基于水资源分异特征及其敏感性分析的生态功能区划——以哈尔滨市辖区优控单元为例

为提高松花江流域哈尔滨市辖区优先控制单元的水资源科学管理能力,采用SWAT模型对水资源时空分异特征进行模拟,结果表明:研究区内水资源时空分布不均匀,年内汛期与枯水期径流占比分别为56%和16.1%,径流年际变化范围为725~2872m^3/s,多年平均径流量为1320m^3/s,研究区月降水量在6月和8月呈现显著的上升趋势.水资源空间分布结果表明,丰/平/枯年份各亚流域水资源分布情况不同,水资源贡献较大的区域主要集中在亚流域20和23,其中亚流域20在丰、平、枯年份对径流的贡献率均最大,分别为10.64%,8.2%和11.31%.根据亚流域水资源敏感性特征,将哈尔滨优控单元进一步细化为8个四级生态功能分区,并结合功能分区目标给出水资源管理与利用方案,籍以指导流域水资源管理与科学利用.

微气泡O_(3)/H_(2)O_(2)深度处理某化工园区二级出水效能与机制

化工园区废水经过二级处理后,仍含有多种有毒污染物,依然对生态环境存在较大风险,为此,建立微气泡O_(3)/H_(2)O_(2)深度处理工艺,研究某工业园区二级出水处理效能,确定最佳工艺参数,探究污染物降解机制,并对处理出水进行毒性评价。结果表明:在pH为7.3、臭氧投加量为60 mg/L、H_(2)O_(2)初始投加量为114 mg/L、反应时间为15 min条件下,微气泡O_(3)/H_(2)O_(2)对二级出水中有毒污染物具有良好的降解效果,COD和TOC去除率分别达到47.41%和46.61%;微气泡O_(3)能够显著提高臭氧利用效率,缩短反应时间;与普通O_(3)曝气相比,臭氧利用率提高10%,反应时间缩短2/3;微气泡O_(3)/H_(2)O_(2)工艺过程中,有机物去除过程遵循表观二级反应动力学;电子顺磁共振(EPR)技术证明羟基自由基(·OH)参与有机物的降解过程,H_(2)O_(2)促进·OH的生成,微气泡曝气强化O_(3)/H_(2)O_(2)产生更多的·OH;二级出水中溶解性有机物(DOM)在深度处理过程中存在大分子物质向小分子物质转化的趋势;H_(2)O_(2)能够增强臭氧对疏水中性组分的去除能力,改变臭氧对污染物的降解途径。添加H_(2)O_(2)后,发光抑制率由100%(微气泡O_(3))降低至20%(微气泡O_(3)/H_(2)O_(2)),表明H_(2)O_(2)能够有效抑制臭氧氧化深度处理过程中急性毒性的升高。

液相循环水热法污泥减量及资源化利用

为攻克目前污泥水热产物价值相对较低、水热液过剩等问题,提出将水热液作为水热介质多次循环利用的工艺方案。通过分析污泥中氮、磷及有机质等重要资源在水热固、液相中的转化及分配规律,探究水热液循环利用在提高污泥水热产物价值、节约水资源方面的可行性和潜在优势。结果表明:水热液循环利用促进液相产物中氮、磷成分积累,在250℃水热条件下,3次循环后液相氨氮质量浓度高达17000 mg/L,液相总磷质量浓度为200 mg/L,分别是一次水热结果的4倍和5倍,显著提升水热液的资源回收效率;水热液循环利用促进水热固相的成炭过程,有助于提高污泥水热炭化产物的利用价值。通过调控水热反应强度、增加水热液循环次数,可实现水热产物价值最大化,同时提升水资源利用效率。研究结果可为水热法实现市政污泥高效减量化、资源化利用提供理论和技术支撑。

重力流膜生物反应器处理农村污水效能与机制

重力流膜生物反应器(GDMBR)具有低能耗、低维护和出水稳定的工艺特点,然而,目前关于利用GDMBR直接处理农村污水的相关研究较少,为此,探究GDMBR处理生活污水的通量变化规律、污染物去除效能以及不同膜孔径对其的影响。结果表明,GDMBR处理生活污水时可在无反冲洗条件下长期稳定运行,稳定通量为1.3~1.5 L/(m~2·h)。这是由于膜表面生物滤饼层内形成了疏松多孔结构,且膜孔内污染物含量极低。GDMBR工艺可在较低污泥质量浓度的前提下实现对COD和UV_(254)的高效去除,去除率分别为78%和85%,并有效保留污水中的氮源和磷源。此外,不同膜孔径对GDMBR工艺除污染效能的影响甚微,但微滤膜构成的GDMBR系统的稳定通量略高于超滤膜系统。

