煤焦化残渣污染特性与环境风险研究

以某煤焦化企业生产过程产生的焦油渣、煤焦油、硫铵酸焦油、焦粉、剩余污泥5种残渣为研究对象,采用气相色谱-质谱联用仪分析残渣中16种优先控制的多环芳烃（PAHs）浓度和环数分布,采用电感耦合等离子体质谱仪测定8种重金属浓度,通过计算残渣的苯并[a]芘（BaP）等效毒性和重金属潜在生态危害指数分析煤焦化残渣的环境风险。结果表明,5种残渣的PAHs总浓度为0.94~238 367 mg/kg,表现为煤焦油>焦油渣>硫铵酸焦油>焦粉>剩余污泥,焦油渣、煤焦油、硫铵酸焦油中高致突变性物质、致癌性物质浓度超过GB 5085.6—2007《危险废物鉴别标准 毒性物质含量鉴别》标准限值;焦油渣、煤焦油、焦粉、剩余污泥中Zn浓度最高,硫铵酸焦油中As浓度最高;5种残渣的BaP等效毒性为0.31~9 586.96 mg/kg,煤焦油、焦油渣、硫铵酸焦油具有更高的致癌风险;Hg是5种残渣中潜在环境风险最大的重金属,5种残渣对土壤均具有很强的潜在生态风险。     

太原城区PM_(2.5)重金属元素季节变化及形态分析

为了研究太原城区PM_(2.5)重金属污染变化特征和存在形态,于2012年不同季节采用大流量PM_(2.5)采样器,对太原市坞城区PM_(2.5)进行采样。运用火焰/石墨炉原子吸收、Fernández连续提取等方法,在对PM_(2.5)中5种重金属含量水平进行分析测试的基础上,对不同重金属的富集因子进行了计算和分析,并研究了其中Cd和Pb的不同化学形态分布特征。研究结果表明,采样期间PM_(2.5)日均浓度高达216.71μg/m3,为PM_(2.5)国家二级标准日均限值的2.89倍。4个季节PM_(2.5)中5种重金属元素的浓度大小,均呈现出相同的变化规律:ZnPbCuCrCd,Pb、Cr、Cu冬季高于其他季节,Zn夏季最高,Cd无明显季节变化,燃煤和超重型工业结构特征是导致PM_(2.5)中Cr和Cu明显高于其它城市的主要原因。重金属的富集因子计算结果表明,Cd和Pb是太原市PM_(2.5)中的典型污染元素。冬季PM_(2.5)中Cd和Pb形态分析结果表明,Cd和Pb 3种形态F1、F2和F3占比之和分别为81%和68%,Cd的活性和潜在活性均大于Pb,因此,太原城区PM_(2.5)中Cd和Pb对人体健康的影响应引起高度重视。     

有机垃圾组分种群增长及修正一级产气动力学研究

以米饭、鸡蛋清、生菜、肥肉馅为原料,分别代表淀粉、蛋白质、纤维素、脂肪进行厌氧消化产沼气实验,并用种群增长模型和修正一级产气模型进行拟合.结果表明:脂肪的厌氧消化过程用修正Gompertz方程拟合效果较好,其余物料用Logistic方程拟合效果较好;脂肪的延滞期最长,为13 d,其次是蛋白质、纤维素,其值分别为8.72 d、6.24 d,淀粉的延滞期接近零.同时,建立了修正一级产气模型,并在延滞期之后用其模拟4种有机物厌氧消化产气过程,发现淀粉水解过程更趋向于遵循圆柱形颗粒模型,蛋白质、纤维素和脂肪水解过程更趋向于片状颗粒模型,淀粉和蛋白质的水解产气速度较快,脂肪稍慢,纤维素最慢;在延滞期内蛋白质和纤维素累积沼气产率都遵循零级水解动力学,脂肪的累积沼气产率遵循三次函数模型.在综合分析的基础上,得到了整个实验周期的产气动力学模型.     

