膜曝气生物膜厚度控制研究进展

生物膜厚度控制是膜曝气生物膜反应器(MABR)工艺运行管理的关键,存在获得最佳碳氮磷同步去除效能的最优生物膜厚度.本文回顾了近20年来有关MABR生物膜厚度控制技术(包括定期冲刷、连续水力剪切、真核生物捕食、群体感应淬灭)的研究发展历程,探讨展望未来的研发方向,以期为MABR工艺向水质提升与节能降碳高质量发展提供参考.

用于电催化合成过氧化氢的碳电极综述

通过双电子(2e-)途径的电催化氧还原方式能够即时合成过氧化氢(H_(2)O_(2)),远超传统的蒽醌工艺。近年来,碳电极因具有良好的催化效果和优越的稳定性在电催化合成H_(2)O_(2)方面受到越来越多的关注。本综述结合材料改性与润湿性调整,从三相界面的角度考虑与H_(2)O_(2)合成速率及使用寿命的关系。介绍了碳电极的结构与电催化合成H_(2)O_(2)的原理,包括单质炭材料、无金属催化剂、贵金属催化剂与非贵金属催化剂4种主流催化剂;金属阳极与电解液对于三相界面的影响;碳电极润湿性与三相界面的关系,指出侧重于提高2e-途径选择性的改性方式也会对电极润湿性造成影响。此外,合理地设计电器原件与提升碳电极合成H_(2)O_(2)功效的关系。最后,讨论了当前碳电极电催化合成H_(2)O_(2)所面临的问题与未来的研究方向。

城市地表径流污染监测及海绵设施的控制效果

我国快速城市化对水环境的不利影响推动了对城市降雨径流污染控制技术的需求。研究对我国甘肃某地海绵城市建设区的地表径流污染进行监测,并建立InfoWorks ICM水力模型模拟降雨和不同下垫面的径流污染特性,最后通过建立的模型对研究区提出改造方案实现降雨径流污染的控制。对初期降雨水质进行监测发现,降雨径流中污染物的浓度受降雨强度和降雨前的干旱时长等因素的影响,不同时期的降雨径流污染物初始浓度不同。典型下垫面的污染程度为道路绿化带>车行道>人行道>小区路面>停车场>公园绿地>屋面,悬浮物是下垫面中最主要的污染物。利用模型分析了透水铺装、下沉绿地、高位花坛3种海绵设施分别在不同重现期下的径流和污染控制效果,得出径流污染物的控制效果为下沉绿地最佳,透水铺装次之,高位花坛处理效果较差。根据研究区的实际情况,对不同风险区提出了详细的改造方案,共布置下沉绿地69000 m^(2)、透水铺装31080 m^(2)、高位花坛2010 m^(2)。研究发现海绵设施的布置能够提升区域污染物控制能力,根据区域下垫面特性和设施布置比例不同,效果有所差别。

高精度铂电阻传感器监测装置的研制

针对工程现场Pt100铂电阻测温系统存在设计成本高、测量准确性差以及易受现场复杂电磁环境干扰等问题,研制了一种集Pt100铂电阻传感器信号采集、处理、传输于一体的数据监测装置,包括信号处理模块、模数转换模块、主控模块和通讯模块。通过分立元器件搭建信号处理电路,将Pt100铂电阻传感器输出信号转换为基准电压信号,输入到模数转换模块,主控模块通过并行接口读取模数转换模块发送的数据,并通过通讯模块完成数据传输。同时通过对被测信号建模与仿真分析,设计了一种高精度信号补偿算法,通过对被测信号全量程滤波、标定与修正,降低了环境工况对温度测量的影响。试验表明,装置具备铂电阻温度实时监测功能,且准确性高、设计成本低,可替代工程现场温度采集设备,实现规模化应用。

基于LMS自适应算法模拟量采集模块的研制

传感器是试验系统的重要组成部件之一,其主要功能是将外界的物理信号转换为标准电压(0~10 V)、电流(4~20 mA)、电阻(Pt100)信号。工程试验现场通常通过专用采集模块实现变送器信号的采集、处理与传输。某试验系统传感器种类多、数量大、空间分布广泛,传统的数据采集模块易受外界工况及复杂电磁干扰影响。针对该问题,研制了一种模拟量采集模块,通过设计高精度转换电路和LMS自适应滤波算法,提高了信号测量的准确性。测试表明,模块整体功能、信号测量准确性均满足现场需求,可在工程试验现场广泛推广应用。

