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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:
為高效去除水中內分泌干擾物類污染物,采用溶膠-凝膠法合成鈣鈦礦LaBO3(B=Fe、Cr、Co)催化劑,用于催化過氧乙酸(PAA)降解水中雙酚A(BPA)。采用TG-DSC、SEM、TEM、XRD等方法對鈣鈦礦LaBO3催化劑形貌及微觀結構進行表征,研究其在不同條件下催化PAA去除BPA的效果,并提出催化PAA反應機制。結果表明:LaBO3(B=Fe、Cr、Co)為大小不一、表面光滑、團聚的不規則球體,比表面積為11.89 m2/g。研究條件下,LaCoO3/PAA體系對BPA的降解率高達85%,顯著高于LaCrO3/PAA(14%)和LaFeO3/PAA(14%)體系。此外,LaCoO3/PAA體系對其他污染物(金橙Ⅰ、磺胺甲噁唑、4-氯苯酚)亦展現出良好的降解效果,并且對水中常見的無機陰離子和腐殖酸具有較強的抗干擾能力,使LaCoO3成為一種有發展前景的環境友好型催化劑。采用淬滅實驗和電子自旋共振光譜揭示了有機自由基是LaCoO3/PAA體系導致BPA降解的主要活性物種。直接電子轉移途徑為LaCoO3/PAA體系催化降解BPA的次要氧化途徑。此外,≡CoⅢ/≡CoⅡ的氧化還原對與PAA之間的氧化還原反應確保了自由基的連續生成和較高的降解效能。該研究工作可為水中內分泌干擾物污染治理提供新的思路。
為高效去除水中內分泌干擾物類污染物,采用溶膠-凝膠法合成鈣鈦礦LaBO3(B=Fe、Cr、Co)催化劑,用于催化過氧乙酸(PAA)降解水中雙酚A(BPA)。采用TG-DSC、SEM、TEM、XRD等方法對鈣鈦礦LaBO3催化劑形貌及微觀結構進行表征,研究其在不同條件下催化PAA去除BPA的效果,并提出催化PAA反應機制。結果表明:LaBO3(B=Fe、Cr、Co)為大小不一、表面光滑、團聚的不規則球體,比表面積為11.89 m2/g。研究條件下,LaCoO3/PAA體系對BPA的降解率高達85%,顯著高于LaCrO3/PAA(14%)和LaFeO3/PAA(14%)體系。此外,LaCoO3/PAA體系對其他污染物(金橙Ⅰ、磺胺甲噁唑、4-氯苯酚)亦展現出良好的降解效果,并且對水中常見的無機陰離子和腐殖酸具有較強的抗干擾能力,使LaCoO3成為一種有發展前景的環境友好型催化劑。采用淬滅實驗和電子自旋共振光譜揭示了有機自由基是LaCoO3/PAA體系導致BPA降解的主要活性物種。直接電子轉移途徑為LaCoO3/PAA體系催化降解BPA的次要氧化途徑。此外,≡CoⅢ/≡CoⅡ的氧化還原對與PAA之間的氧化還原反應確保了自由基的連續生成和較高的降解效能。該研究工作可為水中內分泌干擾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:
在我國城鎮面源污染負荷占比不斷增加的壓力下,優化城鎮面源污染控制技術,對保障城鎮水系統安全至關重要。對國內外近20年城鎮面源污染控制技術的相關研究進行了文獻計量學分析,綜述了針對不同下墊面類型、排水體制、降雨特征各情況下城鎮面源污染控制優化策略,總結出"綠-灰-藍"設施組合、"源-網-廠-河""源頭排水-小排水-大排水"等優化方案,最大程度地發揮"源頭-過程-末端"的全過程面源污染防控體系,以得到最優的面源污染控制效果,旨在為城鎮面源污染控制提供技術思路。
在我國城鎮面源污染負荷占比不斷增加的壓力下,優化城鎮面源污染控制技術,對保障城鎮水系統安全至關重要。對國內外近20年城鎮面源污染控制技術的相關研究進行了文獻計量學分析,綜述了針對不同下墊面類型、排水體制、降雨特征各情況下城鎮面源污染控制優化策略,總結出"綠-灰-藍"設施組合、"源-網-廠-河""源頭排水-小排水-大排水"等優化方案,最大程度地發揮"源頭-過程-末端"的全過程面源污染防控體系,以得到最優的面源污染控制效果,旨在為城鎮面源污染控制提供技術思路。
2023, 41(12): 21-31.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312003
摘要:
在中國水環境治理過程中,降雨徑流產生的面源污染(non-point source pollution)導致嚴重的河道黑臭等環境污染問題受到廣泛關注和研究。面源污染依據下墊面不同主要分為農業面源污染和城市面源污染?；趪鴥韧獬鞘袕搅魑廴鞠嘌芯砍晒?從城市徑流污染特征、污染負荷模型和治理技術與成效3個方面做了總結。中國城市徑流中污染物以SS為主,濃度達到200 mg/L以上,且COD、TP和TN均遠遠超過排放標準。同時,徑流中也檢出了微塑料和重金屬。對比分析了國內應用最為廣泛的面源負荷模型,并給出了各自的優缺點及應用場景。收集了近年來的面源污染治理的技術與成效,并總結其局限性。指出未來研究可從GIS耦合、技術組合優化、廠網河調度以及全過程治理開展。
在中國水環境治理過程中,降雨徑流產生的面源污染(non-point source pollution)導致嚴重的河道黑臭等環境污染問題受到廣泛關注和研究。面源污染依據下墊面不同主要分為農業面源污染和城市面源污染?；趪鴥韧獬鞘袕搅魑廴鞠嘌芯砍晒?從城市徑流污染特征、污染負荷模型和治理技術與成效3個方面做了總結。中國城市徑流中污染物以SS為主,濃度達到200 mg/L以上,且COD、TP和TN均遠遠超過排放標準。同時,徑流中也檢出了微塑料和重金屬。對比分析了國內應用最為廣泛的面源負荷模型,并給出了各自的優缺點及應用場景。收集了近年來的面源污染治理的技術與成效,并總結其局限性。指出未來研究可從GIS耦合、技術組合優化、廠網河調度以及全過程治理開展。
2023, 41(12): 32-47.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312004
摘要:
降雨期間合流制管道內流量超過其承載能力就會發生雨污水溢流,使城市水體受到污染,因此研究城鎮合流制溢流污染對于城市水體污染控制具有重要意義。采用文獻計量學方法分析了國內外合流制排水系統溢流污染的有關文獻,發現溢流污染特征及控制措施為主要研究熱點。在此基礎上,解析了合流制排水系統溢流污染的成因、水質水量特征及變化規律,從降低溢流污染發生頻率和控制溢流污染2個方面對多種措施進行了論述,最后對我國合流制排水系統溢流污染控制技術發展進行了展望。
降雨期間合流制管道內流量超過其承載能力就會發生雨污水溢流,使城市水體受到污染,因此研究城鎮合流制溢流污染對于城市水體污染控制具有重要意義。采用文獻計量學方法分析了國內外合流制排水系統溢流污染的有關文獻,發現溢流污染特征及控制措施為主要研究熱點。在此基礎上,解析了合流制排水系統溢流污染的成因、水質水量特征及變化規律,從降低溢流污染發生頻率和控制溢流污染2個方面對多種措施進行了論述,最后對我國合流制排水系統溢流污染控制技術發展進行了展望。
2023, 41(12): 48-53,115.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312005
摘要:
以天津市某海綿型建筑小區為研究對象,采用在線監測與模型模擬相結合的方法,開展小區尺度海綿化改造對徑流水量水質效果評估的量化研究。構建暴雨雨洪管理模型,利用實測降雨、水量、水質數據進行模型關鍵參數的率定與驗證,在設計降雨和實際場次降雨、多年連續降雨情景下,模擬分析海綿化改造對徑流總量、徑流峰值、徑流污染的控制效果及差異。結果表明,海綿型建筑小區在2~10年一遇設計降雨重現期下,徑流總量控制率為64.43%~74.10%,徑流體積削減率為31.27%~40.09%,監測排口處徑流峰值削減率為40.57%~41.40%。在55場實際降雨情景下,徑流總量控制率為58.29%~100.00%,徑流污染削減率為40.93%~83.05%。同時,總降雨量、最大小時降雨量是影響徑流總量、徑流污染控制效果最主要的降雨特征,存在較強的負相關(P<0.01)。多年連續降雨情景下,年徑流總量控制率為78.61%,年徑流體積削減率為37.18%,年徑流污染削減率為45.16%。該研究成果可為科學定量評估海綿型建筑小區徑流控制效果提供參考。
以天津市某海綿型建筑小區為研究對象,采用在線監測與模型模擬相結合的方法,開展小區尺度海綿化改造對徑流水量水質效果評估的量化研究。構建暴雨雨洪管理模型,利用實測降雨、水量、水質數據進行模型關鍵參數的率定與驗證,在設計降雨和實際場次降雨、多年連續降雨情景下,模擬分析海綿化改造對徑流總量、徑流峰值、徑流污染的控制效果及差異。結果表明,海綿型建筑小區在2~10年一遇設計降雨重現期下,徑流總量控制率為64.43%~74.10%,徑流體積削減率為31.27%~40.09%,監測排口處徑流峰值削減率為40.57%~41.40%。在55場實際降雨情景下,徑流總量控制率為58.29%~100.00%,徑流污染削減率為40.93%~83.05%。同時,總降雨量、最大小時降雨量是影響徑流總量、徑流污染控制效果最主要的降雨特征,存在較強的負相關(P<0.01)。多年連續降雨情景下,年徑流總量控制率為78.61%,年徑流體積削減率為37.18%,年徑流污染削減率為45.16%。該研究成果可為科學定量評估海綿型建筑小區徑流控制效果提供參考。
2023, 41(12): 54-60,181.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312006
摘要:
分流制系統雨水泵站排放造成雨天河道水質惡化,闡明其排放污染成因是削減雨天污染和改善河道水質的基礎。針對上海市中心城區兩個分流制系統,分別采用反向傳播神經網絡和徑向基神經網絡建立降雨、管網運行等11個參數和雨水泵站雨天排放水質的非線性響應關系,探究雨天排放污染的主要影響因素。結果表明:與反向傳播神經網絡相比,徑向基神經網絡具有較高模擬效果,COD、NH3-N和SS的平均絕對誤差、均方根誤差、平均百分比誤差分別下降了15.6%~31.9%、12.3%~18.3%和12.6%~53.9%,決定系數提高了3.1%~5.4%?；趶较蚧窠浘W絡對輸入參數進行重要性分析,確定了5個優先參數,分別為距離上次開泵時間、開泵水位、峰值降雨量、前期不降雨天數、停泵水位。應開展雨污混接調查和實施雨污分流改造,從根本上減少旱天污水在管道沉積造成的雨天污染"零存整取"和污染效應放大。此外,通過優化雨水泵停泵水位,也可以削減雨天排放濃度。
分流制系統雨水泵站排放造成雨天河道水質惡化,闡明其排放污染成因是削減雨天污染和改善河道水質的基礎。針對上海市中心城區兩個分流制系統,分別采用反向傳播神經網絡和徑向基神經網絡建立降雨、管網運行等11個參數和雨水泵站雨天排放水質的非線性響應關系,探究雨天排放污染的主要影響因素。結果表明:與反向傳播神經網絡相比,徑向基神經網絡具有較高模擬效果,COD、NH3-N和SS的平均絕對誤差、均方根誤差、平均百分比誤差分別下降了15.6%~31.9%、12.3%~18.3%和12.6%~53.9%,決定系數提高了3.1%~5.4%?；趶较蚧窠浘W絡對輸入參數進行重要性分析,確定了5個優先參數,分別為距離上次開泵時間、開泵水位、峰值降雨量、前期不降雨天數、停泵水位。應開展雨污混接調查和實施雨污分流改造,從根本上減少旱天污水在管道沉積造成的雨天污染"零存整取"和污染效應放大。此外,通過優化雨水泵停泵水位,也可以削減雨天排放濃度。
