此,未来发展方向应集中在传统方法的降本增效和新方法的工艺优化。研究结果将为粉煤灰资源利用相关企业、机构和研究工作者提供参考和借鉴,形成环保、经济、高效的粉煤灰回收策略,践行循环经济的减量化、再利用和资源化,助力我国矿业可持续发展。
粉煤灰产量逐年增加,造成资源浪费和环境健康隐患,且随着产业化结构的调整,粉煤灰的大量堆存带来一系列压力和挑战。目前,从粉煤灰中提取稀土元素,实现高附加值回收利用,已成为解决粉煤灰问题的重要方案。对粉煤灰中稀土元素的利用现状和现有提取方法进行综述,对现有技术流程进行了系统的总结和讨论,为粉煤灰中稀土元素的资源化利用提供参考借鉴。结果表明:传统粉煤灰回收稀土元素方法回收率高,但成本高且易产生二次污染;生物法等新技术能耗更低、环境友好,相比于传统方法更有前景,但技术不成熟,存在周期长、效率不高、难分离等问题。因此,未来发展方向应集中在传统方法的降本增效和新方法的工艺优化。研究结果将为粉煤灰资源利用相关企业、机构和研究工作者提供参考和借鉴,形成环保、经济、高效的粉煤灰回收策略,践行循环经济的减量化、再利用和资源化,助力我国矿业可持续发展。
2024, 42(10): 132-139.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410016
摘要:
可持续航空燃料作为航空碳中和的必然战略选择,其应用可显著减少航空业的碳排放。采用文献计量分析方法,结合S形曲线及可视化工具VOSviewer,对2001—2022年Web of Science数据库中可持续航空燃料相关的2440篇研究论文进行定量分析,并根据incoPat全球专利数据库对可持续航空燃料关键技术进行发展态势分析。结果表明:可持续航空燃料相关的研究论文数量从2001年的8篇增加到2022年的388篇,通过构建发文量S形曲线,可直观看到可持续航空燃料在未来近20年内具备巨大的发展潜力。在全球化的可持续航空燃料科技角逐中,中国发文量居全球第2位,仅次于美国,两者共同为国际合作网络核心国家。通过关键词及热点演进,表明"乙醇""微藻""纤维素""加氢脱氧""费托合成""生命周期评估"成为新的研究热点,结合专利分析,表明"加氢脱氧"与"费托合成"技术发展到了较为成熟的阶段。相关文献计量结论为中国立足自身国情发展自身的可持续航空燃料科技与产业提供信息支撑。
可持续航空燃料作为航空碳中和的必然战略选择,其应用可显著减少航空业的碳排放。采用文献计量分析方法,结合S形曲线及可视化工具VOSviewer,对2001—2022年Web of Science数据库中可持续航空燃料相关的2440篇研究论文进行定量分析,并根据incoPat全球专利数据库对可持续航空燃料关键技术进行发展态势分析。结果表明:可持续航空燃料相关的研究论文数量从2001年的8篇增加到2022年的388篇,通过构建发文量S形曲线,可直观看到可持续航空燃料在未来近20年内具备巨大的发展潜力。在全球化的可持续航空燃料科技角逐中,中国发文量居全球第2位,仅次于美国,两者共同为国际合作网络核心国家。通过关键词及热点演进,表明"乙醇""微藻""纤维素""加氢脱氧""费托合成""生命周期评估"成为新的研究热点,结合专利分析,表明"加氢脱氧"与"费托合成"技术发展到了较为成熟的阶段。相关文献计量结论为中国立足自身国情发展自身的可持续航空燃料科技与产业提供信息支撑。
2024, 42(10): 140-146.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410017
摘要:
