污水处理厂中碳酸钙结垢产生的机理探讨

在污水处理厂中,处理设施/设备结垢现象非常普遍,降低了污水处理效率。本文以碳酸钙结垢为例,讨论了水质水力条件、微生物诱导、EPS吸附、膜表面浓差极化、生物填料和设备表面黏附性能等五个因素对结垢的影响。最后结合碳酸钙结垢产生机理,提出了关于预防或减轻碳酸钙结垢的建议:通过控制/利用生物反应过程中酸碱变化及藻类等自养生物的生长等手段避免碳酸钙溶度积达到沉淀时溶度积Ksp;选择合适(表面光滑)的材料/设备;及时对设备进行反冲洗,必要时添加防垢剂等。

中小城市综合管廊建设进展及经济水平分析

地下综合管廊作为一项公共基础设施"物美"却不"价廉",大城市中大部分都开展了管廊建设,部分中小城市却因经济基础条件差、城市规模小而导致建设能力及需求被质疑,管廊建设推进较为缓慢。通过对现状开工建设管廊的中小城市的城市数量情况、城市经济情况进行调研,反映中小城市管廊建设的普及程度,分析中小城市建设管廊的必要性及经济可行性,并对经济水平落后的中小城市的经济活力和管廊需求性进行分析,希望能够给以后中小城市的管廊建设提供参考依据,推动中小城市管廊健康高效发展。

分析及优化雨洪潮遭遇下城市水系排水防涝系统

以福建省沿海城市P的北洋区域作为研究区域,利用SWMM模型模拟30年一遇最不利24h降雨遭遇洪潮时,区域现状城市水系排水能力以及内涝分布情况;并通过模拟的结果,对区域本底水系进行调整。通过优化水系排水方向、重构排水防涝河网以及改造新增蓄涝区来完成城市排水防涝系统的优化。优化后的排水防涝系统可将现状南北向排水调整为东西向排水,减弱潮汐顶托作用,并以最佳主干河道规模和新开排放口数量,提升水系调蓄和排水能力;最后确定蓄涝区位置与调蓄容积,收纳剩余因潮汐顶托而产生的涝水量。结果表明优化的排水防涝系统有效的解决了现状4195.42万m^3的涝水量,并将洪水排放水量提升了2.25倍,水系排水能力得到了较大加强,P城市北洋区域排水防涝问题被有效解决。

饮用水处理过程中溶解性有机物表征方法的研究进展

溶解性有机物(DOM)结构、组分复杂,传统水处理工艺(混凝、沉淀、过滤、消毒)、深度处理工艺等对DOM去除有限,在消毒过程中可能生成消毒副产物.DOM的结构、组分影响其在饮用水处理过程中的去除效果.为了深入了解DOM在饮用水处理过程中的结构、形态变化,需采用多种检测方法对其变化进行表征.本文围绕DOM在不同饮用水处理工艺中的分子量、馏分、芳香性及荧光组分等性质的变化,综述了当前饮用水研究较为广泛的预处理分级(物理分级-超滤膜过滤、化学分级-树脂吸附)、紫外-可见吸收光谱、三维荧光光谱等表征方法的研究进展,对不同表征方法的优点及局限性进行了详细探讨,以期为准确评估水处理过程中DOM的变化提供科学依据.

中小城市管廊建设现状分析

目前我国管廊建设主要集中在大城市及以上规模的城市,中小城市由于条件限制开展相对滞后,发展较为缓慢,且缺乏中小城市管廊建设的实践经验。为解决中小城市管廊建设经验缺乏的问题,对开展管廊建设的中小城市管廊建设规模和建设位置进行调研和分析。经分析可知:1)中小城市管廊的建设位置主要为城市主干道和新区建设区域;2)2016年管廊的开工建设长度非试点中等城市基本上在20 km以内、小城市基本上在10 km以内,试点城市平均在20 km以上。

UV/NaClO高级氧化法降解再生水中磺胺甲恶唑

为了提高再生水水质,采用UV/NaClO高级氧化法降解水中的磺胺甲恶唑(SMX),对比各种降解方法对SMX的去除效果,研究影响UV/NaClO降解SMX的因素,考察消毒副产物三氯甲烷(CHCl_3)的产生情况,研究SMX在实际再生水中的去除效果.研究表明,UV/NaClO降解SMX的速率常数是单独UV、单独NaClO、UV/H_2O_23种处理方法的3.9、60、2.5倍,降解的最佳pH为3～8;NaClO投量会影响去除效果,在SMX初始浓度为1μmol/L,pH为7.4的条件下,最佳投量为0.1 mmol/L;污水厂二级出水和水环境中普遍存在的腐殖酸会与SMX竞争活性自由基和光子,降低了SMX去除率;与单独NaClO处理相比,利用UV/NaClO工艺能够明显减少水中三氯甲烷的产生;SMX在实验室超滤机过滤后的自来水中的降解速率是在实际再生水中的6.8倍.

