太阳光/NiFe-Bi-XY异质结催化剂/过一硫酸盐体系对四环素的降解性能及机理

近年来,尖晶石型铁氧体在光催化领域展现出良好的应用前景,但其团聚作用会影响催化效果,构建异质结结构可以有效提高催化效率。通过自组装法合成了一系列Bi₂WO₆/NiFe₂O₄ p-n型异质结催化剂(NiFe-Bi-XY),并将其应用于去除水体中的四环素污染物。在太阳光/NiFe-Bi-73/过一硫酸盐(PMS)体系中,在反应30 min时对20 mg·L⁻¹四环素溶液的去除率可以达到91.1%,矿化率可以达到56.3%,所构建的反应体系在碱性环境中依然保持着对四环素良好的去除效果。通过XPS价带谱、禁带宽度计算、Mott-Schottky和ESR测试证明NiFe-Bi-XY形成了p-n型异质结结构。在所构建的体系中,四环素的降解主要是通过光催化和非光催化降解2种途径共同实现的。淬灭实验结果表明,·O₂⁻和¹O₂是降解四环素的主要活性物种。以上研究结果可为合成高效的二元异质结催化剂,并将其用于环境修复提供参考。     

基于入口NOx质量浓度修正的脱硝系统多模型预测控制策略及其应用案例

建立不同锅炉工况下基于欧式距离聚类的总给煤量长短期记忆神经网络预测模型,对入口处的NO_x质量浓度数据进行修正,其验证集上的均方根误差为3.53 mg·m^-3。该结果优于常见的回归方法深度神经网络与随机森林回归的预测结果。以此为基础,研究了基于入口NO_x质量浓度修正的多模型预测控制(MMPC),设计并进行了脱硝系统仿真。仿真结果表明,与原有控制条件相比,基于入口NO_x质量浓度修正的MMPC策略使脱硝系统出口NO_x质量浓度波动幅度减小了63.7%,并能满足出口质量浓度指标为40 mg·m^-3时的控制要求,实现卡边控制。现场工程应用结果表明：在高、中、低负荷正常运行的工况条件下,入口修正-MMPC策略可将出口NO_x质量浓度波动分别控制在±10.6 mg·m⁻³、±5.5 mg·m⁻³、±4.9 mg·m⁻³,以标准差来衡量波动幅度即分别减小了53.4%、74.7%、64.6%,此控制水平优于原有控制效果;在出口NO_x质量浓度易超标并出现高浓度氨逃逸的快速变负荷工况下,升、降负荷出口NO_x质量浓度波动分别控制在±6 mg·m⁻³、±5 mg·m⁻³,此控制水平仍优于原有控制效果。本研究的入口修正-MMPC控制策略可实现不同负荷、工况下的喷氨控制,减小出口NO_x波动幅度,降低后续设备低温腐蚀的风险,从而提高SNCR/SCR联合脱硝系统运行的经济性和安全性。     

磁性污泥基生物炭对Pb2+的吸附性能

为克服湿法制备磁性生物炭颗粒时团聚严重、固液分离困难、热解前需消耗大量能源脱水干化的问题,本研究以市政污泥为原料,通过无溶剂法热解制备了磁性污泥基生物炭(MSBC-2),并利用SEM、FTIR、XPS、VMS和Raman等方法对产物的表面结构与特征进行了表征。基于序批实验,分析了pH、温度、背景离子强度、生物炭投加量对该吸附材料的Pb²⁺吸附性能的影响,并进行了吸附动力学、吸附等温线及吸附热力学研究。结果表明：MSBC-2的Pb²⁺去除率随pH及温度的升高而升高,pH>4后去除率基本不变,离子强度对Pb²⁺去除率基本无影响。MSBC-2对Pb²⁺的吸附行为符合准二级动力学模型及Langmuir模型,表明吸附过程的限速步骤为化学反应,吸附为单分子层吸附;MSBC-2的反应速率常数k₂是未改性生物炭的4.1倍,25 ℃时最大理论吸附容量为113.36 mg·g⁻¹,高于大多数湿法制备的磁性生物炭;该吸附过程非自发、吸热且熵增过程;MSBC-2对Pb²⁺的吸附机理主要包括表面络合、离子交换和物理吸附。     

