- 张志明;桂联政;廖达琛;孙科;梁莎;段华波;杨家宽;
当前我国能源需求量巨大，燃煤发电承担着主体作用。粉煤灰是燃煤电厂的主要副产物，年产量6亿吨以上，综合利用率约为80%。未被利用的粉煤灰大多采取堆存的处理方式，不仅侵占土地，更带来了一系列环境问题。推进粉煤灰的综合利用对减少环境污染，提高经济效益具有重要意义。粉煤灰主要由未燃尽的碳粒、漂珠、磁珠、沉珠及尾灰组成，各组分间性质有所差异，整体资源化利用存在产品质量不高、应用范围较局限、难以实现高值化利用等问题。基于此，本文提出粉煤灰不同组分分选后再利用模式，对粉煤灰各组分的分选方法进行了总结，依据各组分间性质的差异，对各组分在吸附剂功能材料、建筑材料、隔热材料等领域高值化利用的研究进展进行了综述，并对粉煤灰各组分实现高值化利用的应用前景进行了展望，以期为减少粉煤灰堆存量，提高粉煤灰的利用价值提供参考。
2023年04期 v.37;No.208 1-11页 [查看摘要][在线阅读][下载 668K] - 刘天豪;欧阳细莲;程星洋;汤晶;汤琳;
近年来，各种新污染物因其潜在的毒性，对生态环境、生物体、人体健康造成了严重的威胁，已经被越来越多的研究者所关注。尽管传统的检测方法具有较高的灵敏度与准确性，但它们往往依赖于大型且昂贵的检测设备以及复杂的操作过程。因此，对新污染物进行快速、精确、便捷的检测是环境污染防控的一个重要环节。在众多检测方法中，光电化学(PEC)传感器因其较低的背景信号，良好的灵敏度以及易于小型化等优点成为了新污染物检测领域的研究热点之一。本文系统详细的综述了PEC传感器的检测机理及其在新污染物检测领域的应用研究。介绍了目前PEC传感器常用的检测策略、识别策略、以及光电活性材料的改性策略。讨论了PEC对多类新污染物检测的研究进展。最后，对PEC传感器在新污染物检测领域的发展给出了一些建议和展望，提出了一些潜在的问题与可能的改进方法，以促进PEC传感器在新污染物检测领域的进一步发展与应用。
2023年04期 v.37;No.208 12-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 288K] - 朱斯超;蒋若兰;王军;李魁岭;方杜贤;段禹同;王建兵;
通过真空抽滤法制备了电催化疏水膜，并以电催化疏水膜为基础耦合了气扫式膜蒸馏和电芬顿技术，开发了可同步实现脱盐与有机物降解的新型电芬顿-膜蒸馏(EF-MD)复合工艺。研究考察了电催化疏水膜产过氧化氢性能及EF-MD工艺的影响因素。实验结果表明：在电流强度为160 mA、Fe~(2+)浓度为1.0 mmol/L、原料液温度为60℃、硫酸盐浓度为0.05 mol/L、pH为3、吹扫气体为O_2且流量为2 L/min的条件下，H_2O_2产量最高可达126 mg/L;100 h内0.5 mmol/L草甘膦的降解率可达到99%以上，TOC去除率可达95%,膜通量稳定于2.37 kg/(m~2·h),盐截留率可保持在99.88%,原料液盐浓度从7.1 g/L升高至38.9 g/L。EF-MD复合工艺的成功构建表明，该新型工艺能在同一反应单元内同步实现草甘膦废水的深度处理与浓缩减量，为膜蒸馏运行过程中的膜污染及膜润湿问题提供了新的解决思路。
2023年04期 v.37;No.208 20-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 948K] - 王华坤;徐义书;张保华;马晶晶;刘小伟;
