水环境与水生态

• 基于机器视觉的生化池监测技术

  张亮;杨博文;刘宇衡;张雨;高瑜;李佳诚;李俊辰;林斯杰;

  生化池的在线监测对污水处理厂的稳定运行具有重要意义。现有生化池监测依赖流量计、传感器以及人工巡查和综合判断。为降低生化池人工巡检的工作量，提升监测的连续性和准确性，提出基于机器视觉的监测方案，并以曝气量预测为目标，考察了该技术方案的可行性。以曝气量1,2,3,4,5 L/min的小试规模生化池为预测对象，通过采集生化池的曝气图像、构建数据库、使用卷积神经网络提取特征、建立模型的监测框架，实现了污水处理过程中曝气量变化的自动感知。模型分析表明，测试集的预测精度达到99%，且模型预测精度稳定性较高，满足自动监测的需求。进一步考察机器视觉技术从小试装置迁移到中试规模生化池的可行性，证明了该方法在不同生化池中均具有可行性，表现出良好的应用潜力。该研究利用硬件（摄像头）和软件（机器学习模型），实现生化池运行关键信息的在线监测和异常识别，可实现对人工巡视的部分替代，可为污水处理厂的智慧化运行提供可行思路。

  2025年03期 v.43 1-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 1833K]
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• 尿液水解率对镁空气燃料电池体系营养物质回收性能的影响

  蔡博华;伍迪;邓迎迎;胡淑捷;张梦玥;刘元;

  从尿液中回收农业所需的磷（P）、氮（N）等资源，有利于缓解当今我国面临的肥料生产量与矿产储量不平衡的问题。基于镁空气燃料电池（MAFC）原理的技术已经实现了从完全水解尿液中高效去除并回收P资源，但存在尿素资源浪费问题。尿液水解释放出的NH_4~+和OH~-会引发水质改变，可能会对MAFC中P回收产生影响，且过度水解也不利于尿素资源化。考察了尿液水解率对MAFC体系中P回收性能的影响，揭示了尿液水解率对MAFC中含P沉淀物生成的影响机制，以期在尽可能保留尿素的同时，实现P的高效去除与回收。结果表明：水解率为10%的尿液可满足鸟粪石沉淀所需的NH_4~+与适宜的pH环境。对不同水解率尿液反应60 min后收集的沉淀的表征结果表明：不同水解率尿液的沉淀组成具有显著差异。通过对10%水解尿液体系中所回收沉淀物进行分析，发现其反应40 min后收集的沉淀物中鸟粪石质量分数可达96%。研究结果可为通过控制尿液水解率回收高品质含磷缓释肥提供参考。

  2025年03期 v.43 11-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 1891K]
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• 聚磷菌及其碳源代谢特征的研究进展

  郑茜匀;许轲桐;贺继涛;车奇睿;郑怡华;郑海欣;袁婧;陈航;陈丽萍;韦朝海;邱光磊;

  聚磷菌（PAOs）是强化生物除磷系统（EBPR）的关键功能微生物，其在厌氧条件下摄取碳源，在好氧条件下进行除磷。近年来，随着人们对聚磷菌研究增多，发现不同聚磷菌对碳源摄取的偏好及代谢机制有所差异。重点综述与总结了典型聚磷菌Candidatus Accumulibacter、Dechloromonas、Tetrasphaera和Microlunatus phosphovorus对乙酸、氨基酸、糖类等碳源的摄取偏好与代谢机制，系统介绍了不同碳源条件下聚磷菌、聚糖菌以及不同聚磷菌间的相互作用关系。在EPBR系统中，使用特定碳源或交替使用不同碳源、利用聚磷菌和聚糖菌碳源摄取生物能量学机制差异进行碳源供给速率的调控，是实现聚磷菌的种群优势的重要且有效的方式；对聚磷菌多碳源耦合代谢机制的揭示为EBPR系统减碳提供了基础；Candidatus Accumulibacter和Tetrasphaera间存在对氨基酸的竞争摄取关系；二者之间的相互作用关系取决于Tetrasphaera在厌氧发酵过程中释放的发酵产物；Tetrasphaera和Microlunatus phosphovorus在葡萄糖和氨基酸作为碳源条件下的相互作用关系尚不明确；糖类作为EBPR系统碳源的有效性仍需进一步研究。

