碳布负载的Co3O4纳米片阵列阳极对微生物燃料电池产电性能的影响

微生物燃料电池（MFCs）是一种在处理废水的同时产生电能的新型装置,阳极作为产电微生物富集、电子产生和传递的区域对提高MFCs的性能具有至关重要的作用。以碳布负载的四氧化三钴多孔纳米片阵列(Co₃O₄/CC)作为阳极,探究了可调控的纳米片孔缺陷对MFCs产电性能的影响。结果表明：Co₃O₄/CC阳极的产电性能显著优于碳布,且正比于Co₃O₄纳米片的孔隙率;液固界面处的电荷传递电阻(R_ct)由729.20 Ω降至43.48 Ω,所获得的最大功率密度由1275 mW·m⁻²增加至1547 mW·m⁻²。本研究开发了一种孔结构可控的金属氧化物负载碳布策略,所制备的高性能阳极材料可为MFCs的性能提升提供参考。     

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。     

基于固态碳源的同步硝化反硝化反应器对海水养殖废水中氮的去除性能

通过批次实验考察了非生物作用下3-羟基丁酸/戊酸酯共聚物(PHBV)的有机碳释放规律;以PHBV颗粒和陶粒作为填料建立了填充柱生物膜反应器,并通过长期(90 d)运行考察了其对海水养殖废水中氮的去除性能。结果表明,非生物作用下PHBV难以向水体中释放有机碳;以PHBV作为固态碳源的生物膜反应器可以实现同步硝化反硝化。反应器运行状态(HRT为2 h)稳定后,氨氮和总氮的去除率分别为(91.8±1.3)%和(87.5±2.2)%,硝化速率和反硝化速率分别为0.11 g·(L·d)⁻¹和0.20 g·(L·d)⁻¹。填充柱沿水流方向可以分为2个区段,0~20 cm柱体内主要进行同步硝化反硝化过程,20~100 cm柱体内主要进行反硝化过程;反应器中微弱的亚硝酸盐积累可以归因于短程反硝化。以上研究成果可以为海水养殖业绿色发展提供参考。     

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。     

调理剂-植物栽培协同降低矿区农田土壤中重金属有效态含量

定量评估重金属有效态含量是明确农田土壤修复过程中重金属生态环境风险的重要步骤。针对硫化物矿区重金属污染土壤开展添加蚕沙-铁粉及蚕沙-伊蒙土-铁粉调理剂条件下油葵、孔雀草、香茅草和桑树4种经济作物的盆栽试验,并测定经济作物与调理剂共同作用下土壤中pH、有机质及镉砷铅锌铜有效态的含量。结果显示作物栽培与调理剂共同作用下,土壤pH值在两季中均有增加,土壤有机质在第一季中增加。第一季种植4种经济作物添加蚕沙-铁粉可显著降低土壤中多种重金属有效态含量,各重金属的最高钝化效率分别为Cd 30.3%、As 49.5%、Pb33.6%、Zn 52.1%、Cu 45.7%,优于蚕沙-伊蒙土-铁粉的调理效果。第二季种植时调理剂的钝化效率普遍降低。两季综合来看,蚕沙-铁粉联合香茅草时有效态镉、砷、铅、锌、铜的降低幅度最大。因此,添加蚕沙-铁粉调理剂的四种作物单季种植时能同时降低镉、砷、铅、锌、铜有效态的含量,香茅草两季种植时能同时降低以上5种重金属有效态含量,具有潜在应用价值。     

北方滨海人工湿地水生生物群落重建效果评估——以天津临港湿地二期生态重建工程为例

为准确评估滨海人工湿地生态重建成效,科学指导工程改进方案,以重建近1年的天津临港湿地二期生态重建工程为例,通过调查重建前(2020年)和重建后(2021年)湿地水生生物群落组成变化,评价湿地生物群落重建效果。结果表明：经过近1年的生态重建,鱼类群落和底栖动物群落均得到不同程度恢复;鱼类的种类由重建前的未检出增加到10种,除泥鳅、梭鱼等增殖先锋物种未得以恢复外,其他增殖鱼类均长势良好;随着物理生境改善和先锋物种的直接投加,底栖动物数量由重建前的11种提高到重建后的28种,生物多样性明显提高;在类群组成上,底栖动物群落以自然恢复的摇蚊幼虫为主,人工投放的大型底栖物种恢复进程相对缓慢;鱼类增殖放流加剧了对浮游动物的捕食压力,造成浮游动物生物量降低和个体减小,进而导致浮游植物群落的快速响应和结构变化。基于上述研究结果,提出了水生生物群落重建优化调控建议。本研究成果可为北方滨海人工湿地重建提供借鉴。     

