Influence of pore structure on biologically activated carbon performance and biofilm microbial characteristics

• Pore structure affects biologically activated carbon performance. • Pore structure determines organic matter (OM) removal mechanism. • Microbial community structure is related to pore structure and OM removal. Optimizing the characteristics of granular activated carbon (GAC) can improve the performance of biologically activated carbon (BAC) filters, and iodine value has always been the principal index for GAC selection. However, in this study, among three types of GAC treating the same humic acid-contaminated water, one had an iodine value 35% lower than the other two, but the dissolved organic carbon removal efficiency of its BAC was less than 5% away from the others. Iodine value was found to influence the removal of different organic fractions instead of the total removal efficiency. Based on the removal and biological characteristics, two possible mechanisms of organic matter removal during steady-state were suggested. For GAC with poor micropore volume and iodine value, high molecular weight substances (3500–9000 Da) were removed mainly through degradation by microorganisms, and the biodegraded organics (soluble microbial by-products,<3500 Da) were released because of the low adsorption capacity of activated carbon. For GAC with higher micropore volume and iodine value, organics with low molecular weight (<3500 Da) were more easily removed, first being adsorbed by micropores and then biodegraded by the biofilm. The biomass was determined by the pore volume with pore diameters greater than 100 μm, but did not correspond to the removal efficiency. Nevertheless, the microbial community structure was coordinate with both the pore structure and the organic removal characteristics. The findings provide a theoretical basis for selecting GAC for the BAC process based on its pore structure.     

水处理用活性炭改性研究

利用锆和氯化十六烷基三甲铵共同改性活性炭,制备一种新型去除污水中硝酸盐和磷酸盐的水处理吸附剂,并考察吸附剂加量、反应温度、pH值、共存阴离子等影响因素对吸附效果的影响。结果表明:锆-氯化十六烷基三甲铵改性活性炭(Zr-CTAC-AC)吸附剂适用于硝酸盐和磷酸盐浓度在100mg/L以下的污水,随着Zr-CTAC-AC加量的增加,硝酸盐、磷酸盐去除率逐渐增加,单位吸附量逐渐下降,Zr-CTAC-AC加量为8g/L时,硝酸盐去除率为79%,Zr-CTAC-AC加量为4.0g/L时,磷酸盐去除率可达91%,但应在较低的pH值范围内使用;反应温度对Zr-CTAC-AC的吸附效果影响不大;共存Cl-、HCO3^-和SO4^2-可使硝酸盐的吸附率降低,但对磷酸盐吸附率影响较小;1mol/L NaCl溶液可使吸附到Zr-CTAC-AC表面的硝酸盐90.9%左右被解吸出来,1mol/L NaOH溶液可使吸附到Zr-CTAC-AC表面的磷酸盐78.4%左右被解吸出来。Zr-CTAC-AC能够有效去除污水中硝酸盐和磷酸盐,制备方法简单,且可循环利用,处理成本低。     

多维度高质量城镇化对能源消费碳排放的传导机制研究

碳排放研究一直是国际气候变化领域研究的热点,高质量的城镇化有利于碳排放减少及全球气候变化减缓。本文从人口、土地、经济三个维度构建高质量城镇化评价指标体系,对2005—2019年中国30个省域的高质量城镇化水平进行评价,在理论机制分析的基础上利用中介效应模型验证了三个维度高质量城镇化对能源消费碳排放的中介效应。结果表明：不同维度的高质量城镇化水平对碳排放的影响不同,当前的人口高质量城镇化具有显著碳减排效果,经济高质量城镇化也具有一定碳减排作用,但现阶段土地高质量城镇化增加了碳排放;不同维度的高质量城镇化与能源消费碳排放之间存在不同的作用机制。具体而言,劳动力结构转型在人口高质量城镇化与碳排放间不存在中介效应,土地财政在土地高质量城镇化与碳排放间存在完全中介效应,经济集聚在经济高质量城镇化与碳排放间存在遮掩效应。     

