中国农村生活垃圾治理及其优化

农村生活垃圾治理是中国生态文明建设的重要内容,也是实现人与自然和谐共生的中国式现代化进程中不可或缺的环节。目前,中国农村生活垃圾治理与生态文明建设的目标还有相当大差距。农村生活垃圾治理还存在政策制度不够完善、治理环节不协调、治理手段传统单一、生活垃圾治理基础设施落后以及监督和宣传不到位、个人生活垃圾分类意识薄弱等问题,应从强化组织赋能、升级基础设施、引进智能技术完善分类治理和监督体系、利用新媒体扩大宣传、培养农民的环保共同体意识等方面入手,优化农村生活垃圾治理。

专栏评述:高级氧化技术在新污染物治理中的未来

根据国务院办公厅印发的《新污染物治理行动方案》(国办发〔2022〕15号)精神,深化新污染物末端治理,加强新污染物相关新理论和新技术等的研究具有重要科学价值和实践意义。在“双碳”减排、生态文明建设的关键时期,为促进以新污染物为处理目标的高级氧化技术相关科研成果的快速交流,本刊特开设“高级氧化技术在新污染物治理中的未来”专栏,持续并及时报道高级氧化技术在新污染物治理中的前沿性、创新性研究成果,积极探索高级氧化技术在新污染物治理中的应用潜力及未来发展方向。

表面次生氧化矿物对FeS_(2)降解抗生素的影响及作用机制

以广泛应用于畜牧业的大环内酯类抗生素泰乐菌素(TYL)为研究对象,探究了不同氧化腐蚀程度的黄铁矿对TYL的光降解性能和作用机制.结果表明,氧化后的黄铁矿能够显著提高其对TYL的光降解效率.具体来说,氧化后的黄铁矿样品表面粗糙度增加,比表面积扩大,增加了表面反应活性位点,从而提高了其对TYL的吸附能力.此外,氧化增强了黄铁矿表面的电子传递过程,加快了·OH产生速率,进而提高了对TYL的光降解效率.同时,黄铁矿(FeS_(2))与表面新生成的Fe_(2)O_(3)组成了异质结,有效抑制了材料内部光生电子与空穴的复合,从而进一步提高了光降解性能.

侵蚀性淋滤液作用下HPMC改性膨润土的防渗性能

使用羟丙基甲基纤维素(HPMC)对天然钠基膨润土进行改性,以提高其对侵蚀性淋滤液的防渗性能.开展渗透试验和膨胀指数试验,以5000mg/L的Cu SO_(4)和0.5mol/L的H_(2)SO_(4)模拟侵蚀性淋滤液,研究侵蚀性溶液对HPMC改性膨润土的渗透系数和膨胀指数的影响.渗透试验结果表明:CuSO_(4)溶液作用下,添加2%和5%的HPMC可使膨润土的渗透系数降低32.28%~77.40%;而H_(2)SO_(4)溶液作用下,添加2%和5%的HPMC可使膨润土的渗透系数降低73.42%~92.83%.膨胀指数试验结果显示,添加2%的HPMC无法提高膨润土在侵蚀溶液中的膨胀指数,但添加5%的HPMC可使膨润土在侵蚀性溶液中的膨胀指数增大2倍左右.HPMC改性可以显著增强膨润土对侵蚀性溶液的防渗性能.孔隙填充是膨润土防渗性能增强的主要机制.