在实验室小型沉降炉上开展了氨、煤单独燃烧以及掺混燃烧实验，并结合数值模拟探究了氨煤掺烧的NO生成特性、中间反应过程及氨氮转化行为。结果表明，氨煤掺烧工况下的NO生成浓度远高于氨、煤单烧工况，且高于氨、煤单烧工况总和。掺氨比例为45%(热量比值，下同)时，氨煤掺烧NO排放比氨、煤单烧之和提高70.17%;而掺氨比例不变、燃料质量变为2倍后则提高79.36%,说明煤粉与氨掺烧后会导致NO排放升高。模拟结果表明，掺氨后反应器内NO浓度有一个快速增大阶段，此时氨开始氧化生成NO。氨氧化反应与氨还原反应同时发生，由于氨氧化速率始终高于氨还原速率，导致NO浓度升高。氨煤掺烧后，氨燃烧相关反应平均反应速率峰值增大，峰值出现位置提前，促进了氨氮向NO转化。
2023年04期 v.37;No.208 30-37页 [查看摘要][在线阅读][下载 619K] - 陈家斌;姚广磊;纪睿成;张龙龙;张亚雷;周雪飞;
消毒是污水处理的必要环节，氯是常用化学消毒剂，但消毒过程会产生有害副产物，对人类健康和生态环境造成威胁。过氧乙酸(PAA)是具有氧化性的有机过氧酸，是替代氯的新型绿色消毒剂。本综述系统介绍了PAA消毒剂的结构特征、消毒特性、副产物生成特性以及生物毒性。随后介绍了PAA在污水处理过程中的消毒效果，探讨了PAA和UV耦合工艺在污水消毒中的增效作用，分析了PAA消毒过程中的综合影响因素。进一步总结了PAA在污水消毒领域的具体应用，并介绍了北美、欧洲国家相关典型工程应用案例，以及我国污水处理厂中试研究进展。最后，对PAA在未来污水处理消毒领域的发展方向进行了展望，提出了改进和优化PAA消毒技术的策略和方向，以促进PAA绿色消毒技术在我国污水处理厂的推广应用。
2023年04期 v.37;No.208 38-45页 [查看摘要][在线阅读][下载 480K] - 李程琳;周云亨;王福宁;方恺;
能源低碳转型已成为世界各国应对气候危机和推动可持续发展的重要途径。然而，已有的研究大多是基于能源供给或者需求安全等相对单一的维度对能源低碳转型的风险与挑战展开分析，这将导致转型风险识别不够全面。鉴于此，本文在梳理能源安全观内涵演进的基础上，构建了涵盖供需安全、技术安全、信息安全、市场安全和人才安全的新型能源安全观“五维”分析框架，系统阐述我国能源低碳转型面临的风险，进而提出应对策略，包括保障能源供给，强化供需安全；发挥煤电优势，提升技术安全；维护数据系统，保障信息安全；完善市场机制，维护市场安全；加大人才建设，重视人才安全。本文认为，以新型能源安全观引领能源低碳转型，对于推动我国“双碳”目标实现和高质量发展具有重大意义。
2023年04期 v.37;No.208 46-55页 [查看摘要][在线阅读][下载 1031K] - 李智卓;姚福兵;吴星;高天宇;宋振辉;柴喜林;唐崇俭;
硝酸盐(NO_3~-)电化学选择性还原生成氨(NH_3)是实现硝酸盐废水资源化处理的关键。本文综述了NO_3~-电化学还原生成NH_3领域的最新进展，讨论了NO_3~-电化学还原的机理，选择性生成NH_3的关键步骤是将NO_3~-转化为NO_2~-和形成N—H键；比较了不同电极材料的性能，提出了强化电极性能的调控策略，分析认为材料的晶体结构、形貌及电荷密度是影响电极性能的关键参数；阐述了电化学反应器对NO_3~-转化率和NH_3选择性生成的影响规律，明确了电解池的核心是避免阳极的干扰和实现NH_3的原位分离回收。在此基础上，提出了实现NO_3~-电化学选择性还原生成NH_3的重点是开发低成本、稳定高效的电极材料和研发电化学耦合原位分离NH_3的一体化反应器，以及开展长期大规模的实际NO_3~-废水电化学选择性还原产NH_3的研究。
2023年04期 v.37;No.208 56-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 336K] - 陈正国;刘浩业;杨小东;王天友;
