温度和初始颗粒大小对絮体破碎再絮凝的研究

鉴于絮体的形成/破碎/再絮凝过程在适当条件下具有强化去除水中颗粒物的效果,研究温度和初始颗粒大小对絮体破碎再絮凝去除水中颗粒的影响.采用PDA2000透光率脉动检测仪对絮体破碎再絮凝过程进行在线监测.结果表明,在较低温度条件下,絮体破碎后能有较大的恢复率;初始颗粒越大,絮体大小恢复率越高,由较小初始颗粒产生的絮体经破碎后再絮凝其再生能力不如大颗粒,沉后水浊度与大颗粒相比不具有降低优势.当电中和机理占主导作用时,絮体破碎后能重新絮凝,絮体大小能恢复到破碎之前;而当网捕卷扫机理占主导作用时,絮体的恢复能力不如电中和条件,再絮凝能力降低.絮体破碎后再絮凝的沉后水浊度明显低于破碎前,水温对其结果的影响不大.絮体破碎后再絮凝,适用于较大的初始颗粒和较低水温.

水质应急全自动微型实验台及在高有机物锰污染事故中的应用

微型全自动实验系统以微型化理念为指导,采用超小的原水流量(0.5L/h左右)和投加药液流量(0.5～1mL/h),模拟给水厂净水工艺和连续流工况,可单独或同时向水中投加多至9种药剂;结合计算机技术和控制技术,实现了实验系统的全自动控制和数据采集;可组装于一个箱体内,随时车载或搬运至水厂或水源地上游开展试验;只需1人操作,每24h可得出100多组试验结果。在详细介绍该系统构成的基础上,还叙述了其在解决广州市某水厂高有机物锰污染停产事件中成功应用的实例。

广州某水厂预氧化除锰试验研究

广州市某水厂原水CODMn、氨氮、铁、锰等指标超过Ⅴ类水标准,出厂水锰常年超标,CODMn、氨氮阶段性超标;单独采用高锰酸钾预氧化,需较高的投量才能保证锰达标。试验利用移动式水质应急高效全自动微型实验台,对多种药剂优化、组合,确定药剂最优组合剂量及投加方式。研究表明,采用次氯酸钠与高锰酸钾联合预氧化可大大降低高锰酸钾投加量;另外,投加粉末活性炭可降低耗氧量并确保色度和嗅味达标。

休闲农业的功能及发展前景

休闲农业作为都市农业的一个组成部分 ,是都市旅游农业的一种高级形式 ,它具有生产、生活、生态“三生一体”和一、二、三产业功能特性 ,是一种高附加弹性的创新型农业经营方式。休闲农业将是未来农业的重点开拓领域 ,未来旅游业发展的新生长点。

木质膜耦合聚合物膜的重力驱动膜过滤系统增强水源水中重金属的去除及机制

针对聚合物膜的重力驱动膜过滤系统(gravity-driven membrane filtration system,GDM)对水源水中重金属去除效率低的问题,将其与木质膜(wood membrane,WM)耦合,以环保且廉价的方式提高重金属的去除效率。本研究比较了木质膜耦合聚合物微滤(microfiltration,MF)膜的GDM系统(GDM1)和聚合物微滤膜GDM系统(GDM2)对水源水中重金属的去除效能及机制。与GDM2相比,GDM1系统在木质膜的作用下,其微滤膜(GDM1-MF)上的生物膜更薄并呈现出更疏松的网状结构,因此,膜阻力更低,稳定通量更高。稳定运行后,GDM1系统对水中Fe、Mn和Cu的去除率分别达到67%、43%和59%,均高于GDM2(64%、15%和36%)。这是由于GDM1系统生物膜胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)中蛋白含量以及—OH和—COOH基团更多,更有利于截留重金属。此外,GDM1-MF中存在更多的锰氧化细菌、酸杆菌门Acidobacteriota和黄杆菌属Flavobacterium,促进了Mn和Cu的去除。本研究为利用GDM系统去除水中重金属提供了新的思路和方法,对推动利用GDM系统处理重金属污染水源水的应用具有重大意义。