煤基压块活性炭的制备及吸附水溶液中Cr(Ⅵ)的能力研究

为了降低压块活性炭的制备成本,以大同不黏煤为主料,桃山焦煤和重相沥青为黏结成分,以高温煤焦油和水为成型助剂制备压块活性炭。依靠调节配煤比例和改变活化条件来调控活性炭孔结构。利用碘吸附值、亚甲蓝吸附值、耐磨强度等表征活性炭常规性能;研究了样品吸附水溶液中Cr(Ⅵ)的能力,并考察了活性炭再生效率和质量损耗情况。结果表明:在大同不黏煤、桃山焦煤、重相沥青、高温煤焦油和水的配比为51∶24∶9∶7∶9的基础上,活化温度和时间分别为875℃和2.5 h的条件下制备出的压块活性炭性能最优,其耐磨强度为90%,碘吸附值为902 mg/g,亚甲基蓝吸附值为270 mg/g,比表面积为992.6 m^(2)/g;对水溶液中Cr(Ⅵ)最大吸附容量可达27.3 mg/g;质量分数为5%的硝酸溶液对饱和活性炭在50℃条件下再生8 h效果最佳,再生5次以后,其质量损耗率为21%,性能恢复率为70.06%。

三级耦合技术处理含砷废水工程实例

以某光伏企业为例,以砷为主要考察指标,设计“板框压滤+砷铁共沉淀+活性砂过滤”三级耦合工艺,应用于含砷废水预处理。介绍该工艺技术特点,并给出主要构筑物的技术参数,阐述工艺控制要点及系统运行情况,分析运行效果。工程运行结果表明,该工艺可有效去除总砷,出水水质稳定达标。

环境中的氟及其环境效应与污染治理

氟是自然界中固有元素,广泛用于预防和治疗人类疾病,并且在化工、医疗、农业等领域中用于制成新型材料以改善人类生活。然而大量非自然衍生出的氟化物进入环境中,导致环境及生物体氟过量,引起生态环境的变化,影响环境质量,对人类健康和生态环境构成威胁,因此,氟的生物地球化学研究越来越受到关注。本文整理分析了氟在环境中的分布、来源以及不同环境介质中氟的赋存形态和生物、非生物影响因素,并且对其在土壤-水-植物中迁移转化过程、吸附解吸规律以及污染治理等方面进行了讨论,指出进一步深入开展氟环境行为、环境效应研究的方向,以期为氟污染的治理和环境过程调控提供支持。

磁性生物炭合成及其对重金属吸附机制的研究进展

磁性生物炭(Magnetic biochar,MBC)因其磁分离能力和广阔应用前景而受到研究者广泛关注。MBC中碳基结构特征(如形貌、比表面积、官能团等)和铁氧化物形态及分布受多因素影响,如原料来源、热解温度、合成方法等。然而,MBC特性与合成条件的关联性以及MBC对重金属的吸附机制有待进一步研究。本文通过阐述合成条件对MBC特性的影响及其吸附重金属机制,提出关于未来MBC吸附重金属研究的一些科学问题,这将为认识MBC的环境效应提供重要的基础信息。

某盐化工业园废水处理工程设计实例

某工业废水处理厂主要接收上游精细化工以及医药生产企业产生的工业废水,该工业废水可生化性差、盐分高。设计采用预处理-两级AO生化处理-高效沉淀-臭氧接触氧化-生物滤池-V型滤池-超滤-反渗透-浓水臭氧催化氧化-浓水曝气生物滤池-浓水澄清池-滤布滤池-次氯酸钠消毒工艺,介绍了处理工艺、主要构筑物设计参数以及运行效果。工程运行结果表明,处理后外排水可稳定达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准,其中CODCr和BOD5限值优于该标准,分别为40 mg/L和6 mg/L。

微塑料对土壤磷吸附的影响

微塑料是一类土壤中广泛存在的新兴污染物,其对土壤磷吸附的影响尚不明确。文中分析了0.1%~10%含量微塑料对土壤磷吸附特性的影响及机制。结果表明,微塑料会使得吸附第一阶段液膜扩散阶段速率显著提升(p<0.05)。与纯土壤(qe=6.456 mg/g)相比,含量1%以下的微塑料显著降低了土壤磷吸附容量(p<0.05),但5%以上的微塑料显著提升了土壤磷吸附容量(p<0.05)。同等含量下,微塑料粒径越小,微塑料-土壤体系的磷吸附量越大。微塑料可与磷竞争吸附位点,降低了微塑料-土壤体系对磷的吸附,但微塑料也可直接吸附磷,故当微塑料为5%及以上时,微塑料-土壤体系对磷的吸附量升高。因此,土壤微塑料污染可显著改变土壤对磷的吸附特性,且与微塑料的含量和粒径等因素密切相关。

