碳中和趋势下数学模拟在污水处理系统中的发展与综合应用

数学模拟技术在污水处理方面被广泛应用,为了系统总结相关技术,本文回顾了污水处理系统中数学模拟技术的发展历程;综述了活性污泥模型(ASM)与机器学习(ML)在水质预测及参数工况优化领域中的应用;重点探究了污水处理系统中温室气体排放模型,以及多目标优化模型在污水处理系统中温室气体排放(GHG)、出水质量(EQI)和运行成本(OCI)的权衡问题;归纳了数学模拟技术在实现污水厂能量自给与资源回收的应用发展.研究结果表明数学模拟技术能准确预测出水水质、快速优化工艺参数、权衡温室气体排放、出水水质与运行成本之间的关系、以及提高资源回收效率等.因此,数值模拟技术可有效指导污水处理工艺的运行优化以及管理,为污水处理行业减污降碳协同增效提供技术支撑.     

人为排放及气象因素对空气质量影响的定量分析——以疫情期间邢台市为例

选择河北省邢台市作为研究对象,将2020疫情作为一个极限管控措施下的极限减排实验情景,把2021疫情作为未来常态化疫情防控实验分析情景.与疫情前期对比,两次疫情期间臭氧浓度均有提升且2021疫情时期颗粒物浓度同样有提高,2020疫情时期其他污染物浓度均有不同程度的改善,而与2019历史同期相比,两次疫情期间臭氧浓度同样有升高现象,除此以外,2021疫情时期污染物改善较好.利用长短期记忆网络（LSTM）算法和空气质量预报模式系统（WRF-CMAQ）量化了两次疫情时期气象因素对于污染物浓度变化的影响,根据空气质量模拟法反推了不同污染物受人为影响的浓度变化.实验结果表明,LSTM算法在两次疫情期间的模拟均显示人为影响对污染物产生了负影响（降低了污染物浓度）且在总变化影响中占比较高,而CMAQ模式模拟结果中的气象因素影响占比远高于LSTM算法.CMAQ模式在两次疫情模拟中表现出了不同的结果,在2020疫情中人为影响占据了主导,而在2021疫情中,相比较2020疫情时期,除NO₂外,人类活动对其他污染物的影响均为正值（促进了污染物浓度升高）.     

功能化材料Zr@AC对水中难降解农药阿特拉津的去除特征

我国农药阿特拉津的污染十分严重,对生态系统造成了非常不利的影响. 为了实现对水环境中阿特拉津的高效去除和吸附剂的重复利用,该研究通过溶液浸渍和高温煅烧技术将金属锆负载到活性炭上,制备出功能化材料Zr@AC,使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外吸收光谱仪(FTIR)和比表面及孔径分析仪(BET)对材料的形貌和组成进行了表征,并考察了Zr@AC对水中阿特拉津的去除效果. 结果表明:①当浸渍液锆离子的质量分数为7.0%、浸渍时间为9.0 h、煅烧温度为500 ℃和煅烧时间为5.0 h时,制备的Zr@AC具有较大的比表面积、较多的中孔和微孔以及丰富的活性位点. ②对阿特拉津的去除研究表明,当溶液pH为4.0、温度为25 ℃、Zr@AC投加量为60.0 mg/L时,经过90 min的反应,Zr@AC对阿特拉津的吸附容量最大,达到93.8 mg/g. ③动力学模拟研究表明,该吸附过程遵循拟二级动力学模型,且Freundlich等温吸附模型的拟合结果要优于Langmuir等温吸附模型,说明Zr@AC对阿特拉津的吸附存在化学吸附和多分子层吸附的双重作用. ④经过5次重复试验后,Zr@AC对阿特拉津的去除率仍有83.9%. 研究显示,Zr@AC可作为水中去除阿特拉津的吸附剂,是一种很有前途、可重复多次使用的材料.      

碳基材料负载纳米零价铁去除六价铬的研究进展

近年来,纳米零价铁(nZVI)因具有比表面积大、还原能力强、成本低的特点被用于去除环境中的六价铬〔Cr(Ⅵ)〕,然而由于高表面能、固有磁力等因素的影响,nZVI具有易团聚、易氧化和不稳定的缺点,限制了其广泛应用. 鉴于此,本文以碳材料作为支持材料改性nZVI,比较了制备碳基nZVI复合材料的方法,分析了不同碳基nZVI复合材料去除Cr(Ⅵ)的反应效能,阐述了影响复合材料去除Cr(Ⅵ)的因素. 结果表明:①湿化学法合成的复合材料有利于提高nZVI的分散性,减少团聚. 热转化法合成的复合材料有利于节约成本,提高碳材料和nZVI的结合性. ②不同碳材料负载nZVI能有效提高nZVI的分散性、稳定性和抗氧化性. ③碳基材料负载nZVI能有效降低环境因素对nZVI的负面影响. ④碳基nZVI复合材料能提高对Cr(Ⅵ)的去除能力,其对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量比nZVI高1.2～20倍. 本文旨在深入了解碳基nZVI复合材料的合成方法,提高碳基nZVI复合材料的性能,以期为开发高效稳定的碳基nZVI复合材料修复环境中的Cr(Ⅵ)提供一些启示.      

