“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。     

生物质利用方式对富营养水体中碳氮磷含量及其比例的影响

生物质常被添加至富营养水体中以调节碳氮比(C/N),促进脱氮,但不清楚生物质的粒径和投加方式对富营养水体中营养物质浓度和比例的影响。通过机械粉碎制得20~40、40~80、80~160目稻壳颗粒,并选取直接投加和无纺布包裹投加2种投加形式,以不添加稻壳或无纺布包裹砖块作为对照组。以超纯水为水样研究不同粒径和投加方式下稻壳的3 d碳氮磷释放特性;以成都市府河下游河段水样为研究对象,考察了不同粒径和投加方式下稻壳的21 d静态脱氮特性。结果表明,在超纯水中,稻壳释放出COD_Mn(5.5~16.5 mg·L⁻¹)、TP(0.18~0.45 mg·L⁻¹)、TN(0.39~0.95 mg·L⁻¹)、COD_Mn/TN(8.5~19.7)、COD_Mn/TP(27.9~37.5),前四者均呈现出80~160目>40~80目>20~40目的规律,仅COD_Mn和COD_Mn/TN呈现直接投加>无纺布包裹投加的规律。在静态脱氮实验中,21 d后,添加了稻壳的水样COD_Mn含量由28.1 mg上升至71.7~143.0 mg,TP含量由1.2 mg下降至0.2~0.5 mg,COD_Mn/TN由0.9上升至8.5~16.5,COD_Mn/TP由24.2上升至170以上,这4个参数的变化情况与稻壳的碳氮磷释放规律相同;TN含量由30.04 mg下降至7.64~8.68 mg,低于对照组(13.2~13.9 mg),但粒径和投加方式仅对实验初期水中氮的存在形态有影响。粒径决定稻壳的比表面积,投加方式决定稻壳的间隙,并影响微生物的附着效果,进而影响稻壳的碳氮磷释放效果。在实际应用时可根据情况,采用不同的生物质粒径和投加方式,以调节水中营养物质浓度和比例。     

基于高效絮凝沉淀池与翻板滤池组合工艺的工程案例

以银川市某水厂为例,评估高效絮凝沉淀池与翻板滤池组合工艺的工程应用效果。结果表明,高效絮凝沉淀池与翻板滤池组合工艺能够适应较大水质波动,具有一定抗冲击负荷能力。其浊度去除率和高锰酸盐指数 (以COD_Mn计) 去除率较高,出水水质满足《生活饮用水卫生标准》 (GB/T5749-2006) 。通过调整排泥量和污泥回流比,能够有效解决沉淀池泥位超标问题。根据翻板滤池的过滤负荷和滤水阀门的开度调整反冲洗周期,能够提高过滤效率,节约电耗。少量无烟煤滤料的流失对翻板滤池出水浊度无影响。本研究结果可为低温低浊水处理工程提供设计经验和工程案例参考。     

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。     

絮凝-电解氧化联合处理氰化提金废水

采用絮凝-电解氧化联合技术处理氰化废水,主要研究了聚硅酸铝铁 (PSAF) 添加量、絮凝时间、pH、电压、电解时间、极板间距对总氰(CN_T)、游离氰(CN⁻)、Cu、Zn离子去除率的影响,并对其反应机制做了分析。研究表明,当PSAF添加量为2 g·L⁻¹,絮凝时间为30 min,pH为9条件下,CN_T、CN⁻、Zn、Cu离子的去除率分别可达42.97%、100%、84.40%、34.88%。Zn(CN)₄²⁻、Cu(CN)₃²⁻、CN⁻的吸附量分别为567.88、89.76、439.74 mg·L⁻¹。以钛板为阴极,石墨板为阳极,采用一阴两阳体系对絮凝后液进行电解氧化实验,在电压为3 V、电解时间为2 h、极板间距为10 mm条件下,CN_T、CN⁻、Zn、Cu离子的去除率可达91.70%、100%、99.15%、94.49%。絮凝过程中Zn(CN)₄²⁻、Cu(CN)₃²⁻、CN⁻的去除是由电荷中和和化学吸附共同作用的,其中电荷中和起主要作用。Zn(CN)₄²⁻、Cu(CN)₃²⁻、CN^-的化学吸附主要归因于其与PSAF水解产生的羟基阳离子发生交换反应。XRD分析表明,加入酸性絮凝剂PSAF的瞬间,部分Zn(CN)₄^2-反应为Zn(CN)₂沉淀。电解氧化过程中Zn(CN)₄²⁻、Cu(CN)₃²⁻破络释放的氰根会被阳极表面产生的O₂、·OH完全氧化为N₂和CO₂,Zn、Cu离子在阴极板电沉积而被去除。     

纳米零价铁与黑曲霉发酵液联用对砷锑污染土壤的淋洗修复

土壤砷 (As) 、锑 (Sb) 污染对生态环境和人体健康有着潜在的风险,采用黑曲霉发酵液 (FB) 与纳米零价铁 (nZVI) 联用淋洗修复As、Sb污染土壤。通过振荡淋洗实验,探究nZVI强化FB淋洗去除As、Sb的效果及不同条件下对As、Sb淋洗效率的影响。结果表明,制备的FB对污染土壤中As和Sb有着较好的去除效果,去除率可达84.1%和71.8%;nZVI对FB去除As、Sb有强化作用,在nZVI质量浓度为0.1 g·L⁻¹、pH为1和淋洗时间为60 min的条件下,其淋洗效果最佳,对As、Sb淋洗效率可达96.6%和95.6%,修复后的土壤达到《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准 (试行) 》 (GB 36600-2018) 二类用地标准。nZVI-FB对土壤中As、Sb的解吸动力学符合拟二级动力学方程。nZVI-FB能够有效的提取土壤中As、Sb的铁铝氧化物结合态。本研究结果可为As、Sb复合污染土壤的淋洗修复提供参考。     

