以4种天然植物材料为碳源的固相反硝化研究

针对污水处理反硝化过程碳源不足导致的脱氮效率低的问题,以美人蕉、芦竹、香茅、香蒲4种天然植物材料为研究对象,首先通过静态释放实验探究了经预处理的不同植物材料的释碳性能和氮磷释放规律;然后以4种经预处理的植物材料作为外加碳源,考察了其反硝化脱氮能力;最后利用扫描电镜对预处理前后植物材料表面微观结构进行了表征。结果表明:不同植物材料水解释碳存在差异,其中香茅释碳量最大,芦竹次之;相较于美人蕉和香蒲,以芦竹和香茅作为外加碳源的反硝化脱氮效果更好,平均NO3--N去除率分别达到90.53%和89.46%;碱处理后的植物材料表面粗糙程度由大到小依次为香茅>芦竹>美人蕉>香蒲;芦竹和香茅更适宜作为碳源材料。

北方某城镇净水厂滤池的运行评估

以北方某城镇净水厂滤池为研究对象,在水厂正常生产的情况下,以滤速、连续滤后水浑浊度、滤后水中颗粒数、反冲洗废水浑浊度、反冲洗强度、反冲洗滤层膨胀度为评价指标,开展滤池的运行评估.结果表明:煤砂双层滤料滤池具有运行周期长、出水浑浊度低且稳定的优点;3座评估滤池的滤速不同,建议通过调整滤池出水管控制阀的开启度,实现同一水厂不同滤池滤速的同一性;滤池实际的反冲洗强度与设计值差别较大,建议降低反冲洗强度,将滤池的膨胀度稳定在20%~30%;滤池的反冲洗时间有待进一步的优化,根据反冲洗废水浑浊度分析的结果,水冲洗时间可以考虑从7 min减少到4 min.

淀粉/聚砜固体缓释碳源的制备及应用研究

为解决传统液态有机碳源在反硝化过程中投加过量或不足等问题,利用相转化法制备了以淀粉为碳源、聚砜为骨架的固体缓释碳源.利用扫描电子显微镜对固体碳源表面微观结构进行了表征,并考察了不同原料质量比的缓释碳源在反硝化间歇实验中对NO_(3)^(-)-N的去除效率及出水COD和NO_(2)^(-)-N浓度.结果表明,当m(淀粉)∶m(聚砜)为1∶1时,反硝化效果最好,此时出水COD为40 mg/L,NO_(3)^(-)-N的去除率高达93%,并且没有NO_(2)^(-)-N的积累,为开发环境友好的可控性缓释碳源提供了科学依据.

机械絮凝与折板絮凝冬季运行对比分析

为对比折板絮凝与机械絮凝对低温低浊水的处理效果,特选取黄河下游两个原水水质与混合工段相似的水厂。基于颗粒物粒径分布与浊度分析,表明相较于折板絮凝,机械絮凝可以为絮体的成长提供良好的水力条件,各级絮凝段颗粒物密度系数A和颗粒物粒径分布系数β均低于相应折板絮凝工段,大粒径颗粒物占比明显提高,出水中1μm以上颗粒物平均粒径为6.5μm,高于折板絮凝出水颗粒物平均粒径3.1μm。此外,经相同烧杯沉淀后,机械絮凝与折板絮凝出水浊度分别为(1.1±0.2)NTU与(2±0.3)NTU。研究结果表明机械絮凝在降低浊度和CODMn等方面,效果优于折板絮凝,为水厂运行优化及水质提标提供理论和实践基础。

臭氧催化氧化与耦合工艺处理工业废水的研究进展

臭氧催化氧化因其具有氧化能力强、降解效果好且无二次污染等优势被广泛应用在多种工业废水处理中,成为当前工业废水深度处理领域的研究热点之一。如今大部分学者对臭氧催化氧化反应过程中的催化剂反应机理、副产物种类和反应方式等问题仍存在不同见解。通过详细查阅近年来国内外关于臭氧催化氧化及其耦合工艺研究的文献以及其他相关报道资料,分别对该工艺的性能特点和反应机理、处理工业废水的应用、相关耦合工艺以及未来发展方向等四个方面进行了详细综述,认为臭氧催化氧化技术今后的研究重点应根据不同类型的工业废水有针对性地开发出高效稳定的臭氧催化剂以及新型臭氧反应器,并且对其相关耦合工艺进行优化,提升臭氧催化效率,以此减少臭氧和催化剂用量,降低工艺运行成本,从而有利于该工艺在深度处理工业废水领域进一步推广与应用。

