气液介质阻挡放电降膜反应器降解甲硝唑实验研究

针对抗生素药物甲硝唑难生物降解的难题,首次借助气液冷等离子体高级氧化的方法,采用连续气液介质阻挡放电降膜反应器对其进行降解实验研究.同时,定量测量和评价了反应器的·OH氧化能力,考察了不同初始浓度、不同放电气氛及加入叔丁醇对甲硝唑降解效果的影响,并重点探讨了·OH对甲硝唑降解的作用.结果表明,当甲硝唑在反应器内停留时间为3 s时,初始浓度为5、10和20 mg·L~(-1)的甲硝唑溶液的转化率分别为97.8%、85.4%和78.7%,说明气液介质阻挡放电降膜反应器对甲硝唑具有显著的氧化降解能力.同时实验进一步发现,氧化反应过程中·OH对甲硝唑的降解具有重要贡献.     

Comparative study of degradation of toluene and methyl isobutyl ketone (MIBK) in aqueous solution by pulsed corona discharge plasma

Effectiveness of pulsed power plasma for the degradation of two toxic volatile organic compounds (VOCs), toluene and methyl isobutyl ketone (MIBK), in aqueous solution was evaluated. The plasma degradation of MIBK has been studied for the first time. The influence of initial concentration of target compound, solution pH and scavengers on percentage degradation was evaluated. 100% removal of 200 mg/L of toluene and MIBK was achieved both in liquid and gaseous phases after 12 and 16 min of plasma treatment, respectively. The first order rate constant of toluene and MIBK degradation (for 200 mg/L each) was 0.421 and 0.319 min^?1 respectively when they were treated individually, and these values decreased slightly during degradation of their mixture. MIBK degradation was slower than toluene and it might be due to semi volatile and hydrophilic nature of MIBK. The effect of initial concentration of toluene and MIBK showed different degradation patterns. Highest degradation of both the compounds was obtained in neutral pH and in absence of scavengers. ?OH radical was the major reactive species involved in their degradation. Their degradation in real environmental matrices showed that removal reduced significantly in secondary effluent due to scavenging of reactive species by various ions and organic matter. The total number of degradation intermediates identified in case of toluene and MIBK was 11 and 14 respectively and formate was the one recalcitrant byproduct generated. The degradation pathway of toluene and MIBK involving reactions of reactive oxygen and nitrogen species and reductive species is proposed.     

辉光放电等离子体降解模拟染料废水的研究

用辉光放电等离子体技术对伊红B模拟染料废水降解进行了研究.借助紫外光谱和荧光光谱分析其降解过程,用酸度计测定了降解液pH的变化,用原子力显微镜观察了降解过程中伊红B的形貌并初步探讨了降解机理.结果表明,伊红B被降解为CO2、H2O和简单无机盐;在波长为513 nm时,降解110 min后,脱色率达到95%;反应后降解液pH降低,说明反应过程中有羧酸类物质生成.通过吸光度值计算得到了动力学常数k=0.0206 min-1,降解过程符合一级反应动力学特征.     

Decomposition of trifluoromethane in a dielectric barrier discharge non-thermal plasma reactor

The decomposition of trifluoromethane (CHF₃) was carried out using non-thermal plasma generated in a dielectric barrier discharge (DBD) reactor. The effects of reactor temperature, electric power, initial concentration and oxygen content were examined. The DBD reactor was able to completely destroy CHF₃ with alumina beads as a packing material. The decomposition efficiency increased with increasing electric power and reactor temperature. The destruction of CHF₃ gradually increased with the addition of O₂ up to 2%, but further increase in the oxygen content led to a decrease in the decomposition efficiency. The degradation pathways were explained with the identified by-products. The main by-products from CHF₃ were found to be COF₂, CF₄, CO₂ and CO although the COF₂ and CF₄ disappeared when the plasma were combined with alumina catalyst.     

ABR发酵系统运行特性及产氢效能研究

为解决连续流搅拌槽式反应器(CSTR)发酵制氢系统存在的不足,如单位基质氢气转化率低、因搅拌带来的耗能,抗负荷冲击能力不强等问题,开展了厌氧折流板反应器(ABR)发酵产氢的研究.结果表明,在35℃和进水COD 5000mg/L等条件下,ABR系统可在26d达到乙醇型发酵,其比产氢速率为0.13L/(gMLVSS·d),而在同样条件下, CSTR达到乙醇型发酵后,比产氢速率仅为0.06L/(gMLVSS·d).ABR通过生物相的分离,使产氢系统梯级利用有机物并达到深度产氢的目的.与CSTR相比,ABR具有较高的产氢活性、较低能源消耗等优点,是一种较为理想的有机废水发酵制氢反应设备.     