碳中和愿景下中国电力部门的生物质能源技术部署战略研究

2020年9月22日,习近平主席在第七十五届联合国大会上郑重承诺,中国将提高自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,努力争取2060年前实现碳中和。电力部门是我国能源系统实现碳中和的关键,而生物质能源技术在电力部门的部署对于推动实现碳中和具有不可替代的重要意义。本文针对三类生物质能源的发电技术,包括生物质直燃/气化发电、生物质耦合发电、生物质与碳捕获封存技术联合发电,分析了技术的国内外发展现状,并从技术可行性、资源可行性、经济可行性和环境影响等方面评析了其在推动电力部门低碳转型过程中的可行性。同时,结合碳中和愿景下电力部门的减排要求及对相关技术潜力的最新研判,对生物质能源技术在我国电力部门的部署提出了相应的政策建议。     

苏州古城区域河道碳氮磷类污染物的分布特征

苏州是水质型缺水城市,节水、减排、控源和截污等工程实施后,水质问题依然严峻.为了解苏州古城区域河道中碳氮磷类污染物的总量及分布特征,提出河道疏浚决策依据,于2019年春季在苏州古城区域采集了20个代表性断面的河道底泥和水体样品,测定了河道底泥的深度,分析了河道底泥和水体样品中碳氮磷类污染指标的含量,评价了河道底泥和水体的污染程度,并预测了换水、引水、降雨和疏浚情境下水质的变化.结果表明,苏州古城区域河道底泥深度在22~1025 mm之间（均值为266 mm）,底泥总质量约为5.2×10⁵ t.底泥中总有机碳、总氮、氨氮、总磷和有效磷平均含量分别为3.4%、2074 mg·kg^-1、140.2 mg·kg^-1、1765 mg·kg^-1和57.2 mg·kg^-1,属中度污染,总磷含量超标点超过90%,环城河污染程度最高,建议优先疏浚.水体中总有机碳、生化需氧量、化学需氧量、总氮、氨氮、凯氏氮、总磷和磷酸盐平均浓度分别为7.8、0.6、13.1、2.5、0.643、1.3、0.18和0.09 mg·L^-1,属重度污染,为劣V类地表水,总氮浓度严重超标.基于沿程碳氮磷类污染物总量的分布情况,苏州古城区域河道疏浚推荐顺序为环城河、古城北部河道、干将河和古城南部河道.降雨情景下,初期径流污染物浓度高,将导致河道水质急剧下降;换水和引水情境下水中总氮总量均减少0.2 t,完全疏浚后水中总氮总量分别进一步减少4.58 t和2.19 t.底泥磷以外源输入为主,可受纳部分水体中的磷,故疏浚后,水体中总磷总量可能增加.     

西安市大气棕碳污染特性及发色团种类

为探究西安市大气棕碳（BrC）的光学特性及化学组成,利用大气颗粒物采样器和吸附剂同时采集了颗粒相和气相大气样品,并运用紫外-可见分光光度计和三维荧光光度计测定了样品中BrC的吸光和荧光特性,基于平行因子分析（PARAFAC）法解析三维荧光光谱得到BrC的种类和组成信息.结果表明,在波长为365 nm时,颗粒相和气相BrC的吸光度分别为（13.8±7.9）Mm^-1和（8.0±3.1）Mm^-1,两者占比分别为63%和37%.本研究并未发现气相和颗粒相BrC吸光度之间有显著的相关性.PARAFAC结果表明,西安市大气BrC含有类腐殖质发色团、类酚类发色团和类蛋白发色团,而它们分别在气相和颗粒相BrC中的占比是不同的,类腐殖质发色团和类蛋白发色团在颗粒相中分布较多,分别为41%和36%,而气相中主要包含酚类发色团,其占比为78%.本研究结果揭示了气相BrC也可能是贡献大气正辐射强迫的重要因子,以及参与大气光化学反应的重要大气组分,将来的研究需要给予足够重视和关注.     