污染地块巨厚含水层典型DNAPLs运移模拟及安全利用深度评估

江苏省南部地区历史遗留化工污染地块同时存在巨厚含水层（厚度＞30 m）和DNAPL类污染物,故导致再开发利用时调查和治理深度难以确定。利用UTChem 模型构建地块二维地下水DNAPLs迁移模型,对巨厚含水层底板上典型DNAPLs（氯仿、1,2-二氯乙烷、四氯化碳、四氯乙烯）随时间推移的迁移扩散情况进行了模拟,并对影响其扩散范围的因素进行了探讨,基于模拟研究结果对此类地块安全利用深度进行了分析。模拟研究表明,不存在抽水井的情况下,经过70 a,含水层底板上4种典型DNAPLs（氯仿、1,2-二氯乙烷、四氯化碳、四氯乙烯）污染羽迁移范围有限,其自底板垂直向上最大迁移距离分别为16.70、16.90、15.20、7.90 m,向下游迁移距离分别为332.12、337.77、322.10、243.40 m。在存在抽水井的情况下,抽水井会显著影响DNAPLs污染羽的迁移范围。影响DNAPLs污染物迁移扩散范围的主要因素为污染物溶解度、密度、黏度、弥散度及渗透系数。本研究结果可为典型化工类型退役地块的风险管控和安全利用提供参考。     

丹江口水库水质空间异质性多指标监测综合分析技术及效果

为深入分析丹江口水库水质时空差异性,探索影响水质的重要因子,提供更具综合性的水质分析方法,基于5个不同观察点,监测水质理化指标和浮游细菌(真菌)群落多样性指标,并采用判别分析法、配对T检验法、直接相关和典型相关分析法进行分析。结果表明：丹江口库区5个观察点的水质在2016年和2017年分别属于良好状态和优秀或良好状态,但是判别分析法显示水质理化指标在5个观察点上整体存在显著差异;浮游细菌(真菌)群落多样性指标在5个观察点上整体存在显著差异; 5个观察点水质理化性质在2 a的2个时期上均无显著性差异,即水质营养状态无显著变化,但两者之间存在显著相关性;对丹江口库区的水质理化指标群与浮游细菌(或真菌)群落多样性指标群按照2个不同时期分别进行典型相关分析,发现水质理化指标的变化趋势与浮游细菌群落多样性指标变化趋势一致;依据所有水质理化指标和浮游真菌(或细菌)群落多样性指标进行综合判别分析,可对不同观察点进一步精细分类;通过典型相关分析发现浮游真菌(或细菌)群落多样性指标可以间接指示或反映水质变化的特点;环境因子（水质理化指标）中重要指标包括X₃(COD)、X₅(NH₃-N)、 X₇(Chl-a)和X₈(SD);浮游细菌群落多样性重要指标包括Y₁(序列条带)、Y₂(OTU数)、Y₃(Ace指数)和Y₄(Chao1指数);浮游真菌群落多样性重要指标包括Y₁(序列条带)、Y₂(OTU数)和Y₃(Ace指数) 。本研究采用的多指标综合分析技术较单指标逐一分析更能全面客观地反映水质变化全貌,可为完善和丰富水质环境监测数据综合分析技术手段提供一定的参考。本研究结果可为相关管理部门监测和改善南水北调中线水源区水质并制定政策提供基础数据和参考依据。     

不同阳离子和碳氮比对反硝化性能及亚硝酸盐氮积累的影响

在序批式反应器(SBR)中,采用乙酸钠为碳源,通过硝酸钠和硝酸钙的交替投加、微量元素的投加以及碳氮比(COD/NO₃⁻-N)的改变,探究了不同控制条件对反硝化性能及NO₂⁻-N积累的影响,并分析了反应器中微生物种群演替特征。结果表明,在以乙酸钠为碳源的SBR中,Ca²⁺浓度过高会抑制反硝化。以NaNO₃为NO₃⁻-N来源时,硝酸盐氮还原率维持在50%左右;相同条件下,以Ca(NO₃)₂为NO₃⁻-N来源时,硝酸盐氮还原率仅有20%。反应器中补充适量磷元素后,硝酸盐氮还原率提高至62%,同时有少量的亚硝酸盐氮积累。当C/N比提高为4后,硝酸盐氮还原率大于98%,长期运行下亚硝酸盐氮积累率平均为83.8%。高通量测序分析结果表明,变形菌门和拟杆菌门在系统中占主导地位。NO₂⁻-N积累的关键功能菌属是Thauera菌属,其最高占比为17.25%。以Ca(NO₃)₂为NO₃⁻-N来源时,Thauera菌属占比仅为0.14%。以上研究结果为短程反硝化的快速启动和稳定运行提供参考。     

过硫酸盐在岩溶管道地下水中的稳定性及其对苯系物的去除效果

原位化学氧化(in situ chemical oxidation,ISCO)是一种高效便捷的去除地下水有机污染物的技术,相比于多孔介质,岩溶地下河中ISCO技术应用还未见报道.为了更好地认识ISCO技术在岩溶地下河石油污染修复中应用的可行性,使用过硫酸盐(persulfate,PS)作为化学氧化剂,在实验室利用碳酸盐...     

