DBD结构对船用LNG发动机尾气CH4氧化脱除的影响

为提高等离子体氧化CH₄的脱除效率,同时避免放电过程中副产物NO_x的生成,在模拟天然气 (LNG) 发动机排气中,研究了介质阻挡放电 (DBD) 反应器电极结构参数对CH₄脱除效率、CO₂选择性及NO_x生成的影响及其机理。结果表明：增大电极直径使得气隙中折合场强E/N提高,增加了·O和·OH自由基的生成,促进了CH₄的氧化,提高了CO₂选择性;内电极直径的增大使E/N在气隙中分布更加集中,抑制了N₂(X, v)和N自由基的生成,减少了副反应的发生。与圆杆电极相比,螺纹电极的螺牙顶部附近具有过高的电场强度,从而促进N自由基的生成并抑制·O自由基的产生,故圆杆电极比螺纹电极具有更高的CH₄脱除效率及更低的NO_x生成。电极长度过长降低了折合场强以及电子平均能量,不利于氧化性活性粒子生成,导致CH₄脱除效率和CO₂选择性降低,同时增加了N₂(X,v) ,也使得NO_x增加。本研究可为提高低温等离子体协同催化剂促进甲烷还原NO_x系统的脱除效率,降低DBD反应器能耗提高能源利用率提供参考。     

人工河流沉积物中磷的分布特征及其形态研究：以肇兰新河为例

以黑龙江省肇兰新河流域为研究对象,在调查区域水质和沉积物基本理化性质的基础上,采用SMT化学提取方法分析流域内表层、柱状沉积物中磷形态及含量,明确了人工河流沉积物各形态磷的空间分布特征。结合上覆水与沉积物理化性质,探讨了影响人工河流沉积物磷形态及释放因素。结果表明,肇兰新河流域内水体TP均值为2.61 mg·L⁻¹,属于劣V类水体。沉积物的TP为692.91~2 197.87 mg·kg⁻¹,整体处于中度污染水平。沉积物中Fe/Al-P含量占比较高。通过相关性分析发现,上覆水中ORP是影响OP、Fe/Al-P迁移的重要环境因子,沉积物中TC、OM、Fe含量是影响OP含量的重要因素。作为一条典型人工河流,肇兰新河流域磷污染负荷严重,相比自然河流形态结构单一,缓冲能力和纳污能力较弱。本研究可为了解人工河流沉积物磷形态及其含量,并进行流域污染防控提供参考。     

复合沸石动态膜系统的脱氨效能及其对沸石的同步回收

为同步实现吸附脱氨和微尺寸沸石回收,将沸石与动态膜技术耦合联用,构建了一种复合沸石-动态膜系统,并考察其脱氨和沸石回收效果。在初始氨氮质量浓度为10 mg·L⁻¹条件下,投加10 g·L⁻¹沸石可有效实现氨氮的去除,去除率为67%。吸附动力学和等温模型分析结果表明,该过程符合准二级动力学模型,Langmuir吸附等温模型拟合得到的最大氨氮吸附量为4.12 mg·g ⁻¹。按照1:1的质量比投加沸石与硅藻土,在投加量均为1 g·L⁻¹,流量为40 mL·min⁻¹,支撑膜孔径38 μm下可快速形成动态膜,出水浊度稳定在1 NTU以下,氨氮去除率可达到56%,在脱氨的同时能够实现沸石的有效回收。该研究结果可为复合沸石动态膜系统同步吸附脱氨和吸附材料回收提供参考。     

Mn-Ce复合金属氧化物催化氧化甲苯性能

通过等体积浸渍法制备了一系列Mn-Ce/γ-Al₂O₃催化剂, 并考察不同CeO₂负载量对MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂催化氧化甲苯性能的影响。利用XRD、N₂吸脱附曲线、TEM、H₂-TPR、XPS和O₂-TPD等方法表征催化剂比表面积、表面形貌及氧化还原性能。结果表明,CeO₂的负载一定程度上降低了MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂的比表面积, 且催化剂仍保持介孔结构。CeO₂的存在增加了催化剂表面的化学吸附氧含量,其良好的储放氧能力促进了Mn³⁺向Mn⁴⁺的转化;Mn和Ce之间存在较强的协同作用, 与MnO_x相邻的CeO₂更容易打开Ce—O键释放活性氧, 加速氧化还原进程,Mn_0.6Ce_0.4/γ-Al₂O₃催化剂T₁₀和T₉₀与MnO₂/γ-Al₂O₃催化剂相比分别降低20和40 ℃。本研究可为VOCs催化氧化技术中低成本金属催化剂的开发提供参考。     