2023, 41(12): 61-69,255.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312007
摘要:
隨著城市化高速發展,城市排水和內澇的壓力日益增大,增強雨水排水系統的"彈性"是城市發展的方向。選擇長江三角洲某平原河網城市的某片區為研究對象,基于率定的SWMM模型和已有的研究,從系統內澇積水量和持續時間2個方面的彈性出發,建立雨水排水系統彈性模型。在不同降雨情境下運行模型,分析研究區域的雨水排水系統彈性。結果表明,隨著降雨強度增加,系統彈性逐漸減小;系統彈性值和降雨強度之間呈線性負相關。在低重現期條件下,隨著降雨強度的增大,彈性值下降幅度較小。重現期越大,系統彈性值下降速率越快。在同一降雨重現期下,隨著不透水地面比例的增加,系統彈性逐漸減小。在高重現期和高不透水地面比例情況下,系統彈性值較低;在10年一遇降雨條件下,區域不透水地面比例增加,系統彈性值下降速度最快。將彈性理念引入城市雨水排水系統中,建立反映系統在應對外界環境變化和災害時的彈性能力評價體系,有助于全面了解雨水排水系統性能,對于雨水排水系統的優化改造以及城市風險管理具有重要意義。
隨著城市化高速發展,城市排水和內澇的壓力日益增大,增強雨水排水系統的"彈性"是城市發展的方向。選擇長江三角洲某平原河網城市的某片區為研究對象,基于率定的SWMM模型和已有的研究,從系統內澇積水量和持續時間2個方面的彈性出發,建立雨水排水系統彈性模型。在不同降雨情境下運行模型,分析研究區域的雨水排水系統彈性。結果表明,隨著降雨強度增加,系統彈性逐漸減小;系統彈性值和降雨強度之間呈線性負相關。在低重現期條件下,隨著降雨強度的增大,彈性值下降幅度較小。重現期越大,系統彈性值下降速率越快。在同一降雨重現期下,隨著不透水地面比例的增加,系統彈性逐漸減小。在高重現期和高不透水地面比例情況下,系統彈性值較低;在10年一遇降雨條件下,區域不透水地面比例增加,系統彈性值下降速度最快。將彈性理念引入城市雨水排水系統中,建立反映系統在應對外界環境變化和災害時的彈性能力評價體系,有助于全面了解雨水排水系統性能,對于雨水排水系統的優化改造以及城市風險管理具有重要意義。
2023, 41(12): 70-75.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312008
摘要:
前期研究表明,新型透水鋪裝通過在結構層引入毛細柱,不僅可有效提高設施在高地下水位地區應用的水文控制效果從而緩解城市內澇風險,還能夠有效緩解城市熱島從而調節城市熱環境。為了探討新型透水鋪裝對于城市雨水徑流污染的控制效果,實驗構建了新型透水鋪裝(IPP)、傳統混凝土磚縫隙透水鋪裝(PICP)和不透水混凝土路面(CP)3種不同的停車場現場設施,基于全年實際降雨條件下監測數據,分析對比了IPP和PICP對于雨水徑流水質凈化的效果差異,評估了2種設施全年所排放的城市面源污染負荷。實驗結果表明:與PICP設施相比,IPP對NO3--N、TN的總污染負荷控制率分別從14.4%、37.3%提高至45.6%、58.8%,對TSS和COD總污染負荷控制率分別從81.9%、84.2%提高至97.5%和96.7%;PICP和IPP 2種設施對于TP的去除效果均較好,其總污染負荷控制率分別為82.5%、86.2%。統計結果顯示,新型透水鋪裝IPP可明顯減少NO3--N、TN、TSS、COD污染物的排放,從而有效緩解雨水徑流導致的城市面源污染問題。
前期研究表明,新型透水鋪裝通過在結構層引入毛細柱,不僅可有效提高設施在高地下水位地區應用的水文控制效果從而緩解城市內澇風險,還能夠有效緩解城市熱島從而調節城市熱環境。為了探討新型透水鋪裝對于城市雨水徑流污染的控制效果,實驗構建了新型透水鋪裝(IPP)、傳統混凝土磚縫隙透水鋪裝(PICP)和不透水混凝土路面(CP)3種不同的停車場現場設施,基于全年實際降雨條件下監測數據,分析對比了IPP和PICP對于雨水徑流水質凈化的效果差異,評估了2種設施全年所排放的城市面源污染負荷。實驗結果表明:與PICP設施相比,IPP對NO3--N、TN的總污染負荷控制率分別從14.4%、37.3%提高至45.6%、58.8%,對TSS和COD總污染負荷控制率分別從81.9%、84.2%提高至97.5%和96.7%;PICP和IPP 2種設施對于TP的去除效果均較好,其總污染負荷控制率分別為82.5%、86.2%。統計結果顯示,新型透水鋪裝IPP可明顯減少NO3--N、TN、TSS、COD污染物的排放,從而有效緩解雨水徑流導致的城市面源污染問題。
2023, 41(12): 76-81.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312009
摘要:
以多孔材料作為基材的分散式小規模海綿設施應用廣泛。為了在保證不產生二次污染的前提下不斷提高材料自身的孔隙率、強度和吸水釋水能力,以適應更多的應用場景,對多孔泡沫玻璃進行了改性研究。以廢玻璃粉為主要原材料,加入一定量的發泡劑、改性劑等,在500~950 ℃的燒制溫度下,制備了可用于海綿城市蓄排水的開孔泡沫玻璃,并對其微觀結構和物理性能進行表征。結果表明:開孔泡沫玻璃呈現大量致密的不規則開孔結構,孔道彼此連通,孔徑在0.1~5 mm,孔隙率達93%;抗壓強度可達2.3 MPa,可應用于對抗壓強度要求較高的場景;通過控制原材料可保證重金屬污染物含量極低,對水體不造成污染;具有很強的吸水能力和良好的緩釋效果,飽和吸水率可達95%,釋水8 h后,質量吸水率減小至30%;用于地下封閉環境時,需要考慮排氣設計和抗浮設計。該研究為海綿城市雨水蓄排提供了一種新型環?；?有利于泡沫玻璃在海綿設施中推廣應用。
以多孔材料作為基材的分散式小規模海綿設施應用廣泛。為了在保證不產生二次污染的前提下不斷提高材料自身的孔隙率、強度和吸水釋水能力,以適應更多的應用場景,對多孔泡沫玻璃進行了改性研究。以廢玻璃粉為主要原材料,加入一定量的發泡劑、改性劑等,在500~950 ℃的燒制溫度下,制備了可用于海綿城市蓄排水的開孔泡沫玻璃,并對其微觀結構和物理性能進行表征。結果表明:開孔泡沫玻璃呈現大量致密的不規則開孔結構,孔道彼此連通,孔徑在0.1~5 mm,孔隙率達93%;抗壓強度可達2.3 MPa,可應用于對抗壓強度要求較高的場景;通過控制原材料可保證重金屬污染物含量極低,對水體不造成污染;具有很強的吸水能力和良好的緩釋效果,飽和吸水率可達95%,釋水8 h后,質量吸水率減小至30%;用于地下封閉環境時,需要考慮排氣設計和抗浮設計。該研究為海綿城市雨水蓄排提供了一種新型環?；?有利于泡沫玻璃在海綿設施中推廣應用。
2023, 41(12): 82-88.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312010
摘要:
在生物滯留設施內構建淹沒區并添加碳源是目前廣泛采用的雨水強化脫氮方式,這使得淹沒區成為反硝化作用發生的主要場所,并顯著影響生物滯留設施脫氮效能。但是目前尚無研究清晰揭示生物滯留設施中碳源的種類和位置對淹沒區水質的影響?；谔嵘S鐵礦同步脫氮除磷的能力,在黃鐵礦基質生物滯留設施中通過改變碳源的種類(玉米芯、稻殼、樹皮)和添加位置探究了其對淹沒區水質的影響。結果顯示,3種碳源對強化NO3--N的去除的能力順序為樹皮>稻殼>玉米芯,且樹皮不會造成NH4+-N去除效率的下降。對淹沒區水質的進一步研究發現,添加樹皮后淹沒區NH4+-N、PO43--P濃度更低,且NO3--N去除速率更快。碳源添加在覆蓋層促進了NH4+-N和PO43--P去除,但NO3--N去除率略微下降。碳源添加在覆蓋層可以維持淹沒區中更低且穩定的NH4+-N濃度,并提供適宜的COD使NO3--N濃度不斷下降。當碳源添加在包氣帶和覆蓋層時反硝化主要發生在干旱期間,而碳源添加在淹沒區時反硝化作用主要發生在降雨期間。
在生物滯留設施內構建淹沒區并添加碳源是目前廣泛采用的雨水強化脫氮方式,這使得淹沒區成為反硝化作用發生的主要場所,并顯著影響生物滯留設施脫氮效能。但是目前尚無研究清晰揭示生物滯留設施中碳源的種類和位置對淹沒區水質的影響?；谔嵘S鐵礦同步脫氮除磷的能力,在黃鐵礦基質生物滯留設施中通過改變碳源的種類(玉米芯、稻殼、樹皮)和添加位置探究了其對淹沒區水質的影響。結果顯示,3種碳源對強化NO3--N的去除的能力順序為樹皮>稻殼>玉米芯,且樹皮不會造成NH4+-N去除效率的下降。對淹沒區水質的進一步研究發現,添加樹皮后淹沒區NH4+-N、PO43--P濃度更低,且NO3--N去除速率更快。碳源添加在覆蓋層促進了NH4+-N和PO43--P去除,但NO3--N去除率略微下降。碳源添加在覆蓋層可以維持淹沒區中更低且穩定的NH4+-N濃度,并提供適宜的COD使NO3--N濃度不斷下降。當碳源添加在包氣帶和覆蓋層時反硝化主要發生在干旱期間,而碳源添加在淹沒區時反硝化作用主要發生在降雨期間。
2023, 41(12): 89-98.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312011
摘要:
在雨水徑流過程中管道沉積物攜帶的氮磷釋放是造成受納水體富營養化的主要原因。然而,不同受納水體因其pH、溫度、氮磷初始濃度等水質因素不同而對管道沉積物中氮磷的遷移轉化具有不同影響效應。因此,采集了管道沉積物、再生水和天然河道水,分析了沉積物和水樣的污染特征,再通過混合沉積物與不同水體模擬管道沉積物進入不同受納水體的過程,探究其氮磷的釋放特征及機理并分析了典型水環境因子對管道沉積物中氮磷釋放的影響效應。結果表明:河水和再生水對管道沉積物中氮(包括總氮TN和氨氮NH4+-N)的釋放均有促進作用,而對總磷(TP)的釋放起抑制作用,其中,再生水對總氮(TN)和氨氮(NH4+-N)釋放的促進作用更強,但對總磷的抑制作用更強;隨著pH值的增大,管道沉積物中TP、NH4+-N和TN的釋放量會減少,3種物質在不同環境下的釋放通量大小依次為:酸性>中性>堿性,這可能與水環境中的離子交換與物理吸附有關;隨著溫度的升高,管道沉積物中TP、NH4+-N和TN的釋放強度均增強;隨著水環境中TP和NH4+-N濃度的增加,管道沉積物中TP和NH4+-N的釋放受到抑制,當初始TP、NH4+-N濃度分別為0.232,0.240mg/L時,達到了其對應的氮磷釋放平衡濃度。研究結果有助于了解管道沉積物進入不同受納水體后的氮磷釋放機制,以期為雨水徑流污染造成的城市景觀水體富營養化污染調控提供科學依據。
在雨水徑流過程中管道沉積物攜帶的氮磷釋放是造成受納水體富營養化的主要原因。然而,不同受納水體因其pH、溫度、氮磷初始濃度等水質因素不同而對管道沉積物中氮磷的遷移轉化具有不同影響效應。因此,采集了管道沉積物、再生水和天然河道水,分析了沉積物和水樣的污染特征,再通過混合沉積物與不同水體模擬管道沉積物進入不同受納水體的過程,探究其氮磷的釋放特征及機理并分析了典型水環境因子對管道沉積物中氮磷釋放的影響效應。結果表明:河水和再生水對管道沉積物中氮(包括總氮TN和氨氮NH4+-N)的釋放均有促進作用,而對總磷(TP)的釋放起抑制作用,其中,再生水對總氮(TN)和氨氮(NH4+-N)釋放的促進作用更強,但對總磷的抑制作用更強;隨著pH值的增大,管道沉積物中TP、NH4+-N和TN的釋放量會減少,3種物質在不同環境下的釋放通量大小依次為:酸性>中性>堿性,這可能與水環境中的離子交換與物理吸附有關;隨著溫度的升高,管道沉積物中TP、NH4+-N和TN的釋放強度均增強;隨著水環境中TP和NH4+-N濃度的增加,管道沉積物中TP和NH4+-N的釋放受到抑制,當初始TP、NH4+-N濃度分別為0.232,0.240mg/L時,達到了其對應的氮磷釋放平衡濃度。研究結果有助于了解管道沉積物進入不同受納水體后的氮磷釋放機制,以期為雨水徑流污染造成的城市景觀水體富營養化污染調控提供科學依據。