从污水中技术回收氮不具经济性

从视污水为一无是处的废物到认为它全身都是宝,并试图实施全元素回收的认识转变经历了近半个世纪。这种理念的转变显然是基于人类对自身发展模式的逐渐否定,以建立可持续发展的终极目标。于是,污水资源化、能源化成为当今世界污水处理技术发展的主题。其中,以磷回收、碳中和为目的的污水处理技术是近期全球普遍关注的热点。然而,全元素回收的提法也不绝于耳,特别是将磷回收与氮回收相提并论。磷本源与归宿和氮完全不同,前者来源于矿藏,使用后流失于海洋,后者的来源及归宿都是可再生、占大气比例为78%的氮气。显然,污水中氮回收是否在经济上具有效益需要进行技术经济比较。通过对各种污水氮回收技术与传统工业合成氨(氮肥)进行经济比较,确认技术回收氮方式并不经济,其实也非急迫。最经济而又无技术含量的氮回收其实是正在被撇弃的污水农灌。

城市综合管廊建设可行性分析

在资源节约型、环境友好型、智慧型城市建设背景下,城市基础设施向现代化、集约化转变,城市综合管廊建设具有良好的发展前景。通过国内外城市综合管廊的建设情况,详细分析了城市综合管廊建设的可行性。建设城市综合管廊所带来的经济效益与社会效益远超出综合管廊自身建设时所增加的一次性投入,我国应抓住城市综合管廊建设的机遇,投资兴建一定规模的城市综合管廊。

A^2/O工艺用于污水处理厂升级改造的适宜性探讨

以国内普遍采用的A^2/O工艺为背景,通过与UCT工艺的模拟对比,揭示A^2/O在脱氮上略逊UCT,而在除磷方面明显落后于UCT。倒置A^2/O虽能避免回流污泥中的硝酸盐氮对厌氧释磷的影响,但却以牺牲生物除磷为代价。进言之,UCT较A^2/O可聚集更多反硝化除磷菌(DPB),这将最大化同步脱氮除磷作用,同时亦可节省曝气量。但是,UCT在生物除磷上的优越性会导致出水SS的高含磷量(5%~6%),所以,较高的出水SS(10 mg/L)肯定会产生较高的出水总磷(TP)。降低出水SS(5 mg/L)并辅助外加碳源或侧流磷沉淀,UCT工艺出水水质不仅可以满足国家一级A标准,甚至还能达到更为严格的北京地方排放标准的A标准。厌氧单元上清液侧流磷沉淀与外加碳源具有异曲同工之处,可以将化学除磷宏量效果好、生物除磷微量效果佳之特点发挥至极致,不仅避免了外加碳源,亦可实现磷回收。

污水处理过程水温变化模型构建与验证

污水处理是一个复杂的生物、物理及化学反应过程.污水水温直接影响到污染物生物处理效果,并对污水处理运行能耗产生重要影响.另一方面,污水中也蕴含着相当热能,是潜在可以回收的低品位能源,加以利用则有望实现污水处理碳中和运行.然而,现有研究很少涉及污水处理厂污水进、出水水温变化及其影响因素;工程中也只强调冬季保温,并无法从微观角度认识处理过程水温变化规律.为此,研究尝试构建污水处理过程水温变化热量衡算模型,涵盖污水生化反应、机械传热、环境热传递和水蒸发热损失等4个主要涉热过程.与此同时,收集北京某污水处理厂实际水温、气温数据,借助热量平衡图来模拟污水处理过程中水温变化,并对理论模型参数进行校验和修正.通过参数敏感性分析,可以评价不同参数对水温热量的影响程度.基于这些工作,一个污水温度变化模型被构建成功,可用于指导实际污水处理厂水温控制或余温热能回收过程,可助力污水处理厂节能降耗、甚至实现碳中和目标.

