巯基改性壳聚糖复合材料的制备及其用于高容量去除水中Hg(Ⅱ)

摘  要  壳聚糖(CS)因其无毒害、可降解性、成本低等特点而在众多高分子材料中脱颖而出,但稳定性和选择性较差,从而限制了其在重金属吸附中的应用。以巯基丙酸 (MPA) 为改性剂,以1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺(EDC) 为活化剂,制备了CS-MPA复合材料,使用单一变量法优化制备条件。结果表明,最优制备参数为：改性时间6 h,温度20 ℃,pH=6,m_(CS:MPA:EDC)为1∶0.8∶1,制备得到的 CS-MPA在酸性条件下对Hg(II)依旧保持较高去除效率。在复合材料表面引入巯基后出现了多层堆叠的不规则形态,比表面积增大。CS-MPA对Hg(II)的吸附在 360 min 内可达到平衡,以单层吸热的化学反应为主,25 ℃时理论最大吸附容量推测为 833.3 mg·g⁻¹。吸附机理主要是材料上的软碱(—SH和—NH₂)与软酸 Hg(II)之间发生的螯合反应,其次为酰胺基的结合作用。CS-MPA对 Hg(II)有较高的吸附选择性;且经过5次的吸附-解吸循环后,去除率仍保持在较高水平。以上研究结果表明 CS-MPA对Hg(II)的去除效果较好,可为废水中Hg(II)的去除与回收提供参考。     

负载Cr和Mo锰矿粉基催化剂的脱硝脱氨性能

氨选择性催化还原 (NH₃-SCR) 技术在焚烧烟气NO_x减排控制中广泛应用。然而,目前广泛商业化使用的SCR催化剂价格昂贵且低温活性差。以价格低廉的天然锰矿粉 (MOP) 为载体,采用浸渍法制备了Cr和Mo负载改性MOP,在温度范围150~400 ℃,对比研究了MOP和负载改性MOP的脱硝和脱氨催化效率,并基于NH₃-TPD-MS、FE-SEM-EDS、XRD和XPS对所制备的催化剂进行表征。结果表明：MOP具有较高的催化脱硝脱氨活性;Cr负载可大幅提升MOP的氨转化率,且对脱硝效率没有明显影响;Cr主要以无定形Cr₂O₃形式物理附着于MOP表面,Cr与Mn之间没有明显的相互作用。同时,Mo负载对MOP的氨催化转化也有明显促进作用,2%Mo负载仅轻微减少了MOP在150~250 ℃时的脱硝效率。在5%Mo改性MOP表面,酸性位点数量和NH₃吸附能力显著提高,但Mo与K反应生成钾钼盐结晶,导致Mn⁴⁺和O_α的相对含量降低。该研究结果可为低温低尘尾部布设SCR的同时脱硝脱氨提供参考。     

典型进口再生塑料颗粒中重金属溶出特性及其影响因素

为了解我国进口再生塑料颗粒中重金属溶出特性,以某检测机构的5种再生塑料颗粒PP、PE、PS、PET和ABS为研究对象,研究不同温度、不同接触时间和不同模拟液等条件下,再生塑料颗粒中重金属溶出特性。结果表明,在25、40、70 ℃这3种温度下,PP、PE、PET和ABS再生塑料颗粒中重金属铬、铅、锰、镉、汞和铜的溶出量随着温度的升高而增加,PS中重金属浓度随温度升高变化不大;随着接触时间的增长,样品中的6种重金属Cr、Pb、Mn、Cu、Cd、Hg溶出量增长趋势由快至慢,5种再生塑料颗粒中重金属Cr的溶出浓度最高;PE、PS、PET和ABS再生塑料颗粒在4种模拟液中重金属溶出量大小整体呈现出：50%乙酸>3%乙酸>10%乙醇>95%乙醇,但PP再生塑料颗粒中重金属Cu在3%乙酸中的溶出量比10%乙醇中的多。本研究结果可为建立塑料接触材料及制品中重金属溶出量的标准方法提供依据。     

