丙氨酸在紫外/氯工艺中生成挥发性DBPs的潜能

采用紫外/氯(UV/chlorine)组合工艺对原水中代表性氨基酸-丙氨酸(Ala)进行处理,并对该过程中产生的挥发性消毒副产物(三卤甲烷和卤乙腈)进行测定和分析.研究了不同投氯量、pH、紫外照射时间、溴离子和氨氮浓度对消毒副产物(DBPs)生成潜能的影响.结果表明,丙氨酸经紫外/氯工艺处理后会产生三氯甲烷(TCM)和二氯乙腈(DCAN)两种消毒副产物,且TCM、DCAN的质量浓度在处理15 min时达到最高的20.37μg/L和34.17μg/L,在较低的[Ala]/[Cl2]、较长的紫外照射时间以及中性的pH条件下有利于减少TCM和DCAN的产生,本试验得出的最佳工况为[Ala]/[Cl2]=1∶2,紫外照射2 h,溶液pH=7.此外,水中存在的溴离子使得UV/chlorine消毒后产生了溴氯乙腈(BCAN),增加了消毒副产物的种类和毒性;而氨氮的存在则会减少相应的消毒副产物的产生.还对不同工艺进行了对比,单独紫外照射时没有产生消毒副产物,单独使用氯时TCM产率小于UV/chlorine的产率,但DCAN的产率大于UV/chlorine的产率.最后,提出了UV/chlorine处理丙氨酸生成消毒副产物的可能途径:先是进攻丙氨酸氮原子上的氢,接着是脱羧基和脱氨基作用,生成乙醛和乙腈,再经过一系列取代和水解反应生成二氯乙腈和三氯甲烷.以上试验结果可以为紫外/氯组合工艺的应用和推广提供理论依据.

电化学氧化灭活铜绿微囊藻及藻毒素的降解

利用混合金属氧化物(IrO2-Ta2O5/Ti)电极在氯化钠电解质中产生的活性氯(氯气和次氯酸)灭活铜绿微囊藻细胞.活性氯在溶液中的生成符合法拉第定律,其浓度与电流密度和反应时间成正比.实验系统考察了藻细胞完整性、表面形态和光合活性在电化学氧化过程中的变化,并研究了藻类有机物和微囊藻毒素(MC-LR)在该过程中的释放与降解情况.结果表明:电化学氧化工艺可有效灭活铜绿微囊藻细胞;电流密度越大,反应时间越长,藻细胞破损程度越严重;胞外MC-LR在氧化过程中呈现先升高再降低的趋势,最终质量浓度可达到1.0μg·L-1以下.电化学氧化工艺不仅可以有效灭活藻细胞,还能有效控制藻细胞胞外有机物和藻毒素,因此对于高藻水处理具有良好的应用前景.

基于深度学习的藻类混凝去除率预测方法

针对目前水厂应对藻类爆发时混凝剂投加量难以确定的问题,提出一种基于深度学习的藻类混凝去除率预测方法,利用DenseNet卷积神经网络和絮体图像对藻类混凝去除率进行预测,从而对投药量进行调整.具体做法是,在实验室条件下对高藻水进行混凝处理,记录混凝处理后的絮体图像和对应的去除率.以去除率区间为标签构建絮体图像数据集,利用此数据集对DenseNet-121模型进行训练.结果显示,训练后的模型对测试集的预测准确度达到了89.5%,与VGG和ResNet模型相比,利用DenseNet模型对本文建立的数据集进行识别的精确度更高,且在识别去除率在60%~90%区间的絮体图像相较于其他两种模型具有明显优势.同时通过对数据集外的铜绿微囊藻絮体图像进行识别,验证了模型具有良好的泛化性.