污水处理厂PFAS来源、迁移转化与去除方法

人工合成全氟/多氟烷基化合物(PFAS)因其结构中含有碳-氟键,使其具有疏水、疏油等特性而被广泛应用于人类生产、生活之中.使用后的PFAS大多都汇集于污水处理厂中,成为环境中一个重要的汇.加之,污水生物处理过程大多只能对PFAS前体物质进行转化而不是降解,以至于常常导致出水中PFAS浓度高于进水,甚至成为PFAS的源.因进入人体的PFAS的生物累积性和持久性会造成不同程度人体健康损害,所以,欧美等国家已开始限制PFAS的使用并致力于去除现存环境中的PFAS.在系统总结PFAS来源、浓度、转化和去除的基础上,对现存各种去除方法进行了效果分析,以便为后续污水处理厂污水、污泥中PFAS迁移转化及去除等进一步研究提供参考.最终得出,现有去除方法对PFAS去除降解效果十分有限;对出水吸附PFAS后原位同步降解、采用污泥焚烧处理似乎是最为有效的去除PFAS手段,也是未来该领域应重点研发的技术.

污水潜能开发取决于适时补贴政策

污水中含有大量化学能(COD)和热能(余温),其潜在含能值可达污水处理运行所消耗能量的9~10倍。转化污水化学能和热能其实可采用常规技术,传统污泥厌氧消化和水源热泵技术即可奏效。然而,看似简单而又成熟的厌氧消化与水源热泵技术在我国污水处理行业应用十分有限,并不普及。究其原因,政府管理层面意识和认识滞后乃是其主要瓶颈,缺乏有效的政策/法律、经济补贴措施,制约了对污水潜能的开发与利用。在这一问题上,欧美等发达国家或区域组织的做法与经验值得学习和借鉴。介绍了欧美等国政策制定、法律形成、经济补贴、税收减免、市场调节等环节对污水潜能开发的推动作用,供我国相关管理部门参考,以期撬动我国对污水巨大潜能的开发与利用。

污水碳源分离新概念——筛分纤维素

追求污水处理碳中和运行目标产生了从污水中前端分离碳源(碳捕捉)的欧洲概念,使之用于后端厌氧消化转化甲烷。我国市政污水碳源(COD)浓度普遍偏低,连脱氮除磷碳源需求都难以满足,这就限制了碳捕捉的理论和实践。然而,另外一种碳捕捉概念似乎是普遍适用的,那就是前端筛分纤维素。纤维素物质本身化学结构异常复杂、稳固,在污水好氧处理以及污泥厌氧消化过程中都难以降解,最后大多残留于消化污泥之中,从而加大剩余污泥产量。况且,纤维素与丝状细菌结构上有相似之处,存在"架桥"而导致污泥膨胀的可能。因此,将纤维素在污水处理前端以大孔径膜分离方式筛分出来应该是为污水、污泥处理减负的重要举措;筛分后的纤维素可回收用作他用(如生产透水沥青等),纤维素筛分后可降低整体运行能耗40%,增加处理负荷30%。介绍了筛分纤维素概念,综述其研究与应用现状,评价碳源分离技术的应用前景。

碳中和VS水体甲烷超量释放/甲烷悖论

碳中和目前已成为国际共识,亦是我国政府的政治承诺.实现碳中和目标无疑需要人为努力,但自然界还存在着一些仍未完全被认知但又不可小觑的碳排放源.例如,地表水体中在常规水底沉积物厌氧产甲烷(CH4)现象之外还存在着一种非常规CH4释放现象(甲烷悖论),且这种非常规CH4释放量在某些地区甚至超过化石燃料使用、汽车尾气排放、管道泄漏等温室气体排放量总和.如果这种现象变得普遍,则有可能形成在21世纪中叶虽可实现碳中和目标,但在世纪末却难以完成控温<2℃的尴尬局面.因此,有必要了解甲烷悖论现象及过程机制,高度警惕甲烷悖论现象下的CH4超量释放现象,而不仅仅是以完成碳中和作为唯一目标.基于碳中和目的,首先简述水体底泥常规甲烷生成途径,并由此引出水体甲烷超量释放现象,即甲烷悖论.其次,综述现有甲烷悖论过程机理研究,揭示表层有氧水体过量释放甲烷现象的实质.最后,分析调控甲烷悖论有可能适用的技术策略.