CANON颗粒污泥高效脱氮及处理生活污水实验研究

为研究全程自养脱氮(CANON)颗粒污泥高效脱氮及处理生活污水的可行性,应用SBR反应器,首先在高氨氮条件下,通过搅拌快速启动CANON颗粒污泥,然后通过提高污泥质量浓度短时间内快速提升脱氮效能,最后研究了该工艺在生活污水中应用的可行性.结果表明:CANON颗粒污泥在40 d内成功启动,126 d颗粒粒径为760μm,负荷达1.01 kg/(m3·d),多糖与蛋白质比值变化与粒径增长相关;通过外加颗粒污泥,77 d内总氮去除负荷迅速提高到3.22 kg/(m3·d);在处理生活污水实验中实现了氮素和有机物的同步去除,可以有效应用于常温生活污水脱氮.

采用水力剪切强度优化短程硝化反硝化除磷颗粒污泥性能

短程硝化反硝化除磷具有氧气消耗量小、碳源需求低以及污泥产量低等优势,但好氧颗粒污泥随着运行因粒径过大容易解体失稳。为解决失稳问题并保证反硝化聚磷菌(denitrifying phosphate accumulating organisms,DPAOs)具备充足的缺氧区,将长期以人工配水培养的颗粒污泥作为种泥,通过优化水力剪切强度调控粒径分布,实现处理生活污水的稳定运行,并探究不同水力剪切强度对颗粒结构的影响。结果表明,具有最优同步脱氮除磷性能且颗粒结构致密的粒径范围为800~1400μm,通过调控水力剪切强度至1435.2可将这一粒径范围内的颗粒占比提高到53.39%。待颗粒粒径稳定后,出水COD远低于50 mg/L,TN去除率达90%左右,出水TN质量浓度约为4.28 mg/L,TP平均去除率为93.45%,出水TP质量浓度均在0.5 mg/L以下。此外,三维荧光结合平行因子对胞外聚合物的分析表明,提高水力剪切强度能够降低腐殖酸的质量分数并提高蛋白质的占比,有利于优化颗粒沉降性能以及提高致密性。通过优化粒径范围,利用自身缺氧区富集DPAOs并逐渐淘汰亚硝酸盐氧化菌,同时避免了丝状菌膨胀现象,稳定实现了对生活污水的短程硝化反硝化脱氮除磷处理。

泥水混合水解酸化预处理下同步硝化反硝化除磷颗粒污泥运行

为实现生活污水下同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)系统的稳定运行,选用SBR接种人工配水培养的SNEDPR颗粒污泥,以实际生活污水和污泥经混合水解酸化预处理为进水基质,通过优化预处理单元水力停留时间(HRT)联合SBR排泥方式实现该系统稳定运行。结果表明,预处理单元HRT从12 h降至4 h时,水解酸化液提供的乙酸、丙酸质量浓度和挥发性脂肪酸(VFA)占比提高,好氧颗粒污泥(AGS)内厌氧聚羟基烷酸(PHA)储存量增加,同步硝化反硝化(SND)效率提升至58.1%,出水TN降至7.8 mg/L左右。同时,底部排泥的SBR内小颗粒占比上升、LB-EPS增加,系统沉降性能变差;顶部排泥下成熟老化的大颗粒占比上升,颗粒含水率和强度下降;而选择性排泥的SBR内颗粒粒径集中在0.5~0.9 mm,颗粒结构密实、强度高,颗粒内细菌分层分布增强SND效果,批次实验表明,NOB和GAOs活性降低,系统内以NO_(2)^(-)为电子受体的DPAOs占比提升至40.5%,同步硝化内源反硝化除磷效率得到提升。预处理单元较短的HRT联合选择性排泥处理生活污水颗粒性能稳定,系统出水TN和TP均达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中所规定的一级A标准,可实现氮磷的高效稳定去除。