光照强度对菌藻共生系统处理海产养殖废水的性能影响及微生物群落变化

试验采用悬浮态菌藻共生系统,探究光照强度对菌藻共生系统海产养殖废水处理的性能影响。试验结果表明,当光照强度为4500 lux时,处理效果最好,COD_(Cr)去除率为96.87%,TN去除率为95.70%,PO^(3-)_(4)-P的去除率为94.34%,磺胺甲恶唑(SMX)的去除率为95.67%。各污染物主要在有光照的条件下被去除,黑暗期间的去除率较低。过高和过低的光照强度均对微藻和细菌的生长代谢产生抑制作用,二者活性和相互作用下降,影响胞外聚合物(EPS)的分泌量。光照强度对菌藻共生系统的微生物群落造成显著差异。过高的光照强度会降低微生物群落的丰富度和多样性,系统中的细菌逐渐转变为耐光性更强的细菌,同时反硝化细菌和SMX降解菌的丰度明显降低,但是会提高抑制藻华的菌属丰度。

基于C#和LoRa技术的压力测量监控系统设计及应用

压力是工业生产中的重要参数,在某些工业生产中,压力还直接影响产品的质量和生产效率。因此,工业上对压力参数的采集及监控尤为重要。为了减少在工业现场铺设通信线缆,文章选择了LoRa无线通信采集的方式,能够在易于安装、维护方便且节省成本的情况下实现对压力参数的监控。文章设计了基于C#和LoRa技术的压力测量监控系统。该系统下位机采用STM32单片机和LoRa模块开发的无线采集模块,负责采集压力参数,将采集的数据通过LoRa模块传输给上位软件监控。上位监控软件采用Visual Studio作为开发平台,实现对多个无线采集模块数据采集和实时控制,同时具备数据存储和查询、报警、报表管理和模块配置等功能。

硝酸盐氮对反硝化除磷的影响及过程控制

针对南方地区低碳城市污水的特点,探讨了ρ(NO_3^- -N)及其投加方式对DPB反硝化除磷的影响,并利用在线监测技术提出相应的优化控制策略.结果表明,ρ(NO_3^- -N)过高或过低,均会降低DPB的反硝化除磷效率,为保证DPB的高效除磷效果,应投加适宜的ρ(NO_3^- -N);通过对V(ORP)与pH的在线监测发现,在反硝化除磷过程中,硝酸盐不足量时,pH在硝酸盐消耗完毕、缺氧吸磷结束时出现折点;NO_3^- -N足量时,pH在缺氧吸磷结束时出现平台区,pH可以指示反硝化吸磷情况,对工艺的运行工况进行优化控制.而V(ORP)未出现指示反硝化和缺氧吸磷结束的特征点,无法作为反硝化吸磷过程的控制参数;NO_3^- -N的投加方式不影响反硝化除磷效率,但随投加次数增加,尤其是连续低浓度投加的方式,更有利于提高脱氮效果,降低系统内NO_2^- -N的积累量.

DO对SBBR工艺同步硝化反硝化的影响研究

实验研究了序批式生物膜反应器(SBBR)同步硝化反硝化生物脱氮城市污水处理工艺。试验结果表明:DO是影响SBBR工艺实现同步硝化反硝化的一个重要因素,将DO控制在2.8～4.0mg/L的范围内,可以取得较好同步硝化反硝化效果,总氮去除率可达67%以上。通过好氧反应过程中溶解氧在生物膜内反应扩散模型以及扫描电镜对生物膜的形态结构观察,分析了SBBR工艺同步硝化反硝化机理。SBBR工艺同步硝化反硝化主要是由微环境引起的,生物膜在好氧条件下能创造缺氧微环境,DO浓度直接影响生物膜内部好氧区与缺氧区比例的大小,进而影响硝化和反硝化的效果。DO浓度升高,使氧传递能力增强,使生物膜内部原来的微环境由缺氧性转为好氧性;反之DO浓度降低,生物膜内部微环境倾向于向缺氧或厌氧发展。

