综述:基于厌氧氨氧化(anammox)的PN/A和PD/A耦合工艺在处理多种废水质量方面的进展与挑战:综述

《Journal of Environmental Management》:Advances and challenges of anammox-based PN/A and PD/A coupled processes in treating diverse wastewater qualities: A review

【字体: 时间:2025年10月08日 来源:Journal of Environmental Management 8.4

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  风蚀控制技术在干旱半干旱地区沙丘固沙中的应用研究,通过对比PLA网、汉麻网和芦苇茎固沙墙的防护效率,发现汉麻网在防风固沙效率(61.2%)和生态可持续性方面具有显著优势,其成本效益和本地适应性为伊朗等资源受限地区提供了新方案。

  在干旱和半干旱地区,风蚀沉积物对环境构成了严峻的挑战。近年来,为了有效稳定沙丘,已经开发了多种方法。当前的研究重点强调了风剖面评估在沙丘稳定中的重要性,关注材料的特性、施工的便捷性以及沙丘覆盖的可能性。本研究在伊朗中部的干旱环境中,评估了生物降解材料在控制风蚀和稳定沙丘方面的表现,基于诸如沙丘防止效率、沙粒通量、凹面发育程度以及侵蚀-沉积速率等指标。测量工作持续了一整年,每月使用标桩和沉积物收集器进行数据采集。研究结果表明,亚麻网屏障的沙丘防止效率(0.612)高于其他处理方式,突显了亚麻作为可持续、本地可获取替代材料的潜力。尽管与PLA网屏障相比没有显著差异,但亚麻网屏障的效率比芦苇茎屏障高出约31.33%。关于沙粒通量,PLA屏障表现最佳,其通量比对照组增加了185.5%,尽管与亚麻网屏障相比没有显著差异。沉积物模式分析显示,PLA和亚麻网屏障有效促进了凹面地形的形成和沉积物的均匀分布。平均沉积物高度分别为14.17厘米(PLA)、8.96厘米(亚麻)和3.09厘米(芦苇)。芦苇茎屏障的沉积物高度最低,其中0-4厘米高度范围内的沉积物占71.90%。基于环境条件和这些指标,亚麻网屏障被提议为一种经济实惠、环保的解决方案,用于控制风蚀和稳定沙丘,特别是在资源有限的干旱地区。利用本地材料可以增强实用性和可持续性,同时降低成本。

土地退化和沙漠化是全球范围内广泛存在的经济、社会和环境问题,严重影响土地平衡和人类社会的经济状况。土地退化和沙漠化的一些后果包括生物多样性丧失、气候变化、粮食不安全、生计损失以及健康风险。风蚀是干旱和半干旱地区沙漠化过程中的一个重要因素。这一现象对自然生态系统和人类活动都有潜在的危害。控制风蚀以及沙尘暴(SDS)至关重要,因为其对环境、人类健康、经济成本、气候和农业产生影响。为了缓解风蚀的影响,全球范围内已经开发了多种方法和技术。这些方法根据特定的环境条件而演变和调整,包括增加植被覆盖、使用沙障以及实施可持续的土地管理实践。这些措施有助于稳定土壤、降低风速并捕捉沙粒,从而减轻这些现象带来的不利影响。在干旱地区,工程措施(EMs)常用于沙丘控制,因为植树(如多年生草类、灌木和亚灌木)并不总是可行。在半干旱和亚湿润地区,工程措施有时会与生物方法结合,以达到即时的效果。

工程措施在恶劣的沙漠条件下支持植被的建立,特别是在沙丘不断移动的区域。EMs的关键功能是防止沙粒移动、减少沙粒沉积以及通过改变风沙流动来减缓沙丘的推进。棋盘式沙障是一种在风向变化较大的地区广泛使用的方法,这种技术施工速度快,不需要复杂或专门的技术。在20世纪80年代之前,沙障主要由黏土垄和稻草制成。近年来,塑料和尼龙网在中国得到了广泛应用。其中,聚乳酸(PLA)网障是最新的一种类型。这种方法施工速度快,不需要复杂和专门的技术。在使用寿命结束后,它会在自然环境中分解为水和二氧化碳,避免了化学残留或二次污染。