2023, 41(12): 99-106.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312012
摘要:
針對降雨溢流污染造成水環境質量不能穩定達標的問題,探索了深圳小流域水環境動態治理的技術路徑。首先,以全覆蓋的連續實測水質數據為基礎,精準識別出雨季水質超標河流及溢流排口作為治理對象;其次,以雨季水質超標河流及溢流排口所在小流域為單元,開展全要素溯源排查,系統找出小流域范圍內存在的各類水環境問題,建立問題-措施-目標的對應關系和整治任務臺賬;最后,針對整治完成的小流域,結合措施實施情況及水質監測結果進行達標評估和雨季水質檢驗工作,并實行動態管理。經過一年多的探索與實踐,雨季達到或優于地表水Ⅲ類的河流監測斷面占比同比提升7.73%,3大國考斷面汛期溢流污染強度同比降幅超過25%,雨季溢流污染防治取得一定成效。為其他城市雨季溢流污染防治提供參考。
針對降雨溢流污染造成水環境質量不能穩定達標的問題,探索了深圳小流域水環境動態治理的技術路徑。首先,以全覆蓋的連續實測水質數據為基礎,精準識別出雨季水質超標河流及溢流排口作為治理對象;其次,以雨季水質超標河流及溢流排口所在小流域為單元,開展全要素溯源排查,系統找出小流域范圍內存在的各類水環境問題,建立問題-措施-目標的對應關系和整治任務臺賬;最后,針對整治完成的小流域,結合措施實施情況及水質監測結果進行達標評估和雨季水質檢驗工作,并實行動態管理。經過一年多的探索與實踐,雨季達到或優于地表水Ⅲ類的河流監測斷面占比同比提升7.73%,3大國考斷面汛期溢流污染強度同比降幅超過25%,雨季溢流污染防治取得一定成效。為其他城市雨季溢流污染防治提供參考。
2023, 41(12): 107-115.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312013
摘要:
在不同溫度(T=32,27,22,17,12 ℃)下馴化厭氧-缺氧-好氧序批式生物反應器(An/A/O-SBR),考察各溫度條件下系統同步脫氮除磷性能及N2O釋放量,基于聚磷菌(PAOs)、聚糖菌(GAOs)降解特征和內源物質變化分析,確定了不同溫度條件下系統PAOs和GAOs間競爭和N2O釋放特性。結果表明:隨溫度降低,An/A/O-SBR反硝化除磷性能呈先提升后降低的趨勢。T=22 ℃,缺氧階段NO-x和TP去除率最高,分別達95.5%和90.3%,N2O產率為3.71%。低溫促進了PAOs競爭優勢,溫度由32 ℃降至12 ℃,厭氧階段合成的PHA中PHB占比(ΔPHB/ΔPHA)、缺氧階段消耗PHA(PHAcon)中PHB(HBcon)占比(PHBcon/PHAcon)、缺氧階段合成糖原(Glyin)占PHA消耗比例(Glyin/PHAcon)均逐漸接近于PAOs降解特性。溫度升高促進了GAOs增殖,其反硝化過程不進行磷過量吸收,缺氧階段TP去除率降低;低溫條件下酶促反應速率下降,PHA提供電子速率降低,導致缺氧階段NO3-去除率下降和N2O產率增加。
在不同溫度(T=32,27,22,17,12 ℃)下馴化厭氧-缺氧-好氧序批式生物反應器(An/A/O-SBR),考察各溫度條件下系統同步脫氮除磷性能及N2O釋放量,基于聚磷菌(PAOs)、聚糖菌(GAOs)降解特征和內源物質變化分析,確定了不同溫度條件下系統PAOs和GAOs間競爭和N2O釋放特性。結果表明:隨溫度降低,An/A/O-SBR反硝化除磷性能呈先提升后降低的趨勢。T=22 ℃,缺氧階段NO-x和TP去除率最高,分別達95.5%和90.3%,N2O產率為3.71%。低溫促進了PAOs競爭優勢,溫度由32 ℃降至12 ℃,厭氧階段合成的PHA中PHB占比(ΔPHB/ΔPHA)、缺氧階段消耗PHA(PHAcon)中PHB(HBcon)占比(PHBcon/PHAcon)、缺氧階段合成糖原(Glyin)占PHA消耗比例(Glyin/PHAcon)均逐漸接近于PAOs降解特性。溫度升高促進了GAOs增殖,其反硝化過程不進行磷過量吸收,缺氧階段TP去除率降低;低溫條件下酶促反應速率下降,PHA提供電子速率降低,導致缺氧階段NO3-去除率下降和N2O產率增加。
2023, 41(12): 116-122,149.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312014
摘要:
生態型微生物燃料電池(ecotype-microbial fuel cell,E-MFC)是1種將微生物燃料電池(microbial fuel cell,MFC)與水生動植物結合在一起的新型廢水處理技術。為研究E-MFC中微生物、水生植物和底棲動物之間的共生協同作用,設置了沉積物MFC(sediment-microbial fuel cell,S-MFC)、濕地植物MFC(wetland plant-microbial fuel cell,WP-MFC,種植水生植物)和生態型MFC(E-MFC,引入水生植物和底棲動物)3種反應裝置, 分別測試了其產電能力和脫氮效果,考察了水力停留時間(HRT)和陰極曝氣流量對E-MFC脫氮產電效能的影響,并探討了脫氮機理。結果表明:E-MFC脫氮產電性能均優于其他2種。在處理相同量的有機廢水時,E-MFC的最大產電功率密度比S-MFC和WP-MFC分別高129.4%和47.2%,NH4+-N去除率分別高37.6百分點和11.2百分點,E-MFC的NO3--N去除率可達96%以上。進一步研究表明,當HRT為72 h,進水流量為0.50 L/d時,E-MFC獲得最高產電電壓為463 mV,此時輸出功率密度為27.31 mW/m2。當曝氣流量為60 L/h時,E-MFC的最大輸出功率密度可達38.12 mW/m2。E-MFC中水生動物擾動等活動增強了氧傳質、有機質分解和養分循環,為植物生長提供了充足的營養物質,同時植物根系泌氧也為根際微生物的生長和代謝維持了良好的環境條件。E-MFC中微生物、水生植物和底棲動物形成了一種相互促進、協同作用的關系,從而強化了水體中氮的去除。E-MFC作為可回收電能的新型生態修復技術,在污水處理領域具有良好的發展前景。
生態型微生物燃料電池(ecotype-microbial fuel cell,E-MFC)是1種將微生物燃料電池(microbial fuel cell,MFC)與水生動植物結合在一起的新型廢水處理技術。為研究E-MFC中微生物、水生植物和底棲動物之間的共生協同作用,設置了沉積物MFC(sediment-microbial fuel cell,S-MFC)、濕地植物MFC(wetland plant-microbial fuel cell,WP-MFC,種植水生植物)和生態型MFC(E-MFC,引入水生植物和底棲動物)3種反應裝置, 分別測試了其產電能力和脫氮效果,考察了水力停留時間(HRT)和陰極曝氣流量對E-MFC脫氮產電效能的影響,并探討了脫氮機理。結果表明:E-MFC脫氮產電性能均優于其他2種。在處理相同量的有機廢水時,E-MFC的最大產電功率密度比S-MFC和WP-MFC分別高129.4%和47.2%,NH4+-N去除率分別高37.6百分點和11.2百分點,E-MFC的NO3--N去除率可達96%以上。進一步研究表明,當HRT為72 h,進水流量為0.50 L/d時,E-MFC獲得最高產電電壓為463 mV,此時輸出功率密度為27.31 mW/m2。當曝氣流量為60 L/h時,E-MFC的最大輸出功率密度可達38.12 mW/m2。E-MFC中水生動物擾動等活動增強了氧傳質、有機質分解和養分循環,為植物生長提供了充足的營養物質,同時植物根系泌氧也為根際微生物的生長和代謝維持了良好的環境條件。E-MFC中微生物、水生植物和底棲動物形成了一種相互促進、協同作用的關系,從而強化了水體中氮的去除。E-MFC作為可回收電能的新型生態修復技術,在污水處理領域具有良好的發展前景。
2023, 41(12): 123-130.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312015
摘要:
反硝化硫氧化工藝是處理含硫含氮有機廢水生物處理技術中最具潛力的污水處理技術之一。為了解反硝化硫氧化工藝中發揮主要功能的菌屬信息,同步運行3個膨脹顆粒污泥床反應器,測定反硝化硫氧化效能,解析活性污泥微生物群落結構變化,分離篩選出活性污泥中的菌株并進行功能驗證。結果表明:3個反應器穩定運行后均可實現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:穩定運行反應器活性污泥的微生物群落結構和多樣性中,相對豐度較高的5個菌屬為Azoarcus、Pseudomonas、Thauera、Arthrobacter和Desulfomicrobium;采用平板分菌和流式分選2種分菌方式共得到分屬于19個菌屬的50株菌,綜合活性污泥群落結構和碳氮硫污染物的去除率,初步確定Azoarcus、Thauera、Pseudomonas、Acinetobacter和Agrobacterium為反硝化硫氧化工藝的功能菌屬。
反硝化硫氧化工藝是處理含硫含氮有機廢水生物處理技術中最具潛力的污水處理技術之一。為了解反硝化硫氧化工藝中發揮主要功能的菌屬信息,同步運行3個膨脹顆粒污泥床反應器,測定反硝化硫氧化效能,解析活性污泥微生物群落結構變化,分離篩選出活性污泥中的菌株并進行功能驗證。結果表明:3個反應器穩定運行后均可實現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:穩定運行反應器活性污泥的微生物群落結構和多樣性中,相對豐度較高的5個菌屬為Azoarcus、Pseudomonas、Thauera、Arthrobacter和Desulfomicrobium;采用平板分菌和流式分選2種分菌方式共得到分屬于19個菌屬的50株菌,綜合活性污泥群落結構和碳氮硫污染物的去除率,初步確定Azoarcus、Thauera、Pseudomonas、Acinetobacter和Agrobacterium為反硝化硫氧化工藝的功能菌屬。
2023, 41(12): 131-141.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312016
摘要:
隨著生活污水管網覆蓋率的提高和工業廢水的點源排放逐漸被控制,農業面源污染成為影響地表水水質提升的主要問題。針對深圳市P河流的關鍵污染物磷酸鹽提出控制技術——金屬改性生物炭吸附。以當地豐富的景觀植物落葉生物質為原材料,使用對植物無毒害性的Ca、Fe、Mg三種金屬對其改性,確定其最優熱解溫度為500,400,600 ℃,制備3種金屬改性生物炭(CaBC500、FeBC400、MgBC600),探究其對磷的吸附去除效果。結果表明,在磷酸鹽濃度為14 mg/L和初始pH=8的條件下,CaBC500、FeBC400和MgBC600的最佳投加量分別為0.8,0.8,1.0 g,最高磷去除率分別為84%、92%和97%。CaBC500、FeBC400、MgBC600的靜態磷酸鹽吸附容量分別為65.5,69.3,49.3 mg/g。通過SEM、EDS、BET、FITR和XRD表征以及對吸附動力學、熱力學和等溫曲線模型的構造,可知吸附過程符合擬二階與Langmuir模型,推測其磷吸附機制為表面沉淀、絡合結晶、配體交換和靜電引力。通過研究發現,利用金屬改性生物炭可有效實現磷的吸附去除,說明該方法具有實際應用的潛力。