曝气量对SBBR生物除磷的影响研究

为了考察曝气量对序批式生物膜反应器(SBBR)除磷效果的影响,采用厌氧/好氧交替运行的方式,通过控制好氧反应过程中的曝气量,研究了不同曝气量时SBBR的好氧吸磷效果,以及不同曝气量对生物膜脱落量的影响,并推导了生物除磷过程中生物膜内溶解氧的扩散模型。结果表明,曝气量是影响生物除磷效果的一个重要因素,为了满足生物膜内聚磷菌对氧的需求量,加快氧的传递速率,增加活性生物膜的厚度,加快聚磷菌的好氧吸磷速率,必须提高液相主体中溶解氧的含量。选择适宜的曝气量能够促进生物膜的脱落与更新,起到调控污泥龄的作用,从而增强生物除磷的稳定性。

有机碳源对生物除磷的影响

研究了不同浓度乙酸盐和不同基质的有机碳源对序批式生物膜法生物除磷的影响以及磷的厌氧释放量和好氧吸收量之间的关系。结果表明 ,为获得稳定良好的生物除磷效果 ,厌氧时间必须保证生物易降解有机物在厌氧过程基本去除 ,同时COD负荷也不能太低 ,还要满足反应器中生物量能够实现净增长。研究认为乙酸盐能够较好地刺激聚磷菌厌氧释磷达到过量生物除磷 ,磷的厌氧释放量和好氧吸收量具有良好的相关性 ,为提高除磷效率必须保证足够的厌氧磷释放量。

序批式生物膜反应器的同步硝化反硝化研究

序批式生物膜反应器(SBBR)在好氧条件下能创造缺氧微环境,出现同步硝化反硝化现象。为在城市污水处理中实现持久稳定的同步硝化反硝化过程,研究了DO、C/N、温度和pH对SBBR同步硝化反硝化的影响。结果表明:DO是影响同步硝化反硝化重要因素,温度和pH对硝化菌和反硝化菌的生物活性具有明显的抑制作用,在中性和略偏碱性时可较好地实现同步硝化反硝化。

磷浓度对厌氧生物除磷效果及其微生物群落结构

通过厌氧培养基试验,考察了不同起始磷浓度对厌氧生物除磷的影响,并用16S rDNA分子生物学技术PCR-DGGE方法对稳定时期的各种泥样品中微生物群落结构进行跟踪研究.试验结果表明:随着磷浓度的升高,总磷的去除量增加,当总磷含量高于50 mg.L-1时,总磷去除量不随初始磷浓度的升高而升高.稳定培养状态下微生物多样性丰富,不同起始磷浓度污泥样品相似性不高,其中初始磷浓度为20 mg.L-1和60 mg.L-1的厌氧污泥样品相似性最低为67.4%,磷浓度条件可改善微生物群落结构.

SBBR工艺中亚硝酸型同步硝化反硝化的过程控制

采用序批式生物膜反应器(SBBR),在生物膜培养驯化初期实现了亚硝酸盐硝化,通过调节曝气量控制系统内的溶解氧浓度,实现了SBBR工艺中的亚硝酸型同步硝化反硝化生物脱氮,出水中亚硝酸盐累积率(NO2--N/NOx--N)达到90%左右,TN低于8mg·L-1,去除率为71.4%～85.6%。为了实现SBBR工艺中亚硝酸型同步硝化反硝化的过程控制,考察了亚硝酸型同步硝化反硝化生物脱氮过程中DO、pH和ORP的变化规律。试验结果表明,DO、pH和ORP的变化规律与反应器内COD的降解和"三氮"的转化有良好的相关性,并在不同温度条件下的亚硝酸型同步硝化反硝化硝化过程中具有良好的重现性,可以依据DO、pH和ORP在变化曲线上的特征点作为SBBR法亚硝酸型同步硝化反硝化的过程控制参数。

低碳城市污水反硝化除磷试验

采用序批式生物膜反应器(SBBR),基于缺氧吸磷理论,在(AO)-SBBR运行过程中引入一个缺氧段形成了一个全新的(AO)2-SBBR运行系统,经过4个阶段的培养驯化,反硝化除磷菌占全部聚磷菌数量的比例从14.82%增长到63.04%。在进水CODCr、总磷、总氮和氨氮浓度分别为156.41、4.64、33.08和30.64mg/L的条件下,出水总磷、总氮和氨氮浓度分别为1.06、17.55和4.32mg/L,相应去除率分别达到77.15%、46.94%和85.9%,有效解决了低碳城市污水同步脱氮除磷过程中有机物不足的问题。