低温条件下絮体破碎再絮凝去除水中颗粒的研究

为了了解低温条件下絮体的形成/破碎/再絮凝过程在适当条件下对絮凝去除水中颗粒物的强化效果,采用PDA2000透光率脉动检测仪对絮凝破碎再絮凝过程进行了在线监测.研究结果表明,当电中和机理占主导作用时(混凝剂投加量小于0.1mmo.lL-1),絮体破碎后能重新絮凝,絮体大小能恢复到破碎之前;而当网捕卷扫机理占主导作用时(混凝剂投加量大于0.2mmol.L-1),絮体的恢复情况不如电中和条件,再絮凝能力降低.投加适量的腐殖酸会增加絮体破碎前后的分形维数,但过量的腐殖酸则会降低破碎前后絮体的分形维数.絮体破碎再絮凝后其分形维数比破碎前高.腐殖酸的投加量并不会明显影响絮凝和破碎后再絮凝的FI指数.电中和絮体破碎前初始絮凝时间越长破碎后沉后水浊度越低,破碎后其浊度会比破碎前显著减小.较低投量的铝盐就能使得沉后水浊度降到很低,因此可以降低混凝剂投量而达到更好的水处理效果.

天然有机物对混凝效果影响机制及絮体特性分析

混凝是降低水体中天然有机物浓度的有效手段.本研究旨在了解天然有机物的存在对混凝效果及絮体特性产生的影响.实验以PACl25作为混凝剂来模拟含有一定量天然有机物的典型代表物质腐殖酸或柠檬酸配水的水处理混凝过程.分析了混凝过程中这两种有机物的存在对絮体颗粒大小、分形维数、Zeta电位和水中剩余铝浓度的影响.结果表明,在一定浓度范围内,随着溶液中腐殖酸、柠檬酸浓度的增加,絮体颗粒的大小及其成长速率、Zeta电位以及分形维数均呈现出下降的趋势(腐殖酸质量浓度从0 mg·L-1增加到10 mg·L-1、柠檬酸浓度从0μmol·L-1增加到7μmol·L-1,破碎前絮体大小分别降低34.2%、53.1%;絮体Zeta电位从10 mV左右分别下降到-10 mV及-2.5 mV左右;絮体成长速率分别下降了42.6%、77.5%;分形维数分别降低了0.08和0.094),表明有机物占据了微絮体表面从而导致絮体活性及致密性的降低;而在此有机物浓度范围内溶液中剩余铝的浓度却不因絮凝能力的下降而变化.

臭氧预氧化/MBR工艺的膜污染研究

以受污染地表水为处理对象,通过与单独膜生物反应器(MBR)工艺的对比,考察了臭氧预氧化/膜生物反应器(O3/MBR)工艺的除污效果及膜污染情况。两个系统均稳定运行了55d,其中预氧化工艺的臭氧投量为1.5 mg/L,臭氧反应柱的接触时间为15 min。结果表明,臭氧预氧化不仅能够有效提高对有机污染物的去除效率,而且显著降低了膜污染。三维荧光光谱分析结果显示,臭氧预氧化能够以不同方式缓解膜表面及膜孔内污染物质的积累,从而减轻了膜污染。采用凝胶色谱对水中溶解性有机物(DOM)的分子质量分布进行了研究,结果显示:在254 nm波长处,O3/MBR工艺混合液中DOM的吸收强度明显低于MBR的,尤其是分子质量为500～2 000 u的有机污染物,说明臭氧预氧化能够减轻这类物质引起的膜污染。运行结束后,通过扫描电镜观察发现,臭氧预氧化能够有效降低膜孔的堵塞,从而有助于控制不可逆污染对膜过滤过程的影响。

透光脉动检测仪研究碱度对絮体形成、破碎及再生的影响

为了解碱度对絮体的形成、破碎及再生过程的影响,采用PDA2000型透光脉动检测仪测定不同碱度下投加硫酸铝时高岭土悬浮液的絮凝指数(FI指数),并以强度因子和再生因子评价絮体的强度和再生能力。结果表明,碱度的高低在很大程度上会影响絮体的形成、破碎及再生过程,所形成絮体的颗粒随碱度的增加而减小。混凝剂投量和碱度高低共同决定了絮体的抗破碎强度,碱度越高,混凝剂投量越大,絮体的强度越高。在电中和作用下形成的絮体在低碱度下经一次破碎后恢复程度接近100%,在网捕卷扫作用下形成的絮体,无论碱度高低,从第2次破碎起,FI指数均以大于10%的幅度逐次下降,絮体不可恢复程度显著增大。