隨著生活污水管網覆蓋率的提高和工業廢水的點源排放逐漸被控制,農業面源污染成為影響地表水水質提升的主要問題。針對深圳市P河流的關鍵污染物磷酸鹽提出控制技術——金屬改性生物炭吸附。以當地豐富的景觀植物落葉生物質為原材料,使用對植物無毒害性的Ca、Fe、Mg三種金屬對其改性,確定其最優熱解溫度為500,400,600 ℃,制備3種金屬改性生物炭(CaBC500、FeBC400、MgBC600),探究其對磷的吸附去除效果。結果表明,在磷酸鹽濃度為14 mg/L和初始pH=8的條件下,CaBC500、FeBC400和MgBC600的最佳投加量分別為0.8,0.8,1.0 g,最高磷去除率分別為84%、92%和97%。CaBC500、FeBC400、MgBC600的靜態磷酸鹽吸附容量分別為65.5,69.3,49.3 mg/g。通過SEM、EDS、BET、FITR和XRD表征以及對吸附動力學、熱力學和等溫曲線模型的構造,可知吸附過程符合擬二階與Langmuir模型,推測其磷吸附機制為表面沉淀、絡合結晶、配體交換和靜電引力。通過研究發現,利用金屬改性生物炭可有效實現磷的吸附去除,說明該方法具有實際應用的潛力。
2023, 41(12): 142-149.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312017
摘要:
研究采用遙感分布式面源污染評估(DPeRS)模型,量化西安市2020年農業空間面源污染負荷排放量和入河量,對面源污染空間分布特征進行了解析,識別出西安市農業空間主要面源污染類型,提出了針對性的面源污染防治建議。結果表明:西安市農業空間農田氮磷盈余量較大且分布范圍廣;面源污染排放量空間分布差異明顯,高值區主要分布在閻良區東部、高陵區東部、周至縣和長安區平原地區、臨潼區和藍田縣驪山丘陵地區,氮面源污染受農村生活影響較大,磷面源污染受水土流失影響較大;農業空間氮、磷面源污染入河量空間分布規律相似,但含量相差較大,高值區主要位于閻良區東部、臨潼區中部和北部、藍田縣驪山丘陵地區、周至縣中東部平原地區、秦嶺淺山地區及部分峪道兩側。
研究采用遙感分布式面源污染評估(DPeRS)模型,量化西安市2020年農業空間面源污染負荷排放量和入河量,對面源污染空間分布特征進行了解析,識別出西安市農業空間主要面源污染類型,提出了針對性的面源污染防治建議。結果表明:西安市農業空間農田氮磷盈余量較大且分布范圍廣;面源污染排放量空間分布差異明顯,高值區主要分布在閻良區東部、高陵區東部、周至縣和長安區平原地區、臨潼區和藍田縣驪山丘陵地區,氮面源污染受農村生活影響較大,磷面源污染受水土流失影響較大;農業空間氮、磷面源污染入河量空間分布規律相似,但含量相差較大,高值區主要位于閻良區東部、臨潼區中部和北部、藍田縣驪山丘陵地區、周至縣中東部平原地區、秦嶺淺山地區及部分峪道兩側。
2023, 41(12): 150-157.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312018
摘要:
由于化肥和農藥施用量的不斷增加,以及農村生活污水的任意排放,導致遼河流域農田面源污染治理面臨巨大挑戰。如何因地制宜地合理選擇農田面源污染治理技術,尚缺乏科學有效的評價方法。構建了遼河流域農田面源污染治理技術評價指標體系,基于層次分析-模糊綜合評價法對10種典型的農田面源污染治理技術進行了綜合量化評價。采用層次分析法結合Spyder軟件計算指標權重值,結果表明:氨氮去除率、TP去除率、水質凈化效率、工程運行維護管理費用、冬季凈化穩定性、景觀多樣性指數的綜合權重值最高,是遼河流域農田面源污染治理技術的重要評價指標。采用模糊綜合評價法與Matlab軟件相結合計算指標隸屬度與模糊綜合評價值,結果表明:生態攔截溝渠技術的模糊綜合指標值為3.8872,可作為過程攔截技術中的優選技術;人工濕地技術的模糊綜合評價值為3.9304,可作為末端治理技術中的最優技術。該評價結果可為選擇適宜的遼河流域農田面源污染治理技術提供理論依據,也可為其他同類污染治理技術評價和制訂相關政策提供有效的理論支撐。
由于化肥和農藥施用量的不斷增加,以及農村生活污水的任意排放,導致遼河流域農田面源污染治理面臨巨大挑戰。如何因地制宜地合理選擇農田面源污染治理技術,尚缺乏科學有效的評價方法。構建了遼河流域農田面源污染治理技術評價指標體系,基于層次分析-模糊綜合評價法對10種典型的農田面源污染治理技術進行了綜合量化評價。采用層次分析法結合Spyder軟件計算指標權重值,結果表明:氨氮去除率、TP去除率、水質凈化效率、工程運行維護管理費用、冬季凈化穩定性、景觀多樣性指數的綜合權重值最高,是遼河流域農田面源污染治理技術的重要評價指標。采用模糊綜合評價法與Matlab軟件相結合計算指標隸屬度與模糊綜合評價值,結果表明:生態攔截溝渠技術的模糊綜合指標值為3.8872,可作為過程攔截技術中的優選技術;人工濕地技術的模糊綜合評價值為3.9304,可作為末端治理技術中的最優技術。該評價結果可為選擇適宜的遼河流域農田面源污染治理技術提供理論依據,也可為其他同類污染治理技術評價和制訂相關政策提供有效的理論支撐。
2023, 41(12): 158-165,277.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312019
摘要:
為研究脫硫后高濕煙氣相對濕度的改變對顆粒物采樣結果的影響,使用擴散干燥管對煙氣進行除濕,并分析不同相對濕度下PM2.5的粒徑分布、傳輸損失和質量濃度變化。結果顯示,模擬煙氣濕度越高,PM2.5粒數濃度和質量濃度也隨之升高。40%相對濕度下,模擬煙氣中ρ(PM2.5)為22.77 mg/m3,粒數濃度約為1.16×106 個/cm3,模擬煙氣濕度提升至50%、60%和80%時,ρ(PM2.5)分別升高1.06,4.35,4.69倍,粒數濃度分別升高1.31,1.70,1.76倍;使用擴散干燥管對模擬高濕煙氣除濕,采集到的顆粒物質量濃度有不同程度的下降,最高相對濕度(94.9%)下,ρ(PM2.5)為27.17 mg/Nm3,濕度81.4%、68.5%、48.7%和30.4%時,質量濃度相比最高濕度時分別降低了14.5%、28.8%、43.0%和45.7%;煙氣除濕可降低PM2.5在管路內和切割頭內的損失,在94.9%、81.4%和68.5%相對濕度下采集到的ρ(PM2.5)分別是對照組的3.02,2.73,2.57倍。高濕煙氣除濕降低了顆粒物的含水率,使得PM2.5的質量濃度測量結果隨著除濕強度增加而降低,但因除濕降低了顆粒物損失,相比對照組最終采集到的PM2.5質量濃度隨著除濕強度增加而顯著提升。
為研究脫硫后高濕煙氣相對濕度的改變對顆粒物采樣結果的影響,使用擴散干燥管對煙氣進行除濕,并分析不同相對濕度下PM2.5的粒徑分布、傳輸損失和質量濃度變化。結果顯示,模擬煙氣濕度越高,PM2.5粒數濃度和質量濃度也隨之升高。40%相對濕度下,模擬煙氣中ρ(PM2.5)為22.77 mg/m3,粒數濃度約為1.16×106 個/cm3,模擬煙氣濕度提升至50%、60%和80%時,ρ(PM2.5)分別升高1.06,4.35,4.69倍,粒數濃度分別升高1.31,1.70,1.76倍;使用擴散干燥管對模擬高濕煙氣除濕,采集到的顆粒物質量濃度有不同程度的下降,最高相對濕度(94.9%)下,ρ(PM2.5)為27.17 mg/Nm3,濕度81.4%、68.5%、48.7%和30.4%時,質量濃度相比最高濕度時分別降低了14.5%、28.8%、43.0%和45.7%;煙氣除濕可降低PM2.5在管路內和切割頭內的損失,在94.9%、81.4%和68.5%相對濕度下采集到的ρ(PM2.5)分別是對照組的3.02,2.73,2.57倍。高濕煙氣除濕降低了顆粒物的含水率,使得PM2.5的質量濃度測量結果隨著除濕強度增加而降低,但因除濕降低了顆粒物損失,相比對照組最終采集到的PM2.5質量濃度隨著除濕強度增加而顯著提升。
2023, 41(12): 166-171.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312020
摘要:
為了解高速公路路域大氣污染物的時空分布特征,以張掖市山丹縣境內G30連霍高速為研究對象,通過實地監測數據,采用多尺度地理加權回歸(MGWR)模型界定出路域大氣污染物邊界界限的前提下,對監測到的主要污染物(PM2.5、PM10、CO和SO2)進行了時空特征分析以及其與交通和氣象要素的相關性分析。結果表明:常數項和邊界距離對于Isum(環境空氣質量綜合指數)的影響均呈顯著的負向影響,在距離高速公路邊界300 m的監測點,常數項中位數為-0.316,邊界距離平均值為-1.022,同時距離高速公路邊界300 m后常數項和邊界距離的回歸系數趨于平穩,故將大氣污染物的高速公路路域邊界界限定義為距離高速公路邊界300 m的區域。在相關性分析中,相較于CO和SO2呈與交通量和氣象因素的顯著相關性,PM10和PM2.5與交通量和氣象因素并未呈顯著的相關性。風向對于PM2.5、PM10和SO2的空間分布影響較大,但對CO的空間分布并未呈正向的影響。
為了解高速公路路域大氣污染物的時空分布特征,以張掖市山丹縣境內G30連霍高速為研究對象,通過實地監測數據,采用多尺度地理加權回歸(MGWR)模型界定出路域大氣污染物邊界界限的前提下,對監測到的主要污染物(PM2.5、PM10、CO和SO2)進行了時空特征分析以及其與交通和氣象要素的相關性分析。結果表明:常數項和邊界距離對于Isum(環境空氣質量綜合指數)的影響均呈顯著的負向影響,在距離高速公路邊界300 m的監測點,常數項中位數為-0.316,邊界距離平均值為-1.022,同時距離高速公路邊界300 m后常數項和邊界距離的回歸系數趨于平穩,故將大氣污染物的高速公路路域邊界界限定義為距離高速公路邊界300 m的區域。在相關性分析中,相較于CO和SO2呈與交通量和氣象因素的顯著相關性,PM10和PM2.5與交通量和氣象因素并未呈顯著的相關性。風向對于PM2.5、PM10和SO2的空間分布影響較大,但對CO的空間分布并未呈正向的影響。
2023, 41(12): 172-181.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312021
摘要:
針對高爐煤氣催化水解后的高濃度H2S處理需求,利用ASPEN軟件的ELECNRTL物性方法和JOBACK基團貢獻法估算以乙二胺四乙酸為配體原料的EDTA絡合鐵物性參數。以填料吸收塔和曝氣再生槽2個反應器為核心,搭建了整套高爐煤氣絡合鐵濕法吸收H2S與絡合鐵脫硫劑曝氣氧化再生的反應流程工藝的仿真模型。通過單一因素分析發現,在1000 m3/h的煙氣流量下,pH=8時,填料塔與再生槽的反應溫度均為25 ℃,反應壓力均為0.1 MPa,液氣比為5∶1,絡合鐵濃度為0.05 mol/L,停留時間為40 s,n(O2)∶n(絡合亞鐵)為4∶1時,此模型能在成本與效率之間實現最優化,最終可以實現99.5%的H2S吸收率和97.6%的絡合鐵再生率。在此基礎上使用正交分析對各因素的影響度進行分析,并將模型應用于實際示范工程的設計。結果表明,工程運行良好,與模型的預期值相近,表明該模型具有良好的應用價值,可用于指導工程設計與優化。