基于碳数分段法的石油烃污染土壤异位热脱附工艺的优化

针对石油烃污染土壤成分复杂、污染严重、修复难度高的问题,采用适用性广、效率高且去除彻底的异位热脱附技术修复石油烃污染土壤。利用碳数分段法及室内模拟实验,探究在热脱附过程中的土壤粒径、含水率和有机质对石油烃及各组分热解吸效率的影响;另外,还采用响应面法对各影响因素进行了优化,以获得异位热脱附修复石油烃污染土壤的最优工艺参数。结果表明,当污染土壤粒径高于1 mm时,石油烃脱附效率均可达90%以上,且粒径越大土壤颗粒中石油烃去除率越高。其中,润滑油段(ORO, C28~C40)组分的脱附效率随粒径变化最为明显。当土壤含水率为15%、脱附时间为50 min时,石油烃脱附效率最大为52.63%。另外,土壤中有机质含量越低,越利于石油烃的脱除,且高温(400~500 ℃)条件下可基本消除土壤中高含量有机质(3.82%)对石油烃脱除的阻碍作用。响应面优化实验得到的最佳工艺参数条件为,粒径2 mm、有机质含量1.44%、含水率为17.68%,在此条件下的石油烃脱附去除效率可达65.32%。该研究结果可为热脱附技术在石油烃污染场地的实际应用提供参考。     

光生物反应器中活性污泥和藻类的共培养及微生物群落分析

利用污水处理厂好氧池活性污泥和来自二沉池壁的藻类构成菌藻生物反应器用以处理实际生活废水,探讨了不同泥藻接种比对废水处理效果的影响,并分析了稳定运行后的微生物群落组成。结果表明：泥/藻质量比为1∶0.75的混合系统对污染物质(COD、TN和TP)的去除效率最高;当HRT为2 d时,按泥/藻质量比为1∶0.75接种的光生物反应器(初始TSS为1.12 g·L−1)在搅拌和太阳光照射的条件下,对${{\rm{NH}}_4^ + }$-N的去除率可达99.7%,对${{\rm{PO}}_4^{3 - }}$的去除率约为70%。利用高通量测序技术对运行42 d后反应器内(SRT为15 d)的细菌群落进行分析发现,优势细菌为厚壁菌门的微小杆菌属(Exiguobacterium),蓝菌门的光合产氧蓝细菌属(Cyanobium)和变形菌门α-变形菌纲的不产氧光合好氧异养固氮红杆菌属(Rhodobacter),其相对丰度分别为23.32%、15.23%和5.77%。同时,反应器内还存在氧化亚硝酸盐的硝化螺旋菌(Nitrospira),以及除磷的不动杆菌(Acinetobacter)和能进行好氧反硝化的副球菌(Paracoccus),其相对丰度分别为1.19%、0.58%和0.35%。     

好氧颗粒污泥负载纳米二氧化钛强化磺胺嘧啶降解的机制及性能

抗生素在传统污水处理厂的去除效果有限,基于此,制备了一种将纳米二氧化钛(TiO₂)吸附在好氧颗粒污泥上的生物纳米材料,该材料可以在不影响其他污染物去除性能的情况下提高废水中磺胺嘧啶(SDZ)类抗生素的降解,并强化中间产物的进一步转化。结果表明,AGS对TiO₂的吸附满足伪二级吸附动力学,得到的生物纳米材料结构稳定;在TiO₂为20 mg·L⁻¹时吸附速率最快、对污泥内细胞和胞外聚合物影响较小;用该材料降解含SDZ的模拟废水时,紫外光照会促进生物纳米材料中异养菌的活性,提高耗氧有机污染物、SDZ及其中间产物对氨基苯磺酸的去除率,10 h内SDZ平均降解速率可达0.97 mg·(L·h)⁻¹。以上获得的新型生物纳米材料可为抗生素废水的处理提供新的技术选择。