柠檬酸对不同混凝剂混凝效果的影响

通过对不同混凝剂(Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3、PACl25)混凝过程中絮体粒径大小的测定,研究了在不同pH条件下柠檬酸浓度对3种混凝剂混凝效果的影响.结果发现,随着柠檬酸浓度的增加,3种混凝剂混凝过程中生成絮体的速率和粒径大小都在逐渐降低,但3种混凝剂受到抑制的程度不同:对于硫酸铝,当n(柠檬酸)/n(Al)=0.1时,混凝20min内没有絮体生成;对于硫酸铁,仅当n(柠檬酸)/n(Fe)=0.05时,絮体就不再生成;而当n(柠檬酸)/n(Al)=0.5时,PACl25絮体仍能很快地形成.不同的pH值下柠檬酸对混凝效果的抑制程度也不同:对于硫酸铝,pH=6时生成絮体最大,pH=8时没有絮体生成;对于硫酸铁,pH=5时产生絮体的情况和pH=6时相似,而pH=7时絮体消失;而对于PACl25,絮体大小随着pH值的升高而增大(pH在7～9之间).另外,通过对Zeta电位的测定可知,随着柠檬酸浓度的增加,3种混凝剂的Zeta电位都在降低,但降低的速率不同:硫酸铁>硫酸铝>PACl25,这与絮体粒径大小的变化规律一致.

生物电耦合对活性炭-超滤工艺处理地表微污染水的影响机理研究

利用生物电化学系统处理地表水时,弱电压不但会刺激电活性菌的呼吸作用,而且会引起氧化胁迫导致胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substance, EPS)过量分泌.为确认在地表水处理中弱电压对膜污染和净水效率的影响,本研究设置了外加1.0 V直流电压(记为"BES系统")和无外加电压(记为"CK系统")的两组平行对照生物活性炭-超滤系统.经过50 d的运行,BES系统(36.1 kPa)相比CK系统(19.1 kPa)跨膜压差(Trans Membrane Pressure,TMP)增加更为显著,膜污染更严重.电路电流、电极电势和循环伏安(Cyclic Voltammetry, CV)曲线显示,随着装置运行,两系统生物膜逐渐稳定,并且产生具有氧化还原活性的EPS导致阳极电容增加.相比之下,BES系统产生了更多EPS,具有更高的阳极电容.水质指标显示,BES系统中比紫外吸光度(Specific Ultraviolet Absorbance,SUVA)、NH+4-N和PO43--P的去除增强但总有机碳(Total Organic Carbon,TOC)去除减弱;三维荧光光谱(Excitation-Emission-Matrix,EEM)和尺寸排阻色谱(Size Exclusion Chromatography,SEC)分析结果表明,BES系统膜池中产生了更多的生物聚合物,但腐殖质类有机物明显减少.活性炭表面EPS含量和腺嘌呤核苷三磷酸(Adenosine Triphosphate,ATP)含量的测试结果证实,弱电压刺激了生物膜的生长,同时增加了氧化还原活性EPS的含量.对膜表面累积多糖、蛋白质含量的测试分析进一步揭示了多糖类大分子生物聚合物在膜表面的累积是导致严重膜污染的直接原因.研究可为生物电化学系统在微污染水处理的研究和应用提供新的见解.

天冬氨酸对亚铁混凝剂絮体结构及磷酸盐去除效果的影响

铁混凝剂广泛应用于水处理领域,形成的絮体大小、形态和结晶度直接决定其混凝效果。然而小分子有机物对混凝的影响机制尚不清楚。本研究以FeSO_(4)作为混凝剂,通过添加特定的小分子有机物(分子质量<1 000 Da)天冬氨酸,研究了天冬氨酸对絮体生长过程及其产物的影响。结果表明,天冬氨酸通过影响金属的水解和纳米颗粒的性质进而影响其混凝性能。在pH=7时,天冬氨酸的存在延缓了絮体的初始生长时间,但增大了絮凝体的最大粒径(从0.05μm大小的碎片和小球状参杂的絮体变化至0.1μm的褶皱状絮体)和磷酸盐的去除率。当添加0.4 mmol·L^(-1)的天冬氨酸时,纤铁矿(γ-FeOOH)为絮体的主要成分,这可能少量的天冬氨酸存在时,体系中部分亚铁离子会被包裹,Fe(OH)_(2)纳米颗粒由于铁化合物的饱和快速形成,随后作为晶核生长;Fe(OH)_(2)纳米颗粒表面通过被氧化转化成三价铁,最终形成γ-FeOOH;当添加天冬氨酸大于0.4 mmol·L^(-1)时,絮体的主要成分为四方纤铁矿(β-FeOOH),此时部分亚铁离子被完全包裹,剩余的亚铁离子被氧化成三价铁后形成β-FeOOH。经过天冬氨酸诱导后形成的絮体对磷酸盐的去除率均增加了1.57倍左右,处理后的磷酸盐浓度降低到了0.02 mg·L^(-1),且在添加1.5 mmol·L^(-1)天冬氨酸时絮体的尺寸最大,此时的絮体更加容易沉降分离。