随着我国垃圾分类政策的推行和"双碳"目标的引领,厨余垃圾处理行业正处于快速发展阶段。厨余垃圾厌氧发酵相较于填埋和焚烧等传统工艺,具有资源利用率高、环境友好等优点,且厌氧发酵产物的多样性使其具有广泛的发展和应用潜力。总结了厨余垃圾厌氧发酵机理与发展现状,重点分析了以产沼和产酸为主要产物的研究与工程应用情况,并对厨余垃圾厌氧发酵领域目前存在的问题与未来的发展方向进行了探讨,以期为不同地区筛选适宜的厨余垃圾厌氧发酵处理方式提供支撑,促进厨余垃圾资源化利用技术的高效与低成本发展,加强厨余垃圾的有效消纳和资源化产物的多场景应用。
随着我国垃圾分类政策的推行和"双碳"目标的引领,厨余垃圾处理行业正处于快速发展阶段。厨余垃圾厌氧发酵相较于填埋和焚烧等传统工艺,具有资源利用率高、环境友好等优点,且厌氧发酵产物的多样性使其具有广泛的发展和应用潜力。总结了厨余垃圾厌氧发酵机理与发展现状,重点分析了以产沼和产酸为主要产物的研究与工程应用情况,并对厨余垃圾厌氧发酵领域目前存在的问题与未来的发展方向进行了探讨,以期为不同地区筛选适宜的厨余垃圾厌氧发酵处理方式提供支撑,促进厨余垃圾资源化利用技术的高效与低成本发展,加强厨余垃圾的有效消纳和资源化产物的多场景应用。
2024, 42(10): 147-154.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410018
摘要:
为探究稻壳炭强化污泥蚯蚓堆肥过程中蚯蚓富集重金属的特征,将0、2%、4%、6%和8%稻壳炭添入污泥进行蚯蚓堆肥,通过对污泥、蚯蚓表皮、肠道和整体中重金属的内在关联分析,探索蚯蚓吸收污泥中重金属路径。结果表明:稻壳炭加入蚯蚓-污泥堆肥体系后,可提高堆肥污泥pH值和TK,降低堆肥污泥EC、TOC、TP及重金属有效态含量;稻壳炭的添加增加了蚯蚓整体、表皮和肠道中重金属含量,从而降低了污泥中重金属有效态含量;稻壳炭的添加促进了蚯蚓表皮吸收重金属的趋势,重金属Cr、Cu、Zn分配系数随着稻壳炭添加比例增大而增大,Pb分配系数随着稻壳炭添加比例增高而降低;稻壳炭添加通过改变污泥pH值和EC影响蚯蚓整体吸收重金属能力,通过改变污泥pH值、TOC、TN和TP影响蚯蚓表皮吸收重金属能力,通过改变污泥TN和TP影响蚯蚓肠道吸收重金属能力。研究结果以期为生物炭调控蚯蚓堆肥污泥中重金属,实现污泥的资源化利用提供理论支持。
为探究稻壳炭强化污泥蚯蚓堆肥过程中蚯蚓富集重金属的特征,将0、2%、4%、6%和8%稻壳炭添入污泥进行蚯蚓堆肥,通过对污泥、蚯蚓表皮、肠道和整体中重金属的内在关联分析,探索蚯蚓吸收污泥中重金属路径。结果表明:稻壳炭加入蚯蚓-污泥堆肥体系后,可提高堆肥污泥pH值和TK,降低堆肥污泥EC、TOC、TP及重金属有效态含量;稻壳炭的添加增加了蚯蚓整体、表皮和肠道中重金属含量,从而降低了污泥中重金属有效态含量;稻壳炭的添加促进了蚯蚓表皮吸收重金属的趋势,重金属Cr、Cu、Zn分配系数随着稻壳炭添加比例增大而增大,Pb分配系数随着稻壳炭添加比例增高而降低;稻壳炭添加通过改变污泥pH值和EC影响蚯蚓整体吸收重金属能力,通过改变污泥pH值、TOC、TN和TP影响蚯蚓表皮吸收重金属能力,通过改变污泥TN和TP影响蚯蚓肠道吸收重金属能力。研究结果以期为生物炭调控蚯蚓堆肥污泥中重金属,实现污泥的资源化利用提供理论支持。
2024, 42(10): 155-164.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410019
摘要:
农田土壤重金属污染与粮食安全、人体健康安全息息相关。以贵溪市乌石坑铁矿为例,在废弃矿坑、尾矿库以及下游农田采集了52份表层土壤样本,检测其重金属含量,并对采样数据运用地累积指数法、潜在生态风险评价法评估重金属的污染特征,采用绝对主成分-多元线性回归模型(APCS-MLR)和正定矩阵因子分解模型(PMF)解析土壤重金属来源。结果表明:下游农田土壤Cu、Cd、As超过GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》筛选值;地累积指数评价结果表明:Cd处于偏中度污染级别,Cu、Ni、Zn处于轻度污染级别,As、Hg、Pb处于无污染级别。潜在生态风险评价结果表明:Cd(133.36)为较强生态风险,Hg(54.18)为中度生态风险,其他元素单项潜在生态风险均为轻度生态风险。研究区综合生态风险指数均值为226.59,整体呈较强的潜在生态风险。APCS-MLR与PMF模型评价得出结论相似,Pb主要是自然来源,Cd、Cu主要受废弃铁矿影响,Zn、Ni受自然和废弃铁矿共同影响,As主要来源于养殖场,Hg主要受化石燃料燃烧影响。