  2025年03期 v.43 22-41页 [查看摘要][在线阅读][下载 2404K]
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• 垃圾渗滤液的过硫酸盐高级氧化深度处理技术研究进展

  王大伟;李滢滢;蒋一兰;陈琳;高珂依;熊怡然;

  垃圾渗滤液是一种同时含有高有机负荷、高浓度氨氮、有害重金属离子、新持久性有机污染物的复杂废水，其产生量呈逐年攀升趋势，对生态系统和人类健康构成持续性威胁。传统生物法和物理法的发展无法满足复杂的水质组分和日益提升的处理需求，因此寻求高效的垃圾渗滤液处理方式迫在眉睫。近年来，过硫酸盐高级氧化工艺因其对有机污染物氧化速率快、矿化程度高等优势，以及其耦合工艺在抗干扰性提升的基础上可实现对氨氮同步去除等特点，在垃圾渗滤液处理领域展现出巨大潜力。阐明了过硫酸盐高级氧化过程的激活方式和对垃圾渗滤液的处理性能与作用机制，具体分析了硫酸根自由基、羟基自由基主导的自由基氧化路径，以及单线态氧作用的非自由基氧化途径的贡献，系统总结了基于过硫酸盐高级氧化体系及其耦合系统用于垃圾渗滤液处理的研究现状，深入讨论了基于过硫酸盐高级氧化工艺的垃圾渗滤液处理方式所面临的挑战和未来的研究方向，旨在为垃圾渗滤液的过硫酸盐高级氧化深度处理技术的发展提供支持。

  2025年03期 v.43 42-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 2093K]
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• 双极膜的工作原理及其在废水处理与资源回收领域的应用研究进展

  汪晟;王力;

  双极膜是一种独特的离子交换膜，其结构由阳离子交换层和阴离子交换层组成，能够通过水解离机制生成质子和氢氧根离子。这一特性使得双极膜在诸多领域中具有广泛的应用前景，包括（生物）化学工业、食品加工、环境保护以及能源转换与储存等。由于其独特的结构，双极膜在电化学应用中表现优异，例如在燃料电池和电解水制氢等领域。在反向偏置条件下，双极膜能有效促进水分子的解离，从而提高电化学反应效率。双极膜在废水处理与资源回收领域展现出显著潜力。通过双极膜电渗析技术，可以有效地将高盐废水中的无机盐转化为相应的酸和碱，实现资源的回收与利用，此外，并可选择性地回收氨氮。相比传统工艺，双极膜展现了出显著的技术进步和环境友好性。该文章回顾了过去双极膜相关的研究，全面阐述了双极膜的特性、理论模型及其应用现状，并介绍了双极膜的新兴应用及其面临的一系列挑战，为未来的发展指明方向。

  2025年03期 v.43 57-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 2303K]
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• 重金属对磷酸钙沉淀回收的影响及其沉积行为

  邱林清;陈煜柠;胡泽昆;韦朝海;邱光磊;

  磷酸钙沉淀法是一种主流的污水磷回收工艺。探讨了不同pH条件下，50～2000μg/L的Cd（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）对磷酸钙沉淀过程的影响，并探讨了上述重金属在磷酸钙沉淀过程中共沉淀行为及其对回收产物品质的影响。实验结果表明：重金属的存在对磷酸盐的沉淀和去除无显著影响，但会在一定程度上减少Ca~(2+)的消耗（0.61%～6.26%）。其中，Cr（Ⅵ）由于水解会降低溶液pH，并与Ca~(2+)结合形成CaCrO_4微溶物，抑制磷酸钙或羟基磷酸钙的沉淀过程。XRD分析结果显示：在阳离子重金属（Cd（Ⅱ）和Pb（Ⅱ））共存条件下，磷回收产物中除了目标产物外还有磷酸镉和磷酸铅等杂质。杂质的形成不仅降低了磷回收产品的纯度，还可能对后续的资源化利用造成不利影响。研究结果为重金属共存条件下磷酸钙回收过程提供了新见解，揭示了不同类型重金属（阴/阳离子）对磷回收过程和回收产物的影响及机制。

  2025年03期 v.43 70-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 1674K]
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大气污染物与温室气体深度减排

• 生物光/电催化复合系统用于高效CO₂还原的研究进展

  李倩男;陈银广;张清然;

