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混凝沉淀工艺对微塑料的去除性能和机理研究

环境科学与技术 2024年第4期47卷 54-61页

作者：仇付国王顺喜梁安棋夏鑫付昆明北京建筑大学城市雨水系统与水环境教育部重点实验室北京100044

为考察混凝沉淀工艺对水中微塑料的去除性能,试验选取了亲水性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和疏水性的聚氯乙烯(PVC)为研究对象,通过混凝烧杯试验,探究了聚合氯化铝(PAC)、硫酸铝、硫酸铁3种混凝剂对微塑料的去除效果,考察了pH、原水浊... 详细信息

为考察混凝沉淀工艺对水中微塑料的去除性能,试验选取了亲水性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和疏水性的聚氯乙烯(PVC)为研究对象,通过混凝烧杯试验,探究了聚合氯化铝(PAC)、硫酸铝、硫酸铁3种混凝剂对微塑料的去除效果,考察了pH、原水浊度、粒径大小、塑料老化等因素对微塑料去除的影响并分析了其机理。结果表明,聚合氯化铝对PET和PVC的去除效果最好,在原水中微塑料初始浓度为1.61×10~4个/L时,最高去除率可分别达到52.59%和49.07%,电中和是水中微塑料去除的主导机制,pH=7.0时微塑料去除率为51.70%,原水浊度增加能够促进微塑料的去除效率,对于密度大于水的微塑料,粒径越大去除效果越好,混凝沉淀对老化微塑料的去除效果优于原始微塑料。

关键词：混凝沉淀微塑料电中和老化微塑料

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剩余污泥气化、液化劣势所在及其能量平衡

环境科学学报 2024年第3期44卷 1-12页

作者：郝晓地朱昊睿朱洋墨吴远远北京建筑大学城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室中-荷污水处理技术研发中心北京100044

剩余污泥处理、处置向能源化方向转变在“双碳”形势下已形成共识.除厌氧消化(生物气)及焚烧(热电联产)途径外,近年来对污泥进行热化学气化(非生物气)、液化的研究乃至应用亦开始被业界所关注.污泥气化、液化产生的混合能量气体(H_(2)+... 详细信息

剩余污泥处理、处置向能源化方向转变在“双碳”形势下已形成共识.除厌氧消化(生物气)及焚烧(热电联产)途径外,近年来对污泥进行热化学气化(非生物气)、液化的研究乃至应用亦开始被业界所关注.污泥气化、液化产生的混合能量气体(H_(2)+CO)与生物油理论上可以用作燃料,但实际制取过程并不顺利,除产物成分复杂外,产物所含能量甚至低于维持反应所需能量.因此,需要分别对各种气化、液化方式及产物劣势进行描述,特别要对能量投入产出平衡进行系统分析.基于热化学法中热解与水热这两种常见的气化、液化方式,基于技术原理首先分析2种方式、4种方法的劣势所在(产物含焦油、杂原子、重金属、多环芳烃等),继而详细计算4种方法在能量平衡方面的细节,以评价各种方法的工程实用性.能量平衡结果显示,热解气化和水热液化似乎存在能量盈余,但热解气化能量只有在达到一定产物低位热值后方能实现净能量输出;水热液化净能量盈余较多,但后续产物提纯、精炼亦需能耗,仍需要进一步能量评估.

关键词：剩余污泥热化学法污泥热解污泥水解混合能量气体生物油

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雨前干旱期对生物滞留系统去除氮性能的影响

水处理技术 2024年第3期50卷 108-112,121页

作者：仇付国王淳王娟丽梁安棋北京建筑大学城市雨水系统与水环境教育部重点实验室北京100044

为应对传统生物滞留系统对雨水径流中氮元素控制效果不稳定的情况,通常在系统底部设置饱和区以强化对氮的去除,但设置饱和区后仍存在多种影响因素可能导致氮泄露。其中雨前干旱期长短关系着系统内部饱和区是否存在,直接影响下一次降雨... 详细信息