能量注入对放电等离子体去除气相苯系物的影响

采用正极性高压直流供电和串齿线放电极——管式接地极构成的放电等离子体反应器,研究了苯系物（苯、甲苯和对二甲苯）去除效率与供电电压之间的关系,以及放电极齿轮数对苯系物去除效率、COx（CO2＋CO）生成量和能量效率的影响。研究结果表明,苯系物的去除效率、COx生成量皆随电压升高而增大。随着电压升高,能量效率先升后降,当电压为11kV左右时,能量效率最高。对应放电齿轮数为31的苯系物去除效率、COx生成量和能量效率皆高于放电齿轮数为55或7,这表明对应特定的等离子体反应器,有一最佳放电齿数匹配。     

Decolorization of Methyl Orange by a new clay-supported nanoscale zero-valent iron: Synergetic effect, efficiency optimization and mechanism

In this study, a novel nanoscale zero-valent iron (nZVI) composite material was successfully synthesized using a low-cost natural clay, “Hangjin 2^# clay” (HJ clay) as the support and tested for the decolorization of the azo dye Methyl Orange (MO) in aqueous solution by nZVI particles. According to the characterization and MO decolorization experiments, the sample with 5:1 HJ clay-supported nZVI (HJ/nZVI) mass ratio (HJ-nZVI5) showed the best dispersion and reactivity and the highest MO decolorization efficiency. With the same equivalent Fe⁰ dosage, the HJ-nZVI1 and HJ-nZVI5 samples demonstrated a synergetic effect for the decolorization of MO: their decolorization efficiencies were much higher than that achieved by physical mixing of HJ clay and nZVIs, or the sum of HJ clay and nZVIs alone. The synergetic effect was primarily due to the improved dispersion and more effective utilization of the nZVI particles on/in the composite materials. Higher decolorization efficiency of MO was obtained at larger HJ-nZVI dosage, higher temperature and under N₂ atmosphere, while the MO initial concentration and pH were negatively correlated to the efficiency. HJ clay not only works as a carrier for nZVI nanoparticles, but also contributes to the decolorization through an “adsorption-enhanced reduction” mechanism. The high efficiency of HJ-nZVI for decontamination gives it great potential for use in a variety of remediation applications.     

高压脉冲电晕放电等离子体降解废水中苯酚

考察了多种因素对高压脉冲电晕放电低温等离子体法降解水中苯酚效果的影响 .提高脉冲电压峰值和放电频率、延长放电时间等均可大大提高降解效果 .自由基清除剂如正丁醇和缓冲剂如硼酸盐的存在均会显著降低降解效果 .1 0 0mg·L- 1苯酚废水溶液放电处理 1 80min ,最高降解率达 67 3 % .当放电处理 42 0min时 ,废水的TOC下降 83 8% .     

两相一体式污泥浓缩消化反应器运行效能及其微生物特性

为考察两相一体式污泥浓缩消化反应器(TISTD)的处理效能和影响因素,试验研究了反应器在不同污泥投配率下的运行效能,并通过显微镜、扫描电镜观察污泥中微生物的形态和种类,同时通过厌氧培养和分离,以或然计数法(MPN)确定优势菌株,用16S rDNA测序分析及系统发育分析研究优势菌株.结果表明,在中温条件35℃±2℃下,TISTD反应器最佳污泥投配率为30%,在此投配率下,排泥含水率达到92.1% ,VS/TS0.2~0.25,产气量为40.35L/d;污泥显微镜观察结果显示,有各种形态的变形虫、豆形虫、鞭毛虫和纤毛虫等原生动物,内反应器污泥电镜扫描照片显示包括各种丝状菌、杆状菌、球状菌以及体积较大的菌胶团,污泥中的微生物种群表现出高度的多样性;16S rDNA序列分析及系统发育树分析结果显示,外反应室的优势菌分属芽孢杆菌属,证明外反应室的反应处于产氢产乙酸阶段,是污泥水解酸化的主要场所;内反应室的优势菌分属于甲烷螺菌属,证明内反应室是适合产甲烷菌生长并产气的主要场所,从而实现了污泥同时浓缩消化的生物相分离.     

铁屑法脱色效率与染料结构的关系

33种水溶性染料溶液的铁屑法脱色试验结果表明,所有染料在10min内脱色率达到55%以上,其中33%的染料脱色率超过90%,61%的染料脱色率超过80%.初步探讨了染料结构与其铁屑法脱色效率之间的定性关系.结果表明,铁屑法脱色效率与染料结构之间有较密切关系,染料共轭链的长短、染料分子空间位阻的大小、是否有互变异构现象、偶氮双键中的氮原子是否与临近基团形成氢键以及取代基的电负性大小等对脱色效果有影响.     