UV/H_2O_2工艺对水中典型药物卡马西平的光化学降解研究

研究H2O2投加量、卡马西平初始浓度、UV辐照强度、初始pH和共存阴阳离子对卡马西平降解速率的影响。实验结果表明:单独UV辐照对卡马西平基本没有去除效果,而UV/H2O2联合工艺能够有效地去除卡马西平;卡马西平的降解速率随着H2O2投加量的增大而增大,随着卡马西平初始浓度的增大而降低;增强UV辐照强度能够显著提高卡马西平的降解速率;酸性和中性条件有利于UV/H2O2工艺对卡马西平的降解;水中阴离子对卡马西平的降解存在不同程度的抑制作用,抑制程度遵循如下顺序(由大至小):CO2-3,HCO3-,NO3-,Cl-,SO42-;Fe3+能够显著地促进卡马西平的降解。

藻源型有机物氯化消毒副产物的生成特性

通过亲水、疏水组分分离和电渗析获得6种不同特性的铜绿微囊藻细胞胞内外富氮有机组分,其中溶解性有机氮（DON）的质量浓度范围为0.57～1.69 mg/L;三维荧光光谱图表明,疏水性有机物主要由类腐殖质物质组成,亲水性有机物主要由蛋白质组成.经过3天氯化培养实验,分析比较各有机物组分含碳（氮）消毒副产物的生成特性.结果表明,细胞内外强疏水性有机物组分的三卤甲烷生成潜能最大,以生成三氯甲烷为主;卤代酮生成潜能与细胞内外各有机物组分有明显相关性;细胞内亲水性有机物组分的含氮消毒副产物生成潜能（DBPFP）最大;各组分消毒副产物生成潜能并不完全由溶解性有机碳（DOC）与溶解性有机氮的质量浓度比值的大小决定,还由DON的性质决定;细胞外有机物组分的DBPFP高低与芳香性有机物的含量呈正相关,细胞内有机物组分的DBPFP还受芳香性有机物性质的影响;细胞外有机物组分消毒副产物生成总量的顺序为：强疏水性组分＞亲水性组分＞弱疏水性组分;细胞内有机物组分消毒副产物生成总量的顺序为：亲水性组分＞强疏水性组分＞弱疏水性组分.

EGCG强化Fe^(2+)/过硫酸盐体系降解金橙G的研究

通过向亚铁-过硫酸盐(Fe^(2+)/PDS)体系中引入具有还原性及络合性的绿茶提取物EGCG,促进Fe^(3+)/Fe^(2+)循环,增强其对偶氮类染料金橙G(OG)的降解.实验考察了PDS投加量、OG初始浓度、溶液初始pH、Fe^(2+)投加量、EGCG投加量以及溶液中共存阴离子对该体系降解OG的影响.结果表明:单独投加Fe^(2+)、EGCG、PDS以及投加EGCG/PDS、Fe^(2+)/EGCG均不能有效地降解OG;EGCG的引入使得Fe^(2+)/PDS体系对OG的降解有了显著的提升,从30.89%上升到83.71%;OG的降解效率随着PDS及Fe^(2+)投加量的增大而增大、随着OG初始浓度的增大而减小;当EGGC投加量在10~40μmol/L时,降解效率随着其投加量的增大而增大,而当EGCG投加量大于40μmol/L时,降解效率随着其投加量的增大有一定程度的降低;与Fe^(2+)/PDS体系相比,EGCG的引入使得该体系在p H为2.0~7.0范围内均能取得较好的去除效果;体系中共存阴离子对OG的降解效率有着不同程度的抑制作用,其中PO_4^(3-)>CO_3^(2-)>Cl^-.另外,通过分别加入淬灭剂甲醇和叔丁醇,证明了体系中存在着硫酸根自由基以及羟基自由基,且硫酸根自由基占主导地位.

