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.     

基于RuO2-IrO2/Ti和Fe0电极的电氧化-电絮凝处理含Tl废水

基于RuO₂-IrO₂/Ti形稳电极和Fe⁰牺牲电极实现电氧化-电絮凝(EO-EC)一体化处理含Tl (I)废水,并与单一的电絮凝(EC)进行比较,探讨了EO-EC处理含Tl废水的机理.结果表明,相较于单一EC,EO-EC (1:1)组合技术适应于宽pH (4-10)以及电流密度范围(5-20mA/cm²)下含Tl废水高效处理,且不易发生钝化;活性氯以及氧化还原电位在Tl (I)间接氧化Tl (III)过程中扮演重要角色,沉淀分析表明生成的Tl (OH)_3(s)与絮体Fe (OH)_3(am)共沉淀,纤铁矿位点可吸附残留Tl (I).EO-EC一体化技术可满足实际含Tl废水达标处理(<2µg/L)且具有经济可行性.     

微生物光电还原CO2合成乙酸对外电压的响应机制

以TiO₂光阳极结合自养型生物阴极,构建双室微生物光电合成（MPES）系统,以光能作为主要的能量来源,探究MPES还原CO₂合成乙酸的性能及其限制因素.结果表明,光阳极取代纯电化学阳极显著降低了MPES生物阴极对外电压的需求.MPES能持续稳定运行,平均产乙酸速率为（1.18 ±0.11） mmol/（L·d）,法拉第效率为45.75%±3.97%.光阳极驱动阴极产生氢气,推测阴极微生物倾向于利用氢转移的方式来进行电子传递.外加电压通过影响光阳极的给电子能力从而对MPES的性能产生显著的影响,当外电压从0.4V升高至0.6V时,MPES的电流,乙酸产量和法拉第效率都显著提高,系统的性能主要受限于阳极.当外电压高于0.6V,系统电流,乙酸产量的增速减缓,法拉第效率在外加电压0.8V时达到最大值,随后下降,表明生物阴极的得电子能力已经达到饱和,此时MPES的性能主要受限于阴极.作为电子传递中间体,H₂的不完全利用是法拉第效率没有随着外电压的增加进一步提升的原因.     

温压条件下不同含水高岭石对NH4+吸附的分子模拟

为研究高岭石对NH₄⁺吸附的微观情况,通过Material Studio软件对高岭石单胞进行收敛性测试后构建了4×2×1不同水化程度高岭石模型,采用量子力学和经典力学方法对模型晶胞进行了理论计算和吸附实验研究.结果显示,在交换关联泛函GGA-PW91,K点4×3×2,截断能600eV条件下,得到了高岭石稳定结构模型（误差<2%）;高岭石对NH₄⁺的吸附受温度影响明显,随温度升高,吸附量逐渐减少,与吸附实验结果一致;动力学结果显示吸附类型主要为物理吸附,吸附作用力为范德华力和库仑力.     

正渗透去除地表水中DOM的效能研究

采用经砂滤处理后的滆湖水作为原料液,氯化钠溶液作为汲取液,在不同影响因素条件下进行正渗透试验,并对试验后的膜片进行清洗,探究膜污染的可逆性.结果表明:提高汲取液浓度、运行温度及膜面流速均可有效增加膜通量;正渗透对滆湖水体中的溶解性微生物代谢产物、类色氨酸、类富里酸和腐殖酸四种主要DOM成分均有较好的去除效果,DOC、UV₂₅₄截留率均在96%以上;短期运行通过水力清洗几乎可以完全恢复膜通量,而长期运行通过超声清洗可以基本恢复全部膜通量,通过分析膜清洗液可知造成膜污染的主要物质为类色氨酸类和类富里酸类物质.     

北京市不同季节室外细菌气溶胶分布特征及其环境影响因素分析

为了解北京市室外细菌气溶胶的分布特征,基于培养法分析了2020年9月—2021年5月不同季节细菌气溶胶浓度及粒径的分布特征,探讨气象因素(温度和相对湿度)和空气颗粒物(PM₁₀和PM_2.5)对细菌气溶胶分布特征的影响. 结果表明:①北京市室外细菌气溶胶平均浓度为447.10 CFU/m3 (每立方米空气中的菌落形成单位),呈春季〔(648.55±537.24)CFU/m3〕>冬季〔(324.50±181.99)CFU/m3〕>秋季〔(319.59±305.07)CFU/m3〕的特征,不同季节细菌气溶胶浓度差异不显著. ②北京市室外约80%的细菌气溶胶直径大于2.1 μm,细菌气溶胶浓度在第2级(粒径为4.7~7.0 μm)显著降低,峰值粒径出现在第1级(粒径>7.0 μm). 粒径大于7.0 μm的细菌气溶胶在春季与秋季以及春季与冬季之间均存在统计学差异 (p均小于0.05). 可进入人体下呼吸道的细菌气溶胶(≤4.7 μm)比例近50%(冬季、秋季、春季占比分别为61.0%、58.9%、41.6%),冬季空气中可进入人体下呼吸道的细菌气溶胶比例最高. ③Spearman相关性分析表明,室外环境细菌气溶胶浓度与相对湿度呈显著负相关(p<0.05),与PM₁₀浓度呈显著正相关(p<0.05),表明细菌气溶胶浓度受气象因素和空气污染物的影响. 研究显示,北京市室外环境中可进入人体下呼吸道的细菌气溶胶比例近50%,冬季细菌气溶胶暴露风险最高.      