柴油车是大气中氮氧化物(NO_x)的重要来源。选择性催化还原(SCR)系统是降低柴油机NO_x排放的主要后处理装置。我国柴油车(达到国VI法规)较多采用高效SCR技术路线，该技术路线需要SCR的NO_x转化效率达到95%左右。要实现全工况的低NO_x排放，需要开发宽域高活性高耐久性催化剂，保证SCR在宽温度窗口具有较高的NO_x转化效率，同时改善催化剂水热老化、硫中毒等问题。新法规对冷启动阶段NO_x排放的限值要求更加严格，紧耦合SCR和选择性催化还原捕集技术能够在发动机排气温度较低的工况下使SCR内的排气快速到达尿素起喷温度，有利于降低冷启动阶段的NO_x排放。SCR系统喷射控制策略优化是保证NO_x高转化效率且避免NH_3泄漏的关键因素，SCR控制策略开发要考虑硬件测量的不确定性，后处理系统构型复杂度的提高给SCR系统控制策略的开发提出了新的挑战。新型SCR还原剂如固态铵和还原性气体(碳氢、氢气和CO)能显著改善尿素作为还原剂载体的弊端，但是现阶段还无法实现大规模应用。
2023年04期 v.37;No.208 68-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 357K] - 陈振;包浩琪;万聪;王向前;刘少俊;林青阳;郑成航;
工业烟气中的氮氧化物是造成环境污染的重要原因，低温等离子体技术基于活性粒子的氧化作用，可以将污染物有效转化。本文设计了介质阻挡等离子体发生系统，开展了低温等离子体氧化NO的研究，考察了能量密度，氧含量的影响。研究结果表明在960～1 920 J/L的能量密度下，NO的转化效率随着能量密度的增大而降低；同时减小氧浓度有利于NO的转化；结合氧化催化剂对NO的转化具有明显的促进作用。基于实验室结果，设计了500 m~3/h的低温等离子体结合氧化催化剂的试验装置，在工业硅矿热炉开展了中试试验。中试结果表明对于低浓度的NO(体积分数0～0.005%)可完全转化，生成的NO_2初始会吸附在催化材料表面，随着反应的进行逐渐析出；对于高浓度的NO(体积分数0.005%～0.025%),出口NO浓度均值为0.001%(体积分数)。上述结果证明低温等离子体氧化低浓度NO的可行性。
2023年04期 v.37;No.208 76-82页 [查看摘要][在线阅读][下载 1129K] - 付元;雷智丰;崔东锋;郭中权;蔡博涵;肖艳;周爱姣;
目前国内水厂大多采用经验法进行混凝剂投加控制，为实现水厂混凝剂投加智能化，本研究搭建了基于矾花图像识别的智能投药系统。该系统结合了YOLOv5矾花识别算法和Linear Regression加药决策算法，并在此基础上添加了一个7维的全连接BP神经网络，通过(563,7)的样本集(563条包含矾花数量、矾花平均等效直径、进水流量等7项参数的样本的集合)进行训练，计算确定每一层的最佳权重，得到最低损失值为0.018的线性回归模型。生产试验表明，矾花目标检测准确率为83.5%,预测投药量相比原有经验值降低11.0%。与传统控制方法相比，该系统时延性更低，可靠性更强，药耗更低，有效降低了水厂加药生产和管理成本。
2023年04期 v.37;No.208 83-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 671K] - 徐亦琪;章钰;苏晗;牛丽君;冯明宝;