  生物光/电催化复合系统综合了生物催化选择性高和光/电催化产率高等优点，能够高效地还原CO_2，并选择性合成绿色高值化学品。对生物光/电催化复合系统研究现状的总结分析，有助于其高效还原CO_2的内在机理，了解研究现状，并针对性地提出未来研究发展方向。首先根据生物光/电催化还原CO_2系统的发展进程对其概念进行介绍，再对生物催化与光/电催化间的电子转移机制进行详细介绍，分别包括直接电子转移和间接电子转移，以明晰CO_2固定合成绿色高值化学品的内在机理。并根据内部电子转移机制对生物光/电催化复合系统进行介绍，生物光/电催化直接耦合系统结构简单、操作方便，但在实际应用中仍受到空间传质、界面电荷传递等问题的限制；生物光/电催化非直接耦合系统能够合成复杂高值产物、具有CO_2扩散效率高等特点。根据上述特性对生物光/电催化复合系统的研究现状进行了总结，为更多复杂的绿色高值化学品的合成提供了条件。最后，针对目前生物光/电催化还原CO_2体系中存在的限制因素及对未来研究方向的发展进行了展望。

  2025年03期 v.43 77-89页 [查看摘要][在线阅读][下载 2921K]
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• 基于机器学习评估烟花爆竹燃放对春节期间PM_2.5浓度的影响

  李津慧;胡启后;李启华;季祥光;薛劲凯;林培泽;

  自《大气污染防治行动计划》颁布以来，我国实施了严格的污染防治措施，并取得了显著成果。然而，其中的烟花爆竹禁放政策自执行起就饱受争议。尤其是随着我国大部分城市PM_(2.5)年均浓度达到GB 3095—2012《环境空气质量标准》二级标准，亟需量化烟花爆竹禁放在空气质量改善中所起的作用。基于我国环境监测总站空气质量监测网络的观测资料和ERA5气象数据，通过构建随机森林模型，解耦气象因素和人为排放对颗粒物浓度的贡献，评估烟花爆竹禁放与否对春节期间、冬季和全年颗粒物浓度的影响。从年际变化来看，2016—2023年全国各城市PM_(2.5)浓度呈显著下降趋势，年均下降速率达到了4.2%～7.5%。对比全年、冬季、春节期间3个时间尺度上人为减排引起的PM_(2.5)浓度变化速率，以北京、上海为例，全年平均下降9.58%、7.36%，冬季年均下降10.07%、7.94%，春节期间下降9.14%、6.23%，基本呈冬季>全年>春节期间的规律，即同一城市全年和冬季人为排放引起浓度变化明显，但春节期间变化微弱。对比2016—2022年和2019—2023年春节期间人为减排引起的PM_(2.5)浓度变化，同一城市2016—2022年人为减排效果明显，变化速率较快，以北京、广州、合肥PM_(2.5)浓度下降幅度居前列，分别下降9.14%、8.57%、6.71%;2019—2023年减排速率缓慢，特别是广州、成都、长沙三地PM_(2.5)浓度出现了13.69%、11.42%、5.77%的增长。从短期分析烟花爆竹排放变化对空气治理的影响，选取限放—禁放和禁放—限放，即2017与2018、2022与2023两个阶段研究春节期间气象和人为排放对颗粒物浓度变化的贡献，结果表明，2018年全面禁放之后排放贡献的PM_(2.5)浓度下降明显，北京、广州、成都、长沙、合肥分别下降14.87,4.54,26.17,15.67,27.61μg/m3;2023年解禁以后排放贡献显著上升，尤其广州、成都、长沙、郑州、滨州、东营的排放贡献分别增加14.71,22.89,18.47,19.73,12.72,4.89μg/m3。烟花爆竹燃放对冬季和年均PM_(2.5)浓度的影响可以忽略，但是对春节期间空气质量的影响仍然显著。

  2025年03期 v.43 90-102页 [查看摘要][在线阅读][下载 2115K]
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固废处理与资源化

• 基于代谢优化与电化学调控的厨余垃圾水解酸化制碳源技术进展

  杨武霖;刘名卉;邵岩;

