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基于数字技术的城市垃圾分类全链条模式构建及案例研究

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资源科学 2024年第4期46卷 687-699页

作者：陈杰皓胡宇鹏费凡黎俊温宗国清华大学环境学院北京100084 北京科技大学能源与环境工程学院北京100083

【目的】在生活垃圾强制分类的背景下,传统垃圾分类实践的参与率、分类准确率有待提高,在应对不断增加的垃圾量和资源回收需求方面存在明显不足。本文旨在深入探讨数字技术路径对垃圾分类模式的提升与变革,促进资源回收和环境保护的可... 详细信息

【目的】在生活垃圾强制分类的背景下,传统垃圾分类实践的参与率、分类准确率有待提高,在应对不断增加的垃圾量和资源回收需求方面存在明显不足。本文旨在深入探讨数字技术路径对垃圾分类模式的提升与变革,促进资源回收和环境保护的可持续发展。【方法】通过实证案例研究数字技术在生活垃圾产生源头、中转收运、最终处理环节的不同应用场景,针对不同案例结合深度学习算法、遗传算法等开展深入分析。【结果】数字技术在前端环节的应用可有效提高居民垃圾参与率与投递准确率;并且基于物联网与深度学习技术可预测未来产废变化趋势,预测误差控制在21.94%。中端环节的应用优化了传统模式在垃圾收运过程的低效问题,基于遗传算法规划最优收运路线,实现经济成本、碳排放、收运效率的多目标统一。末端环节的应用则有助于提高垃圾处理处置的综合效益,实现净效益提高8.23%~39.72%。【结论】本文提出的垃圾分类新模式,以数字技术为基,以全链条管理为核心,在信息化、自动化技术的加持下为垃圾分类提供了更为高效、精准的解决方案,以数字技术解决了传统垃圾分类模式的信息缺失问题,以全链条思想统筹了垃圾分类模式的前端、中端、后端环节,以期助力于提高城市典型废物的回收利用率、实现城市垃圾可持续发展。

关键词：城市生活垃圾垃圾分类数字技术深度学习全链条

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含油污泥基生物炭处理含油废水

化工进展 2024年第6期43卷 3398-3409页

作者：姚雪武淑慧杨阳王晓冯雷冯雪冬马艳飞山东理工大学农业工程与食品科学学院山东淄博255000 山东中科恒源环境工程有限公司山东淄博255000 山东理工大学资源与环境工程学院山东淄博255000

为使含油污泥达到无害化处理、资源化利用的目的,本实验通过热解炭化的方法,以含油污泥为实验原料,氧化钙、粉煤灰和十六烷基三甲基溴化铵的混合物为调质剂,玉米秸秆为增碳剂,制备含油污泥基生物炭,并研究其对含油废水中石油类污染物的... 详细信息

为使含油污泥达到无害化处理、资源化利用的目的,本实验通过热解炭化的方法,以含油污泥为实验原料,氧化钙、粉煤灰和十六烷基三甲基溴化铵的混合物为调质剂,玉米秸秆为增碳剂,制备含油污泥基生物炭,并研究其对含油废水中石油类污染物的吸附性能。以石油类污染物去除率为指标,对比了ZnCl_(2)、KOH和H_(2)SO_(4)三种活化剂对生物炭吸附性能的影响;通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、BET测试法等手段分析了生物炭的比表面积、孔隙结构和表面官能团等性能;采用批量吸附实验和再生实验,研究生物炭对石油类污染物吸附性能及其再生性。研究结果表明,最佳活化剂为H_(2)SO_(4),H_(2)SO_(4)活化制备的生物炭含有大量孔隙结构且多为介孔,生物炭表面存在—CH、C==O、—OH和C==C等官能团,比表面积为71.8069m2/g。在生物炭投加量为1.8g/L、吸附时间为180min时,对200mg/L含油废水中石油类污染物去除率可达98.21%,对石油类污染物最大吸附量为99.32mg/g。生物炭吸附石油类污染物的过程符合准二级动力学方程和Freundlich模型,主要受化学吸附控制的多分子层吸附。此外,三次再生后的生物炭孔隙结构、表面官能团、比表面积与新炭相比差别不大,吸附不同浓度的含油废水中石油类污染物,生物炭的三次再生效率均达到了90%以上,仍具有良好的吸附性能,能满足循环使用的要求。

