城镇排水系统运行效能评价指标体系的构建与研究

排水系统是城镇一个重要的基础设施,其运行效能评价对于城镇水环境治理维护和绿色低碳发展具有重要意义。对国内外相关研究成果从以下三方面进行了梳理和分析：首先,运行效能评价研究按评价目标的不同可分为内涝和溢流的控制、管网性能的预测与诊断、排水系统的规划与运营、安全风险类评估和综合性评价五类,阐明了这五类评价指标体系的研究现状,总结了其常用指标;其次,分析各评价指标体系的构建流程,可归纳为“调研准备”“指标构建”“赋分评价”三个阶段,归纳了常用评价指标筛选方法,并指出其中最关键的部分在于第三阶段的评价方法的选择,即指标赋权和最终评价结果的计算;最后,对文献中的各类评价方法进行了分析,结果表明基于层次分析主观定权法的综合评价法是当前研究中的常用方法,可以解决评价过程中产生的不确定性、不一致性、模糊化、定量化等问题;同时也概述了客观定权方法如熵权法、神经网络、组合定权等方法的特点和适用性。研究指出关于智慧水务和平稳输送的效能评价还比较缺乏,而随着物网联、人工智能、在线监测等技术的快速发展以及海量可靠的排水系统相关数据的出现,将给以客观定权法为主流的新评价方法的开发应用带来契机。本研究可为完善排水系统运行效能评价指标体系并计算准确评价结果提供参考。     

太阳光/NH2Cl体系降解微污染物的效能及动力学

利用太阳光和一氯胺(太阳光/NH₂Cl)体系降解阿司匹林((aspirin, ASA)、氟尼辛葡甲胺(flunixin meglumine, FMME)、苯甲酸(benzoic acid, BA)以及硝基苯(nitrobenzene, NB)4种代表性微污染物,探究该体系对于微污染物的降解效能以及动力学特征。结果表明,单独太阳光以及单独NH₂Cl体系对污染物几乎均无降解效果(降解率<5%),而太阳光/NH₂Cl体系中污染物的降解效能显著提升,pH的改变对4种污染物降解效能的影响各不相同。在实验pH条件下,以活性氮自由基和活性氯自由基为主的其他活性组分和NH₂Cl对FMME的降解起主要作用(贡献率为79.27%~89.39%),而羟基自由基(HO·)始终是ASA的降解中贡献最大的活性组分(贡献率为44.9%~76.8%)。在酸性环境中,太阳光/NH₂Cl体系产生的消毒副产物质量浓度及毒性方面均大于单独NH₂Cl体系,而在碱性条件下其产生的消毒副产物质量浓度则明显降低,实际中应用本体系进行消毒时应考虑将pH调至碱性。     

油气处理场站温室气体甲烷排放特征与量化

油气生产过程是甲烷重点排放源,对气候变化产生显著影响。采用便携式火焰离子检测器 (FID) 和Hi-Flow大流量仪等设备,对我国某油田3座油气处理场站甲烷泄漏排放特征进行了研究,明确了组件泄漏率,量化了重点源项甲烷排放速率,构建了设备设施甲烷排放因子,开展了甲烷排放量核算并提出了管控建议。结果表明,该油田油气处理场站设备组件与管线的甲烷泄漏率为0.7%~1.2%,压力表、阀门和储罐等在泄漏源项中占比较高。不同类型泄漏组件甲烷排放速率具有显著差异,处理场站的甲烷排放速率为111.66~274.63 L·min⁻¹。单个储罐和场站的甲烷排放因子分别为989.9 L·h⁻¹和0.19 L·m⁻³。3座场站年度甲烷排放量为303 783.40 m³,储罐是首要排放源,对总排放量贡献占比为94.1%。组件泄漏导致的甲烷排放主要源于高强度排放源,15%的泄漏点贡献了排放量的88.4%。该研究结果可为油田油气处理场站泄漏防控和温室气体排放控制提供参考。     