针对有色染料在水中难以被天然降解或被传统污水处理工艺去除的问题，本研究开发了紫外发光二极管(UV-LED)联合高碘酸盐(PI)的高级氧化工艺，以去除水环境中有色染料。结果表明，该体系适用于较宽的pH范围，且当波长约为270 nm、PI浓度为1 mmol/L时降解效能最优；环境中NO~-_3和HCO~-_3对染料去除表现出抑制作用，而Cl~-、SO_4~(2-)和天然腐植酸对体系影响较小。通过淬灭实验和电子顺磁共振实验证实，UV-LED/PI体系降解污染物的主要活性物质为羟基自由基(~·OH)和单线态氧(~1O_2)。此外，探究亚甲基蓝(MB)在体系中的转化产物并提出反应路径，对MB及转化产物做多靶点毒性预测，发现转化产物生物可降解性显著提高，但仍然表现出一定的急慢性毒性。
2023年04期 v.37;No.208 91-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 1133K] - 关天奕;李荣斌;孙潇;王新锋;汤明珍;高健;刘一平;司书春;
为理解不同污染源产生的大气颗粒物、黑碳(BC)和挥发性有机物(VOCs)的排放特征，于民用燃煤烟气、餐饮油烟和施工扬尘条件下，对大气颗粒物质量浓度、BC和VOCs浓度以及颗粒物数浓度与质量浓度的粒径分布进行现场测量。结果表明，不同污染源排放的颗粒物、BC、VOCs浓度、颗粒物粒径分布及相关性差异明显。其中，燃煤烟气和施工扬尘排放的颗粒物质量浓度主要分布在粗粒子中，较小和较大粒径颗粒物的数浓度增加显著；而餐饮油烟排放的颗粒物质量浓度主要分布在微米级粒子中，1μm附近的颗粒物的数浓度大幅度增长。另外，燃煤烟气与餐饮烟气中的BC和VOCs主要来自燃烧与加热过程，与细颗粒物数浓度呈显著的正相关关系，伴随着细颗粒物产生；而施工扬尘中BC主要来自施工机械尾气与扬尘，与粗、细颗粒物均有显著的相关性，随着各种颗粒物的排放而排放。上述三类污染源中颗粒物、BC与VOCs的排放特征为大气污染来源识别提供了依据。
2023年04期 v.37;No.208 100-108页 [查看摘要][在线阅读][下载 1599K] - 牛子帆;赖春宇;赵和平;
尽管由污水处理造成的温室气体排放日益受到关注，针对近年来我国污水处理产生的温室气体排放量、区域分布、重要影响因素及减排策略的研究仍较为缺乏。本研究基于《省级温室气体清单编制指南(试行)》和2006年《IPCC国家温室气体清单指南》的方法估算了2016—2020年全国31个省份污水处理产生的温室气体排放量、不同污水处理过程的温室气体排放量、不同种类温室气体的排放贡献，并深入讨论了年度排放量变化以及不同省份巨大差异的原因。研究发现：2016—2020年我国由污水处理产生的温室气体排放总量分别为1.40亿t、1.37亿t、1.33亿t、1.37亿t和1.43亿t二氧化碳当量，呈先下降后增高趋势，可能是由于工业污水温室气体排放量的变化造成的；中国不同省份之间由污水处理产生的温室气体排放量分布不均衡，其中东部省份广东排放量最高，西部省份西藏排放量最低；工业污水处理对温室气体排放量的贡献最大，相关性和贡献度分析表明机制纸、化学品和副食品等产品生产因易排放大量高COD废水，可能会对污水处理温室气体排放产生重要影响；所有温室气体中，CH_4平均排放量最高(65.6%)。因此，在未来的减排工作中，应重点关注工业污水处理过程CH_4的减排和发展CH_4的回收利用技术。本文对我国污水处理过程的温室气体排放进行了较为深入的分析，为污水处理行业实现碳减排提供了新的思路。
2023年04期 v.37;No.208 109-120页 [查看摘要][在线阅读][下载 3423K] - 刘铁牛;郭少华;张笛;赵赫;魏平;李塔娜;