多元负载型催化剂的制备及臭氧催化氧化性能

为了解决臭氧催化剂效率低、易流失等问题,采用焙烧法制备FeO_(x)-CuO_(x)-MnO_(x)/活性炭-蒙脱土臭氧催化剂。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等方法对所制备臭氧催化剂进行表征,并将该催化剂应用于臭氧催化氧化深度处理垃圾渗滤液实验。分别考察了臭氧催化剂载体中粉末活性炭与蒙脱土质量比、活性组分Fe^(2+)、Cu^(2+)、Mn^(2+)物质的量比、载体与活性组分的质量比、焙烧温度与时间等因素对催化剂性能的影响。结果表明,当载体组分中粉末活性炭与蒙脱土质量比为1∶1,活性组分Fe^(2+)、Cu^(2+)、Mn^(2+)物质的量比为3∶1∶1,载体与活性组分质量比为4∶1,焙烧温度为600℃,焙烧时间为60 min时,所制备臭氧催化剂孔道结构清晰,活性组分Fe^(2+)、Cu^(2+)、Mn^(2+)负载率高且分布均匀;在深度处理垃圾渗滤液时,臭氧催化剂投加量为5 g/L,臭氧投加量为100 mg/L,垃圾渗滤液COD去除率达到67.46%,有较高的催化效率,且臭氧催化剂经过多次重复使用后,催化性能仍保持稳定。

预氧化工艺对水厂排泥水处理的影响

为探究预氧化对排泥水处理的影响,确定最佳排泥水处理工艺,文中针对水厂合建式收集的排泥水,开展了自然沉降、混凝沉淀、预氧化-混凝沉淀这3种工艺的对比试验。试验结果表明,在采用O_(3)或NaClO预氧化后,工艺对排泥水处理效率大幅度提高。当O_(3)投加量为3 mg/L或NaClO投加量为2.5 mg/L时,控制聚合氯化铝(PAC)投加量为30 mg/L,预氧化-混凝沉淀工艺出水浑浊度可降至不高于3 NTU,COD_(Mn)不高于2.5 mg/L,且铁、锰、微生物等指标均优于回用标准,证明工艺可满足排泥水处理要求。

前置臭氧-生物流化床工艺用于水厂提质改造

为进一步提高供水水质,满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022)要求,山东某水厂(处理水量为4×10^(4) m^(3)/d)在常规工艺前增设了臭氧催化氧化-生物流化床工艺。新工艺投产后,滤池出水2-MIB与GSM降至检出限以下,氨氮降至0.02 mg/L以内,DOC降至2.7 mg/L,其中新增工艺对溶解性有机碳(DOC)去除贡献占比为88.8%,高通量测序结果表明生物流化床上负载了Gemmatimonas等微生物;沉淀池出水颗粒物总数自改造前的15959 CNT/mL降至4963 CNT/mL,形成的絮体具有三维密实的立体结构,滤后水颗粒物总数降至416 CNT/mL,浑浊度降至0.08 NTU;供水水质全面提升,且在连续运行中稳定可靠。实践证明,先行去除水中有机物的设计思路在该水厂行之有效,不但可高效去除2-MIB、DOC、氨氮等污染物,也提高了混凝脱稳效率,强化了后续常规处理工艺对颗粒物的去除效果。

臭氧/生物活性炭流化床预处理对净水效率的影响

以黄河水库水为原水,探究前置式臭氧/生物活性炭流化床作为预处理工艺对净水效率的影响,并与作为末端深度处理的后置式臭氧/生物活性炭工艺进行对比。当采用前置式臭氧/生物活性炭作为预处理工艺时,出水中总有机碳(TOC)、生物可降解溶解性有机碳(BDOC)、氨氮浓度比后置式分别降低了11.8%、12.7%和72.1%,颗粒物数和浊度分别可降至(125±8)CNT/mL和(0.16±0.03)NTU;出水中溴酸盐、甲醛等氧化副产物均满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022)要求。前置式臭氧/生物活性炭流化床和常规处理工艺对污染物的去除具有协同作用,各项出水指标全面优于后置式臭氧/生物活性炭工艺。这可以为微污染原水的高效净化研究和工程实践提供指导。