农田土壤重金属污染与粮食安全、人体健康安全息息相关。以贵溪市乌石坑铁矿为例,在废弃矿坑、尾矿库以及下游农田采集了52份表层土壤样本,检测其重金属含量,并对采样数据运用地累积指数法、潜在生态风险评价法评估重金属的污染特征,采用绝对主成分-多元线性回归模型(APCS-MLR)和正定矩阵因子分解模型(PMF)解析土壤重金属来源。结果表明:下游农田土壤Cu、Cd、As超过GB 15618—2018《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》筛选值;地累积指数评价结果表明:Cd处于偏中度污染级别,Cu、Ni、Zn处于轻度污染级别,As、Hg、Pb处于无污染级别。潜在生态风险评价结果表明:Cd(133.36)为较强生态风险,Hg(54.18)为中度生态风险,其他元素单项潜在生态风险均为轻度生态风险。研究区综合生态风险指数均值为226.59,整体呈较强的潜在生态风险。APCS-MLR与PMF模型评价得出结论相似,Pb主要是自然来源,Cd、Cu主要受废弃铁矿影响,Zn、Ni受自然和废弃铁矿共同影响,As主要来源于养殖场,Hg主要受化石燃料燃烧影响。
2024, 42(10): 165-176.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410020
摘要:
为了明确稻秆生物炭和芽孢杆菌的联合作用对铜、镉污染土壤的重金属形态转化及微生物群落的作用机理,通过土壤培养试验,对比分析了土壤中Cu和Cd不同形态的含量、土壤化学性质和酶活性的变化特征,采用高通量测序技术阐明土壤微生物群落的响应规律。结果表明:生物炭和微生物(BC+M)处理后,土壤Cu和Cd酸提取态下降尤为显著,含量分别降低27.35%和27.48%;BC+M能显著提高土壤pH值,增强土壤有效磷、速效钾和过氧化氢酶活性,分别提高了114.16%、462.76%和113.79%;酸提取态Cu和Cd含量与pH、碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)、阳离子交换量(CEC)和有机质(SOM)呈负相关,但酸提取态Cu与AK、AP显著负相关(P＜0.05),酸提取态Cd与AK、pH显著负相关(P＜0.05);BC+M处理显著提高土壤微生物群落多样性,主要提高了Chloroflexi、Actinobacteriota、Firmicutes、Acidobacteriota和Bacteroidota等对重金属具有较强耐性的优势菌群丰度,相比真菌群落,细菌群落对土壤环境因子变化的响应更加强烈,尤其是Proteobacteria、Chloroflexi、Firmicutes、Acidobacteriota和Bacteroidota。稻秆生物炭与芽孢杆菌主要通过影响土壤pH值、AP、AK和细菌群落结构,从而使土壤Cu和Cd酸提取态向其他形态转化,这可为土壤重金属污染微生物修复提供理论参考。