中国作为当今全球碳排放最大的国家，工业碳排放量约占全国总碳排放量的68%。在碳排放总量和强度“双控”的新制度要求下，准确核算工业碳排放量具有重要意义。通过分析国内外碳排放总量和产品碳排放强度相关标准及其低碳数据平台建设情况发现，目前国内外碳排放总量核算标准大都基于《IPCC清单指南》;国外产品碳足迹相关标准已经建立，而国内发展相对滞后，大部分行业仍缺乏权威性产品碳足迹核算及评价标准；国内外碳排放数据平台及软件均缺乏覆盖工艺过程或工序的碳排放信息，且数据基本来源于文献报道或统计年鉴，本土化程度低，不能达到高精度和国际互认水平。基于对国内外标准体系、数据平台和软件的调研分析，本研究提出，亟需完善全链条低碳标准体系，建设多产业互联的行业低碳数据平台，并开发资源-环境-碳-经济多尺度评价软件，将企业/行业工艺过程与产品供应链碳排放数据深度融合，实现数据资源公开统筹应用，服务工业领域精准降碳与绿色、低碳等多目标协同发展。
2023年04期 v.37;No.208 121-130页 [查看摘要][在线阅读][下载 778K] - 安浩;张宴;
选用斑马鱼为模式生物，探究3种微塑料(PP、PE、PVC)和三氯生(TCS)联合暴露对斑马鱼的神经毒性效应。结果表明：微塑料(MPs)可以作为TCS进入生物体内的载体，MPs和TCS联合暴露毒性主要为协同作用；与TCS相比，TCS+PP、TCS+PE和TCS+PVC组中SOD分别降低了10.3%、12.4%和7.9%,AchE活力分别降低了10.8%、1.5%和6.1%,5-HT含量分别提高了83.2%、37.7%和59.3%(p<0.05);与TCS+PE相比，TCS+PP组5-HT含量提高了33.1%,具有显著性差异(p<0.05),PP-MPs和TCS联合暴露产生了更强的神经毒性；代谢组分析发现TCS+PP复合组诱导98个特异性变化的代谢物，这些代谢物通过影响氨基酸代谢、甘油磷脂代谢、鞘脂代谢、花生四烯酸代谢和神经活性配体受体相互作用等代谢过程，对脑产生更严重的神经毒性。
2023年04期 v.37;No.208 131-139页 [查看摘要][在线阅读][下载 3826K] - 黎柳升;徐彬;张铭;张佳豪;陈雅芬;宋慈;郭丽娜;春铁军;贾勇;
氮氧化物(NO_x)作为主要大气污染物之一，严重影响环境安全和人类健康。选择性催化还原法(NH_3-SCR)是目前脱除NO_x最有效的治理方法，尤其是低温SCR脱硝技术具有非常重要的应用前景和研究意义。研究表明VPO/TiO_2催化剂具有优异的低温SCR脱硝活性，本文通过DFT模拟NH_3和NO在V_2O_5和(VO)_2P_2O_7表面的吸附，对VPO催化剂的反应机理进行了微观层面上的研究。研究表明NH_3在V_4P_4O_(22)H_(14)团簇表面的Br?nsted酸和Lewis酸都发生稳定的化学吸附，在Br?nsted酸位点吸附更稳定，并且NH_3在催化剂表面吸附效果佳是因为N的2p轨道和O的2p、V的3d电子轨道能发生了杂化。NO在V_4P_4O_(22)H_(14)团簇表面也是化学吸附，由于电子转移量较小，显著低于NH_3的吸附能，并不能和NH_3分子产生强烈竞争，另外NO在V_6O_(20)H_(10)团簇表面的Br?nsted酸和Lewis酸均发生稳定的化学吸附，且在Br?nsted酸位点吸附更稳定。说明了VPO/TiO_2催化剂反应机理中的E-R机理和L-H机理。
2023年04期 v.37;No.208 140-148页 [查看摘要][在线阅读][下载 2092K] - 朱建伟;盛强;刘威;饶宾期;
