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基于系统动力学的北京市再生水利用潜力与生态网络特征分析

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生态学报 2025年第1期45卷 280-295页

作者：陈银花姜丰王赛鸽陈彬湖南工商大学资源环境学院长沙410205 北京师范大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点实验室北京100875

为应对再生水利用的潜在风险,有必要对再生水利用与再生水系统网络稳定性之间的不确定性关系展开研究。以北京市为研究区域,基于2015—2020年再生水需求、供给、利用及其影响因素,采用系统动力学方法构建了再生水供需模型,揭示了2020—2... 详细信息

为应对再生水利用的潜在风险,有必要对再生水利用与再生水系统网络稳定性之间的不确定性关系展开研究。以北京市为研究区域,基于2015—2020年再生水需求、供给、利用及其影响因素,采用系统动力学方法构建了再生水供需模型,揭示了2020—2050年再生水供需变化特征,并确定了7种工业再生水使用情景下的生态环境、生活、工业、污水处理和再生水利用部门间用水变化。此外,基于生态网络分析方法,分析了再生水系统网络系统代谢效率、冗余和部门关系特征,揭示了再生水系统鲁棒性水平和互惠程度。研究结果表明:(1)再生水系统模拟值与现实值的误差小于10%,所构建再生水系统动力学模型能准确反馈再生水各变量间因果关系。经模拟发现,北京市2015—2050年再生水供给量增幅(2.55%)远低于再生水需求量增幅(2.82%)。(2)2020—2050年各情景下再生水系统平均鲁棒性指数呈现“先上升后下降”趋势。(3)在工业再生水比例为0.45时,再生水系统平均鲁棒性指数达到最大值0.28。此时再生水大量流入工业部门,形成工业对再生水的依赖,从而大大减少工业用水压力。通过结合系统动力学与生态网络方法,明晰了工业再生水潜力,为北京市工业部门节约用水提供参考。

关键词：再生水利用再生水利用潜力再生水网络工业再生水

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中国民用汽车润滑油全生命周期物质流分析

应用基础与工程科学学报 2025年第1期33卷 103-110页

作者：韩凌孙文昊田甜方艳茹童昕戴瀚程曾现来北京大学环境科学与工程学院北京大学城市与环境学院清华大学环境学院

作为受管制的危险废物，废弃民用汽车润滑油具有资源再生和环境污染的双重属性，给管理造成一定挑战.采用全生命周期物质流分析方法计算得出，2019年废弃民用汽车用润滑油中的23%通过不同的耗散途径进入环境，各地废润滑油再利用能力存... 详细信息

作为受管制的危险废物，废弃民用汽车润滑油具有资源再生和环境污染的双重属性，给管理造成一定挑战.采用全生命周期物质流分析方法计算得出，2019年废弃民用汽车用润滑油中的23%通过不同的耗散途径进入环境，各地废润滑油再利用能力存在较大的差距，再利用能力强的省，其企业数量多，竞争激烈，无资质企业非法回收处理的问题也比较突出，并且在空间上呈现东部沿海地区领先的局面.在2030年汽车电动化实现30%市场渗透率的情境下，相较于100%传统燃油车的情景，车用润滑油的用量将减少约20%.未来，汽车润滑油市场应进一步规范，引导市场向规模化、高值化转型，从而改善车用润滑油全生命周期的环境表现.

关键词：车用润滑油废润滑油物质流分析危险废物循环经济民用汽车汽车电动化

一株耐高氨氮异养硝化-好氧反硝化菌的筛选及降解动力学分析

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中国环境科学 2025年第1期45卷 500-507页

作者：汪诺刀禹覃星雨孙德智刘新颖北京林业大学环境科学与工程学院北京市水体污染源控制技术重点实验室北京100083

从处理含高碳、氮浓度废水的反应器中筛选出一株耐高氨氮的异养硝化-好氧反硝化菌WN1,通过菌落形态以及16S rDNA分析鉴定为谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum.对该菌在初始氨氮浓度分别为500,1000,1500,2000,2500,3000mg/L的生长... 详细信息