針對高爐煤氣催化水解后的高濃度H2S處理需求,利用ASPEN軟件的ELECNRTL物性方法和JOBACK基團貢獻法估算以乙二胺四乙酸為配體原料的EDTA絡合鐵物性參數。以填料吸收塔和曝氣再生槽2個反應器為核心,搭建了整套高爐煤氣絡合鐵濕法吸收H2S與絡合鐵脫硫劑曝氣氧化再生的反應流程工藝的仿真模型。通過單一因素分析發現,在1000 m3/h的煙氣流量下,pH=8時,填料塔與再生槽的反應溫度均為25 ℃,反應壓力均為0.1 MPa,液氣比為5∶1,絡合鐵濃度為0.05 mol/L,停留時間為40 s,n(O2)∶n(絡合亞鐵)為4∶1時,此模型能在成本與效率之間實現最優化,最終可以實現99.5%的H2S吸收率和97.6%的絡合鐵再生率。在此基礎上使用正交分析對各因素的影響度進行分析,并將模型應用于實際示范工程的設計。結果表明,工程運行良好,與模型的預期值相近,表明該模型具有良好的應用價值,可用于指導工程設計與優化。
2023, 41(12): 182-189.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312022
摘要:
隨著鋼鐵行業超低排放的推進,實施高爐煤氣脫硫迫在眉睫。高爐煤氣中含硫組分主要為羰基硫(COS),常采用γ-Al2O3基催化劑將COS催化水解為H2S再進一步脫除,但是煤氣中的HCl組分容易導致催化劑失活。采用浸漬法在γ-Al2O3上負載堿金屬Na、K制備鋁基水解催化劑,在固定床-氣相色譜聯用裝置上,考察水解催化劑在含HCl氣氛的失活機理。在120 ℃、150000 h-1空速條件下測試COS的水解效率。結果表明:Na/Al2O3和K/Al2O3催化劑的活性及抗氯性能均高于γ-Al2O3,且Na/Al2O3的抗氯性高于K/Al2O3?；钚越M分Na、K增加了催化劑的堿性中心,促進了COS水解反應,提高了催化劑活性;Na、K優先與HCl反應生成金屬氯化物,減弱了HCl對載體組分的氯化作用,提高了催化劑的抗氯性。探明了Na/Al2O3和K/Al2O3催化劑在含HCl氣氛的失活機理。HCl占據了催化劑的中強堿性中心(M—O),與堿金屬活性組分反應生成了金屬氯化物(M—Cl),降低了催化劑的活性。Na/Al2O3催化劑在HCl氣氛中的Na流失量顯著低于K/Al2O3催化劑中K的流失量,提高了Na/Al2O3催化劑的抗氯性。
隨著鋼鐵行業超低排放的推進,實施高爐煤氣脫硫迫在眉睫。高爐煤氣中含硫組分主要為羰基硫(COS),常采用γ-Al2O3基催化劑將COS催化水解為H2S再進一步脫除,但是煤氣中的HCl組分容易導致催化劑失活。采用浸漬法在γ-Al2O3上負載堿金屬Na、K制備鋁基水解催化劑,在固定床-氣相色譜聯用裝置上,考察水解催化劑在含HCl氣氛的失活機理。在120 ℃、150000 h-1空速條件下測試COS的水解效率。結果表明:Na/Al2O3和K/Al2O3催化劑的活性及抗氯性能均高于γ-Al2O3,且Na/Al2O3的抗氯性高于K/Al2O3?；钚越M分Na、K增加了催化劑的堿性中心,促進了COS水解反應,提高了催化劑活性;Na、K優先與HCl反應生成金屬氯化物,減弱了HCl對載體組分的氯化作用,提高了催化劑的抗氯性。探明了Na/Al2O3和K/Al2O3催化劑在含HCl氣氛的失活機理。HCl占據了催化劑的中強堿性中心(M—O),與堿金屬活性組分反應生成了金屬氯化物(M—Cl),降低了催化劑的活性。Na/Al2O3催化劑在HCl氣氛中的Na流失量顯著低于K/Al2O3催化劑中K的流失量,提高了Na/Al2O3催化劑的抗氯性。
2023, 41(12): 190-196,157.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312023
摘要:
針對我國污泥體量大、處置能力不足的問題,對石灰干化污泥摻入燒結的新型資源化方法進行了研究。系統研究了不同污泥摻入量對燒結成礦性能、煙氣顆粒物及二噁英類物質排放的影響。研究表明:污泥摻入量<1.8%時,燒結成品率和轉鼓指數小幅降低,固體燃耗變化不顯著,總體對成礦質量影響較小;燒結排放的PM10和PM2.5顆粒物排放濃度隨著污泥摻入量的增加,呈先降低后升高的趨勢,配入燒結可顯著降低細顆粒物中K、Na、Pb、Zn和Cu含量;在燒結過程中,二噁英類物質總質量濃度及總毒性當量濃度隨著污泥摻入量的增加,呈先緩慢減小后急劇增加的趨勢。該方法能大體量、低成本利用石灰干化污泥,具有良好的推廣應用潛力。
針對我國污泥體量大、處置能力不足的問題,對石灰干化污泥摻入燒結的新型資源化方法進行了研究。系統研究了不同污泥摻入量對燒結成礦性能、煙氣顆粒物及二噁英類物質排放的影響。研究表明:污泥摻入量<1.8%時,燒結成品率和轉鼓指數小幅降低,固體燃耗變化不顯著,總體對成礦質量影響較小;燒結排放的PM10和PM2.5顆粒物排放濃度隨著污泥摻入量的增加,呈先降低后升高的趨勢,配入燒結可顯著降低細顆粒物中K、Na、Pb、Zn和Cu含量;在燒結過程中,二噁英類物質總質量濃度及總毒性當量濃度隨著污泥摻入量的增加,呈先緩慢減小后急劇增加的趨勢。該方法能大體量、低成本利用石灰干化污泥,具有良好的推廣應用潛力。
2023, 41(12): 197-205,106.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312024
摘要:
利用管式爐燃燒實驗模擬水泥窯爐預分解與鋼鐵窯爐燒結過程,在900 ℃下開展鋼鐵塵泥、轉爐灰、燒結灰、高爐布袋灰4種典型的鋼鐵冶煉固廢與垃圾焚燒飛灰熱利用及共燃過程氣相污染物生成特性與排放控制的相關研究,其中,4種鋼鐵冶煉固廢與垃圾焚燒飛灰分別以2∶8、3∶7、4∶6的質量比進行共燃。結果表明:鋼鐵塵泥、轉爐灰、燒結灰、高爐布袋灰分別以20%、20%、30%和40%的比例與垃圾焚燒飛灰共燃,是抑制NO生成、揮發性重金屬Pb、Zn揮發的最佳比例。4種鋼鐵冶煉固廢中,轉爐灰與垃圾焚燒飛灰共燃對NO生成的抑制效果最好,高爐布袋灰與垃圾焚燒飛灰共燃對Pb揮發的抑制效果最穩定,同時對Zn揮發的抑制效果最佳。該成果可為熱處置過程中氣體污染物的生成抑制和排放控制技術開發提供參考。
利用管式爐燃燒實驗模擬水泥窯爐預分解與鋼鐵窯爐燒結過程,在900 ℃下開展鋼鐵塵泥、轉爐灰、燒結灰、高爐布袋灰4種典型的鋼鐵冶煉固廢與垃圾焚燒飛灰熱利用及共燃過程氣相污染物生成特性與排放控制的相關研究,其中,4種鋼鐵冶煉固廢與垃圾焚燒飛灰分別以2∶8、3∶7、4∶6的質量比進行共燃。結果表明:鋼鐵塵泥、轉爐灰、燒結灰、高爐布袋灰分別以20%、20%、30%和40%的比例與垃圾焚燒飛灰共燃,是抑制NO生成、揮發性重金屬Pb、Zn揮發的最佳比例。4種鋼鐵冶煉固廢中,轉爐灰與垃圾焚燒飛灰共燃對NO生成的抑制效果最好,高爐布袋灰與垃圾焚燒飛灰共燃對Pb揮發的抑制效果最穩定,同時對Zn揮發的抑制效果最佳。該成果可為熱處置過程中氣體污染物的生成抑制和排放控制技術開發提供參考。
2023, 41(12): 206-212,130.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312025
摘要:
設計城市生活垃圾焚燒飛灰經過濕法調節pH預處理后協同建筑棄土燒制陶粒試驗,探究了脫氯飛灰摻比和燒結溫度對陶粒形貌和力學性能的影響。結果表明:脫氯飛灰摻比主要影響生料中SiO2、Al2O3、CaO等含量,與燒結溫度共同對陶粒的孔隙和晶體結構產生影響。在脫氯飛灰摻比為20%、燒結溫度為1150 ℃條件下,陶粒具有最佳性能表現:抗壓強度為7.94 MPa,顆粒密度為1245.50 kg/m3,1 h吸水率為7.92%。經過濕法預處理和高溫燒結,焚燒飛灰和建筑棄土混合生料的重金屬浸出濃度普遍降低62.50%以上,二噁英毒性當量濃度降低90.15%,研究結果可為二者的無害化資源化處置提供參考依據。
設計城市生活垃圾焚燒飛灰經過濕法調節pH預處理后協同建筑棄土燒制陶粒試驗,探究了脫氯飛灰摻比和燒結溫度對陶粒形貌和力學性能的影響。結果表明:脫氯飛灰摻比主要影響生料中SiO2、Al2O3、CaO等含量,與燒結溫度共同對陶粒的孔隙和晶體結構產生影響。在脫氯飛灰摻比為20%、燒結溫度為1150 ℃條件下,陶粒具有最佳性能表現:抗壓強度為7.94 MPa,顆粒密度為1245.50 kg/m3,1 h吸水率為7.92%。經過濕法預處理和高溫燒結,焚燒飛灰和建筑棄土混合生料的重金屬浸出濃度普遍降低62.50%以上,二噁英毒性當量濃度降低90.15%,研究結果可為二者的無害化資源化處置提供參考依據。
2023, 41(12): 213-220,189.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312026
摘要:
采用飛灰協同冶金固體廢物(高爐礦渣、鋼渣以及脫硫石膏)制備飛灰-礦渣基膠凝材料代替水泥作為采空區的回填材料,并探究了飛灰摻入量對膠凝體系水化機理及重金屬穩定化效果的影響。結果表明:膠凝體系飛灰摻入量較少時(10%),會抑制體系早期(3 d)水化產物的生成,降低固化體的抗壓強度;飛灰的堿激發作用會在一定程度上促進水化產物鈣礬石的生成,對養護結束(28 d)時固化體的抗壓強度提升具有促進作用;當膠凝體系飛灰摻入量較高時(25%),會嚴重抑制膠凝體系水化進程,但其產品抗壓強度仍高于礦區采空區對膠凝材料的要求。另一方面,飛灰-礦渣基膠凝體系對飛灰中重金屬的穩定化效果良好,除了飛灰摻入量為25%處理組的Zn浸出濃度接近水泥膠砂(GB/T 30810—2014)標準限制外,其他處理組(飛灰添加量為0%~20%)重金屬浸出量均滿足標準限制。因此,在摻入量合適的情況下,以飛灰作為礦區回填膠凝材料是一種理想的飛灰建材資源化方法。
采用飛灰協同冶金固體廢物(高爐礦渣、鋼渣以及脫硫石膏)制備飛灰-礦渣基膠凝材料代替水泥作為采空區的回填材料,并探究了飛灰摻入量對膠凝體系水化機理及重金屬穩定化效果的影響。結果表明:膠凝體系飛灰摻入量較少時(10%),會抑制體系早期(3 d)水化產物的生成,降低固化體的抗壓強度;飛灰的堿激發作用會在一定程度上促進水化產物鈣礬石的生成,對養護結束(28 d)時固化體的抗壓強度提升具有促進作用;當膠凝體系飛灰摻入量較高時(25%),會嚴重抑制膠凝體系水化進程,但其產品抗壓強度仍高于礦區采空區對膠凝材料的要求。另一方面,飛灰-礦渣基膠凝體系對飛灰中重金屬的穩定化效果良好,除了飛灰摻入量為25%處理組的Zn浸出濃度接近水泥膠砂(GB/T 30810—2014)標準限制外,其他處理組(飛灰添加量為0%~20%)重金屬浸出量均滿足標準限制。因此,在摻入量合適的情況下,以飛灰作為礦區回填膠凝材料是一種理想的飛灰建材資源化方法。
2023, 41(12): 221-226,287.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312027
摘要:
為探究秸稈與粉煤灰聯合對煤矸石污染土壤中黑麥草富集重金屬的影響,通過盆栽試驗,向煤矸石污染土壤中添加粉煤灰(CS1)、秸稈(CS2)及粉煤灰與秸稈混合物(CS3),將未添加組設為對照組,分析各處理組黑麥草體內重金屬元素Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd的含量,使用植物富集系數和轉運系數對黑麥草富集和遷移重金屬的能力進行評價。結果表明:各處理組中黑麥草對重金屬的富集能力差異較大,單一修復體系中,粉煤灰有利于黑麥草地上、地下部分對Fe、Cd的富集,秸稈對促進黑麥草地上、地下部分吸收富集Fe、Mn、Pb更具潛力,粉煤灰、秸稈均抑制了黑麥草地上、下部分對Zn的吸收富集;在粉煤灰與秸稈混合處理中,黑麥草地上、地下部分對Fe、Mn的富集能力最佳。黑麥草根部對Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd的富集能力均大于黑麥草地上部分。綜上,粉煤灰、秸稈及二者混合物對黑麥草地上、地下部分吸收富集Fe、Mn、Cu、Pb、Cd具有不同程度的促進作用;對Fe、Mn更具有較大的修復潛力。
為探究秸稈與粉煤灰聯合對煤矸石污染土壤中黑麥草富集重金屬的影響,通過盆栽試驗,向煤矸石污染土壤中添加粉煤灰(CS1)、秸稈(CS2)及粉煤灰與秸稈混合物(CS3),將未添加組設為對照組,分析各處理組黑麥草體內重金屬元素Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd的含量,使用植物富集系數和轉運系數對黑麥草富集和遷移重金屬的能力進行評價。結果表明:各處理組中黑麥草對重金屬的富集能力差異較大,單一修復體系中,粉煤灰有利于黑麥草地上、地下部分對Fe、Cd的富集,秸稈對促進黑麥草地上、地下部分吸收富集Fe、Mn、Pb更具潛力,粉煤灰、秸稈均抑制了黑麥草地上、下部分對Zn的吸收富集;在粉煤灰與秸稈混合處理中,黑麥草地上、地下部分對Fe、Mn的富集能力最佳。黑麥草根部對Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd的富集能力均大于黑麥草地上部分。綜上,粉煤灰、秸稈及二者混合物對黑麥草地上、地下部分吸收富集Fe、Mn、Cu、Pb、Cd具有不同程度的促進作用;對Fe、Mn更具有較大的修復潛力。
2023, 41(12): 227-235.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312028
摘要:
地下水環境調查是地下水污染防治的基礎性工作,對支撐地下水環境監管具有重要意義。然而在實際調查工作過程中,存在不同專業背景的從業人員、專家學者對其中部分關鍵問題的看法不一致的情況,現有的技術規范對于低滲透土層等特殊條件的場地不太適用,也未針對不同用途監測井分別制定建井要求,不利于實際調查工作的開展。通過查閱國內外相關文獻和技術規范,對比分析了地下水環境調查與傳統水文地質調查工作目標差異,明確了地下水環境調查監測井建設深度需綜合考慮污染源分布和巖土層性質確定,鉆至但不鉆穿下覆隔水層,針對臨時監測井、長期監測井和污染地下水抽提井的管徑、孔徑分別給出了設計建議,并結合實踐經驗和工程案例分析了如何在低滲透土層建井、洗井和開展現場水文地質試驗,以期為相關從業人員更好地開展地下水環境狀況調查工作提供參考和借鑒。
地下水環境調查是地下水污染防治的基礎性工作,對支撐地下水環境監管具有重要意義。然而在實際調查工作過程中,存在不同專業背景的從業人員、專家學者對其中部分關鍵問題的看法不一致的情況,現有的技術規范對于低滲透土層等特殊條件的場地不太適用,也未針對不同用途監測井分別制定建井要求,不利于實際調查工作的開展。通過查閱國內外相關文獻和技術規范,對比分析了地下水環境調查與傳統水文地質調查工作目標差異,明確了地下水環境調查監測井建設深度需綜合考慮污染源分布和巖土層性質確定,鉆至但不鉆穿下覆隔水層,針對臨時監測井、長期監測井和污染地下水抽提井的管徑、孔徑分別給出了設計建議,并結合實踐經驗和工程案例分析了如何在低滲透土層建井、洗井和開展現場水文地質試驗,以期為相關從業人員更好地開展地下水環境狀況調查工作提供參考和借鑒。
2023, 41(12): 236-240,328.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312029
摘要:
高鹽難降解的反滲透濃水能否達標處理,嚴重制約著中水回用雙膜技術的推廣應用。以江蘇某工業園區高堿度、高溴的反滲透濃鹽水達標處理的實際工程為例,探討了影響工藝出水達標的主要因素,并確定了最佳的工藝運行參數。工程運行結果表明:Br-濃度和堿度過高時會影響臭氧生化耦合系統的處理效果。適當投加H2O2可對Br-產生掩蔽效應,降低高濃度Br-對O3利用效率的影響。H2O2投加量為80 mg/L,且控制堿度<2000 mg/L時,臭氧生化耦合系統對COD去除效率可由10%提高到46%,整套系統出水滿足達標排放標準。該項目對高堿度、高溴難降解的反滲透濃鹽水的達標處理,可為同類廢水的處理提供指導和借鑒。
高鹽難降解的反滲透濃水能否達標處理,嚴重制約著中水回用雙膜技術的推廣應用。以江蘇某工業園區高堿度、高溴的反滲透濃鹽水達標處理的實際工程為例,探討了影響工藝出水達標的主要因素,并確定了最佳的工藝運行參數。工程運行結果表明:Br-濃度和堿度過高時會影響臭氧生化耦合系統的處理效果。適當投加H2O2可對Br-產生掩蔽效應,降低高濃度Br-對O3利用效率的影響。H2O2投加量為80 mg/L,且控制堿度<2000 mg/L時,臭氧生化耦合系統對COD去除效率可由10%提高到46%,整套系統出水滿足達標排放標準。該項目對高堿度、高溴難降解的反滲透濃鹽水的達標處理,可為同類廢水的處理提供指導和借鑒。
2023, 41(12): 241-246,318.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312030
摘要:
面向鋼鐵生產過程和非工藝除塵環保治理需求,實現了基于工業互聯網架構的環保治理智能平臺,并結合組織和生產管理特點,構建了生產現場實時監控和生產調度兩級管理系統。該平臺可實時采集鋼鐵生產過程和非工藝除塵環節工況、運行參數和能耗數據,對其進行大數據分析和人工智能處理,實現生產現場管理、能耗分析和優化、過程監控和基于智能圖像識別的安防預警功能。該平臺采用安全加密技術,支持通過辦公計算機和移動終端實時獲取生產信息和智能告警。該平臺達到GB/T 39117—2020智能制造能力成熟度三級以上。實測結果表明,該平臺能縮短故障檢測排除時間15.29%,總噸鋼效率提升37.84%,噸鋼年度電力消耗降低11.43%。
面向鋼鐵生產過程和非工藝除塵環保治理需求,實現了基于工業互聯網架構的環保治理智能平臺,并結合組織和生產管理特點,構建了生產現場實時監控和生產調度兩級管理系統。該平臺可實時采集鋼鐵生產過程和非工藝除塵環節工況、運行參數和能耗數據,對其進行大數據分析和人工智能處理,實現生產現場管理、能耗分析和優化、過程監控和基于智能圖像識別的安防預警功能。該平臺采用安全加密技術,支持通過辦公計算機和移動終端實時獲取生產信息和智能告警。該平臺達到GB/T 39117—2020智能制造能力成熟度三級以上。實測結果表明,該平臺能縮短故障檢測排除時間15.29%,總噸鋼效率提升37.84%,噸鋼年度電力消耗降低11.43%。
2023, 41(12): 247-255.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312031
摘要:
風浪引起沉積物再懸浮會直接影響水體光照條件,促進沉積物中污染物的釋放,對湖泊生態系統的構建產生著重要影響。采用已發表數據驗證了風浪要素和風浪切應力經驗計算公式在淺水湖泊中的適應性,并從淺水湖泊風浪擾動機理出發,提出了臨界起動應力簡化計算方法和適用條件并加以驗證。最后,基于簡化模型和風致再懸浮影響評估方法研究了風浪對金湖水生態修復的影響,結合生態圍隔、綜合底質改良劑和復合微生物菌劑等綜合措施,恢復金湖沉水植物150萬m2。研究結果可用于評估風浪對淺水湖泊沉積物再懸浮的影響,為淺水湖泊水生態修復、內源污染治理工程設計提供理論參考。
風浪引起沉積物再懸浮會直接影響水體光照條件,促進沉積物中污染物的釋放,對湖泊生態系統的構建產生著重要影響。采用已發表數據驗證了風浪要素和風浪切應力經驗計算公式在淺水湖泊中的適應性,并從淺水湖泊風浪擾動機理出發,提出了臨界起動應力簡化計算方法和適用條件并加以驗證。最后,基于簡化模型和風致再懸浮影響評估方法研究了風浪對金湖水生態修復的影響,結合生態圍隔、綜合底質改良劑和復合微生物菌劑等綜合措施,恢復金湖沉水植物150萬m2。研究結果可用于評估風浪對淺水湖泊沉積物再懸浮的影響,為淺水湖泊水生態修復、內源污染治理工程設計提供理論參考。
2023, 41(12): 256-263,295.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312032
摘要:
考慮鄰避設施選址影響因素之間的關聯性和居民對鄰避設施在空間距離上的排斥,基于地理信息系統(GIS)和多目標決策理論,構建兩階段優化選址模型。第1階段,建立包含地理信息因素的綜合評價指標體系,采用決策試行與評價實驗室法(DEMATEL)確定指標間的影響關系進而計算指標權重,之后使用GIS技術對地理圖層疊加處理得到備選區域。第2階段,引入概率多值中智集的概念對備選區域進行評價,提出基于偏差測度的專家權重計算方法。將基于前景理論的交互式多準則決策方法(TODIM)拓展到概率多值中智集群決策環境中,對備選區域進行排序。最后,以北京市某垃圾焚燒發電項目為例,驗證模型的可行性和穩定性,從而為城市規劃布局大型環境類鄰避設施的選址提供了有力的決策參考。
考慮鄰避設施選址影響因素之間的關聯性和居民對鄰避設施在空間距離上的排斥,基于地理信息系統(GIS)和多目標決策理論,構建兩階段優化選址模型。第1階段,建立包含地理信息因素的綜合評價指標體系,采用決策試行與評價實驗室法(DEMATEL)確定指標間的影響關系進而計算指標權重,之后使用GIS技術對地理圖層疊加處理得到備選區域。第2階段,引入概率多值中智集的概念對備選區域進行評價,提出基于偏差測度的專家權重計算方法。將基于前景理論的交互式多準則決策方法(TODIM)拓展到概率多值中智集群決策環境中,對備選區域進行排序。最后,以北京市某垃圾焚燒發電項目為例,驗證模型的可行性和穩定性,從而為城市規劃布局大型環境類鄰避設施的選址提供了有力的決策參考。
2023, 41(12): 264-269,311.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312033
摘要:
非正規生活垃圾填埋場產生的滲濾液易對地下水環境造成嚴重污染,為了精準評價劣Ⅴ類水質和同類水質間的差異,引入水質標識指數法對典型非正規垃圾填埋場地下水水質進行評價。結果表明:由于淺層地下水與生活垃圾滲濾液直接接觸,導致各監測點地下水中氨氮、高錳酸鹽指數、氯化物指標單因子水質評價結果分別為66.362~255.3251、13.89~40.036、15.111~21.417;各監測點地下水綜合水質評價結果為9.645~25.9521,均為劣Ⅴ類;最小值出現在2005年以前垃圾填埋區。受隔水層對污染物的有效阻隔作用,微承壓水水質較潛水層水質顯著好轉,各監測點地下水綜合水質評價結果為3.100~3.700。從空間分布特征看,不同填埋區潛水或微承壓水單因子水質評價結果均存在顯著差異;不同填埋區潛水水質綜合評價結果存在顯著差異,而微承壓水綜合水質評價結果差異不顯著。研究成果對于今后我國垃圾填埋場地下水水質評價和環境管理具有借鑒作用。