NO对厌氧氨氧化反应的影响

通过在厌氧氨氧化塔式生物滤池内通入不同浓度的NO气体,探究NO对厌氧氨氧化反应的影响。当NO进气浓度升高至4 018 mg·m-3,NO-2-N进水浓度降低至20 mg·L^(-1)时,NO-N在电子受体中的比例升高至78.8%,NO去除速率最高达165.8 mg·d-1,证明厌氧氨氧化菌可以利用NO-N为电子受体进行厌氧氨氧化反应脱除NO。在这一过程中,TN去除负荷与不通入NO时相比下降了74.3%,NO-3-N生成∶NH+4-N消耗比从0.26下降至0.13。当NO进气浓度升高至8 036 mg·m-3时,NO对厌氧氨氧化菌产生了抑制,TN去除负荷和NO消耗速率分别下降了47.1%和69.6%,同时NO-2-N在电子受体中的比例升高至56.9%。实验证明,提高NO-2-N进水浓度能降低高浓度NO对厌氧氨氧化菌的抑制性。

高浓度Mg2+对厌氧氨氧化菌的影响

采用序批式和连续流反应器,考察Mg^2+浓度对厌氧氨氧化菌脱氮性能和微生物形态的影响。结果表明,厌氧氨氧化菌的最适Mg^2+投量为0.4 mmol/L,抑制投加量为2.4 mmol/L。在相同的条件下,设置对照试验,控制进水Mg^2+浓度分别为0.4和2.4 mmol/L,经过119 d的运行,后者的TN去除负荷降至1.33 g/(gVSS·d),为0.4 mmol/L时的63.6%;NO3^-N生成量与氨氮去除量之比从0.2降至0.13 ,表明高浓度Mg^2+对厌氧氨氧化菌活性产生抑制,导致其脱氮效率和生长速率降低。扫描电镜图像表明,Mg^2+浓度为2.4 mmol/L环境中的厌氧氨氧化菌更容易发生团聚并形成团簇结构。FISH分析显示,当Mg^2+浓度过高时,一部分厌氧氨氧化菌因没有适应环境而死亡,导致DOC升高,厌氧氨氧化菌在总菌中的比例下降。另外,Mg^2+浓度从2.4 mmoL/L降至0.4 mmol/L后的25d内,厌氧氨氧化菌活性得到恢复。

中美给水常规工艺对比分析

浊度是表征供水水质安全的一个重要指标。中美两国普遍采用常规处理工艺,但在出水浊度上差异很大,在中美同纬度下各挑选了具有代表性的3座地表水厂进行现场调研及对比分析。结果表明,美国水厂出水浊度一般控制在0. 1 NTU以下,甚至稳定在0. 03～0. 05 NTU范围内,而我国水厂出水浊度一般为0. 2～0. 8 NTU。同时美国沉淀出水浊度通常在0. 5 NTU以下,而我国通常为0. 8～3. 0 NTU。美国滤池通常采用煤砂双层滤料,滤池反冲洗周期为3～4 d。在运行方面,美国水厂实际运行水量通常为设计水量的50%,而我国水厂通常为满负荷运行。这些对比分析结果为将来我国水厂水质提标改造提供了理论和实践基础。

改性蒙脱石对正态磷酸盐和非正态磷酸盐混合体系的吸附特性

为研究吸附剂对正态磷酸盐、非正态磷酸盐的吸附特征,以及正态磷酸盐和非正态磷酸盐混合体系下的竞争吸附行为,制备出3种改性蒙脱石SWy-焙烧、SWy-Al、SWy-Fe,将其分别用于对不同形态的磷酸盐吸附实验中。结果表明,制备的3种改性蒙脱石对磷的吸附效果均有所提升。SWy-Fe的吸附效果最佳,对正态磷酸盐和非正态磷酸盐4 h吸附去除率分别提高了56.1%和55.3%,实验结果符合Ho拟二级吸附动力学方程。根据Langmuir吸附热力学方程,对正态磷酸盐和非正态磷酸盐的饱和吸附量分别为21.9 mg·g-1和18.8 mg·g-1。此外,在初始总磷浓度高于3.0 mg·L-1的条件下,正态磷酸盐和非正态磷酸盐混合体系中的非正态磷酸盐吸附量显著高于正态磷酸盐,二者单位平衡吸附量之比为2.9∶1.0。改性蒙脱石对正态磷酸盐和非正态磷酸盐的吸附结果均表现为吸附外部液膜扩散、表面吸附、颗粒内扩散等多种过程的综合作用,可交换阳离子Ca2+/Fe3+/Al3+的引入通过吸附络合作用提高了蒙脱石对磷酸盐的吸附能力。在初始总磷浓度高于3.0 mg·L-1的条件下,正态磷酸盐和非正态磷酸盐混合体系存在吸附竞争现象,这为实际处理含磷废水吸附技术的发展和应用提供了理论依据。