为应对传统生物滞留系统对雨水径流中氮元素控制效果不稳定的情况,通常在系统底部设置饱和区以强化对氮的去除,但设置饱和区后仍存在多种影响因素可能导致氮泄露。其中雨前干旱期长短关系着系统内部饱和区是否存在,直接影响下一次降雨时系统初期出水中含氮浓度,因此需要深入研究雨前干旱期对系统除氮效果的影响。通过设置带有40 cm饱和区的生物滞留系统,对比不同雨前干旱期条件下系统对污染物的去除效果并分析除氮机理。结果显示,持续进水和短雨前干旱期时系统由于初期出流硝酸盐和总氮浓度低,整体除氮性能良好;长雨前干旱期时系统初期出流硝酸盐和总氮浓度较高,虽然氨氮浓度低,但整体氮去除率较低。不同雨前干旱期条件下污染物去除率存在差异主要是因为干旱期长度会影响填料层和饱和区中氮元素的转化程度,进而影响去除效果。生物滞留系统在干湿交替的条件下基质中硝酸盐异化还原反应占优势地位,这与传统的认为在系统中硝酸盐主要发生反硝化反应有很大差异。

关键词：生物滞留系统饱和区雨前干旱期氮

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硫自养反硝化技术优劣辨析

环境科学学报 2024年第4期44卷 1-10页

作者：郝晓地魏洪禹于文波朱洋墨北京建筑大学城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室中-荷污水处理技术研发中心北京100044

硫自养反硝化因无需外加碳源、运行过程无CO_(2)直接碳排放,且硫或硫化物价格低廉而开始进入大众眼帘.硫自养反硝化概念始于20世纪70年代,但国际上对其研究与应用一直默默无闻,反而是近年来在我国方兴未艾,这一反差现象耐人寻味.通过对... 详细信息

硫自养反硝化因无需外加碳源、运行过程无CO_(2)直接碳排放,且硫或硫化物价格低廉而开始进入大众眼帘.硫自养反硝化概念始于20世纪70年代,但国际上对其研究与应用一直默默无闻,反而是近年来在我国方兴未艾,这一反差现象耐人寻味.通过对硫循环及硫资源概括总结发现,全球硫储量虽多,但硫资源开采主要来源于石油、天然气冶炼过程中对硫的回收,获得并不具有持久性.对硫自养反硝化过程原理、存在问题、直接碳排放等分析显示,自养反硝化速率较异养反硝化低61.5%~75.6%,反应过程会产生大量SO_(4)^(2-).此外,还存在硫填料滤床穿透逐渐降低处理负荷等问题.碳排放分析揭示,低pH(<6.5)会抑制反应进程,可能导致反硝化止步于氧化亚氮(N_(2)O)而产生相当释放量.相反,除外加碳源导致CO_(2)直接排放问题外,异养反硝化在同步脱氮除磷方面优势明显.况且,碳源缺乏问题存在多种解决方案,完全可以通过不外加碳源或选择废弃生源性碳源来解决碳排放问题.因此,在选择正确脱氮除磷技术路径时需要在深入了解反应机理的基础上,全面分析技术的优劣性,同时,横向、纵向观察国际相同领域对概念的发展以及相应的研发动态.

关键词：硫自养反硝化生物脱氮反应速率硫酸盐氧化亚氮(N_(2)O) 异养反硝化

沥青道路粗糙度对径流颗粒物冲刷输出特性的影响

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水资源保护 2024年第3期40卷 133-139,148页

作者：杜晓丽崔瀚武郑泽东田殿茜北京建筑大学城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室北京100044 北京建筑大学北京节能减排与城乡可持续发展省部共建国家协同创新中心北京100044

采用粗糙度量化沥青道路的表面特征,通过模型模拟、相关性分析等方法分析了道路表面粗糙度对降雨径流颗粒物冲刷输出特性的影响。结果表明:道路粗糙度、降雨强度是影响道路表面径流颗粒物冲刷输出过程的关键因素,道路粗糙度越低、降雨... 详细信息