基于藻细胞形态和光合特征的水源地藻类种群时空分布机制及预警防控

为明晰藻细胞最基本属性细胞形态在藻种时空分布与竞争演替中扮演的角色,选择来自蓝藻、绿藻等藻门的45个具有不同细胞形态特征的常见藻种,通过实验室分析藻细胞形态特征参数与光合特征间相关关系,并基于于桥水库藻类种群监测数据探究藻类形态时空分布的驱动因素。研究发现,反映藻细胞光合作用过程中捕光潜力的细胞投影面积 (CPA) 是影响藻种光合特性的关键形态学参数;通过构建CPA与光系统II中调节性能量耗散量子产量 (Y(NPQ))、光响应曲线初始斜率 (α) 、最大电子传递速率 (ETRmax) 等光合参数建的关系模型,发现CPA与Y(NPQ)呈现强正相关关系 (R² = 0.31±0.01,p < 0.001) ,Y(NPQ)是影响藻类种群时空分布的关键参数。于桥水库中藻类种群的综合Y(NPQ)具有显著季节性,由春季到夏季逐渐降低,夏季藻类综合Y(NPQ)最低 (0.057±0.075) ,秋冬季呈现增加趋势,冬季藻类综合Y(NPQ)最高 (0.072±0.062) 。此外,藻类种群综合Y(NPQ)随水深增加呈降低趋势,Y(NPQ)是影响藻类形态空间分布的重要因素。基于于桥水库数据制定了以水体Y(NPQ)为核心的有害藻类预警防控体系,以期为实现针对水源地不同形态有害藻类的预警提供参考。     

南水北调中线清河溶解性有机物的光降解行为

溶解性有机物(dissolved organic matter, DOM)在水环境中普遍存在,其光降解行为与种类和来源密切相关。近年来,南水北调中线工程沿线中DOM含量过高问题逐渐引起了人们对饮用水水源水质的关注。利用三维荧光光谱与紫外可见吸收光谱表征了清河段DOM在水(Water DOM, W-DOM)、底泥(sediment-derived DOM, S-DOM)、藻胞内(intracellular DOM, I-DOM)和胞外(extracellular DOM, E-DOM)这4种典型来源中的光学性质和光降解行为。结果表明,W-DOM的主要来源是藻类代谢产生的E-DOM;S-DOM的主要形成原因是藻细胞破裂释放I-DOM。DOM的光漂白主要发生在紫外区,且UV-B波段的光漂白效率大于UV-A波段。W-DOM、S-DOM和E-DOM中有色DOM(chromophoric DOM, CDOM)的降解率基本相同,为40%~50%;I-DOM中CDOM降解率相对较低,约为25%。光照可以将W-DOM、S-DOM和E-DOM中复杂的大分子物质分解成结构简单的小分子物质。CDOM中类腐殖质的光降解率比类蛋白质更高,W-DOM、S-DOM和E-DOM中CDOM与类腐殖质的光降解速率在相同时间下基本保持一致;S-DOM和E-DOM中CDOM与类蛋白质的光降解速率在相同时间下基本保持一致。以上结果反映了太阳辐射对水环境中DOM的转化和去除机理,为河流水质保护提供了理论依据。     

义乌市分质供水系统水质变化分析

为探究义乌市分质供水系统中水质及有机物的变化特征,分季度调研了3个水厂沿程水质的变化,并采用光谱技术与高分辨率质谱分析了处理工艺对溶解性有机质的去除效果。水质调研结果表明,传统工艺(混凝沉淀-砂滤)对总磷和氨氮的去除率分别达到80%与50%以上,但对水体中的总氮与总溶解性有机碳的去除效果差。双膜法(超滤-反渗透)全面优于传统工艺,可以将营养盐和有机物的浓度降至极低的水平(去除率>90%)。三维荧光结合平行因子分析结果表明,混凝沉淀仅对地表水中陆源腐殖质组分有明显的去除,对类蛋白质组分的去除效果较差。高分辨率质谱的检测结果表明,混凝对木质素、单宁及稠环芳烃等物质有较好的去除效果。在混凝前增设曝气生物滤池并在混凝过程中添加粉末活性炭,能强化工艺对类蛋白质组分和腐殖质组分的去除效果。本研究结果可为水处理工艺优化提供理论依据。     