AOA后置短时低氧曝气实现短程硝化反硝化除磷

为培养亚硝酸盐型反硝化聚磷菌实现好氧颗粒污泥(AGS)短程硝化内源反硝化除磷,设置3组同规格以厌氧/好氧/缺氧后置短时曝气(AO_(1)A-O_(2))模式运行的SBR,各反应器好氧段/后置好氧段(O_(1)/O_(2))的曝气强度和曝气时间均不同,通过对比3组反应器60 d的运行情况,探究各系统污染物处理性能和功能菌活性。结果表明,后置短时低氧曝气10 min且O_(1)、O_(2)的曝气强度分别为5、2.5 L/(h·L)的R2脱氮除磷效果最佳,其COD、TP、NH^(+)_(4)-N、TN去除率达95.49%、95.57%、100%、95.52%。通过短时好氧饥饿和低溶解氧可以创造出短程硝化内源反硝化除磷的最适环境,R2中约60%的除磷菌为DPAOs,且亚硝酸盐型聚磷菌最多,可达38.76%,其反应器好氧段的亚硝酸盐积累率(R_(NA))为74.19%,实现了较高的NO^(-)_(2)-N积累,游离亚硝酸(FNA)为1.03μg/L,可抑制PAOs和NOB,同时富集出更多的AOB和DPAOs。

基于机器学习的纳滤膜预测筛选模型构建与评估

纳滤净水技术是应对水资源危机和水质安全保障的核心技术之一。然而,纳滤膜性能长期受渗透性与选择性制约,亟需开发高性能纳滤膜。纳滤膜制备过程涉及水相单体质量分数、水相添加剂质量分数、油相单体质量分数、聚合时间等因素,传统的试误实验法需消耗大量的人力、物力与财力。依据纳滤膜制备参数,构建基于机器学习的纳滤膜预测筛选模型。结果表明,XGBoost机器学习模型可有效预测纳滤膜纯水通量与截留性能,对纯水通量和截留性能的R~2评价指标分别为0.84和0.90。采用SHAP值法对XGBoost机器学习模型中的输入参数进行量化分析,发现水相单体质量分数与基膜类型对纯水通量有最高的绝对平均SHAP值,分别为2.77与2.59,而面向纳滤膜截留性能的关键参数绝对平均SHAP值相对接近。单体子结构特征分析结果显示,亲水性子结构特征与支链型子结构特征有助于提升纳滤膜纯水通量,胺基则促进纳滤膜的截留性能。构建的纳滤膜预测筛选模型有助于关键参数的识别与优化,为纳滤膜的开发提供理论与技术指导。

水质条件对厌氧氨氧化颗粒污泥EPS含量的影响

为研究水质条件对厌氧氨氧化颗粒污泥EPS含量的影响,采用16个SBR反应器研究同周期内基质利用阶段与基质匮乏阶段EPS含量的变化以及总氮质量浓度、IC/TN、COD/TN对于厌氧氨氧化颗粒污泥EPS含量的影响.结果表明,同周期内,基质利用阶段的EPS含量不断升高,基质匮乏阶段EPS含量不断降低;总氮质量浓度为35~280 mg/L时,提高总氮质量浓度可以提高EPS的含量,总氮质量浓度>280 mg/L时EPS含量有所减少;IC/TN为0.01~0.2时,EPS及其各组分含量随无机碳质量浓度的升高而增加,IC/TN>0.2时,无机碳质量浓度对于EPS及其各组分含量无明显影响;COD/TN<0.5时,有机物对于EPS含量具有促进作用,COD/TN>0.5时,有机物的提高对于EPS含量有抑制作用.在厌氧氨氧化颗粒污泥工艺的实际运行过程中,应避免过长的基质利用阶段与基质匮乏阶段,总氮质量浓度应保持在150~210 mg/L,无机碳质量浓度应保持在IC/TN为0.1~0.2,有机物质量浓度应保持在COD/TN<0.5.

生物强化工程菌的构建及其在石化废水处理中的应用

为解决石化废水在低温下生化处理效果差的难题,通过石化废水厂二沉池出水的GC-MS分析,确定了石化废水中的特征污染物,在此基础上进行了生物强化工程菌的筛选、驯化与构建.同时,为验证投加工程菌的生物强化技术处理石化废水的效果,开展了二级A/O工艺处理低温石化废水的中试研究.结果表明,工艺稳定运行期间,在进水水质波动较大（COD=370-910m.gL^-1,NH＋4-N=10~70m.gL^-1）、水温低于13℃的情况下,出水COD和NH＋4-N平均浓度分别在80mg.L-1和8m.gL-1左右,水质优于污水综合排放标准（GB8978-1996）中表2一级标准.经对中试装置出水的GC-MS分析可知,难降解有机污染物的种类为由未经生物强化的68种减少到32种,绝对石油烃含量、苯系物、卤代物等的含量较未强化的系统都有大幅度地下降.因此,经生物强化后,系统对难降解有机物的处理能力大大地增强,生物强化技术应用于低温石化废水的处理是有效的、可行的.