山西省城市地区近年来环境空气臭氧污染特征及来源解析

基于山西省2018—2020年国控点位O₃监测数据分析了全省O₃污染特征,分别以晋城市和太原市为典型城市,分析了温度、相对湿度和风向风速等气象因子以及前体物(NO_x和VOCs)对O₃的影响,并采用CAMx模式开展2020年6—8月山西省O₃区域和行业来源解析. 结果表明:① 山西省O₃超标天数中以O₃轻度污染为主,且中度及以上污染呈增加趋势,O₃污染集中出现在5—9月,且呈现较强的地域性特征,O₃浓度日变化呈单峰型特征. ② ρ(O_{3-1 h})(臭氧1 h平均浓度)与气温、风速均呈正相关,与相对湿度呈负相关,高温、低湿有利于O₃的生成. 风速与ρ(O_{3-1 h})呈分段式线性关系,ρ(O_{3-1 h})随着风速增大而升高,当风速大于某一阈值时,ρ(O_{3-1 h})随风速的增加而下降. 以典型城市晋城市为例,当温度在25 ℃以上、相对湿度在30%~60%之间、风速为4~5 m/s,且风向为南风和东南风时更容易出现ρ(O_{3-1 h})高值. ③ 山西省2020年6—8月O₃区域来源解析表明,各城市O₃本地源贡献较弱而传输贡献影响显著(>80%). ④ 山西省2020年6—8月O₃行业来源解析表明,各市工业源类(电力源、焦化源和其他工业源)的贡献率在50%左右,柴油交通源贡献率在20%~27%之间. 研究显示,山西省O₃污染传输贡献影响显著,联防联控势在必行,电力源、焦化源和柴油交通源对O₃生成贡献较大,亟需优先加强管控.      

近10年来我国污染场地再利用的案例分析与环境管理意义

及时掌握污染场地修复过程中所关注污染物和修复后再利用土地类型信息对深化建设用地环境管理具有重要意义. 本文基于文献调研和信息公示平台资料查询等途径获取了我国537个污染场地案例信息数据,分析了我国近10年来污染场地修复与再利用的变化情况. 统计分析结果表明:我国537个污染场地中约有66%集中在北京市、上海市、浙江省、江苏省和重庆市等先行地区;从2016年《土壤污染防治行动计划》颁布实施开始,场地修复管控数量增势凸显,2018年污染场地修复管控数量达到峰值;原用地类型归属化学工业、金属制品、冶炼等行业的比例较大,且重金属、苯系物为主的再利用挥发性有机物、多环芳烃类为主的半挥发性有机物和总石油烃是典型污染物;在GB 36600—2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》实施前后,包含苯系物、多环芳烃类和总石油烃等污染物的出现频次增加趋势最为明显,而有机农药类和多氯联苯(总量)的出现频次有所减少;污染场地用途大部分是敏感用地类型中的居住用地,且这类场地的原行业类型为化学工业、金属制品等特征污染物危害较大的行业. 研究显示,利好政策和标准的颁布与实施促进了我国经济欠发达地区污染场地的修复管控工作,以多环芳烃类为主的半挥发性有机物是我国未来场地土壤环境治理工作的重点,需要进一步提升对再利用类型为敏感用地类型场地的关注.      

塔里木河流域生态系统特征及其管理面临的问题分析

基于塔里木河流域生态系统特征,分析塔里木河流域生态系统管理面临的主要问题.①农业开发大量挤占生态用水,威胁流域生态系统安全;②流域农药使用量增长1.78倍,化肥使用量增长2.06倍,工业SO2排放量增长5.93倍,城镇污水量增长0.23倍,下游水质严重超标;③水资源利用效率仅为6.79元/m3,远低于新疆平均水平;④人口和种植规模年均增长11％以上,突破流域水资源承载力.从综合生态管理体制、生态资源市场交易机制、生态立法三方面提出塔里木河流域生态系统管理新方向.     

热沉技术在高低温低气压试验箱中的应用

在高低温低气压试验中,由于空气稀薄,其温度均匀性试验已经无法用空气对流来实现了,只能通过的辐射和传导来实现和达到试验温度的均匀。在这种试验状况下,往往试验所得的温度、湿度的均匀性偏差很大。要实现较好的温度均匀性十分困难。我们将高真空领域中的热沉技术即辐射换热方式,运用到高(低)温低气压试验箱中,通过多个几何平面的辐射和传导,达到较为理想的试验参数。