从处理含高碳、氮浓度废水的反应器中筛选出一株耐高氨氮的异养硝化-好氧反硝化菌WN1,通过菌落形态以及16S rDNA分析鉴定为谷氨酸棒杆菌Corynebacterium glutamicum.对该菌在初始氨氮浓度分别为500,1000,1500,2000,2500,3000mg/L的生长及代谢特性进行研究.结果表明,菌株WN1在氨氮浓度高达3000mg/L,对应游离氨浓度为590.2mg/L时仍能较好生长(48h,OD_(600)=3.264).随着初始氨氮浓度由500提升至3000mg/L,菌株WN1的最大氨氮转化速率R_(m)由15.93增加至43.29mg/(L·h).同时,反应过程中氨氮和COD的平均转化速率分别为7.06~9.36mg/(L·h)和95.63~199.13mg/(L·h).进一步,采用Haldane模型拟合不同初始氨氮浓度下菌株的生长及基质降解特性(R^(2)=0.99),菌株WN1的最大比生长速率、最大氨氮比降解速率和最大COD比降解速率分别为0.36h^(-1)、6.45gN/(gDCW·d),122.85gCOD/(gDCW·d).菌株WN1的氨氮抑制常数Ki为3749.49mg/L,比其它自养或异养的氨氧化菌对高浓度氨氮具有更强的抗抑制能力,结果表明,菌株WN1在处理高浓度含氮有机废水中具有很好的应用前景.

关键词：异养硝化-好氧反硝化动力学高氨氮游离氨比降解速率

人工湿地中磷的去除:效率、局限性和强化措施

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环境科学 2025年第2期46卷 910-922页

作者：王子千李琳琳国晓春王永强卢少勇中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京100012 中国环境科学研究院湖泊水污染治理与生态修复技术国家工程实验室北京100012 东华大学环境科学与工程学院上海201620 哈尔滨工业大学环境学院哈尔滨150090

磷元素过量易导致水体富营养化及影响水生动植物生长,因此对污水中磷的关注和控制尤为重要.人工湿地已成为从污水中除磷的一种绿色且经济的方法.综述了近年来人工湿地系统除磷的研究现状,包括去除机制、影响因素及强化措施.结果表明,人... 详细信息

磷元素过量易导致水体富营养化及影响水生动植物生长,因此对污水中磷的关注和控制尤为重要.人工湿地已成为从污水中除磷的一种绿色且经济的方法.综述了近年来人工湿地系统除磷的研究现状,包括去除机制、影响因素及强化措施.结果表明,人工湿地可以有效地去除水体中的大部分磷元素,其中去除机制涉及到物理、化学和生物等多种过程,如填料和植物的吸附、吸收和沉淀.人工湿地除磷的效率取决于填料吸附能力、湿地内氧环境、植物生长情况、气温及其他条件的影响.与生物、电化学和高级氧化等技术的组合是近年来人工湿地强化除磷的热点方向,但如何优化复杂条件下人工湿地系统除磷的性能参数,仍是一个亟需攻克的难题.需要进一步地研究来优化组合系统的性能,以确保它们的有效性和长期可持续性.

关键词：人工湿地磷(P) 去除率局限性强化

膨化预处理提升软木生物炭的染料吸附性能及其作用机制

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北京林业大学学报 2025年第2期47卷 163-174页

作者：李承禹方佳颖王启航曾令顺母军木质材料科学与应用教育部重点实验室北京林业大学材料科学与技术学院北京100083 清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室北京100084

【目的】生物炭在处理染料废水方面具有巨大的应用潜力。为制备具有高效染料吸附性能的吸附剂,同时提升生物质资源的综合利用,采用膨化预处理软木制备生物炭。【方法】采用水煮法和微波法对软木进行膨化预处理,然后置于管式炉内550℃热... 详细信息