溶菌酶改善剩余污泥脱水性能的效果及影响因素研究

研究了溶菌酶在改善剩余污泥脱水性能方面的效果,以污泥真空抽滤泥饼含水率、污泥毛细脱水时间(Capillary Sunction Time,CST)来表征污泥脱水性能,分别考察了酶投加量、污泥初始pH值、反应温度、反应时间等影响因素对酶促污泥脱水作用的影响。结果表明:溶菌酶在污泥脱水反应中充分发挥了水解破壁的功能,导致细胞结构的破坏,显著降低了污泥含水率及CST,对污泥脱水反应有明显的促进作用;基于响应面分析,各影响因素对污泥抽滤泥饼含水率和污泥CST的显著性由大到小为酶投加量、反应温度、污泥pH值,建立了相关多元二次回归模型并进行了有效性验证,获得了各影响因素对于酶促污泥脱水反应的最佳反应条件;酶促污泥脱水反应在适当溶菌酶投加量(15%)、较短的反应时间(0.5 h)内、室温条件(20℃)下、无需调节污泥pH值(pH=6)即可得到较好的脱水效果,污泥含水量下降25%,污泥CST下降65%。因此,采用溶菌酶作为城市污水厂剩余污泥调理剂,可显著增进污泥的脱水性能。

辐流式二沉池两相流数值模拟优化研究

用计算流体力学的方法对城市污水处理厂二沉池进行了优化设计。利用改进的RNGκ-ε模型和多相流混合(Mixture)模型,在沉淀池外部结构不变的情况下,对辐流式二沉池中部无挡板和有挡板两种情况下的质量浓度场、颗粒沉降速度和沉淀效率进行了数值模拟。在此基础上加入稀疏颗粒,采用离散相模型(DPM)对悬浮物颗粒在沉淀池中的运动轨迹进行了追踪模拟。结果表明,沉淀池中固相颗粒的行为和分布受湍流和漩涡的影响,显示出与理想沉淀理论不同的轨迹。水流进入沉淀池后形成异重流迅速向下流动,在池内形成一个大的回流区。在池半径中部安装竖直挡板能有效增加沉淀池后半部分的沉速,有利于颗粒物的沉降,能够将沉淀池中悬浮物去除率从76.9%提高到91.2%,使出水中悬浮颗粒质量浓度降低约62%。

桃李不言润物无声毕生秉烛铸魂水务--记湖南大学姜乃昌教授的水墨人生

引言 但凡谈到《水泵及水泵站》(后更名为《泵与泵站》)的教材与课程教学,姜乃昌教授是一个绕不开的名字.是他编写了国内第一本给水排水工程专业的《水泵及水泵站》课程统编教材,开创了该课程统编教材与教学先河.该教材迄今已再版6 次,跨度40余年,在一代代给排水人心中,留下了深刻印象.时至今日,姜乃昌先生已在业内辛勤奋斗60 余载,桃李天下,成果硕然.虽已届耄耋之年,仍乐观豁达,思维敏捷,谦逊低调.作为姜先生的弟子,无不为先生垂范的品行所感动折服.

Cl^-/PMS体系对奥卡西平的降解及消毒副产物的控制研究

研究了氯离子耦合过硫酸氢盐（Cl--/PMS）体系,在常温常压下对奥卡西平的降解及该过程中典型消毒副产物的生成规律,以期为Cl--/PMS体系在实际水处理方面的应用提供理论基础。通过与NaClO对比,Cl--/PMS体系能更好地氧化降解奥卡西平。探究了反应体系中PMS投加量、NaCl投加量、初始pH值及奥卡西平初始质量浓度对奥卡西平降解效率的影响。试验结果表明,PMS初始投加量较高时更有利于奥卡西平的降解,相应的降解速率常数随着PMS的用量线性增加。当NaCl的初始剂量从10 mmol/L增加到100 mmol/L时,OXC的降解效率及其相应的降解速率常数也明显加快,而当NaCl剂量增加到200 mmol/L时,增量速率减慢。相反,相对较低质量浓度的OXC有利于OXC的降解,并且降解速率常数与OXC的剂量呈指数相关。由于存在氢氧化物,碱性条件比酸性和中性条件更适合于OXC的降解。此外,确定并比较了在常规氯化和Cl--/PMS系统中三氯甲烷（TCM）、二氯乙酸（DCAA）、三氯乙酸（TCAA）、二氯乙腈（DCAN）和三氯硝基甲烷（TCNM）的形成潜力。传统氯化产生的碳质（C―）和含氮消毒副产物（NDBPs）均随着消毒剂的剂量而增加。而对于Cl--/PMS系统,当消毒剂的剂量增加时,C-DBP的产生增强并且N-DBP的产生被抑制。N-DBP的减少应归因于OXC结构上NH_2的损失和从有机氮到无机氮的转化。尽管上述DBP仍在Cl--/PMS系统中产生,但所有检测到的DBP的相应浓度低于常规氯化中形成的DBP。

