华北农村水环境污染评价及源解析

近年来,国家相继发布多项重要文件要求整治农村人居环境、建设美丽乡村,但当前针对农村水环境问题研究相对较少,制约了农村环境治理工作开展。选取华北某镇农村河道坑塘,评价农村水环境污染水平、生态风险并进行污染溯源。结果表明,57处调查点位中有1处水体黑臭,但有多处调查点位水体溶解氧在2~3 mg∙L⁻¹、透明度在25~35 cm、氨氮在8~15 mg∙L⁻¹,接近黑臭阈值。仅有约9%的水体全部水质指标均能满足地表水V类要求 (检测指标为18项) ,超标指标主要为pH、COD_Mn、BOD、氨氮、总磷、总氮、粪大肠菌群等8项。底泥总磷、总氮标准指数分别处于中度、重度污染状态,营养盐综合指数属于重度污染状态。底泥存在不同程度的重金属富集,铜、锌、汞、镉、铬、铅、砷、镍等8项重金属的平均浓度是天津土壤背景值的0.45~2.73倍。汞的地累积指数平均值为0.64,为轻度污染;铜、锌、镉、铬、铅、砷、镍等其他7项重金属为清洁状态。汞的潜在生态风险指数约110,为较高生态危害;其他7项重金属生态风险指数均小于80,为轻微生态危害。综合Pearson相关性、主成分及PMF分析,研究区重金属最主要的污染来源是交通源和大气沉降,其次是工业源,最后是农业源。总体来看,研究区水体水质较差,沉积物有重金属轻度富集,其中汞是沉积物生态风险的主要贡献元素。     

生物炭和碳纳米管固定化漆酶去除水体雌二醇

漆酶是一类具有高效的催化氧化能力的含铜多酚的氧化酶,而固定化漆酶技术在有机废水处理领域受到了越来越多的关注。通过比较吸附法和包埋法利用木炭(WB)、竹炭(BB)和碳纳米管(CNT)固定游离漆酶去除水体雌二醇(E2)。在25 °C 、pH=5条件下,固定化漆酶经120 h 贮存仍保留80%的活性。经过5次循环研究,固载的漆酶仍保留了27%~58%的剩余活性。结合扫描电子显微镜和傅里叶变换红外光谱,证实了漆酶成功地负载在碳基材料上。仅在 8 h内,50 mg·L⁻¹ E2通过吸附法制备的WB、BB、CNT固定化漆酶去除了42.92%、47.66%、43.92%,而包埋法制备的WB、BB、CNT固定化漆酶分别去除84.08%、87.20%、87.86%。结果表明,包埋法固定化漆酶对E2的去除效率更优,这是由于包埋固载在生物炭和CNT的漆酶更为稳定。此外,K⁺和Mn²⁺离子可能通过干扰漆酶的电子传递过程影响漆酶的活性,从而抑制E2的去除。本研究旨在为固定化漆酶在有机废水处理的实际应用提供指导。     

Modeling the competitive effect of phosphate, sulfate, silicate, and tungstate anions on the adsorption of molybdate onto goethite

The mobility of Mo in soils and sediments depends on several factors including soil mineralogy and the presence of other oxyanions that compete with Mo for the adsorbent's retention sites. Batch experiments addressing Mo adsorption onto goethite were conducted with phosphate, sulfate, silicate, and tungstate as competing anions in order to produce competitive two anions adsorption envelopes, as well as competitive two anions adsorption isotherms. Tungstate and phosphate appear to be the strongest competitors of Mo for the adsorption sites of goethite, whereas little competitive effects were observed in the case of silicate and sulfate. Mo adsorption isotherm from a phosphate solution was similar to the one from a tungstate solution. The charge distribution multi-site complexation (CD-MUSIC) model was used to predict competitive adsorption between MoO(4)(2-) and other anions (i.e., phosphate, sulfate, silicate and tungstate) using model parameters obtained from the fitting of single ion adsorption envelopes. CD-MUSIC results strongly agree with the experimental adsorption envelopes of molybdate over the pH range from 3.5 to 10. Furthermore, CD-MUSIC prediction of the molybdate adsorption isotherm show a satisfactory fit of the experimental results. Modeling results suggest that the diprotonated monodentate complexes, FeOW(OH)(5)(-0.5) and FeOMo(OH)(5)(-0.5), were respectively the dominant complexes of adsorbed W and Mo on goethite 110 faces at low pH. The model suggests that Mo and W are retained mainly by the formation of monodentate complexes on the goethite surface. Our results indicate that surface complexation modeling may have applications in predicting competitive adsorption in more complex systems containing multiple competing ions.     