为了明确稻秆生物炭和芽孢杆菌的联合作用对铜、镉污染土壤的重金属形态转化及微生物群落的作用机理,通过土壤培养试验,对比分析了土壤中Cu和Cd不同形态的含量、土壤化学性质和酶活性的变化特征,采用高通量测序技术阐明土壤微生物群落的响应规律。结果表明:生物炭和微生物(BC+M)处理后,土壤Cu和Cd酸提取态下降尤为显著,含量分别降低27.35%和27.48%;BC+M能显著提高土壤pH值,增强土壤有效磷、速效钾和过氧化氢酶活性,分别提高了114.16%、462.76%和113.79%;酸提取态Cu和Cd含量与pH、碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)、阳离子交换量(CEC)和有机质(SOM)呈负相关,但酸提取态Cu与AK、AP显著负相关(P＜0.05),酸提取态Cd与AK、pH显著负相关(P＜0.05);BC+M处理显著提高土壤微生物群落多样性,主要提高了Chloroflexi、Actinobacteriota、Firmicutes、Acidobacteriota和Bacteroidota等对重金属具有较强耐性的优势菌群丰度,相比真菌群落,细菌群落对土壤环境因子变化的响应更加强烈,尤其是Proteobacteria、Chloroflexi、Firmicutes、Acidobacteriota和Bacteroidota。稻秆生物炭与芽孢杆菌主要通过影响土壤pH值、AP、AK和细菌群落结构,从而使土壤Cu和Cd酸提取态向其他形态转化,这可为土壤重金属污染微生物修复提供理论参考。
2024, 42(10): 177-187.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410021
摘要:
为评估简易生活垃圾填埋场内原状土壤重金属污染程度及人体健康风险,以浙江省某小型简易生活垃圾填埋场为例,于场内采集18个土壤点位,54份土壤样品,分析土壤样品中Cu、Pb、Cd、Hg、As和Zn含量,综合运用污染负荷指数法(PLI)、地累积指数法(Igeo)和潜在生态风险指数法(RI)等方法探讨其重金属污染特征,借助USEPA健康风险评价模型,进行成人重金属健康风险评价。结果表明:18个土壤点位6种重金属整体污染程度以无污染和轻度污染为主,引起污染累积和潜在风险的主要指标是Cd、As、Cu和Hg。但需要引起重视的是,中层、下层土壤与表层相比污染均更为严重,少数为高、极高生态风险。经口摄入是致癌风险的主要暴露途径,Cd和As的95%数值显示存在明显致癌风险;非致癌风险中,皮肤接触贡献率最高,3种暴露途径下成人的非致癌指数和总危害指数均<1,无风险。研究结果可为简易生活垃圾填埋场后续整治提供数据参考,无论封场管控、开挖筛分利用还是异地搬迁,均可为原址土壤污染的生态修复提供数据支撑,为风险管控及治理修复提供科学依据。
为评估简易生活垃圾填埋场内原状土壤重金属污染程度及人体健康风险,以浙江省某小型简易生活垃圾填埋场为例,于场内采集18个土壤点位,54份土壤样品,分析土壤样品中Cu、Pb、Cd、Hg、As和Zn含量,综合运用污染负荷指数法(PLI)、地累积指数法(Igeo)和潜在生态风险指数法(RI)等方法探讨其重金属污染特征,借助USEPA健康风险评价模型,进行成人重金属健康风险评价。结果表明:18个土壤点位6种重金属整体污染程度以无污染和轻度污染为主,引起污染累积和潜在风险的主要指标是Cd、As、Cu和Hg。但需要引起重视的是,中层、下层土壤与表层相比污染均更为严重,少数为高、极高生态风险。经口摄入是致癌风险的主要暴露途径,Cd和As的95%数值显示存在明显致癌风险;非致癌风险中,皮肤接触贡献率最高,3种暴露途径下成人的非致癌指数和总危害指数均<1,无风险。研究结果可为简易生活垃圾填埋场后续整治提供数据参考,无论封场管控、开挖筛分利用还是异地搬迁,均可为原址土壤污染的生态修复提供数据支撑,为风险管控及治理修复提供科学依据。
2024, 42(10): 188-200.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410022
摘要:
中国能源碳排放效率的时空异质性分析,是研究及制定区域能源碳排放效率提升策略,加速实现"双碳"目标的关键之一。提出一种将SBM-DEA(slack based measure-data envelopment analysis)与时空加权回归(spatiotemporal weighted regression, STWR)模型结合的能源碳排放时空异质性分析框架,先基于SBM-DEA模型计算省域能源碳排放效率指标(energy carbon emission efficiency index, ECEI),再通过STWR模型分析2012—2019年该效率指标与对外开放程度、城镇化水平、科技经费投入和煤炭消费占比等主要驱动力之间的时空非平稳性关系,并基于动态时间规整算法(dynamic time warping, DTW)计算各变量对应省域回归系数时间序列之间的相似度,结合Elbow方法运用K-Medoids进行聚类。结果表明:中国能源碳排放量总体呈增长趋势,但ECEI并未提高。1)对外开放程度对ECEI的影响自西向东呈阶梯分布,正向影响强度整体呈西部地区>中部地区>东部地区。2)城镇化水平的影响大部分为正向,程度先增后减,并于2015年达到最大。中国南部城镇化水平与能源碳排放效率呈"U"形关系,负向影响程度先增后减。3)科技经费投入与能源碳排放效率主要呈正相关,沿海地区相对稳定,湖北、湖南等地区正向影响逐渐增强,而东北三省和四川等地区却呈负相关。4)2013—2017年各地区煤炭消费占比负向影响集中于中部地区并呈外延趋势,且程度逐渐减弱。河北、河南及陕西一带煤炭消费占比的负向影响较大,且呈"W"形波动变化。此分析框架综合环境、资源消耗和社会价值等多个评价维度,能更科学合理地测度ECEI,且其首次引入STWR模型,能有效地探析其与各主要驱动因素的时空异质性。通过省域系数时序聚类来辅助识别碳排放效率的时空模式,可为科学、动态协调区域能源消费和CO2排放提供参考。
中国能源碳排放效率的时空异质性分析,是研究及制定区域能源碳排放效率提升策略,加速实现"双碳"目标的关键之一。提出一种将SBM-DEA(slack based measure-data envelopment analysis)与时空加权回归(spatiotemporal weighted regression, STWR)模型结合的能源碳排放时空异质性分析框架,先基于SBM-DEA模型计算省域能源碳排放效率指标(energy carbon emission efficiency index, ECEI),再通过STWR模型分析2012—2019年该效率指标与对外开放程度、城镇化水平、科技经费投入和煤炭消费占比等主要驱动力之间的时空非平稳性关系,并基于动态时间规整算法(dynamic time warping, DTW)计算各变量对应省域回归系数时间序列之间的相似度,结合Elbow方法运用K-Medoids进行聚类。结果表明:中国能源碳排放量总体呈增长趋势,但ECEI并未提高。1)对外开放程度对ECEI的影响自西向东呈阶梯分布,正向影响强度整体呈西部地区>中部地区>东部地区。2)城镇化水平的影响大部分为正向,程度先增后减,并于2015年达到最大。中国南部城镇化水平与能源碳排放效率呈"U"形关系,负向影响程度先增后减。3)科技经费投入与能源碳排放效率主要呈正相关,沿海地区相对稳定,湖北、湖南等地区正向影响逐渐增强,而东北三省和四川等地区却呈负相关。4)2013—2017年各地区煤炭消费占比负向影响集中于中部地区并呈外延趋势,且程度逐渐减弱。河北、河南及陕西一带煤炭消费占比的负向影响较大,且呈"W"形波动变化。此分析框架综合环境、资源消耗和社会价值等多个评价维度,能更科学合理地测度ECEI,且其首次引入STWR模型,能有效地探析其与各主要驱动因素的时空异质性。通过省域系数时序聚类来辅助识别碳排放效率的时空模式,可为科学、动态协调区域能源消费和CO2排放提供参考。