关键词：含油污泥生物炭吸附石油再生

膜曝气生物膜反应器处理航天生活废水效能研究

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载人航天 2024年第1期30卷 9-16页

作者：詹承博张良长薛玉荣艾为党董文艺哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院深圳518055 深圳市绿航星际太空科技研究院深圳518118 中国航天员科研训练中心北京100094 湘潭大学环境与资源学院湘潭411105

针对未来星球基地与长期地外飞行产生废水的处理需求,构建了膜曝气生物膜反应器(MABR),以探究该工艺对含尿液与卫生废水的模拟航天废水的处理效能。通过为期376 d的连续试验,开展了反应器启动和驯化,对含不同体积分数尿液的生活废水、... 详细信息

针对未来星球基地与长期地外飞行产生废水的处理需求,构建了膜曝气生物膜反应器(MABR),以探究该工艺对含尿液与卫生废水的模拟航天废水的处理效能。通过为期376 d的连续试验,开展了反应器启动和驯化,对含不同体积分数尿液的生活废水、飞行阶段废水的处理效能进行研究。结果表明,对尿液体积分数10%的生活废水,MABR稳定运行时可实现97%的总有机碳(TOC)去除率,以及83%的总氮(TN)去除率;对尿液体积分数40%的生活废水,可实现99%的TOC去除率,以及92%的总氮去除率;对飞行阶段废水,可实现98%的TOC去除率,以及65%的总氮去除率。从反应器的活性污泥中检测到丰富的反硝化细菌以及少量厌氧氨氧化菌。经历驯化后,MABR在286 d内对航天生活废水中碳、氮保持了较高的去除率,从而初步验证了该工艺应用于载人航天生活废水处理的可行性。

关键词： MABR 星球基地生活废水生物脱氮环境控制与生命保障系统

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粉煤灰添加对城市多源有机废弃物联合堆肥效能及堆体细菌群落的影响

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环境科学 2024年第6期45卷 3638-3648页

作者：邹嘉成杜闫彬苏凯文于彩虹刘迎超王晨晨徐德卓中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

为实现粉煤灰和多源有机废弃物的高效资源化利用,采用好氧堆肥的方法,以厨余垃圾、鸡粪和锯末(15∶5∶2)混合原料为底物,添加底物总湿重的5%和10%的粉煤灰作为处理组(5%FA和10%FA),并以不添加粉煤灰作为对照处理(CK),通过测定联合堆肥... 详细信息

为实现粉煤灰和多源有机废弃物的高效资源化利用,采用好氧堆肥的方法,以厨余垃圾、鸡粪和锯末(15∶5∶2)混合原料为底物,添加底物总湿重的5%和10%的粉煤灰作为处理组(5%FA和10%FA),并以不添加粉煤灰作为对照处理(CK),通过测定联合堆肥过程中理化性质、养分元素和细菌群落结构的变化,探究不同粉煤灰添加量对联合堆肥的促进效果.结果表明,添加5%和10%粉煤灰可以显著提高联合堆肥的最高温度(56.6℃和56.9℃)并延长高温期持续时间(9 d),相较于对照处理,堆体总养分含量分别提高了4.09%和13.55%.在整个堆肥过程中,细菌群落结构发生了较大变化,各处理的细菌多样性均出现了明显的提高.在堆肥前期,变形菌门(Proteobacteria)是主要的优势门类,相对丰度在35.26%~39.40%之间.进入堆肥高温期,添加5%和10%粉煤灰处理中厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度达到最高值,分别为52.46%和67.72%.芽孢杆菌属(Bacillus)和放线菌属(Thermobifida)是5%和10%粉煤灰添加量处理高温期的优势菌属,相对丰度分别为33.41%和62.89%(芽孢杆菌属)、33.06%和12.23%(放线菌属).冗余分析(RDA)结果表明不同理化指标对细菌群落均有不同程度影响,其中有效磷、速效钾、有机质以及pH是影响细菌群落结构的主要环境因子.综上,添加粉煤灰促进了城市多源有机废弃物联合好氧堆肥的无害化和腐熟化,优化了微生物群落结构,提高堆肥产品的质量和效率.