芦苇酶解对氢气-甲烷联产过程微生物群落演替规律的影响

采用10 mg/g纤维素酶R-10预处理芦苇秸秆,研究了酶解预处理对芦苇厌氧产气潜力的影响,分析了氢气-甲烷联产过程中微生物群落结构演替规律. 结果表明:酶解预处理后,芦苇秸秆在产氢阶段的累积产气量和φ(H₂)分别达到42.5 mL/g和52.1%;在产甲烷阶段,累积产气量稳定上升,最高值可达137.5 mL/g,是对照组产气量的5倍. 由扫描电镜(SEM)观察可知,产氢阶段以短杆状和梭状菌为主,产甲烷阶段以长杆菌为主. PCR-DGGE(聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳)分析表明,芦苇在酶解预处理后,其厌氧联产过程中微生物群落呈规律性演替,产氢阶段的优势微生物分别为具有降解纤维素产氢气功能的嗜热纤维素菌Clostridium thermocellum(条带B20)、具有高效产氢潜力的兼性厌氧产气肠杆菌Enterobacter aerogenes(条带B28);在产甲烷阶段,其优势微生物为可利用氢营养途径合成甲烷的产甲烷古菌Methanoculleus bourgensis(条带A3)、Methanoculleus horonobensis(条带A13). 经纤维素酶预处理后,芦苇秸秆厌氧联产的累积产气量、φ(H₂) 提高显著,具有纤维素降解功能的细菌和可利用氢营养途径合成甲烷的古菌为主要优势微生物.      

粉煤灰-铝土矿改性制备铝铁复合混凝剂的除磷性能及混凝机理研究

化学混凝法是城市污水处理深度除磷的有效方法,目前常用混凝剂主要存在成本高、除磷效率低且用量大等缺点.本研究采用常压酸浸法,以低成本的铝土矿和粉煤灰为主要原料制备无机复合混凝剂,并对其进行除磷应用及机理研究,结果表明:1自制混凝剂对生活污水中TP去除率达99.58%,出水TP含量为0.012 mg·L-1,优于GB18918—2002一级A标准.2 X-射线衍射和红外光谱结果显示,混凝剂中的Fe—OH、Al—OH、H—OH等基团能与水中的磷酸根作用生成沉淀达到除磷目的,该沉淀在沉降过程中还能吸附不易沉淀的含磷悬浮物,发挥网捕卷扫作用.3采用Ferron逐时络合比色法分析铝铁形态结果显示,混凝剂含有64.14%低聚态铝铁,能中和水中胶体的表面电荷致使胶体脱稳;11.27%中聚态铝铁可吸附在胶体表面,降低其表面电荷,同时以较高的分子量发挥吸附架桥作用;24.59%高聚态铝铁在沉淀过程中可包夹部分胶体粒子,以较大表面积发挥卷扫作用.4分形维数研究结果显示,絮体分形维数在1.2~2.8之间,分形特征较好,能有效发挥絮体的吸附架桥作用.5 Zeta电位分析结果显示,混凝剂本身带正电荷,能与水中带负电荷的胶体物质发生中和,从而压缩双电子层,使胶体粒子脱稳而从水中去除.混凝剂除磷过程是压缩双电层、电中和、吸附架桥和网捕卷扫多种机制共同作用的动态变化过程.     

生物炭对塿土土壤温室气体及土壤理化性质的影响

通过田间小区试验,分别向塿土土壤中添加0、20、40、60、80 t·hm~(-2)的苹果果树枝条生物炭后,分析了生物炭对土壤温度、土壤团聚体、NO_3~--N、NH_4~+-N、微生物量碳以及土壤温室气体排放的影响.结果表明,生物炭可以缓解土壤温度的变化,增加土壤大团聚体的数量,尤其是5 mm、5~2 mm和1~0.5 mm的团聚体数量.与对照相比,随着生物炭施用量的增加,土壤NO_3~--N、NH_4~+-N、微生物量碳分别增加了4.9%~33.9%、9.1%~41.1%和11.8%~38.5%.本研究中生物炭对土壤温室气排放的影响主要表现为:添加生物炭后,土壤CO_2的排放量以及CH_4的吸收汇分别增加了6.73%~23.35%和3.62%~14.17%;施用20 t·hm~(-2)和40 t·hm~(-2)的生物炭降低了土壤N_2O的排放和综合增温潜势(GWP),而当生物炭施用量大于等于60 t·hm~(-2)时反而增加了土壤N_2O的排放和综合增温潜势(GWP).说明生物炭作为一种土壤改良剂和碳减排剂,能够改善土壤质量,提高土壤肥力,提高农田土壤增汇减排的作用,此外,选择合适的生物炭施用量至关重要.     