【目的】生物炭在处理染料废水方面具有巨大的应用潜力。为制备具有高效染料吸附性能的吸附剂,同时提升生物质资源的综合利用,采用膨化预处理软木制备生物炭。【方法】采用水煮法和微波法对软木进行膨化预处理,然后置于管式炉内550℃热解60 min得到软木生物炭,利用SEM、FTIR和BET分析软木生物炭的微观结构和化学特性,通过批量吸附实验研究软木生物炭对亚甲基蓝(MB)和刚果红(CR)两种阴阳离子染料的吸附性能,并联合动力学、等温线、热力学模型拟合以及结构表征解析吸附机理。【结果】微波膨化预处理得到的软木生物炭(MBC-90)表现出更加粗糙的表面和丰富的微孔和介孔,同时伴随着—OH官能团的减少和芳香性结构的增强,这使得MBC-90更适合吸附小分子染料MB;而水煮膨化预处理得到的软木生物炭(WBC-90)具有更大的孔隙和不规则的孔壁结构,并保留了更多的—OH官能团,这使得WBC-90更适合吸附大分子染料CR。MBC-90对MB的最大吸附容量达到193.63 mg/g,WBC-90对CR的最大吸附容量达到203.55 mg/g,均优于未膨化软木生物炭对MB(129.18 mg/g)和CR(121.44 mg/g)的最大吸附容量。MBC-90对MB和WBC-90对CR的吸附表现出优异的pH适应性,在pH为2~10的范围内保持较高的吸附容量。在经过5次吸附-脱附实验后,MBC-90对MB(95.43 mg/g)和WBC-90对CR(138.17 mg/g)仍具有良好的吸附稳定性和再生性能。吸附过程符合准一级动力学模型和Langmuir等温线模型,表明吸附过程以物理吸附为主导,并在生物炭表面形成单分子层覆盖。热力学分析进一步证实了吸附过程为自发进行的吸热反应,且膨化处理显著提高了吸附的自发性。综合分析表明,软木生物炭对染料分子的吸附机理涉及多重作用力,包括静电引力、氢键相互作用、π-π堆积效应以及孔隙填充。【结论】本研究通过微波和水煮膨化预处理提升了软木生物炭的染料吸附性能。除此之外,制备的软木生物炭还具有良好的pH适应性和循环利用性能,有望应用于工业废水处理,拓展生物质资源的综合利用途径。

关键词：废水处理染料吸附剂软木生物炭膨化预处理动力学吸附等温线

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环境响应型智能膜及其在膜蒸馏中的研究进展

环境工程学报 2025年 3024-3034页

作者：郑利兵高瑞段宁鑫苑宏英员建魏源送中国科学院生态环境研究中心环境模拟与污染控制国家重点联合实验室中国科学院生态环境研究中心水污染控制实验室 Department of Chemical Engineering KU Leuven 天津城建大学环境与市政工程学院

膜蒸馏具有分离效率高、污染潜势低、操作简便等优势，在工业废水处理与资源化中具有显著优势。但膜污染和膜润湿问题仍悬而未决，限制其实际工程应用。环境响应型智能膜可感知外界环境条件变化后进而改变自身结构、特性与性能，故在膜... 详细信息

膜蒸馏具有分离效率高、污染潜势低、操作简便等优势，在工业废水处理与资源化中具有显著优势。但膜污染和膜润湿问题仍悬而未决，限制其实际工程应用。环境响应型智能膜可感知外界环境条件变化后进而改变自身结构、特性与性能，故在膜法水处理领域极具应用潜力。该研究系统总结了pH、温度、光、电场及磁场响应型智能膜的响应机制及在水处理中的研究进展，综述了智能膜在MD中应用的现状。结合环境响应机制与MD的特点，重点讨论了环境响应型智能膜在解决MD过程中存在的膜污染、膜润湿、低通量及长期稳定性差等问题的潜力，并对其在MD中应用的主要挑战及未来研究方向进行了展望。研究认为特殊润湿性智能膜的开发可为MD技术的发展与应用提供新方向，实现高效、稳定、简单、经济的智能膜的开发并明确其在MD过程机理，可推动MD技术的工业化应用。

关键词：膜蒸馏环境响应智能膜膜污染膜润湿特殊润湿性

MFI分子筛限域Ru催化剂的制备及其丙烷催化燃烧性能

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中国环境科学 2025年第1期45卷 58-65页

作者：王晶晶夏良辉武雅妮刘昱洁徐赫刘起源刘基丞建艳飞何炽西安交通大学能源与动力工程学院动力工程多相流国家重点实验室陕西西安710049 挥发性有机物污染控制材料与技术国家工程实验室北京101408

采用原位合成法、浸渍法和沉积沉淀法制备Ru与MFI分子筛结合的3种催化剂,用于丙烷(C_(3)H_(8))的催化氧化活性研究.结果显示,通过原位合成法将Ru限域在MFI分子筛孔道内时,Ru@MFI催化剂展现出最佳的低温C_(3)H_(8)氧化活性,在270℃时达到... 详细信息