利用网格划分法和黑盒法采集分析污泥含水率的实时监测数据，探讨热干化系统湿热空气的性质和计算方法，研究回风口排湿速率和干化时间与污泥含水率的关系。在污泥干化领域尝试引入最新蜜獾算法(HBA),优化支持向量机(SVM),构建HBA-SVM回归模型，并与粒子群算法(PSO)和遗传算法(GA)优化的SVM回归模型进行对比分析。结果表明：回风口排湿速率和污泥含水率随干化时间增加呈非线性降低，排湿量下降的变化速率略高于含水率。HBA-SVM的决定系数(R~2)是0.996 5,均方根误差(RMSE)是0.979 2,离散度更低，精确度更高；将模型移植到嵌入式系统，经现场试验验证，综合预测精度可达90%以上，是实际污泥含水率监测的一种有效方法。
2023年04期 v.37;No.208 149-156页 [查看摘要][在线阅读][下载 585K] - 傅梓铖;王宇佳;
硝酸盐型厌氧亚铁氧化(NAFO)作为一种新发现的生物反硝化过程，可以在缺乏有机碳源的污水中有效地去除硝酸盐，具有良好的工程应用前景。为了降低反应的启动成本并提高处理效率，选择了厌氧池专用污泥和厌氧颗粒污泥对NAFO工艺的运行效果进行对比评估。构建了两个相同反应条件的CSTR反应器且连续运行了56 d。随后在对比运行实验的基础上研究了硝酸盐处理效果的影响因素，采用优势性能的厌氧颗粒污泥进行单因素实验，分别考察初始无机碳源与硝酸盐比值(IC/N)、初始亚铁与硝酸盐比值(Fe/N)和初始pH对硝酸盐去除性能的影响。结果表明：两个反应器在运行14 d后的硝酸盐处理效率稳定达到80%以上，其中投加厌氧颗粒污泥的反应器表现出较高的性能，硝酸盐平均及最高去除效率分别达到了79.4%和92.9%,硝酸盐平均去除速率为0.045 kg-N/(m~3·d);当选择厌氧颗粒污泥作为种子污泥进行反应时，在初始进水的IC/N为12.68、Fe/N为3.82以及pH为6.46的条件下，NAFO工艺处理硝酸盐的效果最佳。
2023年04期 v.37;No.208 157-164页 [查看摘要][在线阅读][下载 833K] - 高杰;
煤矿矿井水处理及资源化利用是保护矿区生态环境与解决矿区缺水问题的有效途径。针对正通煤业矿井水水量大、悬浮物含量高、矿化度高、含氟化物的特点，采用了以两级预沉-澄清为主体的矿井水净化处理工艺，并对该工艺的机械澄清单元进行了针对性的改良，使其实现悬浮物和氟化物的协同去除。工程运行结果表明，矿井水在进水SS平均浓度为3 342 mg·L~(-1),聚合氯化铝和聚丙烯酰胺投加量分别为80 mg·L~(-1)、0.8 mg·L~(-1)的情况下，辐流预沉池、平流沉淀池和机械加速澄清池的SS平均去除率分别为72.5%、48.3%、98.1%;进、出水氟化物分别为1.26 mg·L~(-1)、0.87 mg·L~(-1),去除率达31.0%,出水指标优于设计标准，矿井水净化处理的运行成本0.34元/吨水。
2023年04期 v.37;No.208 165-170页 [查看摘要][在线阅读][下载 934K] - 钟晓城;
为优化选择性催化还原(SCR)脱硝反应器的流场，采用了组合优化方案；在反应器入口处设置多孔板，在反应器内部设置渐扩口式、格栅式、弧板式共三种导流板；采用计算流体力学(CFD)进行数值模拟获得反应器内部流场，进行对比研究。研究发现：多孔板孔距与孔径比为1.2时，压降较小且能获得较好的流场均布性能；基于反应器结构特点设计的导流板能获得较好的优化效果；催化剂具有流场均布能力，催化剂多层布置可有效改善第一层之后的床层流场，但同时会增大压降；通过组合导流方案，第一层催化剂床层的流速相对标准偏差(RSD)从7.16%降为2.51%,并改善了湍动能的耗散。研究结果对SCR反应器的导流件设计具有一定指导意义。
2023年04期 v.37;No.208 171-178页 [查看摘要][在线阅读][下载 1460K] 下载本期数据