采用粗糙度量化沥青道路的表面特征,通过模型模拟、相关性分析等方法分析了道路表面粗糙度对降雨径流颗粒物冲刷输出特性的影响。结果表明:道路粗糙度、降雨强度是影响道路表面径流颗粒物冲刷输出过程的关键因素,道路粗糙度越低、降雨强度越大,道路表面径流颗粒物冲刷效应越强烈、场次降雨径流颗粒物累积冲刷量越大、径流颗粒物冲刷输出总体水平越高;道路粗糙度与降雨强度、径流历时共同影响径流颗粒物粒径分布,道路粗糙度为影响径流颗粒物粒径分布的主导因素,道路粗糙度越低、径流历时越长、降雨强度越大,径流中粒径不小于150μm的颗粒物体积占比越高,粒径小于75μm的颗粒物体积占比越低。

关键词：道路粗糙度降雨强度径流颗粒物冲刷规律粒径分布

改良雨水生物滞留系统截留微塑料效果及影响因素探究

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应用化工 2024年第6期53卷 1486-1490,1496页

作者：仇付国梁安棋童诗雨王淳北京建筑大学城市雨水系统与水环境教育部重点实验室北京100044

选取聚乙烯(PE,疏水)和聚苯乙烯乳胶微球(PS,亲水)两种使用广泛且在水环境中频繁检出的微塑料为代表,对基质为90%砂土+10%给水厂污泥的雨水生物滞留系统在不同水力停留时间、离子强度、pH值和阳离子类型条件下截留微塑料的效果进行了研... 详细信息

选取聚乙烯(PE,疏水)和聚苯乙烯乳胶微球(PS,亲水)两种使用广泛且在水环境中频繁检出的微塑料为代表,对基质为90%砂土+10%给水厂污泥的雨水生物滞留系统在不同水力停留时间、离子强度、pH值和阳离子类型条件下截留微塑料的效果进行了研究。结果表明,当进水中两种微塑料的丰度分别为5.0×10^(4),5.3×10^(4)个/L、HRT为10 min时,微塑料在改良雨水生物滞留系统中开始穿透及完全穿透时间较传统雨水生物滞留系统均明显后移。在改良雨水生物滞留系统中,HRT由10 min提升至30 min后,聚乙烯开始穿透从90 min(9 FVs)后移至360 min(12 FVs),聚苯乙烯乳胶微球开始穿透从40 min(4 FVs)后移至240 min(8 FVs);高离子强度时(50.0 mmol/L)系统对微塑料的截留能力更强;pH及阳离子类型对微塑料的截留效果无明显影响。

关键词：微塑料改良雨水生物滞留系统穿透曲线

颗粒活性炭-纳滤处理二级出水中有机物膜污染机制研究

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中国环境科学 2024年第7期44卷 3749-3758页

作者：孙丽华邓斯梅筱禹王春芳北京建筑大学城市雨水系统与水环境教育部重点实验室北京100044 北京建筑大学环境与能源工程学院北京100044 北京市水务规划研究院北京101117

采用颗粒活性炭(Granular Activated Carbon,GAC)、生物活性炭(Biological Activated Carbon,BAC)两种过滤单元分别与纳滤(Nanofiltration,NF)组合对污水厂二级出水进行深度处理,分析二级出水直接NF、GAC-NF以及BAC-NF三种不同处理工艺对有机物的去除效果以及膜污染机制.研究发现,BAC-NF组合工艺对溶解性有机碳(DOC)、微生物代谢副产物类和腐殖酸类有机物的去除效果更好,去除率分别为85.2%、76.2%和82.0%;BAC-NF组合工艺的膜比通量(J/J0)最高,每个周期末的J/J0分别为0.69、0.65和0.63,膜污染总阻力最低,仅为5.97×10^(10)m^(-1);膜污染特征曲线表明二级出水直接NF为滤饼层污染,GAC-NF和BAC-NF先发生中间堵塞之后形成滤饼层污染;其中,BAC-NF以膜孔中间堵塞污染为主,膜污染程度最轻;通过扩展的德亚盖因-兰多-弗韦-奥弗比克(Extended Derjaguin-Laudau-Verwey-Overbeek,xDLVO)理论分析发现BAC-NF组合工艺污染后膜表面的疏水性最弱,膜表面Zeta电位值最大;BAC-NF组合工艺在过滤初期,水中有机物不容易到达膜表面,膜污染程度最轻.在过滤中后期,水中有机物与膜表面有机物之间很难产生粘附,形成的滤饼层最疏松.综上,BAC-NF组合工艺能有效缓解膜污染,可为再生水深度回用提供一种可靠的技术.