INT-ETS活性及AUR和SOUR表征污泥活性的比较

为探索快速评价重金属对污泥活性抑制情况的方法,通过投加不同体积的重金属溶液进行活性污泥培养试验,研究Cd^(2+)、Zn^(2+)和Cr6+对活性污泥降解NH4+-N和CODCr的影响,并分别采用INT-ETS(碘硝基四氮唑脱氢酶)活性、AUR(氨摄取速率)和SOUR(比耗氧速率)3个指标分析污泥活性受重金属抑制的情况.结果表明:重金属对活性污泥去除NH4+-N的抑制作用比去除有机物的抑制作用更加显著,说明硝化细菌比异养菌对重金属的毒害作用更为敏感,并且NH4+-N去除率比CODCr去除率更能反映出重金属对污泥活性的影响.通过NH4+-N去除率的抑制情况对比发现,AUR是最能有效地用于表征重金属对微生物活性毒害作用的指标.对于Cd^(2+),INT-ETS活性的EC50最小,为19.164 mg/L,灵敏度最高,是表征Cd^(2+)抑制污泥活性的最佳指标;对于Zn^(2+)和Cr6+,AUR的EC50最小,分别为40.691和27.117 mg/L,灵敏度最高,是表征Zn^(2+)和Cr^(6+)抑制污泥活性的最佳指标.由3种重金属的EC50可以判断其毒性大小为Cd^(2+)>Cr^(6+)>Zn^(6+).

《泵与泵站》虚拟仿真实验教学系统设计与开发

基于虚拟仿真技术,结合《泵与泵站》课程特点,以离心泵设备和水泵特性曲线试验为依据,设计并开发了《泵与泵站》虚拟仿真实验教学系统。该系统具有送水泵站工程3D漫游、离心泵拆装、泵站启动运行以及离心泵特性曲线试验等功能。通过虚拟仿真技术的应用,可以改善教学效果,变革实验教学方式,降低训练成本;帮助学生利用虚拟实景,加快学生对抽象概念的理解,直观感受泵站实际工程,培育学生创新能力,增强工程实践能力。

(AO)_2—SBBR反硝化除磷工艺处理低碳城市污水

低碳源浓度城市污水的脱氮除磷一直是个难题,为此在AO—SBBR工艺中引入一个缺氧段而形成(AO)2—SBBR工艺,研究了AO—SBBR和(AO)2—SBBR对低碳源浓度城市污水中氮、磷的去除效果。试验结果表明:在进水BOD5/TN=3、BOD5/TP=17的情况下,(AO)2—SB-BR工艺比AO—SBBR工艺具有更好的同步脱氮除磷效果,对总磷的去除率达到了79.8%,对总氮的去除率从25.83%提高到51.26%,出水水质达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级标准。该工艺有效解决了低碳源浓度城市污水在同步脱氮除磷过程中有机物不足的问题,并在单一反应器中实现了反硝化除磷菌的增殖过程,反硝化除磷菌占聚磷菌的比例从14.82%增长到63.04%;反硝化除磷菌能够以低浓度的亚硝酸盐氮作为电子受体进行缺氧吸磷,如亚硝酸盐氮>10 mg/L则会抑制反硝化除磷菌的活性,而且这种抑制作用并不是瞬时的,至少要持续一段时间其活性才能恢复。

序批式生物膜反应器脱氮除磷技术

详述了序批式生物膜 (SBBR)技术的工作原理与技术特点 ,介绍了序批式生物膜 (SBBR)技术在污水生物处理中的研究与应用现状 ,探讨了序批式生物膜反应器 (SBBR)

外阻对双室微生物燃料电池性能的影响

实验分析了阴极硝化耦合阳极反硝化微生物燃料电池在不同外阻(10、100、500Ω和无穷大)下,电池的产电性能、阴极液和阳极液的电导率以及脱氮除碳能力的变化情况。结果表明,在低电阻下,输出的稳定电流较大,有机物降解速率较快,TN去除率较高。当外阻为10Ω时,输出的稳定电流是3.61 m A,COD的去除速率最快为10.33mg/(L·h),在运行160 h时TN去除率达到100%。MFC运行过程中,阳极溶液的电导率逐渐减小,阴极溶液的电导率逐渐增大。当外阻为10Ω时,阴阳极溶液的电导率差最大。CV扫描表明外阻对阳极生物膜氧化还原能力有影响,且低电阻下阳极形成的生物膜上产电活性菌的氧化能力越强。