甲烷氧化耦合污水脱氮研究进展

污水处理厂厌氧池或污泥厌氧消化系统存在着溶解态甲烷(DCH_(4))外溢风险,不仅会造成直接碳排放,也形成资源/能源的浪费.另一方面,污水处理厂常常需要外加碳源来满足脱氮需要,导致运行成本增加和间接碳排.若转换思路,利用CH_(4)作为脱氮碳源,则有可能一箭双雕地解决问题.基于此,首先综述了好氧与厌氧甲烷氧化形式、发现/发展路径,并剖析它们的代谢途径及相关微生物.以此为基础,重点总结以NO_(3)^(-)、NO_(2)^(-)、甚至强温室气体N_(2)O作为电子受体的厌氧甲烷氧化途径,并从经济性和碳减排等方面论述甲烷厌氧氧化耦合反硝化(DAMO)工艺的潜在应用前景.最后,从接种微生物、培养环境等方面剖析DAMO工程应用的技术限制与瓶颈.综述表明,好氧甲烷脱氮技术功能微生物所需生存环境相左,致使工艺在实践中难以应用;相形之下,厌氧甲烷反硝化技术则较具应用潜力,但仍需深入研究,以提高功能微生物的鲁棒性.

硫自养反硝化技术优劣辨析

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.

污泥EPS高值、高效提取与回收技术发展趋势

污泥有机质(特别是胞外聚合物,EPS)高值产品回收将会推动污水/污泥资源化.然而,EPS典型提取方法效率较低、回收产物成分复杂,限制了EPS目标物质的高效提取、降低了回收物的潜在高值应用.为此,探究高值、高效EPS提取/回收技术极为重要.这就需要改变目前典型的"笼统"EPS提取方法,将"胞外多糖"和"胞外蛋白"这样的模糊提取物(实为"有机物混合物")转变为单目标物质(如类藻酸盐物质、酸溶性EPS、硫酸盐多糖、淀粉样蛋白质以及透明质酸等)或多目标物质(依靠物理、化学性质差异分离、提纯),实现产物的定向提取并保证其纯度,从而使回收产物获得高值利用.另一方面,把握进水水质、营养物负荷以及运行环境对污泥EPS形成的影响亦十分重要;同时,需要鉴定易形成EPS的优势菌并掌握其生理、生化特征,这对通过污水处理运行而"原位"增加EPS污泥本底含量具有非常重要的意义.此外,还需要针对高值组分进一步发展优化提取方法(如添加表面活性剂等),以实现回收物高效提取与高值回收利用.

厌氧氨氧化技术研究与应用反差现象归因

厌氧氨氧化(ANAMMOX)因无需氧气和有机物而被视为可持续污水处理技术,以致学界对其研究趋之若鹜并愈演愈烈.然而,20多年过去了,过热的研究与少有的工程应用形成了巨大反差,这一现象耐人寻味.因此,有必要对产生这种反差现象的原因进行理性分析,以期获得对ANAMMOX技术工程应用场景以及运行瓶颈的清晰信息.分析表明,ANAMMOX工程化步履蹒跚的主要原因为应用场景误区与运行控制难度.ANAMMOX技术定位于高氨氮(NH_(4)^(+))、低有机物(COD)浓度厌氧消化液或类似工业废水,即属于应用场景较小的小众技术.再者,实现ANAMMOX的关键是前端与之匹配的亚硝酸氮(NO_(2)^(-))积累,而这恰恰成为其运行成败的关键.尽管存在着多种让NO_(2)^(-)积累的方法,但实现其稳定运行最后均归结为精准的控制技术,因为ANAMMOX本身以及NO_(2)^(-)积累所需要的环境窗口均十分狭窄.另一方面,ANAMMOX过程本身并不产生强温室气体-氧化亚氮(N_(2)O,温室效应为CO_(2)的265倍),但无论是短程硝化(PN)还是短程反硝化(PD)均涉及N_(2)O释放且量并不低,这就让原本可持续的ANAMMOX工艺蒙上了应用阴影.因此,对ANAMMOX的研究应适当降温,即使是针对性的应用场景也应重新评估其碳排放问题.

剩余污泥气化、液化劣势所在及其能量平衡

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.

农村厕所改造现状及存在问题探讨

在我国广大的农村地区,由于卫生系统的缺乏及传统旱厕的应用引发的一系列环境污染及健康安全问题日益严重,致使农村厕所改造迫在眉睫。因此,分别从工作原理、存在优势及国内改造情况等方面介绍了几种目前农村应用比较普遍的厕所(三格化粪池、双瓮式厕所、沼气池厕所、粪尿分集式厕所、堆肥厕所及完整下水道水冲厕所等)。通过分析总结,认为农村厕所改造在应用中应重点解决终产物的处理问题,建立农户与企业互利共赢并使资源得到有效回收利用的产业系统,这种可持续发展模式将作为推进农村厕所改造进程的重要突破口,为后期工程的推进提供重要的指导意义。