液相色谱-串联质谱法同时测定污水中10种精神活性物质

建立了采用液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)同时测定污水中10种精神活性物质的分析方法。污水样品经甲酸与甲酸铵调节pH后,加入氘代内标混匀,离心并过滤膜后可直接上样分析。研究表明,在1~250 ng/L的线性范围内,10种精神活性物质的线性相关系数均大于0.992,定量限均低于0.5 ng/L。在3个加标水平下,10种精神活性物质的加标回收率为87.2%~114%,相对标准偏差为0.53%~3.60%(n=3)。将该方法应用于某区域10份生活污水样品的检测,在3份水样中检出吗啡、甲基苯丙胺、氯胺酮等精神活性物质,对应的质量浓度范围分别为3.41~9.55、0.90~1.63、1.06~1.78 ng/L。与经固相萃取前处理后的分析方法相比,该方法可在10 min内完成分离和检测的全过程,具有简单、快速、节约的优点,可用于污水样品中10种痕量水平精神活性物质的定量分析。     

基于全生命周期法的矿用柴油重卡碳核算

矿用柴油重卡因工作任务量大和工作环境恶劣,导致其碳排放量巨大。从使用矿用柴油重卡的企业角度出发,采用全生命周期法,理清了矿用柴油重卡全生命周期各个阶段的碳排放量及影响碳排放的因素,建立了矿用柴油重卡碳核算模型。以内蒙古某煤矿4种柴油重卡为案例,对矿用柴油重卡全生命周期碳排放量进行了核算,分析了核算结果,并从车辆重量与经济性角度,分析比较了几种车辆的单位重量排放量和单位价格排放量。结果表明：矿用柴油重卡全生命周期碳排放量由车辆重量和燃料消耗量共同作用,其中燃料消耗量占绝大比重。综合考虑节能减排和经济性,重量为156 t和85 t的车辆是最佳选择,煤矿企业可适当提高该类车辆的占比。在保证工作量的情况下,将138 t和65 t车辆代替为156 t和85 t的车辆,全生命周期内可减少1.275×10⁵ t 的碳排放量,节省9 936.704 万元的花费。本研究结果可为重卡企业开展节能减排工作提供参考。     

曝气策略对膜面剪切力的影响机制及其优化

曝气冲刷是浸没式MBR工艺不同于常规活性污泥法工艺的关键特征,然而现行规范的曝气系统设计与运行比较粗放,缺乏气泡尺寸模拟优化方法。以可直接观测的工程规模 (500 m³·d⁻¹) 膜生物反应器为研究对象,对穿孔管角度进行了优化研究,并用群体平衡模型(Population Balance Model,PBM)模型模拟污泥混合液不同粘度下的内部气泡分布情况。结果表明：穿孔管角度垂直向下、60°、45°、30°、垂直向上在膜面产生的平均剪切力分别为1.74、1.46、1.19、1.38、1.67 Pa,这表明曝气角度最优为垂直向下。0.3%、0.5%和0.8%浓度的羧甲基纤维素钠(Carboxymethyl cellulose, CMC)下产生的平均剪切力分别是1.51、1.92、2.24 Pa,气泡直径逐渐增大。且气泡尺寸越大、流速越大,分布越均匀。基于0.3%、0.5% CMC的速度实验结果与 PBM模拟结果基本吻合。该研究结果可为MBR技术的工艺优化和系统控制方法提升提供参考。     