高压放电等离子体协同锰锆镧铈催化剂降解乙酸乙酯的特性与机制

实验制备了新型Mn-Zr-La-Ce/Al₂O₃、Mn-Zr-Cu和Mn-Co-Ce 3种催化剂,利用SEM-EDS、XRD、BET、FT-IR、O₂-TPD进行表征分析,研究了高压放电协同催化剂对乙酸乙酯的降解因素影响规律(催化剂种类、初始浓度、含氧量和进气气量),通过对出口气体GC-MS等分析,探讨了高压放电协同催化降解乙酸乙酯的机理.结果表明,高压放电低温等离子体协同Mn-Zr-La-Ce催化剂对于乙酸乙酯的降解效果最好,当电压为40 kV时,降解效率为94.6%,能量效率为1.52 g·kW^-1·h^-1,降解副产物O₃及NO_x浓度较低.降解效率随着初始浓度、气量的增加而较低,但随着含氧量的增加则是先升高后下降.GC-MS等分析结果表明,在降解乙酸乙酯过程中会产生丙酸乙酯和乙酸正已酯等中间产物,最终生成CO₂、H₂O.     

温度对ABR反应器处理效果和微生物群落结构的影响

采用厌氧折流板反应器(Anaerobic baffled reactor, ABR)工艺处理模拟养猪场废水,考察低温(15±1)℃、中温(35±1)℃、高温(50±1)℃等3个温度条件对ABR处理效果和微生物群落结构的影响.同时,在水力停留时间HRT为24 h,进水COD为2000 mg·L^-1的条件下,考察了不同温度条件对ABR系统出水COD、pH、挥发性脂肪酸(Volatile fatty acid, VFA)的影响.最后,采用扫描电镜和荧光原位杂交技术(Fluorescence in situ hybridization, FISH)分别考察了不同温度条件对污泥微生物形态、种群结构和相对丰度的影响.结果显示,中温条件下系统的COD去除率最高,保持在96%以上,而低温和高温条件下系统的COD去除率均在70%左右;温度变化对反应器内pH值的影响不大;VFA含量在中温条件下最低,表示反应器运行最稳定;FISH结果显示,中温条件下系统真细菌和古细菌的总相对丰度最高,比低温和高温条件下分别高出12%和27%.     

介质阻挡放电等离子体老化微塑料及对Zn (II)吸附的影响

为了在实验中缩短微塑料的老化时间,更真实地模拟自然老化条件,采用介质阻挡放电（DBD）等离子体老化聚乙烯微塑料（PE-MP）和聚丙烯微塑料（PP-MP）,同时研究了老化前后PE-MP和PP-MP对Zn （II）的吸附过程和机理.随着放电时间延长和输入电压升高,微塑料表面出现微小裂纹或孔洞,形成含氧官能团.老化后PE-MP和PP-MP对Zn （II）的吸附容量分别提高了22.7%和14.8%.老化前后微塑料对Zn （II）的吸附均符合准二级动力学模型.颗粒内扩散模型表明,Zn （II）在微塑料上的吸附过程可分为快速吸附,慢速吸附和吸附平衡3个阶段.同时,老化前后微塑料对Zn （II）的吸附均符合Langmuir吸附等温线模型.热力学结果表明,微塑料对Zn （II）的吸附是自发的吸热过程.Ca²⁺、腐殖酸和低pH值不利于微塑料对Zn （II）的吸附.     

Simultaneous oxidation of NO, SO2 and Hg0 from flue gas by pulsed corona discharge

A process capable of oxidizing NO, SO2 and Hg0 was proposed simultaneously, which utilized a high-voltage and short-duration positive pulsed corona discharge. By focusing on NO, SO2, and Hg0 oxidation efficiencies, the influences of pulse peak voltage, pulse frequency, initial concentration, electrode number, residence time and water vapor addition were investigated. The results indicate that NO, SO2 and Hg0 oxidation efficiencies depend primarily on the radicals (OH, HO2, O) and the active species (O3, H2O2), etc. produced by the pulsed corona discharge. The NO, SO2 and Hg0 oxidation efficiencies improved as increasing pulse peak voltage, pulse frequency, electrode number and residence time, while they are reduced with an increasing initial concentration. By adding water vapor, SO2 oxidation efficiency is improved remarkably, while NO oxidation efficiency is decreased slightly. In our experiments, the simultaneous NO, SO2, and Hg0 oxidation efficiencies reached to 40%, 98% and 55% with the initial concentrations 479 mg/m3, 1040 mg/m3, and 15.0 ug/m3, respectively.     