磁性山竹壳炭的制备及对氯霉素吸附性能

以山竹壳为原料,K₂C₂O₄为活化剂,Fe(NO₃)₃为赋磁剂制备了磁性山竹壳炭。考察了制备条件对山竹壳炭理化性质的影响,并探究其对水体中氯霉素的吸附性能。结果表明,随着K₂C₂O₄用量的增加和炭化温度的升高,磁性山竹壳炭的比表面积和孔容增加,但Fe₃O₄逐渐被还原为单质Fe。当磁性山竹壳炭PGC-4-900投加量为0.3 g·L⁻¹,溶液质量浓度为125 mg·L⁻¹时,对氯霉素吸附容量最大可达316.3 mg∙g⁻¹。吸附过程为自发、吸热和无序度增加的过程。吸附动力学符合拟二级动力学模型,等温模型可用Langmuir方程描述。磁性山竹壳炭在吸附氯霉素方面具有宽泛的pH适应性,静电作用非磁性山竹壳炭对氯霉素吸附主要机理,孔隙填充和π—π作用在氯霉素吸附过程中起主导作用。     

基于响应曲面法优化的臭氧/过硫酸盐/四氧化三铁工艺对结晶紫的降解

为有效去除水中结晶紫,利用臭氧/过硫酸盐/四氧化三铁工艺对结晶紫的氧化效果进行研究,设计单因素实验探索臭氧流量、过硫酸盐浓度、四氧化三铁浓度和pH对结晶紫降解的影响,依据响应曲面法的Box-Behnken Design(BBD)实验设计原理,探究臭氧流量、过硫酸盐浓度、四氧化三铁浓度和反应时间对降解效果的影响,并优化工艺参数;使用SEM-EDS、FT-IR和Raman表征了反应前后的四氧化三铁,并用EPR技术直接鉴定出工艺过程中的活性氧。结果表明：此工艺在较宽的pH区间(3~11)都具有较高的结晶紫降解能力,臭氧流量、过硫酸盐浓度和四氧化三铁浓度与结晶紫的降解率成正比;臭氧流量1.000 L·min⁻¹,过硫酸盐浓度0.968 mmol·L⁻¹,四氧化三铁浓度2.158 mmol·L⁻¹,反应时间41.702 min为预测的最佳工艺条件;在最佳工艺条件下得到的实际降解率与预测降解率相对偏差仅为−1.12%;催化反应后Fe₃O₄粒径减小,表面变得更加光滑;反应后的Fe₃O₄的铁元素质量分数由48.24％降至35.31%,而氧和硫元素质量分数由34.05%和0.39%分别增至37.59%和1.09%;臭氧/过硫酸盐/四氧化三铁工艺过程中存在SO₄^·–和·OH。由此可知,BBD优化模型预测与实际处理效果基本一致。该研究成果为可为难降解的结晶紫废水的深度处理提供参考。     

印染污泥与铁尾矿磁化焙烧回收铁资源

我国铁尾矿累计堆存量超1×10¹⁰ t,主要为难选的赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等,由于脉石矿物组成复杂,重金属等有害杂质含量高,难以直接资源化利用。利用铁尾矿与印染污泥共同磁化焙烧,回收铁尾矿和印染污泥中铁资源,研究了焙烧温度、焙烧时间和印染污泥掺烧量对铁品位和铁回收率的影响及作用机制。最佳焙烧条件为,800 °C、30 min、印染污泥掺烧量15%,对焙烧产物进行120 mT的湿法磁选,得到铁品位63.78%,回收率92.58%的铁精矿。铁尾矿中的针铁矿失水留下孔隙转化为赤铁矿,进而被还原为磁铁矿,其还原路径为FeO(OH)→Fe₂O₃→Fe₃O₄。SEM+MAPPING分析结果表明,磁化焙烧后赤铁矿和铝化合物的连生体被破坏,通过磁选可提升铁精矿品位及回收率。本研究可为印染污泥和铁尾矿的协同处理及资源化利用提供参考。     

游离态氨基酸对羊角月牙藻的生物有效性

采用实验室模拟培养试验,以6种个体氨基酸——丝氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸和精氨酸为唯一氮源,采用一次性培养的方法,在无菌条件下,研究羊角月牙藻对不同种类个体氨基酸和不同浓度混合氨基酸的利用潜能。结果表明:藻细胞在生长过程中会释放氨基酸增加水体中氨基酸浓度,同时,藻类可迅速并直接利用多种游离态氨基酸快速生长。氨基酸浓度在培养周期的前2天减少90%以上,藻细胞数在第6~8天达到最大,说明藻细胞的生长滞后于游离氨基酸浓度的下降;在个体氨基酸试验中,藻细胞对氨基酸的利用程度为精氨酸>丙氨酸>谷氨酸>天门冬氨酸>丝氨酸>甘氨酸;在混合氨基酸试验中,藻细胞的比增殖速率明显高于个体氨基酸试验组,且随混合氨基酸浓度的增加,最大藻细胞生物量增加;羊角月牙藻在利用个体氨基酸的同时也会释放其他种类的氨基酸,其中,天冬氨酸和甘氨酸的释放浓度最大。羊角月牙藻在无机氮缺乏情况下,能迅速利用氨基酸。