BDD电极对敌草隆的氧化降解及其影响因素

主要研究了BDD(Boron-Doped Diamond,掺硼金刚石)电极电解产生氧化剂(·OH、SO_4^-·、Cl_2、HClO、ClO^-)对水中典型污染物敌草隆的降解,重点考察了敌草隆初始浓度、电流密度、电极浸没面积和初始pH值对敌草隆降解速率的影响。结果表明:在同种电解质中,BDD电极的氧化降解速率最大,MMO(Mixed Metal Oxides,混合金属氧化物)电极次之,Pt(铂)电极最小;随敌草隆初始浓度增加,氧化降解速率先增加后降低;随电流密度和电极浸没面积增加,敌草隆降解速率增加;在强酸性(pH=3.0)条件下,敌草隆降解速率最大,中性条件下最小。

藻源性内毒素在铜绿微囊藻灭活过程中的释放

次氯酸钠、双氧水、硫酸铜及敌草隆是4种目前常用的化学除藻剂,分别基于不用的原理灭活藻细胞,从而控制藻类爆发,但藻类在凋亡的过程中会伴随有藻源性内毒素的释放.通过研究和对比以上4种除藻剂对灭藻过程中藻源性内毒素的释放规律,结果显示:0.10~0.50mg/L次氯酸钠灭活藻类1周分别释放1564.78,872.14,852.03EU/mL内毒素;0.10~0.50mmol/L双氧水在灭活过程中分别释放内毒素732.23,1706.22,944.84EU/mL;0.5~2.5μmol/L硫酸铜在该过程中伴随有854.60,1055.45,1513.15EU/mL内毒素的释放;5~25μmol/L敌草隆则导致了1802.23,1788.11,1886.14EU/mL内毒素在灭活过程中释放.即具有氧化性的除藻剂可以降解溶液中的部分内毒素,不具氧化性的除藻剂无法有效控制和降解释放的内毒素.但上述所有情况的内毒素含量均远超过藻类自然代谢所产生的内毒素含量(113.86EU/mL).因此,高藻水源水中藻类即使已被有效控制,人们仍应尽量避免直接接触以减少内毒素暴露风险.

基于层次分析法的饮用水健康性评价研究

基于层次分析法构建了饮用水健康性评价指标体系,对不同类型饮用水进行健康评价与分析。通过归纳总结,将所选取的31项水质指标分为五大类,采用专家问卷调查与文献分析相结合的方式,对各分类指标赋权以及制定相应赋值标准,通过指标分值与权重计算得到各类饮用水的健康性分值。所得结果用于评价不同水源水厂出水、市售瓶装水、净水器出水、超滤/纳滤/反渗透工艺出水的健康性。结果表明,不同采集水样健康性分值顺序为:矿泉水、水厂出水、纯净水/净水器出水,其中超滤出水健康性分值高于纳滤出水及反渗透出水。因此,适当地保留饮用水中原生矿物质离子对人体健康是必要的,饮用水生产要兼顾饮用水的安全性与健康性。

“水文学”专业课程思政建设的探索与分析

《高等学校课程思政建设指导纲要》对全面推进高校课程思政建设提出了新方向和新要求。以给排水工程专业课程“水文学”为例,从专业人才培养目标、课程特点、教学现状及教学实施方面入手,探讨了高校专业课程思政建设思路。课程思政教育应以学生为中心,与专业课程教学有机结合,达到双向促进的教学效果,实现高素质人才培养目标。

面向“新工科”的“水工程经济”课程实践教学的探究

“水工程经济”是给排水科学与工程专业的必修课程,本身具有学科交叉和实践性强的特点。针对目前“水工程经济”课程实践教学过程中现状和存在的问题,在面向“新工科”的人才培养需求条件下,应当从教学、教师和学生的角度出发,提升教学实践水平。