关键词：粉煤灰多源有机废弃物联合堆肥环境因子细菌群落结构

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微波热解蔗渣制备生物质基碳纳米管

化工进展 2024年

作者：廖丽芳魏一麟毛闯许庆利彭麟郑业川颜涌捷华东理工大学资源与环境工程学院

以蔗渣为原料，采用硝酸铁、二茂铁、草酸钴对蔗渣进行预处理，制备蔗渣-催化剂前驱体。在微波场中，700W功率下对蔗渣-催化剂前驱体进行裂解制备生物质基碳纳米管（CNTs），并通过XRD、SEM、拉曼光谱等多种表征方法分析碳纳米管微观结... 详细信息

以蔗渣为原料，采用硝酸铁、二茂铁、草酸钴对蔗渣进行预处理，制备蔗渣-催化剂前驱体。在微波场中，700W功率下对蔗渣-催化剂前驱体进行裂解制备生物质基碳纳米管（CNTs），并通过XRD、SEM、拉曼光谱等多种表征方法分析碳纳米管微观结构。结果表明，通过金属催化剂预处理后，MCN-2和MCN-3产品管壁上可以观察到完整且光滑的CNTs。拉曼光谱中ID/IG的值远低于1.0，表明制备的CNTs石墨化程度较高。与生物质碳相比，CNTs的结晶度，结构有序性和热稳定性增加。

关键词：微波生物质碳碳纳米管催化剂

冻融循环作用下MICP固化铅污染土的强度与浸出特性研究

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工程地质学报 2024年第2期32卷 440-447页

作者：李杰康博查甫生合肥工业大学资源与环境工程学院合肥230000

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术可用于重金属污染土固化稳定修复。本文通过开展无侧限抗压强度、离子浸出及微观试验,主要研究MICP固化铅污染土在冻融循环作用下的强度与化学稳定性,并揭示其微观作用机理。结果表明:随着铅离子浓度的增... 详细信息

微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术可用于重金属污染土固化稳定修复。本文通过开展无侧限抗压强度、离子浸出及微观试验,主要研究MICP固化铅污染土在冻融循环作用下的强度与化学稳定性,并揭示其微观作用机理。结果表明:随着铅离子浓度的增加,土体的无侧限抗压强度先增大后减小,铅离子浸出浓度增大;随冻融循环次数的增加,土体的强度逐渐降低并趋于稳定,铅离子浸出浓度增大。冻融循环作用后,固化土的主要矿物成分未发生变化;土中的小孔隙数量增加,大孔隙数量基本保持不变。冻融循环作用损伤固化土的碳酸钙胶结与铅离子沉淀结构,致使土体性能劣化。

关键词：重金属污染土微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP) 冻融循环强度及浸出特性劣化机理

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加压条件下褐煤的热解和氧迁移行为研究

洁净煤技术 2024年第S2期 141-148页

作者：张佩云焉海波王杰华东理工大学资源与环境工程学院

利用加压固定床反应器进行了玉溪褐煤和哈密褐煤的慢速热解，考察压力对主要气体释放速率、主要产物分布和焦油组成以及氧迁移的影响。研究发现，在0.1～1 MPa,增大压力使CO2和气态烃产率提高，玉溪褐煤的变化更明显，其主要原因是增大... 详细信息

利用加压固定床反应器进行了玉溪褐煤和哈密褐煤的慢速热解，考察压力对主要气体释放速率、主要产物分布和焦油组成以及氧迁移的影响。研究发现，在0.1～1 MPa,增大压力使CO2和气态烃产率提高，玉溪褐煤的变化更明显，其主要原因是增大压力能够增强焦油的二次裂解反应，但H2和CO产率下降，其主要原因可能在于增大压力有利于促进体积缩小的加氢和CO积碳反应；二次裂解反应的增强致使焦油产率下降，但焦油中轻质烃类化合物数量和比例增多；升高压力使褐煤中氧元素更多以CO2和水的形式逸出，转移至焦炭和焦油中的氧比例下降。