河北省城市水资源利用绩效评估与需水量估算研究

从公共服务部门标杆管理思想出发,构建了2007—2014年中国地级以上城市水资源利用效率标杆体系,并以此为评估依据,对河北省地级以上城市2007—2014年水资源利用效率展开评估,识别各个城市万元GDP水耗、万元工业总产值水耗、人均综合水耗和人均生活水耗在全国所有地级以上城市和不同类型范围城市中的具体位置和变化趋势;并在此基础上对城市水资源利用效率标杆体系进行历史趋势外推,将标杆预测结果作为河北省各城市节水效率管理目标,结合河北省人口数量增长和社会经济发展规划目标,估算了"十三五"期末2020年河北省地级以上城市需水量,以期为指导河北省地级以上城市"以水定城"发展战略的制定提供参考依据.结果显示:河北省唐山市、沧州市、廊坊市万元GDP水耗一直处于全国先进水平;仅沧州市万元工业总产值水耗一直处于全国先进水平;保定市、沧州市和衡水市的人均综合水耗一直处于全国先进水平;保定市、沧州市、张家口市、石家庄市、秦皇岛市、邢台市的人均生活水耗一直处于全国先进水平;预计到"十三五"期末,河北省地级以上城市市辖区工业需水总量减少为8.81亿m~3,居民生活需水量增加为4.26亿m~3,城市总用水量增加为16.94亿m~3.     

序批式生物膜法的脱氮特性及机理研究

对序批式生物膜法工艺中所表现出来的脱氮特性进行了探讨，并提出了过量储存－SND脱氮作用机理。厌氧段脱氮主要靠生物膜对含碳氮有机物的过量储存作用；好氧段脱氮主要靠生物膜的SND作用，反硝化的有机碳源主要为生物膜中在厌氧段过量储存的有机碳源。     

云南省地表水水化学特征及成因

对云南省主要河流、湖泊、水库等地表水的水化学特征及其分布规律进行了分析,简要分析了基本成因和影响因素.     

黄河流域城市水资源利用效率测算及影响因素分析

基于数据包络法的超效率SBM模型、DEA-Malmquist指数、泰尔指数、变异系数和Tobit回归模型,对黄河流域54个地级以上城市的市辖区水资源利用效率、区域差异和影响因素展开测算和分析.结果表明：①2007-2017年,黄河流域城市水资源利用效率远未达到有效水平,82.6%的城市水资源利用效率普遍处于生产前沿面之下,存在水资源配置效率低下和资源浪费、冗余问题;城市水资源利用效率平均值由0.469缓慢波动上升为0.540,区域差异逐渐缩小,总体上呈现黄河上游 > 黄河下游 > 黄河中游的态势.②黄河上游、中游城市水资源利用全要素生产率整体处于上升阶段,下游地区城市水资源利用全要素生产率却处于下降阶段,影响黄河流域城市水资源利用全要素生产率的主要因素在于纯技术效率.③经济发展水平、产业结构等与水资源利用效率呈正相关;市场化程度、水资源禀赋与水资源利用效率的相关性不显著;水效管理政策、水污染物排放与水资源利用效率呈现较为显著的负相关关系.     

水权交易机制对农业用水效率的影响及效应分析

中国水权交易市场尚处于发展初期,其农业节水的实际效果有待检验。在测算2011—2020年中国30个省（市、自治区）农业用水效率的基础上,基于准自然实验的思路,运用空间双重差分法实证评估了水权交易机制对农业用水效率的定量影响,并进一步从理论和实证角度探究了水权交易机制对农业节水的影响机制与具体作用路径。研究发现：水权交易机制对农业用水效率具有显著的提升作用,这一结论在经过一系列稳健性检验后依然成立,且水权交易机制的政策效应具有明显的地区异质性,中部地区的政策效应最大,东部地区次之,西部地区最小;水权交易机制不仅有助于试点省份农业节水目标的实现,而且能够通过政策溢出效应同时提升周边地区的农业用水效率;技术创新和要素流动是水权交易机制发挥农业节水效应的主要路径,且一三产业之间的水要素流动对农业用水效率的促进作用更大。     

河南省不同产业碳水足迹效率研究

碳水关联分析是当前区域可持续发展研究的重要方向之一。从区域碳水耦合视角开展产业碳水足迹效率研究不仅有助于揭示资源利用强度和效率对产业碳排放的影响机制,而且对于全球化背景下区域产业转型中的节水和碳减排具有重要的实践意义。采用2012年河南省投入产出表及各产业取水量和能源消费数据,利用投入产出分析对不同产业的碳水足迹效率进行了对比研究。主要结论如下：（1）碳足迹和水足迹存在着行业不匹配现象。其中,农业水足迹最大,是水足迹最小的木材业的2333倍;采掘业碳足迹最大,是碳足迹最小的食品业的273倍。（2）不同产业碳水足迹效率具有较大的差异。一般来说,足迹较大的产业其足迹效率偏低。（3）产业碳水足迹效率的差异主要受产业属性、水能消耗强度、能源结构、企业技术水平及产业关联情况等因素的影响。（4）建议未来河南省应结合不同产业的特点及水能关联情况制定差别化的节水与碳减排政策,加强制度约束和法律监管,推动企业水能资源高效利用,进一步增强区域适应和减缓气候变化的能力。