“互联网+”视域下水分析化学课程改革与探索

面对“互联网+”视域下高素质复合型新工科人才的培养要求,传统的水分析化学教学已无法适应。本文针对目前水分析化学课程教学存在的主要问题,结合给排水科学与工程专业特点,从慕课、雨课堂、微课、虚拟仿真等方面对水分析化学课程改革进行了探索,以期为各高校水分析化学课程授课提供指导和参考。

基于机器学习的高锰酸钾与有机污染物反应活性预测

高锰酸钾(KMnO_(4))氧化能力强、性质稳定,是自来水厂处理微污染原水和突发污染事件的常见应急氧化药剂,高锰酸钾与有机污染物的反应速率常数(k值)是衡量其与有机污染物反应活性的重要参数。然而有机污染物种类繁多,单纯依靠试验方法或理论计算获得大量k值费时费力且成本高。为此,收集了574种有机污染物的数据,以分子指纹(MFs)和pH作为输入特征,利用4种算法(随机森林RF、神经网络NN、极致梯度提升XGBoost和支持向量机SVM),分别建立了预测k值的机器学习(ML)模型,发现4个模型均有良好的稳健性和预测能力,其中RF模型的预测性能最好(R测试集2=0.818,RMSE测试集=0.476)。采用SHAP方法对RF模型进行了模型解释,发现供电子基团、pH等对k值的预测影响最大,表明模型正确学习了k与污染物结构之间的关系。同时,计算了RF模型的应用域(AD)以验证其适用范围。该模型可准确、便捷地获得k值,有助于了解高锰酸钾与有机污染物的反应活性。

掺硼金刚石膜电极除菌除农药性能及机理探讨

针对家庭中果蔬残留的农药和细菌问题,采用掺硼金刚石(BDD)膜电极降解目标污染物敌草隆、异丙威,并对金黄色葡萄球菌的去除效果进行探索。结果表明:BDD膜电极能有效去除水中的敌草隆、异丙威和金黄色葡萄球菌,降解(或灭活)率分别为99%、87%和99.9%。水中的电解质(氯离子、硫酸根、碳酸氢根)可以通过影响活性成分(臭氧、羟基自由基等)的产率,在不同程度上抑制污染物的降解。通过对降解产物进行分析,推测芳香环羟基化为目标污染物的主要降解路径,且敌草隆和异丙威的急性毒性在BDD体系降解过程中逐渐降低。适用于龙头末端的BDD膜电极装置可以有效保障用户的用水安全。

溶菌酶预处理对剩余污泥脱水性能的影响

将溶菌酶应用于剩余污泥的预处理,考察了不同酶投加量对污泥脱水性能的影响,通过测定滤饼含水率、污泥比阻、污泥毛细吸水时间(CST)、Zeta电位及污泥上清液中的蛋白质和多糖含量,并采用显微镜和扫描电镜观测污泥絮体和颗粒结构的变化,同时结合三维荧光光谱分析,研究原污泥和酶处理后污泥的脱水性能差异。结果表明,适宜的溶菌酶投加量可显著改善剩余污泥的脱水性能,与原污泥相比,当酶投加量为15%时,真空抽滤后的含水率由91.4%降到63.6%,比阻降低了82%,CST降低了65%,Zeta电位从-14.8 mV上升到2.7 mV。溶菌酶对污泥结构的破坏是其改善污泥脱水性能的重要原因。

臭氧接触池与清水池合建的三维数值模拟

利用计算流体力学软件Fluent,结合标准κ-ε模型和组分输运模型,建立了臭氧接触池和清水池的三维紊流模型;通过计算流体的停留时间分布曲线(RTD),对臭氧接触池的水力效率进行了模拟研究。在此基础上,提出了在清水池前段第一廊道设置臭氧接触池的合建方案。结果表明:单一的臭氧接触池水力效率较低,T10/HRT值仅为0.42;而臭氧接触池与清水池经过合建后,T10/HRT值达到0.65,其臭氧消毒水力效率提高了55%。