关键词：褐煤加压热解焦油气体脱氧

基于同位素的长治市大气环境PM_(2.5)和扬尘中Nd来源解析

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环境科学学报 2024年第5期44卷 361-367页

作者：陈浩闫雨龙胡冬梅彭林王成华北电力大学环境科学与工程学院资源与环境系统优化教育部重点实验室北京102206 北京交通大学环境学院智能交通清洁低碳技术教育部工程研究中心北京100044 北京交通大学交通能源与环境研究院北京100044 山西能源学院资源与环境工程系太原030600

钕元素(Nd)是一种典型的镧系元素,对人体肺部有一定危害,厘清大气环境PM25和扬尘中Nd的来源对其管控有重要意义.本研究采集了长治市2017年秋季、冬季和2018年夏季大气环境PM_(2.5)、道路扬尘和城市扬尘及其他典型污染源样品,采用MC-ICPM... 详细信息

钕元素(Nd)是一种典型的镧系元素,对人体肺部有一定危害,厘清大气环境PM25和扬尘中Nd的来源对其管控有重要意义.本研究采集了长治市2017年秋季、冬季和2018年夏季大气环境PM_(2.5)、道路扬尘和城市扬尘及其他典型污染源样品,采用MC-ICPMS测试了样品中Nd同位素比值(^(143)Nd/^(144)Nd),并使用贝叶斯同位素混合模型分析了环境受体Nd的来源.结果表明,汽油车尾气、柴油车尾气、燃煤、土壤和钢铁生产中^(143)Nd/^(144)Nd具有明显差异性,燃煤和土壤中同位素值低于现有研究,表明其具有地域性特征.基于同位素特征的源解析结果显示,燃煤、汽油车尾气、钢铁生产、土壤和柴油车尾气对长治市大气PM_(2.5)中Nd平均贡献率分别为25.5%、24.7%、20.8%、16.4%和12.6%,冬季采暖增加导致燃煤对PM_(2.5)中Nd贡献最高(29.3%),夏季钢铁生产过程贡献最高(25.7%),秋季汽油车尾气排放贡献最高(28.8%).道路扬尘中Nd主要来自柴油车尾气(25.8%),而城市扬尘中Nd主要来自土壤(25.1%).燃煤、柴油车尾气、汽油车尾气、土壤、钢铁生产等排放源对大气环境颗粒物中Nd的影响呈现明显的季节变化特征,本研究精确解析了大气环境PM_(2.5)和扬尘中Nd的来源,可为Nd的控制提供参考.

关键词： PM_(2.5) Nd同位素扬尘贝叶斯同位素混合模型源解析

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煤矿矿井水资源化绿色短流程关键技术与装备

煤炭学报 2024年第2期49卷 958-966页

作者：何绪文王绍州张学伟季晓晴中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院北京100083

煤炭是我国重要的工业原料,与我国经济发展关系密切。煤炭开采过程中会产生大量矿井水,是重要的非常规水资源,需妥善处理。然而现有矿井水处理技术普遍存在占地大、流程长、需加药、运行维护复杂和出水水质不稳定等问题,为缩短处理流程... 详细信息

煤炭是我国重要的工业原料,与我国经济发展关系密切。煤炭开采过程中会产生大量矿井水,是重要的非常规水资源,需妥善处理。然而现有矿井水处理技术普遍存在占地大、流程长、需加药、运行维护复杂和出水水质不稳定等问题,为缩短处理流程、提高处理效率和保证出水水质,亟需研发新的关键技术与装备。采用聚瓷膜直滤技术处理矿井水,通过对膜通量、膜比通量、运行压力和循环流量等条件的对比分析,确定最佳运行参数为:运行压力0.2 MPa,循环流量18 m3/h,处理过程无需加药,出水悬浮物质量浓度稳定工程案例表明,聚瓷膜直滤可直接取代“混凝沉淀-过滤-超滤”(一代三),且已连续稳定运行2 a,满足设计产水量要求,系统回收率均在90%以上,处理后水质达到GB 3838—2002地表水环境质量III类24种标准限值要求,且自动化程度高,可无人值守,实现了矿井水资源化利用绿色短流程、节能高效和智能化新要求,可为该技术大规模推广应用提供技术参考。

关键词：煤矿矿井水聚瓷膜直滤膜污染资源化