MBR-SNAD工艺处理生活污水效能及微生物特征

为考察基于膜生物反应器(MBR)的同步亚硝化厌氧氨氧化反硝化(SNAD)工艺处理生活污水的可行性,在SNAD工艺稳定运行的MBR中逐步加入生活污水,同时微调曝气量及HRT等参数,考察生活污水中污染物的去除效果,通过物料衡算计算不同阶段反应器内的脱氮路径,同时通过克隆-测序技术分析了微生物种群特征.结果表明,MBR-SNAD工艺可以实现生活污水中C、N及SS的同时高效去除,总氮去除负荷达0.65 kg/(m3·d),出水氨氮小于5 mg/L;COD去除率达87%,出水COD小于50 mg/L;浊度去除率达99%,出水浊度在1 NTU以下,SS在10 mg/L以下,达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918—2002)的一级A排放标准.反应器中存在约12%的反硝化脱氮和88%的全程自养脱氮(CANON),实现了异养脱氮和自养脱氮的协同合作.好氧氨氧化菌、厌氧氨氧化菌和反硝化菌共存于系统内.MBR-SNAD是处理生活污水的适宜工艺.

城市局地热气候预测及热岛效应缓解策略

为量化分析下垫面对局地热环境的影响,采用多用途建筑区域热气候评价模型,以深圳国际低碳城核心启动区为对象,讨论下垫面构成对热岛强度及热舒适性的影响.研究表明:最大局地热岛强度体现最热极端情况的气候差异,平均局地热岛强度反映全天气温的平均差异;夜间平均局地热岛强度高于白天;自然下垫面中,增大水体和树木的覆盖率起到的降温效果更好,而适当增加草地的覆盖率能更有效地提高室外环境舒适度.

连续回流生产废水对净水厂出水水质影响的中试研究

为考察连续回流净水厂生产废水对出水水质的影响,采用中试实验模型,研究东北地区夏冬两季连续回流净水厂生产废水14 d的水质变化规律.夏季沉淀池污泥和反冲洗水最佳回流比分别为4%和6%,冬季为2%和6%.在满足沉后水出水浊度达标(<2.5 NTU)的前提下,夏、冬两季废水连续直接回流工艺与不回用相比,可分别节约33.3%和18.2%的混凝剂投加量.在整个回流运行周期中,连续监测浊度、色度、UV254、TOC等出水水质指标,结果表明,与不回流相比,回流工艺可以有效提高污染物的去除,而且,较高温度时还可以提高污染物的去除率.在连续回流过程中,出水水质稳定,未发现明显的污染物富集现象.废水回流是强化混凝过程的有效方法.

秸秆能源化工程原料运输半径经济和环境评价

根据区域特点和工程类型提出秸秆能源化工程原料运输半径,对推进工程的应用、原料稳定供应、提高经济收益以及改善生态环境具有重要意义.以秸秆能源化工程原料运输半径为核心,提出秸秆能源转化密度、工程经济和环境效益评价模型,评价指标包括单位经济效益、温室气体和PM2.5减排潜能.对哈尔滨地区发展秸秆能源化工程的运输半径进行了经济和环境评价,结果表明:哈尔滨地区是黑龙江省发展秸秆能源化工程的优势区域,在发展秸秆沼气、乙醇、热电联产和成型燃料工程时,经济效益最优原料运输半径分别为37、35、22和4 km;此时,4类能源化工程的环境效益从高到低依次为秸秆沼气、乙醇、热电联产和成型燃料工程.

给水球墨铸铁管腐蚀特性及腐蚀对水质的影响

为研究给水球墨铸铁管腐蚀特性及腐蚀对水质的影响,以球墨铸铁管为主体制作三电极反应体系,以微生物为控制变量利用电化学工作站测定球墨铸铁管电化学腐蚀参数,同时分析腐蚀体系内水体水质变化.结果表明:非灭菌组自腐蚀电位66 d均值-0.515 V,自腐蚀电流密度均值7.61×10-4m A/cm^2,期间水质迅速变差,总铁质量浓度3 d后超标,色度和浊度最终分别达72、115 NTU.灭菌组自腐蚀电位66 d均值-0.471 V,自腐蚀电流密度均值5.26×10-4m A/cm^2,腐蚀强度较灭菌组稍缓,但水体最终变成"黄水".没有或失去防腐涂层而暴露于水体中的给水球墨铸铁管初期极易发生以电化学腐蚀为主的综合性腐蚀,严重影响水质.