采用原位合成法、浸渍法和沉积沉淀法制备Ru与MFI分子筛结合的3种催化剂,用于丙烷(C_(3)H_(8))的催化氧化活性研究.结果显示,通过原位合成法将Ru限域在MFI分子筛孔道内时,Ru@MFI催化剂展现出最佳的低温C_(3)H_(8)氧化活性,在270℃时达到90%转化率,并表现出卓越的高温热稳定性和抗水性.通过XRD、N_(2)吸脱附、HAADF-STEM以及CO-TPD等表征技术发现,限域在MFI分子筛孔道内部的Ru具有最小的粒径和最高的分散度,增加了活性Ru位点的数量.拉曼和H_(2)-TPR表征结果表明,孔道内的Ru与MFI之间相互作用导致电荷重新分布,增强了还原性能.因此,Ru@MFI催化剂呈现出最优异的C_(3)H_(8)氧化活性.此外,MFI孔道的几何限制作用在高温焙烧过程中维持Ru的稳定性和分散度,有效避免了Ru的聚集,进一步确保了催化剂的高温热稳定性.

关键词：分子筛限域贵金属 Ru@MFI 丙烷催化氧化活性位点分散度高温热稳定性

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《工业污水再生利用导则》团体标准解读

工业水处理 2025年第1期45卷 153-158页

作者：贾文杰陈卓高强吴乾元巫寅虎王文龙胡洪营清华苏州环境创新研究院江苏苏州215163 清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室国家环境保护环境微生物利用与安全控制重点实验室环境前沿技术北京实验室北京100084 中国环境科学学会北京100082 清华大学深圳国际研究生院广东深圳518055

污水再生利用是破解水体污染与水资源短缺的重要举措,面对工业污水资源化利用的重大需求,团体标准《工业污水再生利用导则》(T/CSES 92—2023)于2023年4月正式发布,旨在为工业污水再生利用在技术、管理及实施等方面提供指导和支持。标... 详细信息

污水再生利用是破解水体污染与水资源短缺的重要举措,面对工业污水资源化利用的重大需求,团体标准《工业污水再生利用导则》(T/CSES 92—2023)于2023年4月正式发布,旨在为工业污水再生利用在技术、管理及实施等方面提供指导和支持。标准从工业污水再生利用的总体原则、利用途径、水质与管理等方面提出了规范化要求,并针对工业、景观环境、农业灌溉、绿地灌溉等利用途径提出了安全利用措施与要求,针对利用过程中可能出现的生态环境风险,提出了监测、日常管理等要求。

关键词：工业污水再生利用安全利用原则措施与要求

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唐山市臭氧污染特征及生成敏感性分析

环境科学学报 2025年第1期45卷 424-435页

作者：方承懿王晓琦蔡斌王传达蒋凯北京工业大学环境科学与工程学院区域大气复合污染防治北京市重点实验室北京100124

基于唐山市2014—2022年大气污染物与气象观测数据,分析了唐山市O_(3)污染时空分布特征,并运用广义相加模型(GAM)分析了气象要素对O_(3)浓度的影响.同时,基于WRF-CAMx模型绘制的EKMA曲线讨论了唐山市O_(3)生成敏感性,并提出旨在提升环... 详细信息

基于唐山市2014—2022年大气污染物与气象观测数据,分析了唐山市O_(3)污染时空分布特征,并运用广义相加模型(GAM)分析了气象要素对O_(3)浓度的影响.同时,基于WRF-CAMx模型绘制的EKMA曲线讨论了唐山市O_(3)生成敏感性,并提出旨在提升环境效益的前体物最优减排比例.结果表明:(1)唐山市O_(3)月均浓度呈倒“V”型变化趋势,在6月出现高值,12月出现低值,在季节变化上整体表现为夏季>春季>秋季>冬季;日变化呈“单峰型”的变化趋势,O_(3)浓度峰值与谷值分别出现在15:00、6:00;空间分布上,O_(3)浓度自东南沿海向北递减,具体表现为东南部沿海区域>中心城区>东北部山区>北部区域.(2)影响唐山市O_(3)浓度的气象要素显著性大小为温度>太阳辐射强度>相对湿度>大气边界层高度,在边界层高度与相对湿度较低、温度与地表太阳辐射较高时易出现O_(3)污染.(3)在O_(3)控制策略方面,唐山市中心城区及周边区域以VOCs控制区为主,在西北部、东南部与东北部区域以VOCs与NO_(x)协同控制区为主,对处于VOCs与NO_(x)协同控制区的区域,建议VOCs和NO_(x)的削减比例为1∶1,对处于VOCs控制型的区域,建议VOCs和NO_(x)的削减比例为1.5∶1,以实现环境效益的最大化.

关键词：唐山市 O_(3)时空分布气象要素广义相加模型(GAM) WRF-CAMx 敏感性分析