细微泥沙粒径对活性污泥产率的影响及其计算公式

针对我国城镇污水处理厂进水SS/BOD5值普遍偏高,在取消初沉池后出现泥沙淤积、污泥浓度提高和污泥MLVSS/MLSS(f)值下降等问题,利用实验室SBR研究了不同粒径的细微泥沙对活性污泥产率的影响,并在对国内外现有污泥产率公式进行具体分析的基础上,提出了对于污泥产率公式的优化方法,并借此推导出f值的预测表达式。结果表明:当在进水中分别掺入体积平均粒径为19.8、72和118.6 μm的细微泥沙300 mg/L时,在系统运行36 d后,污泥浓度从启动初期的3 450分别提高至7 898、5 389和3 742 mg/L,MLVSS/MLSS则从0.67分别下降为0.33、0.48和0.59;活性污泥产率由0.498分别提升至1.257、0.813和0.575 kg MLSS/kg BOD5,利用悬浮系数ω对ATV污泥产率公式进行优化修正,计算值与实测值的相对误差分别由修正前的46.1%、125.8%和219.3%降至修正后的8.4%、8.9%和3.5%,所得的产率更贴近实际;通过修正后的ATV产率公式建立f值的预测表达式,计算值与实测值的相对误差分别为18.3%、12.6%和4.4%。     

垃圾焚烧飞灰的石材化固化处理

为促进垃圾焚烧飞灰的无害化处理及资源化利用,提出了一种石材化固化处理方法,并对其产物的使用性能、毒物浸出特性及该方法的经济效益进行探索。结果表明:该处理方法利用C80PHC生产中高温、高压、高湿环境及磨细石英砂的存在使水泥水化产物转变为托贝莫来石,一方面提高混凝土的致密性及强度,减少毒物浸出通道;另一方面将毒物包容或固结在其石材化的晶格中,几乎杜绝了毒物浸出。同时其产物的脱模强度及高压蒸养强度均满足C80PHC的使用要求,从而确保了其资源化利用的可行性。石材化固化处理的处理成本仅约为108.1元/t,使用时也无需额外占用土地、增加设备和材料成本,因此有望在低成本条件下达到无害化处理的工艺水平,是一项经济、环保、可靠的创新技术。     

再生水补给河道中内分泌干扰物壬基酚变化特征分析

通过监测再生水补给河道中壬基酚同分异构体的含量和分布,分析壬基酚在河道中的变化过程并对其进行综合评价,为再生水补给河道的生态风险评价提供科学支撑。结果表明,再生水中NP同分异构体的含量存在差别,其中含量最大的是NP10、NP9、NP4和NP2,含量最高的NP10是含量最低的NP8的6倍左右。再生水补水河道中壬基酚同分异构体的含量波动较大,壬基酚在河道中降解现象明显,但是不存在明显的同分异构体间的转化。河道中壬基酚含量的变化与季节关联性较弱,与补水壬基酚的含量关联性较强。基于因子加权法得出的壬基酚浓度能够较客观地表征河道中壬基酚的危害性,河道断面壬基酚的综合评价结果远小于将同分异构体数值几何相加的结果,直接几何相加检测浓度难免夸大河道中壬基酚的危害。结果为再生水安全回用提供参考。     

微孔TiO2负载Pt吸附强化矿化甲苯的性能

矿化效率不足是光催化技术应用于挥发性有机化合物（VOCs）净化的关键限制因素之一。为了提高VOCs的矿化效率,制备了高比表面（736 m2·g-1）微孔TiO2材料,以其为载体构建了微孔TiO2与Pt的吸附强化光催化二元结构体系。采用比表面积（BET）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等方法考察材料结构,并以甲苯为VOCs代表研究材料的吸附-光催化特性。结果表明,Pt修饰微孔TiO2表现出特异的吸附和催化能力,甲苯平衡吸附量和矿化效率分别是P25的3.8~4.1倍和2.6~2.9倍。微孔TiO2载体除了吸附强化作用外,其表面通过Pt修饰可产生大量表面羟基,从而利于Pt-TiO2的常温催化过程。     