除铁除锰水厂反冲洗泥吸附除砷

除铁除锰水厂生物滤池反冲洗过程产生大量富含铁锰氧化物的污泥,直接排放会对环境造成污染,为此,采用XRD和TEM对预处理后的反冲洗泥进行表征,并通过静态吸附试验研究其吸附除砷特性和相关机制.结果表明:铁锰氧化物反冲洗泥为无定型结构,粒径小且比表面积大.Langmuir等温方程更符合铁锰氧化物反冲洗泥对As(Ⅴ)吸附特性(R^2>0.99),As(Ⅲ)吸附行为不能由单一模型模拟.25℃时As(Ⅲ)和As(Ⅴ)最大吸附容量分别为36.53和40.37 mg/g,温度越高吸附容量越大.准二级动力学能较好地反映铁锰氧化物反冲洗泥对As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的等温吸附动力学(R^2>0.99),随着pH升高对As(Ⅴ)的吸附量逐渐降低,As(Ⅲ)吸附量降低、升高再降低.H_2PO_4^-与SiO_3^(2-)能显著抑制砷的吸附,其他离子对吸附过程影响不大.

AMF对美人蕉修复水体除草剂污染的影响

阿特拉津在水体中的残留对水生环境和人类健康具有重大的威胁,植物修复是针对环境中阿特拉津的有效原位修复方法.采用水培盆栽试验研究丛枝菌根真菌对美人蕉植物修复阿特拉津的影响,结果表明:在接种丛枝菌根真菌30 d后,美人蕉与丛枝菌根真菌形成稳定的共生关系,美人蕉根系的菌根侵染率达(22.1±4.6)%;丛枝菌根真菌缓解了阿特拉津对美人蕉生长的抑制作用,提高了在阿特拉津胁迫下美人蕉的株高、根长和生物量,菌根效应在美人蕉的生长上作用显著,并且在阿特拉津质量浓度为5 mg·L^(-1)时,菌根效应达到最大值;接种丛枝菌根真菌可以显著提高美人蕉对阿特拉津的降解速率,减小阿特拉津的半衰期,并且提高美人蕉植物修复阿特拉津的适用质量浓度范围.接种丛枝菌根真菌的美人蕉是阿特拉津污染修复的理想选择,本研究为阿特拉津水体污染原位修复提供一种可行的解决方案.

低温高铁锰氨氮地下水两级生物净化工艺

针对"一级曝气+一级过滤"生物净化工艺处理低温(5~7.8℃)、高氨氮(ρ(NH_3-N)>3.0 mg/L)、高铁锰(ρ(总Fe)>12 mg/L,ρ(Fe^(2+))>8.0 mg/L,ρ(Mn^(2+))>3.0 mg/L)地下水出水锰和氨氮超标问题,开展两级曝气+两级过滤"净化工艺启动和铁锰氨氧化活性去除区位研究.两级生物净化工艺经133 d驯化培养启动成功,锰是影响启动周期长短的主要因素.启动成功后,氨氮去除负荷可达29.66 g/(m^2·h),锰去除负荷可达27.08 g/(m^2·h),产水量是单级净化工艺的2倍.铁锰氨氧化活性去除区位表明,铁在一级滤柱0~50 cm滤层内去除至痕量;55.23%的氨氮在一级滤柱中去除,主要集中在滤层0~135 cm段,44.10%的氨氮在二级滤柱中去除,主要集中在滤层0~50 cm段.锰和氨氮在氧化去除过程中存在显著分级,ρ(NH_3-N)>2.25 mg/L时,会显著抑制锰氧化菌(MnOB)活性.锰在各级滤柱中的去除率和去除区位受进水氨氮质量浓度及滤速影响较大,滤柱启动成功后,仅有5.53%的锰在一级滤柱中去除,89.34%的锰在二级滤柱中去除.

基于响应时间效应的突发水污染应急决策分析

近期,中国频发的突发水污染事件及其造成的重大环境和经济损害,在很大程度上是由于相关责任人对污染危害程度及其发展趋势认识严重不足、应急准备缺失和处置响应迟滞造成的.为此,从污染物在水中的扩散规律及环境经济危害与污染控制费用的动态发展趋势角度出发,构建以响应时间为决策变量,以应急处置费用最小化为目标函数,以水质达标和物资准备时间为约束条件的突发水污染应急处置决策模型,采用情景分析的方法,将物资获取、运输、装卸与装配等的时间因素对目标函数的影响进行量化分析,揭示应急物资准备工作的各个环节的实施时间、污染现场条件对应急处置费用的影响程度.在假定的典型情景中,突发水污染应急响应延误1 h,应急处置费用会增加约163万元.研究结果不仅能为污染事件相关责任人清晰地展示事故应急响应延误的严重后果,还可为决策者在应急处置战略点选择、应急处置技术方案选择以及应急物资储备库构建方面提供量化的信息支持.