石盘丘小流域不同土地利用方式下土壤氮磷流失形态及通量

为了解三峡库区小流域不同土地利用方式下土壤氮、磷流失特征,为农业非点源污染防控提供科学依据;采用田间试验的方法,研究了三峡库区石盘丘小流域水田、旱坡地、林地、柑橘园和菜地这5种土地利用方式下地表径流不同形态氮、磷流失浓度与通量的特征.结果表明：全氮流失通量的顺序为水田[17.73 kg·（hm²·a）^-1] > 柑橘园[4.86 kg·（hm²·a）^-1] > 旱坡地[4.33 kg·（hm²·a）^-1] > 菜地[4.00 kg·（hm²·a）^-1] > 林地[2.41 kg·（hm²·a）^-1];全磷流失通量的顺序为菜地[4.97 kg·（hm²·a）^-1] > 柑橘园[1.87 kg·（hm²·a）^-1] > 水田[0.93 kg·（hm²·a）^-1] > 林地[0.27 kg·（hm²·a）^-1] > 旱坡地[0.19 kg·（hm²·a）^-1];5种土地利用方式下氮、磷流失主要集中在降雨频繁的4~5月,占全年氮、磷流失总负荷的53.80%~96.52%和56.03%~87.78%;氮流失主要以硝态氮（16.16%~52.70%）的形态流失,全氮流失通量与径流量呈现出显著正相关关系（R²=0.9826）;在菜地中颗粒磷是磷流失的主要形态（83.30%）,但在其他土地利用方式中表现不显著.不同土地利用方式下不同形态氮、磷流失存在显著差异,其中菜地应针对强降雨情况下颗粒磷流失的问题采取措施,水田应避免在降雨集中时期施肥;科学施肥和合理地土地利用方式配置是治理小流域农业非点源污染的重要途径.     

应对气候变化法的立法探究

为了实现碳排放达峰目标和碳中和愿景,明确应对气候变化的法律地位、工作目标和法律要求,规定部门职责及温室气体排放权的法律属性与交易机制,分解工作目标并开展评价考核,彰显国家应对气候的法治决心,亟须制定综合性基础法律——应对气候变化法。该法的制定已具备充足的研究起草基础和下位法支撑,建议尽快纳入全国人大常委会立法计划,并启动《环境保护法》等相关法律的修改。本文建议,将低碳发展和碳排放达峰、碳中和等纳入立法目的,设立总则、规划与标准、气候变化减缓、气候变化适应、管理和监督、国际合作、法律责任、附则八章,合理设立规范重点。健全统一监管与部门分工负责的体制和基金筹集、市场交易、社会共治等机制,全面构建国内应对气候变化管理制度体系,部署国际协商与合作措施,设置地方政府工作目标责任,对违法行为规定罚则。     

可变径管道漏磁检测有限元仿真与实验研究

为了更好地支持压力管道检验,降低事故率,本文基于漏磁检测原理,利用有限元分析软件建立了管道外漏磁检测模型,对管道漏磁检测进行了仿真计算,得到了缺陷处漏磁场特征曲线,模拟了圆柱形缺陷对管道外壁漏磁场的影响,得出了不同参数缺陷对漏磁场的影响规律,并且基于理论和有限元计算结果试制了可变径管道外漏磁检测仪的样机,利用该检测仪对壁厚为8mm的带有人工缺陷的管道进行扫描检测,研究不同参数缺陷对漏磁场信号的影响规律。结果表明,所得结果与有限元仿真的结果吻合良好,且缺陷检测精度及效果满足要求,另外,检测装置对内外壁缺陷检测同样可行有效,适合特种设备（压力管道）检测的工程应用。     

干旱区城市化对生态系统碳库的影响——以乌鲁木齐市为例

城市化是影响区域生态系统碳循环的主要原因,也是评估生态系统碳循环的最大不确定因素。论文利用1990与2010年Landsat TM数据,基于V-I-S城市土地覆被模型和决策树分类法,获得乌鲁木齐土地变化时空格局;结合野外实测数据和文献检索得到研究区不同土地覆被类型的土壤与植被碳密度,估算了城市土地变化对生态系统碳库的影响。结果表明：1）1990—2010年间,乌鲁木齐城市不透水地表（impervious surface areas, ISA）以中部南部内部填充与北部扩张的形式约增加62%,主要占用农田（27%）与荒漠（62%）。2）乌鲁木齐市生态系统碳库主体（95%）分布在土壤中,城市土地覆被变化导致约25%的碳库损失,由农田、裸土/残存荒漠以及城市绿地转变为ISA解释了68%的土壤有机碳和63%的植被碳损失量,其空间分布与ISA的扩张相一致。城市植被及其土壤具有较高的碳密度,合理的城市规划可以抵消部分因土地变化而损失的生态系统碳。