核桃壳生物炭小球对雌激素污染物的吸附机制

为探究生物炭小球对雌激素污染物的吸附机制,以农业废弃物核桃壳为原材料,在400 ℃下热解碳化制备生物炭,与黏土、碳酸氢钠、硅酸钠混合制备生物炭小球。采用ESEM观察、比表面积测定、红外光谱对其表面结构和组成进行表征,并将其用于对雌酮(E1)、雌二醇(E2)和雌三醇(E3)的吸附去除研究。分别考察了吸附时间、溶液pH、生物炭小球投加量以及雌激素初始浓度对吸附效果的影响,并通过颗粒内扩散、等温吸附、吸附动力学探讨其吸附机制。结果表明：生物炭小球对雌激素的吸附平衡时间为15 min;投加量为1 g、pH为5、初始浓度为2 500 μg·L-1时平衡吸附量最大;颗粒内扩散模型研究结果表明吸附机制包括分配作用和表面吸附;准二级动力学可较好地描述生物炭小球对雌激素的吸附过程;生物炭小球对雌激素的吸附过程符合Freundlich等温吸附模型。所制备的生物炭小球对雌激素污染物具有较好的去除效果,在环境治理方面具有一定的应用前景。     

有机污染土壤异位直接热脱附装置节能降耗方案

以异位直接热脱附技术的原理、适用范围、工艺流程、优缺点等为基础,建立了输入、输出能量平衡关系式并进行了热平衡计算;针对该工艺能耗过高的问题,分析了系统各部分能耗,提出了节能降耗方案。通过烟气热回用装置,将二燃室后高温烟气余热能量经循环管道输送给土壤预干燥装置,将有机污染土壤含水率降低,从而减少系统总能耗。结果表明：经过热力计算,土壤水分预干燥量越大,系统节能效果越好;烟气余热足够用于土壤预干燥减少17%左右土壤水分的要求。通过土壤预干燥装置将土壤水分从20%降低到15%,可使直接热脱附装置降低能耗20%以上。     

中位粒径对线管式静电除尘器内PM2.5除尘性能影响的数值模拟

以线管式静电除尘器为研究对象,利用Fluent数值模拟了离子风和外加磁场作用下中位粒径对静电除尘器（ESP）除尘性能的影响。数值结果表明：ESP对PM2.5除尘效率随中位粒径的增大呈增大的趋势,离子风和外加磁场效应均能提高ESP的除尘效率,联合作用更为明显,可为未来的ESP优化设计提供指导。     

低C/N比城市污水短程硝化特性及微生物种群分布

以城市污水厂二沉池回流液为接种污泥,研究了低C/N城市污水短程硝化特性及其微生物种群密度分布规律,并对比研究了SBR和SBBR 2种反应器短程硝化特性的差异。结果表明：在温度（30±1）℃、pH=7.9~8.2、DO=1.0 mg·L-1的条件下,通过分段曝气的运行方式、经过29 d的运行,2个反应器均实现了短程硝化的高效启动,NH4+-N转化率稳定在99%,短程硝化率稳定在90%以上;相比于SBR,SBBR更有利于AOB菌种的富集,且SBBR达到亚硝酸盐积累率最大效果的时间快于SBR。利用聚合酶链反应（PCR）和克隆测序等分子生物学技术分析得出,在短程硝化稳定运行的SBR系统中,AOB菌种与NOB菌种的占比为2.3：1。     

亚硝化/反硝化除磷同步发生的控制策略

针对碳源偏低城市污水,采用厌氧/限氧的序批式活性污泥反应器（A/LOSBR）,在连续（CA）和间歇曝气（IA）模式下,研究了亚硝化/反硝化除磷同步发生所需的最适控制策略。实验结果表明,在CA模式下,恒定30 L·h-1的气量,进行同步亚硝化/反硝化除磷的TN和PO43--P去除率分别为88.5%和95.9%;在IA模式下,恒定30 L·h-1的气量,且曝气百分数（AF）和曝气频率（fIA）值为0.5和24时,曝气量比CA模式节省了23%,该工艺的TN和PO43--P去除率分别为91.1%和92.9%。由此可知,同一气量下,IA模式比CA模式的更经济节能,且IA模式在低AF和高fIA工况下进行的同步亚硝化/反硝化除磷过程更稳定持续。     

室内PM2.5浓度控制模拟分析

利用质量平衡方程建立了一次回风定风量系统室内PM2.5浓度模型,并对新风PM2.5浓度、新风量、室内污染源、过滤器效率、过滤器安装位置等因素对室内PM2.5浓度的影响进行了模拟分析。模拟结果表明：新风PM2.5浓度和室内污染源强度的变化对室内PM2.5浓度均有较大影响;新风量越大,室内PM2.5浓度受新风PM2.5浓度变化的影响越大;将过滤器分别安装在送风段、新风段和回风段,新风比为0.1时,过滤器安装在送风段效果最好,安装在新风段最差,新风比为0.8时,过滤器安装在送风段效果最好,安装在回风段最差;过滤器安装在送风段时,过滤器效率越高,室内PM2.5浓度越低,波动越小。     

基于室内PM2.5控制和节能的通风策略探讨

细颗粒物（PM2.5）随空调新风进入室内,和室内产生的PM2.5粒子一起作用,导致人体暴露在室内细颗粒物环境中。为保证室内空气品质,最大限度节约空调系统运行能耗,建立了室内PM2.5浓度与CO2体积分数双组分模型,提出了适用于某会议室不同室内外PM2.5源、不同人数以及不同天气状况下的最佳通风策略,利用Simulink对炎热天气室内有无PM2.5散发源、温和天气室内有无PM2.5散发源4种工况下的不同通风方式进行仿真对比。模拟结果表明：炎热天气存在最小新风量,该值由室内人数决定,过滤送风对控制室内PM2.5浓度效果最好;温和天气存在最大新风量,且该值与过滤器效率成正比;在所研究的情况下,温和天气节能潜力比炎热天气大。