聚硅酸对不同形态铝沉积行为的影响

针对给水管网中残余铝沉积和再溶解现象可能引起的水质问题,研究了聚硅酸对不同水解聚合形态铝沉积、再溶解的影响,并以石英微晶天平为表征手段,初步探讨了聚硅酸对不同形态铝沉积、再溶解过程影响的机理.结果表明,聚硅酸能显著改变不同水解聚合形态铝的沉积、再溶解行为.聚硅酸可与3种水解聚合形态的铝迅速结合而生成可沉积产物,但产物性质不同.以单体形态为主的Al_0与聚硅酸的反应产物性质较稳定,部分以溶解态存在,部分以非溶解态(可沉积态)存在;尽管铝的两种聚合形态Al_(13)和Al_(30)与聚硅酸反应也生成了部分可沉积产物,但随着时间的推移,这些产物又逐渐向溶解态转化.铝硅比对Al_0体系中铝的沉积溶解行为影响较小,而对Al_(13)和Al_(30)影响较大,且在0.2∶20(以Al和SiO_2计的质量比)时,沉积态铝的溶解速率最快.     

污泥水磷和有机物同步混凝去除的多目标优化技术研究

通过引入多响应值的归一化评分法进行了污泥水磷和有机物同步混凝去除的多目标优化,并利用响应面(RSM)技术考察了Al/P比、聚丙烯酰胺(PAM)投加量和悬浮固体(SS)浓度对污染物去除的单独效应和联合效应.结果表明,复合投加聚合氯化铝和PAM能同步去除污泥水中磷和有机物,并改善沉降效果.归一化后单目标RSM优化显示,对污泥水中磷和有机物同步去除的贡献为Al/P比SS浓度PAM投加量.在最优条件Al/P比为3、PAM浓度为1.22 mg·L~(-1)、SS浓度为3.58 g·~(L-1)的条件下,正磷和总有机碳去除率分别为93.1%和53.9%.与多响应变量优化相比,引入归一化评分法有效解决了变量间数值量级差异的问题,使结果的分析计算变得简单方便.     

硫氨基循环抑制烟气二英生成的试验研究

新型硫氨基物质对二英低温从头合成具有良好的抑制效果,但尚未在实际焚烧炉中应用.本文借助烟气循环抑制和飞灰低温热处置联用控制二英排放中试系统(500 Nm³·h^-1),开展了硫氨基循环抑制实际焚烧炉烟气二英排放的研究.试验结果表明,硫氨基抑制气氛能在该系统中循环累积,该系统对二英阻滞率达95%以上,烟气二英排放浓度低于最新国家环保标准0.1 ng·Nm^-3(以I-TEQ计).该新型硫氨基循环抑制技术对实际废物焚烧炉二英的减排控制具有重要指导价值.     

复合催化膜生物反应器处理一氧化氮废气研究

采用溶胶-凝胶法以聚砜(PSF)中空纤维膜为载体制备了Fe-Ti O_2/PSF复合催化膜,以此构建新型复合催化膜生物反应器(HCMBR),实现膜催化与硝化反硝化耦合烟气脱硝,进一步提高NO去除能力.采用Fe-Ti O_2/PSF复合催化膜生物反应器(HCMBR)处理一氧化氮废气,实现了180 d长时间高效稳定运行,NO去除效率可达93.2%,去除能力可达167.1g·(m~3·h)~(-1).适宜运行条件为:气体停留时间9 s、自然光光照强度670 lx,p H为6.8~7.2,n C/n N=3.7.Fe-Ti O_2/PSF复合催化膜加入,复合催化膜生物反应器去除NO的效率比膜生物反应器提高了1.4%~13%,在Fe-Ti O_2/PSF复合催化膜附着稳定的生物膜后,复合催化膜生物反应器去除NO的效率比湿式膜催化反应器提高了59.5%~66%.