非正規生活垃圾填埋場產生的滲濾液易對地下水環境造成嚴重污染,為了精準評價劣Ⅴ類水質和同類水質間的差異,引入水質標識指數法對典型非正規垃圾填埋場地下水水質進行評價。結果表明:由于淺層地下水與生活垃圾滲濾液直接接觸,導致各監測點地下水中氨氮、高錳酸鹽指數、氯化物指標單因子水質評價結果分別為66.362~255.3251、13.89~40.036、15.111~21.417;各監測點地下水綜合水質評價結果為9.645~25.9521,均為劣Ⅴ類;最小值出現在2005年以前垃圾填埋區。受隔水層對污染物的有效阻隔作用,微承壓水水質較潛水層水質顯著好轉,各監測點地下水綜合水質評價結果為3.100~3.700。從空間分布特征看,不同填埋區潛水或微承壓水單因子水質評價結果均存在顯著差異;不同填埋區潛水水質綜合評價結果存在顯著差異,而微承壓水綜合水質評價結果差異不顯著。研究成果對于今后我國垃圾填埋場地下水水質評價和環境管理具有借鑒作用。
2023, 41(12): 270-277.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312034
摘要:
針對傳統DRASTIC模型在參數權重確定過程中主觀性強問題,以粵北某地區淺層地下水為研究對象,利用采集的地下水相關數據和新增土地利用類型參數,在優化BP神經網絡算法和構建DRASTICL模型基礎上,借助地下水NO3-濃度進行模型驗證,建立耦合BP神經網絡算法的BP-DRASTICL模型,進而根據地下水脆弱性空間分布特點提出了地下水污染風險管控對策。結果表明:訓練函數為trainlm、學習率為0.1、隱含層神經元節點數為6時,BP神經網絡算法效果最好,相應地獲得的最優BP-DRASTICL模型參數權重依次為0.1420(地下水埋深,D)、0.1151(凈補給量,R)、0.0791(含水層介質,A)、0.1833(土壤介質,S)、0.0908(地形,T)、0.1574(包氣帶介質影響,I)、0.0891(滲透系數,C)和0.1433(土地利用類型,L)。D、S、T和L對評價結果的影響最大。與DRASTIC模型、DRASTICL模型相比,BP-DRASTICL模型的Pearson和Spearman相關系數最高,分別達到0.615和0.656,表明硝酸鹽濃度與脆弱性指數之間具有很高的線性關系。研究區地下水脆弱性總體屬于極低脆弱性和低脆弱性,高脆弱性和極高脆弱性地區主要分布在研究區中部。針對研究區脆弱性的空間分布特征,差異化提出了地下水污染風險管控對策。利用BP神經網絡算法確定DRASTICL模型參數權重,因減少了人為主觀性的影響,比傳統專家打分法更準確。
針對傳統DRASTIC模型在參數權重確定過程中主觀性強問題,以粵北某地區淺層地下水為研究對象,利用采集的地下水相關數據和新增土地利用類型參數,在優化BP神經網絡算法和構建DRASTICL模型基礎上,借助地下水NO3-濃度進行模型驗證,建立耦合BP神經網絡算法的BP-DRASTICL模型,進而根據地下水脆弱性空間分布特點提出了地下水污染風險管控對策。結果表明:訓練函數為trainlm、學習率為0.1、隱含層神經元節點數為6時,BP神經網絡算法效果最好,相應地獲得的最優BP-DRASTICL模型參數權重依次為0.1420(地下水埋深,D)、0.1151(凈補給量,R)、0.0791(含水層介質,A)、0.1833(土壤介質,S)、0.0908(地形,T)、0.1574(包氣帶介質影響,I)、0.0891(滲透系數,C)和0.1433(土地利用類型,L)。D、S、T和L對評價結果的影響最大。與DRASTIC模型、DRASTICL模型相比,BP-DRASTICL模型的Pearson和Spearman相關系數最高,分別達到0.615和0.656,表明硝酸鹽濃度與脆弱性指數之間具有很高的線性關系。研究區地下水脆弱性總體屬于極低脆弱性和低脆弱性,高脆弱性和極高脆弱性地區主要分布在研究區中部。針對研究區脆弱性的空間分布特征,差異化提出了地下水污染風險管控對策。利用BP神經網絡算法確定DRASTICL模型參數權重,因減少了人為主觀性的影響,比傳統專家打分法更準確。
2023, 41(12): 278-287.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312035
摘要:
唐山作為重工業城市,其大氣污染狀況極易對當地及京津冀地區生態環境造成影響。設置23個采樣點采集唐山大氣降塵。結果表明:降塵中As、Cd、Pb、Cr、Ni、Cu和Zn的平均含量分別為12.89,1.90,158.06,88.00,33.13,65.67,933.65 mg/kg。其中Pb、Ni和Cr高值區主要分布在唐山主城區北部、中部和東南區域,As主要分布在北部和東南區域,Cd主要分布在西北部和中部區域,Zn主要分布在東北部區域,Cu高值區分布則較為分散。富集因子分析顯示:As、Cr和Ni為輕度富集,Cu為中度富集,Pb為較高富集,Cd和Zn為嚴重富集。地積累指數評價結果表明:Ni、Cr和As元素污染程度為無污染到中度污染,Cu為中度污染,Pb為中度污染到強污染,Cd和Zn為強污染。對于兒童群體和成人群體,大氣降塵中重金屬元素的非致癌總風險(HI)順序分別為Pb>As>Cr>Zn>Cd>Ni>Cu和 Pb>As>Cr>Cd>Zn>Ni>Cu;3種暴露途徑均表現為手-口攝食途徑風險最高,呼吸途徑風險居中,皮膚接觸途徑風險最低。其中,兒童群體非致癌總風險(HI)為1.63,易對兒童身體健康造成危害;成人群體HI為0.223,表明其對成人健康影響較小。對Ni、Cr、As和Cd元素致癌風險進行計算,其值均在10-9~10-7,表明這4種元素通過呼吸途徑不具有致癌風險。源解析結果表明,研究區Cr、Pb、Cu、Cd和Ni可能為交通和土壤的混合源,Zn可能主要來自工業源,As可能主要來自土壤和工業的混合源。
唐山作為重工業城市,其大氣污染狀況極易對當地及京津冀地區生態環境造成影響。設置23個采樣點采集唐山大氣降塵。結果表明:降塵中As、Cd、Pb、Cr、Ni、Cu和Zn的平均含量分別為12.89,1.90,158.06,88.00,33.13,65.67,933.65 mg/kg。其中Pb、Ni和Cr高值區主要分布在唐山主城區北部、中部和東南區域,As主要分布在北部和東南區域,Cd主要分布在西北部和中部區域,Zn主要分布在東北部區域,Cu高值區分布則較為分散。富集因子分析顯示:As、Cr和Ni為輕度富集,Cu為中度富集,Pb為較高富集,Cd和Zn為嚴重富集。地積累指數評價結果表明:Ni、Cr和As元素污染程度為無污染到中度污染,Cu為中度污染,Pb為中度污染到強污染,Cd和Zn為強污染。對于兒童群體和成人群體,大氣降塵中重金屬元素的非致癌總風險(HI)順序分別為Pb>As>Cr>Zn>Cd>Ni>Cu和 Pb>As>Cr>Cd>Zn>Ni>Cu;3種暴露途徑均表現為手-口攝食途徑風險最高,呼吸途徑風險居中,皮膚接觸途徑風險最低。其中,兒童群體非致癌總風險(HI)為1.63,易對兒童身體健康造成危害;成人群體HI為0.223,表明其對成人健康影響較小。對Ni、Cr、As和Cd元素致癌風險進行計算,其值均在10-9~10-7,表明這4種元素通過呼吸途徑不具有致癌風險。源解析結果表明,研究區Cr、Pb、Cu、Cd和Ni可能為交通和土壤的混合源,Zn可能主要來自工業源,As可能主要來自土壤和工業的混合源。
2023, 41(12): 288-295.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312036
摘要:
生態保護紅線作為國家和區域生態安全的底線,開展其人類干擾風險及其驅動因素研究可為生態保護紅線監管與優化調整提供科學依據。以泰州市生態保護紅線為研究區,構建了基于貝葉斯網絡的人類干擾風險評價方法。通過人類干擾危險性(風險源)、生態保護紅線敏感性(風險受體)、人類干擾易達性(作用途徑)和人類干擾風險(風險評價結果)進行風險表達,對比分析了2018年和2020年2個時期不同人類干擾風險源(建筑開發、交通建設和礦產開采等)對生態保護紅線區的人類活動干擾風險變化趨勢。采用Netica軟件中Sensitivity to Findings工具,探究了人類活動干擾風險時空演變的主要驅動因素。結果表明:1)相較于2018年,泰州市2020年的人類干擾風險有所下降;2)2018年和2020年,泰州市高港區的人類干擾風險最高,應重點監管與防控;3)生態保護紅線風險的主要驅動因素為人類活動面積占比和人口密度指標。研究結果可為生態保護紅線優化調整、人類活動干擾風險預警與防控提供決策參考。
生態保護紅線作為國家和區域生態安全的底線,開展其人類干擾風險及其驅動因素研究可為生態保護紅線監管與優化調整提供科學依據。以泰州市生態保護紅線為研究區,構建了基于貝葉斯網絡的人類干擾風險評價方法。通過人類干擾危險性(風險源)、生態保護紅線敏感性(風險受體)、人類干擾易達性(作用途徑)和人類干擾風險(風險評價結果)進行風險表達,對比分析了2018年和2020年2個時期不同人類干擾風險源(建筑開發、交通建設和礦產開采等)對生態保護紅線區的人類活動干擾風險變化趨勢。采用Netica軟件中Sensitivity to Findings工具,探究了人類活動干擾風險時空演變的主要驅動因素。結果表明:1)相較于2018年,泰州市2020年的人類干擾風險有所下降;2)2018年和2020年,泰州市高港區的人類干擾風險最高,應重點監管與防控;3)生態保護紅線風險的主要驅動因素為人類活動面積占比和人口密度指標。研究結果可為生態保護紅線優化調整、人類活動干擾風險預警與防控提供決策參考。
2023, 41(12): 296-303.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312037
摘要:
準確描述土壤重金屬的空間分布并合理劃分土壤污染風險區,是土壤重金屬污染風險管控的重要前提。以廣東省某工業化區域為研究區,基于隨機森林(RF)和模糊c均值(FCM),采集577個采樣點的土壤重金屬數據和12個環境協變量數據,分析了土壤重金屬(Cr、Pb、Cu和Zn)濃度,構建了土壤重金屬濃度預測模型,開展了數據驅動的區域土壤重金屬污染風險分類,并提出了相應的風險分類管控策略。結果表明:Cr、Pb、Cu和Zn的實測濃度分別為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的平均值是當地土壤背景值的1.10~1.29倍。4種重金屬變異系數均在86%~319%,屬中上強度的變異水平,土壤重金屬受人為活動影響較大。當RF節點變量數(mtry)值為5,決策數個數(ntree)值為800時展現了較好的預測性能,預測性能R2的最大值分別達到0.78(Cr)、0.79(Pb)、0.85(Cu)和0.76(Zn),RMSE的最小值分別達到21.57(Cr)、59.88(Pb)、62.38(Cu)和105.88(Zn)。Cr的高值區多位于研究區的東北部和中北部,而Pb、Cu和Zn的高值區則集中于中北部和中南部。在制定土壤重金屬污染風險管控策略時,應優先關注中部地區。研究區被劃分為2個風險區,其中A區為高風險區,應嚴格進行重金屬污染風險管控;B區為低風險區,應加強監控預警,采取源頭控制措施,防止新增污染。