粉末活性炭对水中五氯酚的吸附效果研究及模型建立

在一定温度和pH值范围内,40mg/L的粉末活性炭对于1mg/L的五氯酚超纯水溶液具有很好的吸附效果,吸附1h后基本达到平衡,五氯酚的去除率达到92%以上。建立的新吸附扩散模型不仅适用于其他吸附剂,而且优于一般的一级吸附模型。研究结果显示:粉末活性炭对低浓度五氯酚的吸附规律符合Radke-Prausnitz公式;活性炭投加过量时吸附效果无明显改善;水温从10℃升至30℃时吸附量变小,水温从30℃升至50℃时吸附量反而增大;五氯酚超纯水溶液剩余浓度与pH值成指数模型关系。吸附机理为五氯酚中苯环的π-π键间作用力与静电作用力共同作用的结果。

碱-柠檬酸改性木膜对四环素的吸附性能

含羧基(—COOH)的无毒柠檬酸(citric acid,CA)改性木膜(wood membranes,WMs)在水处理领域具有广阔的应用前景。然而,由于木质纤维素的结构特点,—COOH很难引入木膜壁内。对木膜进行不同浓度NaOH的预处理,再与柠檬酸进行酯化反应,用于吸附水中的四环素(tetracycline,TC)。通过碱液预处理,有利于CA与木质纤维素的酯化反应,使得木膜的—COOH含量大幅地提高。TC吸附曲线表明,当碱浓度为6%以及TC出水浓度为0.5 mg·L^(-1)时,改性木膜的有效过滤体积为1968 BV(bed volume,BV),比未改性木膜的吸附率提高了约48倍;在4次循环后改性木膜对TC的吸附率也可达97%。当出水浓度为0~0.5 mg·L^(-1)时,水处理成本为0.0360~0.08325元·m^(-3)。因此,改性木膜在去除水中TC方面具有很好的应用前景。以上研究结果可为解决木膜应用中的关键局限性,设计具有环境友好、经济和有效的环境修复膜材料提供参考。

FeCl3和AlCl3协同絮凝去除焦化废水中氟和有机物

氟是焦化废水中的待去除的主要污染物。采用FeCl3和AlCl3作为絮凝剂,研究了絮凝对焦化废水中氟和有机物的去除效果,并考查了不同剂量和pH条件下氟和有机物的去除率。结果表明:AlCl3和FeCl3对F-的最高去除率分别为94.4%和27.3%;在投量为20 mmol·L^-1时,FeCl3和AlCl3的TOC去除率分别达到27.6%和23.9%。因此,AlCl3对氟的去除率比FeCl3的更高,但FeCl3对有机物的去除率相对更高。加入Ca^2+可以促进氟的去除,但有机物的去除率会下降。另外,通过考察不同pH和铁铝配比对去除率的影响,探讨了同时加入FeCl3和AlCl3的去除效果。结果表明,最适合去除有机物和氟的工作条件是pH为6.5,AlCl3和FeCl3的比值为8∶2。本研究探索了FeCl3和AlCl3对焦化废水中氟和有机物的去除机理,实验结果可为焦化废水的深度处理提供参考。

聚硅酸硫酸铝强化污水厂污泥脱水效能

以硅酸盐和铝盐为原料,通过共聚反应制备了2种Si/Al摩尔比的聚硅酸硫酸铝(PASS)絮凝剂。以某市政污水厂污泥为研究对象,比较了PAC和PASS调理后污泥比阻(SRF)、毛细吸水时间(CST)和泥饼含水率,并分析了胞外聚合物(EPS)的蛋白和多糖变化规律分析。结果表明,PASS能够有效的降低SRF、CST和泥饼含水率,且PASS的Si/Al摩尔比为1∶1时,脱水效果最好。经过PASS以及PAC调理后,溶解性EPS (SEPS)和松散附着EPS (LBEPS)的蛋白多糖的含量均有下降,而PAC调理后紧密附着层EPS (TBEPS)下降,PASS调理后却存在上升阶段。通过污泥扫描电子显微镜(SEM)发现,污泥絮体表面由光滑、均匀分布变成了粗糙多孔,且Si/Al摩尔比为1∶1时孔隙率及孔径最大。SEPS和LBEPS蛋白多糖与CST和SRF具有正相关性。所制PASS的不计动力和设备损耗的工程成本比PAC要低。本研究结果可为PASS用于污泥脱水提供参考。