混凝-超滤工艺处理饮用水厂滤池反冲洗水和排泥水的效能

为探究饮用水厂滤池反冲洗水和排泥水的直接回用和处理后回用对水厂的影响及两类水处理过程中的差异,采用了污染负荷计算、实验室混凝小试和现场混凝-超滤中试装置对两类生产废水分别进行了研究。溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)、氨氮 (NH₄⁺-N)、Al³⁺和全氟类化合物(perfluorinated compounds,PFASs)的污染负荷计算结果表明生产废水直接回用会为水厂带来一定的额外负荷,其中排泥水和反冲洗水分别对PFASs和Al³⁺负荷贡献较大;通过对小试中浊度,UV₂₅₄以及5种荧光组分去除效果的对比,反冲洗水的混凝效果稍好于排泥水,同时10 mg·L⁻¹的聚合氯化铝为最佳混凝剂方案;在中试过程中,两类水中的浊度、有机物、Al³⁺和PFASs均可被有效去除,出水差异较小,但反冲洗水中的亲水性和小分子有机物使得其去除效果低于排泥水。总体来说,经过处理之后,两类生产废水均可回用,回用可有效减少废水排放量,提高水厂水资源利用率。     

基于响应曲面法优化的臭氧/过硫酸盐/四氧化三铁工艺对结晶紫的降解

为有效去除水中结晶紫,利用臭氧/过硫酸盐/四氧化三铁工艺对结晶紫的氧化效果进行研究,设计单因素实验探索臭氧流量、过硫酸盐浓度、四氧化三铁浓度和pH对结晶紫降解的影响,依据响应曲面法的Box-Behnken Design(BBD)实验设计原理,探究臭氧流量、过硫酸盐浓度、四氧化三铁浓度和反应时间对降解效果的影响,并优化工艺参数;使用SEM-EDS、FT-IR和Raman表征了反应前后的四氧化三铁,并用EPR技术直接鉴定出工艺过程中的活性氧。结果表明：此工艺在较宽的pH区间(3~11)都具有较高的结晶紫降解能力,臭氧流量、过硫酸盐浓度和四氧化三铁浓度与结晶紫的降解率成正比;臭氧流量1.000 L·min⁻¹,过硫酸盐浓度0.968 mmol·L⁻¹,四氧化三铁浓度2.158 mmol·L⁻¹,反应时间41.702 min为预测的最佳工艺条件;在最佳工艺条件下得到的实际降解率与预测降解率相对偏差仅为−1.12%;催化反应后Fe₃O₄粒径减小,表面变得更加光滑;反应后的Fe₃O₄的铁元素质量分数由48.24％降至35.31%,而氧和硫元素质量分数由34.05%和0.39%分别增至37.59%和1.09%;臭氧/过硫酸盐/四氧化三铁工艺过程中存在SO₄^·–和·OH。由此可知,BBD优化模型预测与实际处理效果基本一致。该研究成果为可为难降解的结晶紫废水的深度处理提供参考。     

东江流域水污染控制与水生态系统恢复技术与综合示范

归纳了水专项东江项目2008—2013年的主要研究成果:针对保护优质水源的国家需求,选择典型的东江流域开展前瞻性的水污染控制技术研发并进行工程示范,创建了由常规水质指标实时在线化,痕量污染物控制指标识别筛选全流域优化,生物毒性指标甄别多属性全程化等成套技术构成的水源流域水质风险识别技术体系;由各类工艺废水脱毒减害,同质污水区域集中强化处理,排水持续净化等成套技术构成的水环境风险控制工程技术体系;由水生物链各物种生长状况评级,生境恢复和物种受损关键环节恢复等成套技术构成的生态健康维护技术体系。集成以上3个技术体系形成成套的流域水环境风险控制技术体系集。基于上述技术创新提出了“控制风险、维护生态、保水甘甜、发展持续”的水源流域管理创新总体策略。研发的技术体系与策略在东江流域的示范与应用,实现了东江主干流水质常年优于Ⅱ类的污染控制目标。