低氮浓度下的硫自养反硝化深度脱氮研究

构建硫自养反硝化反应器分别探究污水处理厂二级出水的深度脱氮与尾水的极限脱氮。研究结果表明,在DO的质量浓度低于0.5 mg/L,HRT为15 min的条件下,二级出水TN的质量浓度由10 mg/L左右稳定降至5 mg/L以下,出水TN可达到昆明市地方标准DB5301/T 43—2020《城镇污水处理厂主要水污染物排放限值》中A级标准;在DO的质量浓度低于0.5 mg/L,HRT为20 min的条件下,尾水TN的质量浓度由6 mg/L左右稳定降至1 mg/L以下,出水TN可达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅲ类水标准。采用高通量测序对反应器内微生物群落结构进行分析,结果表明在属水平上硫自养反硝化优势菌群有Thiobacillus和Sulfurimonas。

ZnO/SnO_(2)复合光催化剂的制备及性能研究

以C_(4)H_(10)O_(6)Zn为主要原料,采用共沉淀法和煅烧相结合的方法合成ZnO/SnO_(2)复合光催化剂。探究催化剂在紫外线下对亚甲基蓝的去除率,探讨了包括SnO_(2)与ZnO摩尔比、煅烧条件等制备条件对复合催化剂性能的影响。研究发现,当复合物中SnO_(2)与ZnO摩尔比为9%、水与乙醇体积比为3:2、超声60 min、煅烧温度为700℃、热处理5 h时,制备的复合材料光催化性能最好。利用XRD、UV-Vis-DRS、SEM、PL等检测手段对复合材料进行表征,证明该复合材料保留了稳定的ZnO和SnO_(2)的主体结构,并在界面形成了异质结,降低了电子-空穴对的复合率,其光催化效果明显优于纯ZnO和纯SnO_(2)两种材料。

砷酸复盐矿化沉淀高效除砷行为及机理

针对常规化学沉淀法处理碱性含砷废水无法高效选择性除砷的问题,提出采用砷酸复盐矿化沉淀法处理含砷废水。对25℃的Mg^(2+)-NH^(+)_(4)-AsO^(3-)_(4)-OH^(-)-H_(2)O体系进行了热力学计算,研究了工艺参数对除砷率的影响,为砷酸复盐矿化沉淀过程建立了动力学调控机制,探索了杂质离子对除砷效果的影响。结果表明:pH对除砷率和砷渣品位的影响显著;增大镁盐和氨盐用量能在一定程度上提高除砷率,但镁盐过量时砷渣品位会随镁盐用量的增加而减小;增加镁盐用量有利于缩短达到平衡所需的时间;升温会明显降低除砷率和砷渣品位。杂质离子Ca^(2+)、Fe^(3+)和SiO^(2-)_(3)的加入会形成新的化合物并与砷共沉淀,对除砷具有促进作用,而加入PO^(3-)_(4)形成磷酸复盐与砷酸复盐的形成存在竞争关系,会抑制砷酸复盐矿化除砷。