超声-碱破解剩余污泥的条件优化

剩余污泥水解是实现污泥减量化和解决污水处理厂生物脱氮除磷中碳源不足的重要途径。以浓缩池污泥为对象,通过正交实验对超声-碱联合处理条件进行优化,考察了污泥破解率、上清液C/N与C/P的变化,并进行经济性分析。结果表明,对污泥破解率、上清液C/N、C/P影响最大的3个因素分别为pH、声能密度、pH。综合考虑3者,得到最佳操作条件为,声能密度=1.5 W·mL⁻¹、超声时间=15 min、pH=10、碱处理时间=1.5 h,在此条件下,污泥VSS去除率可达35％左右,可以减少污泥处置的成本。上清液SCOD>7 600 mg·L⁻¹、C/N>30、C/P>60,可以制备高碳低氮磷的污泥上清液回流,在大规模应用中比外加碳源的方式要节约成本。本研究结果可为超声-碱破解污泥的实际工程提供参考。     

义乌市分质供水系统水质变化分析

为探究义乌市分质供水系统中水质及有机物的变化特征,分季度调研了3个水厂沿程水质的变化,并采用光谱技术与高分辨率质谱分析了处理工艺对溶解性有机质的去除效果。水质调研结果表明,传统工艺(混凝沉淀-砂滤)对总磷和氨氮的去除率分别达到80%与50%以上,但对水体中的总氮与总溶解性有机碳的去除效果差。双膜法(超滤-反渗透)全面优于传统工艺,可以将营养盐和有机物的浓度降至极低的水平(去除率>90%)。三维荧光结合平行因子分析结果表明,混凝沉淀仅对地表水中陆源腐殖质组分有明显的去除,对类蛋白质组分的去除效果较差。高分辨率质谱的检测结果表明,混凝对木质素、单宁及稠环芳烃等物质有较好的去除效果。在混凝前增设曝气生物滤池并在混凝过程中添加粉末活性炭,能强化工艺对类蛋白质组分和腐殖质组分的去除效果。本研究结果可为水处理工艺优化提供理论依据。     

人工河流沉积物中磷的分布特征及其形态研究：以肇兰新河为例

以黑龙江省肇兰新河流域为研究对象,在调查区域水质和沉积物基本理化性质的基础上,采用SMT化学提取方法分析流域内表层、柱状沉积物中磷形态及含量,明确了人工河流沉积物各形态磷的空间分布特征。结合上覆水与沉积物理化性质,探讨了影响人工河流沉积物磷形态及释放因素。结果表明,肇兰新河流域内水体TP均值为2.61 mg·L⁻¹,属于劣V类水体。沉积物的TP为692.91~2 197.87 mg·kg⁻¹,整体处于中度污染水平。沉积物中Fe/Al-P含量占比较高。通过相关性分析发现,上覆水中ORP是影响OP、Fe/Al-P迁移的重要环境因子,沉积物中TC、OM、Fe含量是影响OP含量的重要因素。作为一条典型人工河流,肇兰新河流域磷污染负荷严重,相比自然河流形态结构单一,缓冲能力和纳污能力较弱。本研究可为了解人工河流沉积物磷形态及其含量,并进行流域污染防控提供参考。     

基于月排放数据的北京3座区级污水处理厂年碳排放特征

以3座北京市某区代表性区级污水处理厂为研究对象,综合《城镇水务系统碳核算与减排路径技术指南》、《污水处理厂低碳运行评价技术规范》和《IPCC 2006 年国家温室气体清单指南 2019 修订版》碳排放核算方法,采用定量统计、相关性分析及敏感性分析等手段对污水处理厂正常运行状态下碳排放核算和影响因素进行特征分析和规律识别,并提出针对性减排路径建议。结果表明：C厂C-TECH工艺的吨水碳排放强度为三厂最低1.35 kg CO₂eq·m⁻³,处于我国较低水平,接近“双碳”目标要求;而B厂改良SBR工艺的单位污染去除碳排放强度较小,其COD碳排放强度为3.16 t CO₂eq·t⁻¹,TN碳排放强度为36.44 t CO₂eq)·t⁻¹,TP碳排放强度为176.69 t CO₂eq·t⁻¹,处于我国中上水平,从效能角度更接近“双碳”目标要求。不同工艺产生的温室气体、进水水质波动及用电消耗导致三厂碳排放强度上存在差异,但各工艺的主排碳因子均为间接碳排放 (A厂、B厂和C厂中分别占73%、59%和59%) ,间接碳排放的主贡献因子为电力消耗 (A厂、B厂和C厂中分别占33%、40%和40%) 。相关性分析发现,各水厂碳排放强度还与N₂O造成的直接碳排放有较大相关性,3座水厂年排放N₂O 2.48×10⁴ t CO₂eq,A厂、B厂和C厂中相关性系数值分别达到0.68、0.87、0.66。敏感性分析表明,整体碳排放强度对电力消耗、N₂O排放和药耗的变化更为敏感,药耗中葡萄糖溶液和多效高分子除磷剂对碳排放强度影响较大。以上结果表明,北京区级污水处理厂应从优化曝气系统、水泵效能等节电措施和调整水厂加药模式等节药措施上实现减排。     