白洋淀上覆水及沉积物中微塑料赋存特征

为探究我国白洋淀淡水环境中微塑料的赋存特征,于2021年10月通过野外采样、实验室预处理、显微镜观察和激光红外光谱测定等方法鉴定了淀区10份上覆水及10份沉积物样品中微塑料的丰度分布、形状、粒径和聚合物类型,并通过Stokes沉降公式研究了微塑料在上覆水-沉积物界面的沉降规律,对其污染特征及潜在来源进行分析.结果表明,淀区上覆水及沉积物中微塑料丰度范围分别为474～19 382 n·m^-3和95.3～29 542.5 n·kg^-1,平均值为6 255.4 n·m^-3和11 088 n·kg^-1.上覆水中的微塑料主要聚合物为聚对苯二甲酸乙二醇酯[PET,(17.20±0.26)%],沉积物中微塑料以氯化聚乙烯[CPE,(46.11±1.30)%]为主.淀区内微塑料的沉降速度从0.079 3～111.754 7 mm·s^-1不等,粒径大的颗粒沉降速度较高,易沉降并保留在沉积物中.研究区微塑料污染主要来源为洗涤废水产生的纺织纤维排放,船舶漆、船舶橡胶和建筑材料磨损等过程.     

钠化改性河南南部膨润土吸附亚甲基蓝性能分析

以河南南部天然钙基膨润土为原料,通过钠化改性得到了钠基膨润土.通过调控吸附剂用量、亚甲基蓝（MB）浓度、吸附时间、溶液pH值和温度,分析对比了天然钙基膨润土（PRT-1）、钙基提纯膨润土（PRT-1T）和钠基膨润土（PRT-1Na）对MB的去除效率.同时,对PRT-1T和PRT-1Na对MB的吸附动力学和吸附机制进行了研究.结果表明,由于PRT-1Na有更大的比表面积、更高的阳离子交换容量和更丰富的羟基结构,表现出对MB更好的吸附效果.在同等吸附条件下,PRT-1Na的吸附效果是PRT-1的4倍,PRT-1T是PRT-1的2倍.在20℃,pH为6,PRT-1Na用量为1.0 g,吸附时间为2 h,MB为500 mL,且初始浓度为500 mg·L^-1时,MB去除率高达99.89%.另外,PRT-1Na对MB染料废水的吸附既存在物理吸附也有化学吸附,Elovich模型对PRT-1T和PRT-1Na吸附MB染料废水的过程拟合度均高,但伪一级动力学模型对PRT-1Na拟合效果最好.     

化学及干湿循环作用下泥灰岩损伤劣化特性分析北大核心CSCD

库岸岩质边坡底部受水的化学腐蚀及水位变化形成的干湿循环影响,其强度远低于一般岩体。泥灰岩作为一种强度较差的特殊岩体,更易受到地质、水文等因素的联合破坏。对三峡库区巫山段常见的泥灰岩进行化学溶液浸泡及干湿循环作用,开展单轴压缩试验、直剪试验、电镜扫描试验、数值模拟,并采用PSO-BP神经网络对抗剪强度参数进行预测。研究结果表明:泥灰岩在化学及干湿循环作用后的受力变形经历着裂纹起裂-扩展-延伸-破坏四个阶段,破坏时的裂纹扩展路径呈现多向发展的趋势;岩石的单轴抗压强度、内摩擦角、黏聚力在酸性增强及干湿循环次数增加后都有明显下降,这主要与其内部结构、矿物组成有关,干湿循环作用下的热胀冷缩及化学作用下的腐蚀,加剧了泥灰岩内部裂隙扩展、孔隙增大;PSO-BP神经网络能较好地预测泥灰岩抗剪强度参数在不同pH值、不同干湿循环次数下的值,误差较小,可将该方法运用到类似案例分析中。     

河流型水源地源水有机物种类分布特性及其与消毒副产物关系

研究了不同水文期条件下长三角某典型河流型水源地源水有机物种类分布特性及其与消毒副产物关系。结果表明，该水源地源水有机污染特性呈现出丰水期>平水期>枯水期的特点，水体腐殖化程度依次降低。经树脂富集分离后水样溶解性有机物(DOM)各组分占总有机碳(DOC)的比例有所不同。丰水期：疏水性有机酸(HPO A,38%)>亲水性有机物(HPI,26%)>过渡亲水性有机酸(TPI A,16%)>疏水性有机中性物质(HPO N,12%)>过渡亲水性中性物质(TPI N,8%)；平水期：HPO A(32%)>HPO N(22%)>TPI A(20%)>HPI(18%)>TPI N(8%)；枯水期：HPO A(28%)>TPI A(24%)>HPO N(20%)>HPI(19%)>TPI N(9%)。DOM中仅HPI组分比紫外吸光度值(SUVA)低于原水，其余均高于原水，其中HPO A组分SUVA值最高，是原水的177倍。各水文期条件下，疏水性有机物（疏水性有机酸和疏水性中性物质）对三卤甲烷和卤乙酸生成的贡献，分别超过全部有机物氯化后消毒副产物生成量的60%和65%，表明疏水性有机物是最主要的消毒副产物前体物，应当作为水处理工艺重点去除的有机物组分。各水文期源水有机物特性与消毒副产物生成潜能的关系变化不大，三卤甲烷生成潜能(STHMFP)与SUVA的线性相关度较高，卤乙酸生成潜能(SHAAFP)与SUVA的线性相关度一般。因此，可用水样SUVA值间接反映三卤甲烷生成潜能，以利于在实际生产中快速监控水中消毒副产物前体物的变化趋势     

黔西北煤矿煤层气的开发及其环保正效益

在综述煤层气对于煤矿安全生产以及环境危害的基础上,从保护环境、缓解能源紧张、延长煤层气的产业链、减少瓦斯危害等多个角度综合分析了煤层气开发所带来的巨大效益,并以黔西北煤矿为例,叙述了煤层气的资源量现状及其地质特征等基本情况。简述了目前我国煤层气的开发现状,并提出了四条增产措施,这些措施必将对推动贵州省经济与环境的可持续发展,加快贵州省工业强省步伐起到积极作用。