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。     

锰掺杂硫化锌量子点LED蓝光灯光催化还原六价铬

通过共沉淀法合成了锰掺杂硫化锌量子点(ZnS∶Mn QDs),该催化剂可在450 nm LED蓝光灯下光催化还原Cr(Ⅵ)。采用TEM、XRD、PL分别对ZnS∶Mn QDs的形貌、物相和发光特性进行了表征,结果表明：ZnS∶Mn QDs的尺寸小于10 nm;Mn掺杂没有改变ZnS的晶体结构;ZnS在掺杂Mn后,可在598 nm处产生橘黄色荧光。UV-vis表征结果显示,与纯ZnS相比,ZnS∶Mn QDs具有更强的光吸收能力。考察了不同因素对光催化效果的影响。结果表明,Mn掺杂浓度3%较为合适,酸性pH有利于光催化反应。当Cr(Ⅵ)浓度为25 mg·L⁻¹,pH为5.8时,光催化25 min后Cr(Ⅵ)去除率为99%。与其他光催化剂还原Cr(Ⅵ)相比,ZnS: Mn QDs使用低能耗LED灯作为光源,催化速率高,且能够吸附还原产物Cr(Ⅲ)。探究了光催化机理,发现在450 nm光激发下,Mn²⁺自身能级⁴T₁→⁶A₁发生跃迁产生光生电子,Cr(Ⅵ)捕获光生电子被还原,价带上余留的空穴参与水的氧化。结合表征结果,ZnS可通过掺杂Mn离子改善光吸收能力提高光催化还原Cr(Ⅵ)的性能。     

PAN基双氰胺甲醛絮凝剂的制备及对染料废水的脱色性能

针对双氰胺甲醛(DDF)在对阴离子染料废水絮凝脱色中形成的絮体数量少、体积小,导致沉降性差、废水出水浊度较高的问题,以聚丙烯腈纤维(PAN)为基体接枝DDF,增大其分子质量,制得阳离子有机高分子絮凝剂PAN-DDF,黏度法测得其分子质量为1 086 718 Da,聚合度为4 347。考察了PAN-DDF投加量、沉淀时间、pH、温度对单一组分和混合组分下刚果红、酸性兰9、活性嫩黄K-6G3种染料絮凝脱色效果的影响,并使用扫描电镜和红外光谱对其表征。结果表明：在30 ℃下,在200 mL染料浓度为20 mg·L⁻¹,pH=10的模拟废水中投加20 mg PAN-DDF,沉淀30 min,脱色效果最佳。其对单一组分的刚果红、酸性兰9、活性嫩黄K-6G的脱色率分别为93.31%、84.16%、83.63%,上清液的浊度分别为1.79、2.23、1.39 NTU;对混合组分中3种染料的脱色率分别为81.74%、76.24%、62.57%,上清液的浊度为2.79 NTU。通过对比PAN接枝DDF前后扫描电镜照片,发现原光滑表面变粗糙,并附着大量颗粒物。红外光谱表征结果表明,PAN-DDF分子结构上含有—NH⁺、—$ {\rm{NH}}_{\rm{3}}^{\rm{ + }}$、C=N⁺=C等多种活性基团。     

3种高级氧化体系处理氯苯及其稳定中间体

在运用芬顿(Fe2+/H2O2)、亚铁离子活化过硫酸钠(Fe2+/PS)和碱活化过硫酸钠(NaOH/PS)3种氧化体系处理典型污染物氯苯(CB)时,发现了3种氧化体系在氧化CB过程中对氯苯酚中间体(4-CP)产生量存在较大差异.探究了氧化剂用量对3种氧化体系降解CB及中间体4-CP的影响,通过总有机碳和游离氯离子浓度变...