超滤+纳滤双膜法处理铁法磷酸铁生产废水的研究

以铁粉和磷酸为原料的磷酸铁生产工艺因其废水排放量小、环保压力小逐渐成为主流的磷酸铁生产工艺。为进一步实现清洁生产、回收利用磷酸的目的,研究了“超滤+纳滤”双膜处理系统对磷酸铁生产工艺废水进行深度处理的可行性,并考察了进水压力、温度对纳滤膜分离性能的影响。结果表明:采用“超滤+纳滤”的集成工艺处理以铁粉和磷酸为原料的磷酸铁生产废水,超滤产水化学需氧量(COD)的去除率为72%,固体悬浮物(SS)的去除率为79%,纳滤对各金属阳离子的截留率均在96%以上,且磷酸渗透双膜效果较好,磷酸的截留率在5%以内,最终通过纳滤滤过液能得到净化后的磷酸,实现磷酸的回用;运行中的超滤预处理能够显著减轻纳滤膜污染,并提升纳滤膜的清洗效果,延长了纳滤膜使用寿命。此外,通过单因素实验得出纳滤的最佳操作条件为:进水压力为0.4 MPa、温度为30℃。该研究结果为实现磷酸铁生产废水的磷酸资源化回用奠定了技术基础,具有较好的推广前景。

改性钨酸铋纳米材料用于六价铬与环丙沙星光催化共降解研究

抗生素与重金属离子常在废水中共存,提高了废水处理难度,因此亟需高效的处理方法实现二者的共降解.在此,通过一种简单的溶剂热法合成了具有氧空位和3D中空结构钨酸铋光催化材料,实现了六价铬和环丙沙星的高效光催化共降解,光催化反应40 min后可将二者降解99%.实验及表征结果表明,氧空位的引入促进了光生载流子的分离与迁移,使得更多的电子和空穴参与氧化还原反应,进而显著提高了光催化共降解效率.同时,结合降解转化产物检测结果,分析了降解机理与路径.本工作为抗生素/重金属共存废水的处理提出了一种可行的高效方法.

光解速率测量技术研究进展

光解反应作为大气中链式反应的引发反应,是产生二次污染物的重要原因,光解速率作为描述光解反应强度的关键参数,其数值的准确测量愈加重要。光解速率的测量技术自被研发起不断发展,截至目前常见的测量技术有化学光度计测量技术、滤波辐射计测量技术,以及光谱辐射计测量技术等。其中:化学光度计测量技术是最直接测量光解速率的方法,不过由于其操作流程烦琐、仪器复杂,多用于实验室测量;滤波辐射计测量技术是一种简化的测量技术,具有较宽的光谱覆盖,并且仪器体积小、重量轻,缺点是测量气体种类有限,测量误差较大,多用于机载测量;光谱辐射计测量技术是最通用的测量方法,能够同时测量多种气体的光解速率,并且目前已利用该原理生产出商业化的光解光谱仪,然而光谱辐射计测量技术对光谱仪要求较高,多用于外场实验。除此之外,还可以用经验公式法与脉冲(闪过或激光)光解法来获得特定情况下的光解速率。该文总结了光解速率测量技术在各方面的应用,并对可能的研究重点进行了展望。

基于膜分离的沼气及烟气CO_(2)捕集技术应用进展

在实现“碳达峰、碳中和”目标过程中,碳捕集技术成为当下研究热点之一。目前,碳捕集技术主要包括吸收法、吸附法、膜分离法等。在众多碳捕集技术中,膜分离法利用气体分子在膜内渗透速率的差异实现分离,具有节能、高效、操作方便且无二次污染等优势,是近些年发展迅速的CO_(2)捕集技术。在过去的几十年里,虽然在文献中有许多种不同的碳捕集膜材料被报道,其CO_(2)分离性能远超Robeson上限,但只有少数膜材料被应用于工业过程中,或正在向工业应用方向发展。事实上,许多膜的研究在实验室规模下进行,测试膜面积较小,且对于膜分离法的实际应用报告较少。结合工业CO_(2)分离/捕集过程,介绍了商业膜和经过中试规模测试的膜的应用,分析了膜分离技术用于沼气脱碳和烟气碳捕集的试验进展及工程应用案例,并针对当前存在的问题,提出对未来基于膜分离法的工业碳捕集的发展方向的建议。