亚洲研究人员长期致力于沙丘固定技术的研究,开展了多种活动并评估了不同的方法,包括沙障。中国研究人员对棋盘式沙障的凹面形成和侵蚀-沉积动力学进行了研究。他们还利用计算流体动力学(CFD)模拟和风洞测试来分析沙障的性能。此外,研究人员还研究了土壤结皮的形成以及沙障的退化特性。还有,Lihui等人(2015)对阿尔卑斯沙丘地区的棋盘式沙障的侵蚀和沉积特性进行了研究。他们测试了三种网格尺寸,并在不同的迎风区域安装了木制和金属标示物,以监测侵蚀和沉积情况。经过三年后,他们发现迎风区域的较小网格被掩埋,而中坡区域的较大网格则遭受侵蚀。这种结果导致了沙障保护期的限制,并在侵蚀与沉积之间形成了不平衡。他们得出结论,考虑到侵蚀特性、沙障保护效益以及相关成本,迎风区域的较大网格和中坡区域的中等网格提供了最实际的解决方案。

Zhang等人(2018)研究了稻草棋盘式沙障对风速降低、沙丘稳定和生态恢复的影响。他们测试了三种网格尺寸,包括1米×1米、2米×2米和3米×3米。研究结果表明,所有网格尺寸都能减少地表附近的风速,但1米×1米的网格效果最佳。长期来看,实施的沙障还能改善土壤的物理和化学性质。Burezq(2020)对比了原生沙土与两种处理样品——一种是添加生物炭和粪肥,另一种是使用化学粘合剂如尿素甲醛、SNF和PVA。研究结果显示,在较高风速下,处理过的土壤比未处理土壤经历的侵蚀显著减少,表明稳定化方法有助于减少沙漠化。Wang等人(2023)研究了凹面形状的PLA沙障以及沉积物粒径特性对沙粒沉积的影响。他们关注了粒径特性如平均粒径、粒径分选、偏度和峰度,使用铁标桩在三种不同的棋盘式沙障网格尺寸中监测这些效应。研究结果表明,所有三种处理方式都创造了凹面和稳定的地表。粒径分析显示,除了1米×1米网格外,其他网格均表现出细分散的颗粒。基于成本和保护效率的比较,2米×2米的棋盘式沙障被认为最适合风力较弱的平坦区域。Xi等人(2023)研究了在乌兰布和沙漠公路迎风侧的三种高度和三种尺寸的尼龙网棋盘式沙障。使用风速仪和沉积物收集器,研究人员发现高度对沙障的保护效率影响大于网格尺寸。总体而言,1米×1米的网格尺寸配合20厘米的高度,或1.5米×1.5米的网格尺寸配合30厘米的高度,更适合大规模应用。Al-Dousari等人(2022)利用30年的卫星数据,确定了南部美索不达米亚平原的两个主要尘源区域,这些区域影响着中东数百万居民。这些尘源区域面积约为8200平方公里,并在2005年和2021年期间对区域尘量起到了重要作用。对尘土样品的化学和物理分析确认了这些热点与下风尘量之间的直接联系,颗粒随着向北移动而变得更细。这项研究为在波斯湾国家及其周边地区制定有针对性的尘土抑制和空气质量改善策略提供了见解。Middleton和Al-Hemoud(2024)对沙尘暴(SDS)的缓解和适应策略进行了全面综述,强调了在教育、风险评估、监测、预警系统和应急响应规划等领域的案例研究和最佳实践。它特别强调了开发有效的SDS应对措施的重要性,尤其是在气候变化和干旱状况恶化导致其频率和严重程度增加的背景下。

尽管在中国,PLA沙障已经成功应用,但这些方法尚未在伊朗实施。PLA沙障在伊朗的有效性仍不确定,因为伊朗的炎热干燥沙丘和沙漠在生态、气候和环境方面与中国的寒冷干燥沙漠有所不同。本研究的主要目标是评估进口PLA网障在伊朗环境条件下的性能。然而,由于进口材料的成本较高,PLA网障的使用在经济上具有挑战性,促使需要探索具有相似或更好性能的经济替代方案。

为了解决这一问题,本研究聚焦于识别本地可获取的材料,以显著降低生产和建设成本。一个有前景的解决方案是亚麻网障,这种材料由亚麻织物制成,伊朗本地资源丰富。这种织物的纤维来源于**Hibiscus cannabinus**,使其成为一种天然且可生物降解的选项。与传统的PLA沙障不同,亚麻网障尚未在伊朗的棋盘式配置中进行测试。

本研究开创性地应用了亚麻网障作为缓解风蚀和稳定沙丘的创新环保解决方案。通过将生物降解材料与优化的沙障结构相结合,研究探讨了用这种本地开发的替代方案取代进口PLA沙障的可行性,从而在多向风条件下提高沙丘稳定化效率。亚麻网障的使用不仅解决了环境挑战,还显著降低了生产成本,使其成为伊朗可持续土地管理的一个可行选项。
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