关键词：二级出水纳滤颗粒活性炭膜污染 xDLVO理论

铋系光电催化剂降解水中有机污染物的研究进展

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材料工程 2024年第6期52卷 92-108页

作者：李碧秋李希成熊俊夫李金韩贾博雅汪长征北京建筑大学城市雨水系统与水环境教育部重点实验室北京100044 北京市供水管理事务中心北京100195 河北省承德市自然资源和规划局河北承德067000

光电催化技术通过电场协助光催化,能有效抑制光生载流子复合,提高有机污染物的去除率,具有简便、高效、易操作等优点。光电极材料是光电催化技术的关键,相较于其他传统催化剂,铋系半导体具有独特的层状结构和适宜的禁带宽度,对光的利用... 详细信息

光电催化技术通过电场协助光催化,能有效抑制光生载流子复合,提高有机污染物的去除率,具有简便、高效、易操作等优点。光电极材料是光电催化技术的关键,相较于其他传统催化剂,铋系半导体具有独特的层状结构和适宜的禁带宽度,对光的利用率更高。层状结构使铋系材料能在层内诱导内部电场,促进光生电子和空穴分离,加速载流子转移,提升光催化性能。本文介绍了一元铋系化合物、二元铋系化合物、卤氧化铋系化合物和含氧酸型铋系化合物的制备、表征及性能,简述了铋系材料作为光电极材料的优势。综述了其对有机污染物降解的研究,对铋系材料应用于光电催化进行废水处理进行了总结,新型催化剂的开发和如何推进建立催化剂全生命周期内对环境产生的影响评价体系是后续研究的重点方向。

关键词：光电催化铋系材料废水处理复合电极

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基于YOLO v5l-Im的排水管道缺陷检测方法及效果分析

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科学技术与工程 2024年第18期24卷 7833-7842页

作者：王俊岭王晨晨熊玉华北京建筑大学环境与能源工程学院/城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室北京100044

针对YOLO v5l(you only look once version 5 large)算法对于小目标、少样本且背景复杂的排水管道缺陷图像检测的精度低、误检和漏检率较高等问题,提出了一种基于YOLO v5l-Im算法的排水管道缺陷检测改进方法。做了三点改进:首先提出了Fo... 详细信息

针对YOLO v5l(you only look once version 5 large)算法对于小目标、少样本且背景复杂的排水管道缺陷图像检测的精度低、误检和漏检率较高等问题,提出了一种基于YOLO v5l-Im算法的排水管道缺陷检测改进方法。做了三点改进:首先提出了Focal-EIoU(focal embedding intersection over union)损失函数,有效提升了检测模型的性能;其次为增强检测模型对小目标缺陷的检测效果,减少缺陷误检和漏检的概率,将骨干网络中浅层特征图融合到双向特征金字塔网络(bidirectional feature pyramid network,BiFPN)中,增加针对小目标的预测层;最后在YOLO v5l中引入坐标注意力机制(coordinate attention,CA),提高模型对图像中感兴趣区域的敏感程度,减少冗余背景信息的干扰。3种改进对平均检测准确率(mean average precision,mAP)的提升分别为2.0、2.9、5.9个百分点。将三种有效改进融合到一起,检测结果表明:本文提出的YOLO v5l-Im模型的mAP达到了92.1%,较原模型的85.5%提升了6.5个百分点。由此可见,所做的改进有效增强了YOLO v5l对排水管道缺陷的检测能力。

关键词：排水管道缺陷检测 YOLO v5l Focal-EIoU损失函数 BiFPN特征网络 CA注意力模块融合检测