斜生栅藻对全氟辛酸和Zn^(2+)联合胁迫的生理生化响应

【目的】探究全氟辛酸(PFOA)与重金属锌(Zn^(2+))单一及联合暴露对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)的急性毒性效应和作用机制,为全氟化合物(Perfluorinated compounds,PFCs)和重金属在水生生态系统中的联合风险评估提供理论基础。【方法】将1×10^(6)mL^(-1)斜生栅藻分别在0~16 mg/L Zn^(2+)、0~350 mg/L PFOA单一处理组及0~1.5 TU联合处理组暴露96 h,分析暴露条件对斜生栅藻的细胞浓度、藻细胞叶绿素a(Chl a)、总蛋白(TP)含量、抗氧化系统、细胞外部形态、转化氨氮能力、Zn^(2+)与PFOA去除率等指标的影响。【结果与结论】处理96 h,Zn^(2+)与PFOA单一胁迫抑制斜生栅藻生长的半最大效应质量浓度(96 h-EC_(50))分别为14.17 mg/L和198.98 mg/L;二者联合胁迫96 h-EC_(50)为0.97 TU,作用模式为部分相加作用。Zn^(2+)和PFOA单一及联合胁迫下,藻细胞Chl a含量和TP含量均显著下降(P<0.05),表明藻细胞光合作用受阻;活性氧(ROS)活性和丙二醛(MDA)含量显著上升(P<0.05),促使细胞膜通透性增强,线粒体膜电位降低;T-AOC和SOD活性也因ROS的过度积累而呈现升高趋势。扫描电镜结果表明,联合胁迫会破坏藻细胞的外部形态。暴露液中总氮和氨氮含量都随污染物暴露浓度的增加而增加,联合暴露组与对照组相比差异更为明显;硝态氮含量始终保持低水平。斜生栅藻对PFOA的去除率仅有2%,对Zn^(2+)去除率为37.5%且随暴露浓度的增加而逐渐降低,表明斜生栅藻可以有效去除锌污染,但对全氟辛酸污染去除效果欠佳。

我国PFOS/PFOSF环境管理现状及其废物污染防治对策研究

全氟辛基磺酸及其盐类(PFOS)和全氟辛基磺酰氟(PFOSF)是典型新污染物,在环境中具有极强的持久性,并且具有生物蓄积性、高毒性和长距离迁移等特性。文章对我国PFOS/PFOSF环境管理现有法规政策、部门规章、标准体系等制度进行了系统梳理,指出了我国PFOS/PFOSF废物存在底数不清、标准体系不健全、制度不完善、处置示范滞后等监管短板。针对上述监管短板,文章提出了我国PFOS/PFOSF废物的污染防治建议,包括识别PFOS/PFOSF废物,建立PFOS/PFOSF废物清单;完善标准体系,提升PFOS/PFOSF废物监管能力;完善危险废物管理体系,精准管控PFOS/PFOSF废物;加快技术应用示范,推进PFOS/PFOSF废物无害化处置。以期为我国PFOS/PFOSF废物的有效监管提供一定的技术支撑,为推进我国新污染物治理提供技术参考。

球磨法制备酚醛树脂-g-C_(3)N_(4)复合材料用于可见光催化产H_(2)O_(2)的综合实验设计

该研究通过球磨法将树脂颗粒嵌到石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))层状结构内,制备具有高效、稳定光催化性能的球磨改性间苯二酚-甲醛树脂-g-C_(3)N_(4)复合催化剂。具体研究了水热反应条件、球磨速度、球磨时间等对催化剂在纯水体系中、可见光条件下产过氧化氢(H_(2)O_(2))的性能的影响。通过扫描电镜、X射线衍射、BET孔径测试分析等表征手段,分别探究了球磨过程中树脂和g-C_(3)N_(4)的微观结构、晶体组成和孔隙结构变化。结合电化学阻抗谱测试,揭示了间苯二酚-甲醛树脂-g-C_(3)N_(4)复合光催化剂在纯水体系、氧气饱和条件下制备H_(2)O_(2)的机理。实验有助于培养本科生及研究生的实验设计思维和操作能力,激发学生的科研兴趣,提升其解决实际环境问题的能力。