2024, 42(10): 201-208.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410023
摘要:
相较于传统有机胺吸收剂30%MEA,两相吸收剂在降低CO2捕集能耗方面具有更为显著的发展潜力。选用具有不同氨基结构的乙醇胺(MEA)、羟乙基乙二胺(AEEA)、二乙烯三胺(DETA)和三乙烯四胺(TETA)为主吸收剂,分别与分相剂二乙氨基乙醇(DEEA)和水,以1∶2∶1(质量比)复配构建4种两相吸收剂。对其分相性能、吸收-再生性能及黏度特性进行比较研究,发现DEEA+DETA组合为最具开发潜力的两相吸收剂,进一步对其再生能耗及循环稳定性进行深入考察。结果表明:DEEA+DETA两相吸收剂具有较大分相负荷范围和适中的黏度,其吸收负荷为3.26 mol/L,循环容量达2.52 mol/L,再生能耗低至2.55 GJ/t CO2,比30%MEA降低了32.9%,且循环稳定性良好。
相较于传统有机胺吸收剂30%MEA,两相吸收剂在降低CO2捕集能耗方面具有更为显著的发展潜力。选用具有不同氨基结构的乙醇胺(MEA)、羟乙基乙二胺(AEEA)、二乙烯三胺(DETA)和三乙烯四胺(TETA)为主吸收剂,分别与分相剂二乙氨基乙醇(DEEA)和水,以1∶2∶1(质量比)复配构建4种两相吸收剂。对其分相性能、吸收-再生性能及黏度特性进行比较研究,发现DEEA+DETA组合为最具开发潜力的两相吸收剂,进一步对其再生能耗及循环稳定性进行深入考察。结果表明:DEEA+DETA两相吸收剂具有较大分相负荷范围和适中的黏度,其吸收负荷为3.26 mol/L,循环容量达2.52 mol/L,再生能耗低至2.55 GJ/t CO2,比30%MEA降低了32.9%,且循环稳定性良好。
2024, 42(10): 209-217.
doi: 10.13205/j.hjgc.202410024
摘要:
双碳战略背景下,对碳源、汇的准确估算提出了迫切需求。尽管"自上而下"碳同化反演理论严谨,但从大气浓度变化反演碳源汇,长期以来是一个具有挑战性的科学问题。以往基于卫星和地面监测的大气反演,已在全球尺度上提升了陆地和海洋碳源汇的认识。然而,城市和区域尺度碳源汇估算仍有很大的不确定性。一方面,在区域尺度,我国陆地生态系统碳源汇反演大多采用全球大气传输模式,在月和周时间尺度上同化,有限的观测资料和模式分辨率导致反演的不确定性很大。基于中尺度大气传输模式的区域碳同化,通过提升碳源汇估算的时空分辨率,改进陆地碳源汇反演水平。另一方面,在城市尺度,城市是人为碳排放的主要来源,基于能源消耗统计数据的"自下而上"清单法不确定性大且更新慢。通过碳同化反演,可获得客观及时的碳排放数据,实现与"自下而上"清单的相互校验。总体上,近年来城市和区域尺度碳同化取得了很大进展,未来亟须进一步降低模式和观测不确定性的影响,开展自然源和人为源的精准反演,为双碳目标提供科学支撑。
双碳战略背景下,对碳源、汇的准确估算提出了迫切需求。尽管"自上而下"碳同化反演理论严谨,但从大气浓度变化反演碳源汇,长期以来是一个具有挑战性的科学问题。以往基于卫星和地面监测的大气反演,已在全球尺度上提升了陆地和海洋碳源汇的认识。然而,城市和区域尺度碳源汇估算仍有很大的不确定性。一方面,在区域尺度,我国陆地生态系统碳源汇反演大多采用全球大气传输模式,在月和周时间尺度上同化,有限的观测资料和模式分辨率导致反演的不确定性很大。基于中尺度大气传输模式的区域碳同化,通过提升碳源汇估算的时空分辨率,改进陆地碳源汇反演水平。另一方面,在城市尺度,城市是人为碳排放的主要来源,基于能源消耗统计数据的"自下而上"清单法不确定性大且更新慢。通过碳同化反演,可获得客观及时的碳排放数据,实现与"自下而上"清单的相互校验。总体上,近年来城市和区域尺度碳同化取得了很大进展,未来亟须进一步降低模式和观测不确定性的影响,开展自然源和人为源的精准反演,为双碳目标提供科学支撑。