再生水补给河道入渗区地下水水质时空变异分析

运用聚类分析、判别分析和主成分/因子分析方法来研究潮白河流域再生水补水河段地下水水质的时空变异情况。对地下水进行剖面分析（剖面A为平行于水流场方向,剖面B垂直于水流场方向）。地下水研究结果表明除NO3-、NH4+和Mn2+外,其余指标均达到地表水Ⅱ类标准。剖面A的季节判别中由于淋溶作用筛选出pH和TDS,正确率为77.5%,说明研究区在近岸区。同时,剖面B的季节变异由于远离河岸的土壤蓄水层中氧化还原作用使得Fe3+、Mn2+、Na+、NO2-、CODMn和TP被判别出,正确率为74.4%。此外,由于非冻土期土壤蓄水层中频繁的淋溶作用和活跃的生化反应识别出CODMn、HCO3-、NO2-、pH、SO42-、Cl-、Na+和Ba2+表征了非冻土期剖面A的空间变异,而判别正确率为100%的F-、Na+和HCO3-则表征了冻土期剖面A的空间变异。冻土期剖面B的TDS和TP以及非冻土期剖面B的TN和K+的判别正确率均为100%。再生水对近岸带的影响较远岸带显著。该分析结论可归因于再生水的污染、土壤蓄水层矿物盐岩溶解污染、工农业废水排放的点源污染和降水及流域水土流失所造成的非点源污染的综合作用。     

UV/SO32-体系降解水中十溴联苯醚

十溴联苯醚（BDE-209）是全球应用最广泛的溴系阻燃剂之一。它可以长时间在环境中迁移,是一种亲脂疏水、可生物积累的难降解有机污染物。研究了UV/SO32-高级还原体系对BDE-209的降解动力学,并分别考察了SO32-浓度、pH、BDE-209初始浓度对其降解和脱溴效能的影响。结果表明,UV/SO32-体系在BDE-209初始浓度为0.3 μmol·L-1、pH为7、SO32-为1.0 mmol·L-1、反应90 min时的降解效果最佳,降解率为93.54%;SO32-浓度越高,BDE-209的降解和脱溴效果越好;酸性条件有利于BDE-209的降解;较高的BDE-209浓度不利于体系脱溴反应的进行。BDE-209的降解过程遵循伪一级动力学规律;脱溴过程主要通过eaq-攻击C-Br键分步实现。     

Fe3O4/ZrO2-H2O2非均相类Fenton体系对3,4-二氯三氟甲苯的降解

以浸渍法制备的新型纳米Fe3O4/ZrO2为催化剂,3,4-二氯三氟甲苯(3,4-DCBTE)为目标污染物,用Fe3O4/ZrO2-H2O2非均相类Fenton体系对目标污染物进行降解,考察催化剂的催化效果和温度、pH、H2O2投加量和掺杂比等因素对催化剂催化效果的影响。结果表明,以纳米Fe3O4/ZrO2作为催化剂的非均相类Fenton体系对3,4-二氯三氟甲苯的处理效果极佳;随着温度的升高,纳米Fe3O4/ZrO2的催化效果不断提高;当pH降低时,催化剂的催化效果有明显提升,原始pH(pH=5.7)时反应去除效果最佳,去除率可达88.6%;催化剂用量的增加同样可以提高3,4-二氯三氟甲苯的降解效率;催化剂中Fe3O4:ZrO2的物质的量比为1:2时效果较其他掺杂比的催化剂效果更好,去除率最终可以达到96.82%;当H2O2投加量增加时,3,4-二氯三氟甲苯的降解效率先提高后降低,投加量为0.3 mL时去除效果最好,几乎可以完全去除目标有机物。以Fe3O4/ZrO2-H2O2非均相类Fenton体系处理3,4-二氯三氟甲苯时,目标污染物的降解符合一级反应动力学。