  针对污水处理碳源需求量大与厨余垃圾处理成本高的实际需求，发展了利用厨余垃圾发酵液中小分子有机酸制备生物基绿色碳源工艺，创新了“以废治污”的水固协同治理模式，为城市减污降碳、协同增效目标提供可推广的绿色技术范式。从厨余垃圾制碳源工艺、水解酸化核心技术和碳源产品应用等方面总结了近年的研究进展；结合代谢工程、电化学、导电纳米材料、机器学习等研究热点，追踪了厨余垃圾等有机固废的水解酸化技术前沿；简析了我国厨余垃圾碳源行业存在的现实问题，并提出了相关发展建议。研究结果可为了解厨余垃圾制碳源工艺和开发新兴的高效产酸技术提供基础与借鉴。

  2025年03期 v.43 103-113页 [查看摘要][在线阅读][下载 1864K]
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• 畜禽粪污厌氧消化产甲烷效能的关键影响因素研究进展

  孙广东;马俊怡;郝书;董贺;赵心茹;柴强龙;党岩;

  在畜禽养殖方式逐渐规模化的背景下，规模化养殖所产生的粪污具有集中排放量大、处置需求强的特点，这为利用厌氧消化技术处置畜禽粪污来实现沼气产量、产能效益最大化提供了契机，完全契合我国能源结构优化、碳中和等战略的需要。然而，由于畜禽粪污组分复杂、厌氧消化调控操作条件繁多以及技术自身反应速率限制等原因影响，厌氧消化技术在处置畜禽粪污过程中存在产气效率低、过程稳定性差的缺陷，掌握其产甲烷效能关键影响因素变得尤为重要。该文分析介绍了不同畜禽粪污的特性以及影响其厌氧消化产甲烷潜力的原因，综述了近年来畜禽粪污厌氧消化的温度、pH、氨氮等主要环境因子以及进料负荷、进料方式等外部调控因素对产甲烷效能、微生物群落丰度的影响研究，探讨了投加功能菌剂、导电材料等辅助方式对系统产甲烷效能提升的作用以及系统微生物的反馈机制，对后续的重点研究方向进行了展望，以期为未来的畜禽粪污厌氧消化技术理论研究与工程应用提供参考。

  2025年03期 v.43 114-129页 [查看摘要][在线阅读][下载 1734K]
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• 可切换低共熔溶剂驱动机制及其在有机废弃物资源化中的应用

  朱子乐;纪富国;张振亚;左慧;罗景阳;

  可切换低共熔溶剂（SDES）因其高效分离回收的能力，在有机废弃物资源化处理等领域具有较大的应用潜力。概述了SDES的主要分类（基于不同驱动因子可分为CO_2/N_2驱动型、pH驱动型和温度驱动型）、合成原理和表征手段，阐明了不同SDES基于亲疏水性转变实现切换的驱动机制；分别阐明了3种驱动因子的调控对物质提取分离效果的影响。在此基础上，总结了SDES在果皮、工业废液等有机废弃物资源化处理中的应用现状及优势，并从SDES制备的优化（组成、摩尔比和体积）与辅助技术的结合（如超声辅助）等多角度阐释了提升SDES提取效果的强化策略。最后，针对不同废弃物的SDES提取参数优化确定以及如何提高SDES回收利用等方面进行了展望，可为其在有机废弃物资源化方面的应用研究提供参考。

  2025年03期 v.43 130-137页 [查看摘要][在线阅读][下载 1165K]
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• 一种复合药剂处理含砷废渣的试验研究及应用

  刘艳;龙冬清;徐峥勇;崔静;谢华明;熊炜平;

  为开发一种稳定化固化效果好、增容比低、处置成本低且高效的含砷危险废渣处理复合药剂，以昆明金水铜冶炼公司砷渣为研究对象，选取水泥、石灰、白云砂（BYS）、聚合硫酸铁（PFS）、氧化剂、促凝剂作为药剂复配材料，对砷渣进行稳定化固化研究，通过分析固化体的浸出性能和抗压强度来确定最佳的稳定化药剂配比，并对其进行扩大化试验及经济效益分析。结果表明：砷渣固化体养护14 d抗压强度为8～10 MPa，满足危险废物转移、运输与安全填埋处置的要求；As浸出浓度为0.719 mg/L,pH值为9.74，浸出指标均满足GB 5085.3—2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》和GB 18598—2019 《危险废物填埋污染控制标准》要求；高效复合药剂稳定化固化处理砷渣的吨药剂成本可减少26.5元，安全填埋场建设费和退役费可节省37.96元/t。以来源广泛、具有一定凝结性和吸附性能的白云砂作为添加材料，不仅能提升固化体水合作用，增加固化体致密性，解决现有重金属固化药剂增容比大、固化效果不佳的技术问题，还能降低生产成本，为企业创造更好的经济效益。