低进水浓度CASS工艺沿程污染物去除特征及微生物群落变化

南方部分城镇污水浓度偏低,而循环式活性污泥法(CASS)能较好地处理低浓度污水,处理性能与微生物群落特征密切相关,但鲜有研究涉及其沿程微生物群落结构变化。本研究选取广东省某CASS城镇污水厂作为典型案例,分析其沿程污染物去除特征和微生物变化,从微生物学角度探讨污染物的去除机理。结果表明：低进水浓度CASS生化池沿程耗氧有机物(以COD计)、TN、NO₃⁻-N、TP主要在污泥选择区被吸附降解,进水1 h COD和TP值降至最低,NH₄⁺-N主要在主反应区被氧化降解,生化池可去除污水中56.42%的耗氧有机物(以COD计)、41.71%的TN、77.78%的NH₄⁺-N、99.59%的TP。生化池主要优势菌门有变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和浮霉菌门,变形菌门是影响微生物多样性变化的关键菌门。属水平上,进水1 h选择区Zoogloea、Aeromonas和Thauera丰度较高,主反应区Nitrospira丰度较高;进水结束选择区Nitrospira丰度较高,主反应区Terrimonas和Lactobacillus丰度较高;沉淀1 h选择区Thauera丰度提高,主反应区Nitrosomonas丰度较高,主要发生氨氧化;闲置结束选择区脱氮菌类型多丰度高,主反应区Sulfuritalea、Haliangium、Zoogloea丰度较高。沿程功能性微生物丰度变化与污染物浓度变化相对应。NO₃⁻-N对微生物群落结构的塑造影响最显著(解释度为38.92%)。氮代谢途径表明沿程主反应区均发生全程硝化反硝化,选择区均发生短程硝化和全程反硝化,除进水1 h外,其余阶段选择区的反硝化功能基因丰度均比主反应区高。     

“无废城市”建设下的“无废校园”固废产量预测模型——以内蒙古工业大学为例

开展“无废城市”建设是我国建设生态文明、实现美丽中国目标的重要工作内容,是推动实现绿色低碳高质量发展的有力抓手,而“无废校园”建设则是“无废城市”建设的必要补充,旨在全面实现校园固废资源化与无害化,打造低碳、环保、节能、友好的校园环境。本研究以内蒙古工业大学为例,通过文献调研、实地走访调查和预测模型构建相结合的方式,系统研究了内蒙古工业大学校园固废产生规律及固废产量预测模型。结果表明,校园固废具有产生数量大、产生空间集中、产生时间具有阶段性等特点,其中教学楼、操场、住宿楼日固废产生均值分别为(6.08±0.77)、(4.50±0.82)、(23.58±5.41) kg,且不同区域之间固废产量呈现季节性差异;校园固废种类较社会面单一,易于分类管理,其中88.10%的学生非上课时间集中活动在教学科研区与宿舍区,并产生了约92.53%的固废量;基于实际数据及GM(1,1)灰色预测模型构建发现系统对夏季和冬季校园固废拟合精度分别为好和合格,预测结果可靠。本研究结果可为“无废城市”建设下的“无废校园”建设提供参考。     

城市土地资源中生态环境承载力指标体系的构建及应用——以北京市为例

根据DPSIR模型构建了城市土地资源中生态环境承载力的指标体系,该体系的创新之处在于通过结构化的指标设计将生态环境与人口、经济、社会发展和管理等其他要素纳入统一分析框架,充分考察了各要素之间的密切关联。在实证分析方面,以北京市为例,对其2011—2014年土地资源中生态环境承载力的相关指标变动趋势情况进行分析。结果表明:人口增长与经济增长两大驱动力指标持续上升,对土地资源带来的压力持续存在且逐年增大;城市建设用地的压力不断增大,居住用地造成的压力最为显著;从反应指标和状态指标看,北京市在努力加强城市绿化和生态保护工作,但影响指标目前尚无显著改善,大气污染和水资源短缺等情况仍不容乐观。最后,针对如何评价和提升城市土地资源中生态环境的承载力提出了政策建议。