木质膜耦合聚合物膜的重力驱动膜过滤系统增强水源水中重金属的去除及机制

针对聚合物膜的重力驱动膜过滤系统(gravity-driven membrane filtration system,GDM)对水源水中重金属去除效率低的问题,将其与木质膜(wood membrane,WM)耦合,以环保且廉价的方式提高重金属的去除效率。本研究比较了木质膜耦合聚合物微滤(microfiltration,MF)膜的GDM系统(GDM1)和聚合物微滤膜GDM系统(GDM2)对水源水中重金属的去除效能及机制。与GDM2相比,GDM1系统在木质膜的作用下,其微滤膜(GDM1-MF)上的生物膜更薄并呈现出更疏松的网状结构,因此,膜阻力更低,稳定通量更高。稳定运行后,GDM1系统对水中Fe、Mn和Cu的去除率分别达到67%、43%和59%,均高于GDM2(64%、15%和36%)。这是由于GDM1系统生物膜胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中蛋白含量以及—OH和—COOH基团更多,更有利于截留重金属。此外,GDM1-MF中存在更多的锰氧化细菌、酸杆菌门Acidobacteriota和黄杆菌属Flavobacterium,促进了Mn和Cu的去除。本研究为利用GDM系统去除水中重金属提供了新的思路和方法,对推动利用GDM系统处理重金属污染水源水的应用具有重大意义。     

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。     

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。     

基于文献计量分析的场地化学氧化修复技术研究热点和趋势

化学氧化修复技术具有污染物去除效率高、修复周期短和成本低等优势,在污染场地修复领域具有广阔的应用前景。基于Web of Science数据库,通过文献计量可视化软件VOSviewer和CiteSpace,分析了1990—2022年场地污染土壤和地下水化学氧化修复领域的研究热点及趋势。结果表明,1990—2022年年度发文量呈增长趋势,中国和美国是发文量排名前二的国家,2010年后中国年发文量快速增加并位居第一,中国科学院在发文量及被引频次方面均高居榜首。基于关键词分析,总结归纳了化学氧化修复技术适用污染物类型、氧化剂种类和催化/活化方法以及化学氧化联合修复技术。当前研究热点集中在催化/活化方法研发、污染物降解机理探究以及在土壤和地下水中修复应用等方面;未来研究重点将聚焦于研发新型氧化剂和靶向催化/活化材料,探究材料迁移扩散机制和活性氧化物质产生机理,发展协同化学氧化修复技术体系并推进工程化应用,以及建立化学氧化修复全过程风险监测和评价体系。     

钻井废泥浆絮凝脱水固化处理研究

以海上油田水基钻井废泥浆为试验对象,采用化学固液分离法,加入不同絮凝剂脱水,并用水泥作为固化剂对脱水后的泥饼进行固化处理制成建筑材料。结果表明:钻井废泥浆经稀释后才能实现固液分离。当钻井废泥浆稀释比为4.00时,加入150 mg/kg阴离子絮凝剂A1920PAM,处理后钻井废泥浆泥饼含水率最低降至35.33%;水泥固化块中钻井废泥浆泥饼最佳加入比为25%,此时既能满足大部分建筑材料强度要求,又能大量固化钻井废泥浆;对水泥固化后的材料用水浸泡测定浸出液中主要污染物,结果显示,浸出液中COD_Cr、重金属等污染物浸出量均低于GB 8978—1996《污水综合排放标准》一级标准。     

三维荧光光谱区域积分法解析辽河七星湿地水体DOM组成及来源

监测了七星湿地水体水质,并采用三维荧光光谱技术结合荧光区域积分（FRI）分析法研究七星湿地水体中溶解性有机物（DOM）荧光特性,分析DOM组成、腐殖化程度、污染来源与其他水质指标之间的相关性。结果表明,七星湿地对于支流水体有一定的净化作用,出水CODCr满足GB 3838—2002的Ⅴ类水质标准,氨氮及总磷仍然是水体中的主要污染物;荧光指数(f450/500)平均值为1.82,表明七星湿地DOM主要是生物来源;腐殖化指数(r_B,D)整体较低,表明湿地水体腐殖化程度较高,有机物污染较为严重。通过荧光区域积分法将荧光光谱图划分为五大类,其中芳香性蛋白类物质Ⅱ相对浓度最高,占DOM总量的37.51%~54.2%,其主要与生活污水排放有关;DOC浓度与芳香蛋白类物质Ⅰ、芳香蛋白类物质Ⅱ、溶解性微生物代谢产物及腐殖质类物质有较高相关性;TP浓度则与芳香蛋白类物质Ⅱ呈显著正相关性,与富里酸类物质和腐殖酸类物质显著相关。三维荧光光谱区域积分法可用于水体中DOM组成及污染物来源研究。