準確描述土壤重金屬的空間分布并合理劃分土壤污染風險區,是土壤重金屬污染風險管控的重要前提。以廣東省某工業化區域為研究區,基于隨機森林(RF)和模糊c均值(FCM),采集577個采樣點的土壤重金屬數據和12個環境協變量數據,分析了土壤重金屬(Cr、Pb、Cu和Zn)濃度,構建了土壤重金屬濃度預測模型,開展了數據驅動的區域土壤重金屬污染風險分類,并提出了相應的風險分類管控策略。結果表明:Cr、Pb、Cu和Zn的實測濃度分別為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的平均值是當地土壤背景值的1.10~1.29倍。4種重金屬變異系數均在86%~319%,屬中上強度的變異水平,土壤重金屬受人為活動影響較大。當RF節點變量數(mtry)值為5,決策數個數(ntree)值為800時展現了較好的預測性能,預測性能R2的最大值分別達到0.78(Cr)、0.79(Pb)、0.85(Cu)和0.76(Zn),RMSE的最小值分別達到21.57(Cr)、59.88(Pb)、62.38(Cu)和105.88(Zn)。Cr的高值區多位于研究區的東北部和中北部,而Pb、Cu和Zn的高值區則集中于中北部和中南部。在制定土壤重金屬污染風險管控策略時,應優先關注中部地區。研究區被劃分為2個風險區,其中A區為高風險區,應嚴格進行重金屬污染風險管控;B區為低風險區,應加強監控預警,采取源頭控制措施,防止新增污染。
2023, 41(12): 304-311.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312038
摘要:
對比考察了不同劑量哌嗪類螯合劑(TS300)和二甲基二硫代氨基甲酸鹽(SDD)對生活垃圾焚燒飛灰中重金屬的穩定化效果。結果表明:TS300添加量為3%、SDD添加量為5%時,飛灰螯合產物重金屬浸出濃度可滿足GB 16889—2008《生活垃圾填埋場污染控制標準》的標準限值。然而,飛灰螯合產物在放置28 d后,3%TS300組的Cd、5%SDD組的Pb和Cd的浸出濃度超過標準限值。此外,螯合穩定化處理可將飛灰中重金屬從不穩定的可還原態轉化為較穩定的可氧化態,同時還可拓寬飛灰穩定存在的pH值范圍(即在該pH范圍內重金屬浸出濃度達標)。環境風險評估指數分析結果表明:3%TS300處理組,目標重金屬在考察時間范圍內(0~28 d)均對環境無風險,而5%SDD處理組飛灰螯合產物中Pb、Zn和Cd在放置28 d后會造成潛在環境風險。因此,就研究所用飛灰的重金屬穩定效果而言,TS300優于SDD。
對比考察了不同劑量哌嗪類螯合劑(TS300)和二甲基二硫代氨基甲酸鹽(SDD)對生活垃圾焚燒飛灰中重金屬的穩定化效果。結果表明:TS300添加量為3%、SDD添加量為5%時,飛灰螯合產物重金屬浸出濃度可滿足GB 16889—2008《生活垃圾填埋場污染控制標準》的標準限值。然而,飛灰螯合產物在放置28 d后,3%TS300組的Cd、5%SDD組的Pb和Cd的浸出濃度超過標準限值。此外,螯合穩定化處理可將飛灰中重金屬從不穩定的可還原態轉化為較穩定的可氧化態,同時還可拓寬飛灰穩定存在的pH值范圍(即在該pH范圍內重金屬浸出濃度達標)。環境風險評估指數分析結果表明:3%TS300處理組,目標重金屬在考察時間范圍內(0~28 d)均對環境無風險,而5%SDD處理組飛灰螯合產物中Pb、Zn和Cd在放置28 d后會造成潛在環境風險。因此,就研究所用飛灰的重金屬穩定效果而言,TS300優于SDD。
2023, 41(12): 312-318.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312039
摘要:
氣候變化是當今世界面臨的最為重要和富有挑戰性的問題之一,當前國際旅游業規模達上萬億美元,對環境具有重大影響,旅游業能源消耗和碳排放已成為影響全球氣候變化的重要因素之一?；谖湟纳铰糜螛I的原始數據,分析了游客流量、來源、交通方式等旅游現狀,將旅游活動分為交通、住宿、餐飲、游玩4部分,采用自下而上法的方式,計算了武夷山2019年和2020年的旅游碳足跡,并與其他地區研究結果進行對比分析。得出2019年的碳足跡為87.3萬t,人均碳足跡53.7 kg/人;2020年的碳足跡為46.7萬t,人均碳足跡43.3 kg/人。交通、住宿、餐飲、游玩的碳足跡比例約為14∶4∶1∶1。碳足跡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(31.5萬t)比2019年(62.0萬t)減少近50%。武夷山的旅游碳足跡在全國范圍內處于偏低水平,未來應重點關注旅游交通領域的碳減排。
氣候變化是當今世界面臨的最為重要和富有挑戰性的問題之一,當前國際旅游業規模達上萬億美元,對環境具有重大影響,旅游業能源消耗和碳排放已成為影響全球氣候變化的重要因素之一?；谖湟纳铰糜螛I的原始數據,分析了游客流量、來源、交通方式等旅游現狀,將旅游活動分為交通、住宿、餐飲、游玩4部分,采用自下而上法的方式,計算了武夷山2019年和2020年的旅游碳足跡,并與其他地區研究結果進行對比分析。得出2019年的碳足跡為87.3萬t,人均碳足跡53.7 kg/人;2020年的碳足跡為46.7萬t,人均碳足跡43.3 kg/人。交通、住宿、餐飲、游玩的碳足跡比例約為14∶4∶1∶1。碳足跡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(31.5萬t)比2019年(62.0萬t)減少近50%。武夷山的旅游碳足跡在全國范圍內處于偏低水平,未來應重點關注旅游交通領域的碳減排。
2023, 41(12): 319-328.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312040
摘要:
目前煤氣化渣尚未得到有效利用,多采用填埋或堆積處理。隨著煤氣化渣堆存量的增加,其伴隨的資源浪費及環境污染問題越來越突出。因此,迫切需要尋找高效合理的氣化渣利用方式。介紹了煤氣化渣的形成過程,綜述了煤氣化渣在建筑材料、土壤改良、吸附材料、殘炭利用和催化劑載體等方面的研究現狀。其中,建筑材料按照膠凝材料、磚墻材料和陶粒3個部分展開綜述。對吸附材料的綜述包括廢水處理和CO2吸附。殘炭利用介紹了用于摻燒和催化石墨化及吸收電磁波等。最后提出了一種綜合利用思路:殘炭與灰渣分開利用,殘炭可作為活性炭和電磁波吸收劑原料,灰渣的利用根據浸出液中重金屬含量來綜合確認:若毒性超標可通過免燒法制陶粒,毒性不超標則可根據其組分選擇制沸石或用作膠凝材料添加劑。
目前煤氣化渣尚未得到有效利用,多采用填埋或堆積處理。隨著煤氣化渣堆存量的增加,其伴隨的資源浪費及環境污染問題越來越突出。因此,迫切需要尋找高效合理的氣化渣利用方式。介紹了煤氣化渣的形成過程,綜述了煤氣化渣在建筑材料、土壤改良、吸附材料、殘炭利用和催化劑載體等方面的研究現狀。其中,建筑材料按照膠凝材料、磚墻材料和陶粒3個部分展開綜述。對吸附材料的綜述包括廢水處理和CO2吸附。殘炭利用介紹了用于摻燒和催化石墨化及吸收電磁波等。最后提出了一種綜合利用思路:殘炭與灰渣分開利用,殘炭可作為活性炭和電磁波吸收劑原料,灰渣的利用根據浸出液中重金屬含量來綜合確認:若毒性超標可通過免燒法制陶粒,毒性不超標則可根據其組分選擇制沸石或用作膠凝材料添加劑。
2023, 41(12): 329-336,342.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312041
摘要:
污染土壤修復是提高生態環境質量的重要途徑,受到了越來越多研究者的關注。以Web of Science數據庫的文獻資料為數據源,利用CiteSpace、VOSviewer等文獻計量軟件,針對近10年(2011—2020)全球土壤重修復領域的相關文獻,從發文量、發文國家、機構、關鍵詞、作者、期刊及被引頻次等方面進行分析,探討了國內外研究現狀及未來發展趨勢。結果表明:污染土壤修復研究文獻數量呈快速增長態勢,中國、美國、澳大利亞、德國、法國等是外文文獻發文量較多的國家;外文文獻主要載文期刊有Environmental Science and Pollution Research、Chemosphere、Science of the Total Environment等;在外文文獻發文數量和被引頻次上,中國科研機構均占有重要地位,表明我國在污染土壤修復領域有著較強的國際學術影響力;通過關鍵詞"共現"分析,發現"重金屬""生物有效性""Pb""植物修復""生物修復""固定化""風險評估""多環芳烴"等是近10年的研究熱點;利用關鍵詞突現功能,發現風險評估、污染因子空間分布、土壤微生物群落、生物炭正逐漸成為全球研究的新熱點。最后,結合作者團隊土壤修復一線從業經驗,提出了未來重點研究方向的建議。
污染土壤修復是提高生態環境質量的重要途徑,受到了越來越多研究者的關注。以Web of Science數據庫的文獻資料為數據源,利用CiteSpace、VOSviewer等文獻計量軟件,針對近10年(2011—2020)全球土壤重修復領域的相關文獻,從發文量、發文國家、機構、關鍵詞、作者、期刊及被引頻次等方面進行分析,探討了國內外研究現狀及未來發展趨勢。結果表明:污染土壤修復研究文獻數量呈快速增長態勢,中國、美國、澳大利亞、德國、法國等是外文文獻發文量較多的國家;外文文獻主要載文期刊有Environmental Science and Pollution Research、Chemosphere、Science of the Total Environment等;在外文文獻發文數量和被引頻次上,中國科研機構均占有重要地位,表明我國在污染土壤修復領域有著較強的國際學術影響力;通過關鍵詞"共現"分析,發現"重金屬""生物有效性""Pb""植物修復""生物修復""固定化""風險評估""多環芳烴"等是近10年的研究熱點;利用關鍵詞突現功能,發現風險評估、污染因子空間分布、土壤微生物群落、生物炭正逐漸成為全球研究的新熱點。最后,結合作者團隊土壤修復一線從業經驗,提出了未來重點研究方向的建議。
2023, 41(12): 337-342.
doi: 10.13205/j.hjgc.202312042
摘要:
人工魚礁可以為魚類等提供繁殖、生長、索餌和庇敵的場所,對海域生態優化、海洋環境修復、海洋牧場推廣及海洋碳匯提升均具有重要意義?；炷潦侨斯~礁制備中應用最為廣泛的材料,但是其制備成本較高,限制了人工魚礁在海洋環境修復中的應用。針對我國海岸線長、人工魚礁需求量大、制備成本高,同時基于我國工業固廢產生量大、資源化利用率低的現狀,綜述了我國以粉煤灰、鐵尾礦、鋼鐵渣等為代表的工業固廢基人工魚礁混凝土的研究現狀,介紹了工業固廢基人工魚礁的制備方法、性能及其對海洋環境的影響,分析了工業固廢基人工魚礁應用的可行性,并對未來的研究方向提出了建議,以期為工業固廢的大規模高值化利用和低成本工業固廢基人工魚礁混凝土的推廣應用提供參考。
人工魚礁可以為魚類等提供繁殖、生長、索餌和庇敵的場所,對海域生態優化、海洋環境修復、海洋牧場推廣及海洋碳匯提升均具有重要意義?；炷潦侨斯~礁制備中應用最為廣泛的材料,但是其制備成本較高,限制了人工魚礁在海洋環境修復中的應用。針對我國海岸線長、人工魚礁需求量大、制備成本高,同時基于我國工業固廢產生量大、資源化利用率低的現狀,綜述了我國以粉煤灰、鐵尾礦、鋼鐵渣等為代表的工業固廢基人工魚礁混凝土的研究現狀,介紹了工業固廢基人工魚礁的制備方法、性能及其對海洋環境的影響,分析了工業固廢基人工魚礁應用的可行性,并對未來的研究方向提出了建議,以期為工業固廢的大規模高值化利用和低成本工業固廢基人工魚礁混凝土的推廣應用提供參考。