  2025年03期 v.43 138-146页 [查看摘要][在线阅读][下载 1808K]
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环境生态工程

• 水库水源周期性水质问题与近自然修复技术研究进展

  文刚;陈晓杰;刘艺凯;李凯;吕颢祯;司凡;黄廷林;

  水库水源占全国全部水源的45%以上，然而水库水源地的水质存在的周期性污染问题，给供水水质安全带来了严峻挑战。详细分析了水库水源的周期性水质污染问题，主要包括重复季节性藻类暴发，嗅味及营养盐超标，铁、锰及有机污染负荷增加，以及综合因素导致的水生态失衡。从水动力条件变化形成水库热分层现象、底泥污染物释放、季节性暴雨径流和极端气候及其他因素等方面剖析了水库水源水质污染问题的成因。此外，综述了水库水源近自然修复技术的研究进展，包括水库水源水质自动监测与预测预警、平原河网水库藻类捕获拦截技术、基于生态位调控的产嗅藻原位控制技术、分层水库扬水曝气原位改善技术以及应对暴雨径流污染的排浊蓄清技术等。最后，对未来水库水源水质管理与近自然修复技术的发展进行了展望，以期为未来研究提供参考。

  2025年03期 v.43 147-166页 [查看摘要][在线阅读][下载 3103K]
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• 新污染物介导碳氮循环效应与微生物响应机制

  李倩;杜树豪;高馨馨;张丽迎;史可;梁斌;

  不断涌现的新污染物，如持久性有机污染物、内分泌干扰物、微/纳塑料、抗生素/抗菌剂等，在多介质环境中检出率高，风险隐蔽性强，对生态系统物质生物循环构成威胁。系统综述了典型新污染物对微生物代谢和碳氮循环的影响特征与调控机制，归纳总结了新污染物在土壤、沉积物、工程和自然水环境等不同介质中的生物和生态效应。新污染物通过改变微生物群落结构和功能、抑制关键酶活性等方式影响微生物代谢，进而干扰碳氮循环过程温室气体排放。针对新污染物多介质/跨介质迁移与（生物）转化过程的复杂性、多污染物混合效应的不确定性以及相应风险效应（动态）评估模型匮乏性，建议未来应聚焦多介质/跨介质环境风险动态模型和微生物响应微观分子机制开展跨学科交叉创新研究，深入探究新污染物在碳氮循环中的关键调控作用，揭示新污染物混合效应对碳氮循环的影响规律与作用机制。

  2025年03期 v.43 167-177页 [查看摘要][在线阅读][下载 1541K]
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• 人工湿地堵塞形成机制、作用效能及其防治技术研究进展

  傅成锴;胡振;徐培培;刘华清;王硕;赵倩;赵艳辉;张建;

  人工湿地（constructed wetland, CW）因其低廉的成本和高效的水质净化能力，在流域水环境治理以及区域再生水循环利用等领域得到了广泛应用。然而，CW在长期运行中容易发生堵塞，严重影响其处理效能并降低其使用寿命，成为限制CW规模化应用的瓶颈问题。如何快速且准确地识别堵塞成因并针对性地采取有效措施，成为保障CW长效稳定运行的关键。详细分析了堵塞形成过程对CW水质净化和固碳减排等核心功能的影响，并系统阐述了堵塞现象形成的4种机制，包括颗粒截留、化学吸附与沉淀、植物生长及微生物代谢等。同时，从水流场特性、基质物理特性以及堵塞物质特性3个维度，对常见的和可能的CW堵塞探测方法进行了全面梳理，对比了不同探测技术的优缺点。最后，从CW设计、运行、管理全流程，总结了现有的堵塞调控策略，以期为科学选择人工湿地堵塞防治措施提供参考。今后研究应聚焦于提升CW堵塞模型的准确性，推动堵塞探测技术的进步，并调控微生物的代谢活动以延缓甚至避免堵塞的发生，从而保障CW系统的长效稳定运行。

  2025年03期 v.43 178-190页 [查看摘要][在线阅读][下载 1684K]
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