北京市水资源领域适应气候变化对策及保障措施探讨

气候变化问题日益凸显,应对和适应气候变化刻不容缓。然而,短期内无法有效减缓气候变化产生的不利影响。因此,有必要针对不同领域制定相应的适应措施来提高人们对气候变化的适应能力。北京作为人口众多的大城市及我国的缺水城市之一,气候变化无疑将加剧水资源的供需矛盾。本文针对北京市水资源现状及气候变化对北京市水资源领域已经形成的影响,从自然、工程、政策制度三个角度探讨了北京市水资源领域适应气候变化可采取的对策及保障措施。

微生物生态修复剂修复富营养化人工湖水质研究

城市景观湖水体富营养化问题日益加剧。通过在富营养化人工景观湖使用微生物生态修复剂,并连续监测试验水体叶绿素a(Chla)、化学需氧量(COD)和总磷(TP)等指标的变化情况,研究微生物生态修复剂对于修复富营养化水体水质的能力。通过研究得出,试验期末,水体Chla、COD和TP浓度比使用修复剂之前的分别下降了73.03%、50.62%和65.48%,表明生态修复剂对控制水体Chla、COD和TP具有显著成效。可为城市富营养化水体治理提供一定的理论和实践依据。

两种培养基下3种藻类的生长情况比较

[目的]比较两种培养基下铜绿微囊藻、蛋白核小球藻和四尾栅藻的生长情况。[方法]选用两种培养基(M11和水生四号)对藻铜绿微囊藻、蛋白核小球藻和四尾栅藻进行培养,观察并计算培养期间的藻密度和比增长率。[结果]在温度26℃、光强3 000 lux、光暗比12 h∶12 h条件下,使用M11培养基培养3种藻所得最大藻细胞浓度均大于水生四号培养基的。铜绿微囊藻的μmax和μave在水生四号培养基中更大,蛋白核小球藻和四尾栅藻的μmax和μave均在M11培养基更大。[结论]总体来讲,M11培养基比水生四号培养基更适合这3种藻的实验室培养。

牛粪最大甲烷生产能力及其发酵过程实验研究

采用自制序批式厌氧发酵实验装置对某奶牛场牛粪最大甲烷生产能力及其发酵过程进行研究。实验分为对照组和实验组,每组平行设置三个重复,在35℃恒温条件下厌氧发酵26天,期间对各发酵系统的产气量以及发酵液的pH,氨氮(NH4+-N),化学需氧量(COD)等指标进行连续监测。根据产气量情况,计算得出实验牛场牛粪的VS最大甲烷生产能力为0.139 m3CH4.kg-1。通过对发酵液各项指标的监测,发现实验组发酵液pH值在实验后期升高到7.7～7.9,氨氮浓度的最大值为582.16 mg.L-1,COD平均去除率为61.58%。研究中还对发酵液各项监测指标的变化趋势以及相互关系进行了深入分析。

白洋淀沉水植物腐解释放溶解性有机物光谱特性

利用水生植物修复受污染水体中,水生植物在秋冬季节腐烂分解会释放大量溶解性有机物(DOM),DOM可影响水环境中污染物的迁移转化,对水体中的化学和生物过程产生一定影响。因此利用紫外可见光光谱(UV-vis)结合平行因子分析法(PARAFAC)和主成分分析法(PCA)来表征和分析水生植物腐解产物中DOM的组分及其特点。UV-vis的研究表明随着腐解时间的增加,样品中DOM的腐殖化程度逐渐升高,当腐殖化程度达到最高值时,腐解进入矿化阶段,此时腐殖化程度逐渐降低。通过PARAFAC分析可以分离出3种类蛋白组分(C1、C2和C5)和2种类腐殖酸组分(C3和C4)。由PCA可以得出在腐解初期,类蛋白组分占据主导地位;随着腐解时间的增加,类蛋白组分含量逐渐降低,而类腐殖酸组分含量逐渐升高。

奶牛场挤奶间废水对牛粪厌氧消化过程影响

文章研究了奶牛挤奶间废水经自然稳定处理后对牛粪厌氧消化产气性能的影响。结果表明,挤奶间废水经过自然稳定预处理,作为牛粪厌氧消化原料稀释水,对牛粪厌氧消化产甲烷过程有促进作用,COD去除率从30.19%提高到50.94%,同时,累积产气量从4085 mL提高到5828 mL。而且,添加废水后,发酵系统的日产气量和发酵液的VFA浓度,pH值稳定性都有所提高。因此,挤奶间废水经过自然静置处理可以作为发酵原料稀释水再加以利用。

微电解-AO-臭氧氧化-BAF组合工艺处理制药废水

采用了微电解-AO-臭氧氧化-BAF组合工艺处理制药废水。结果表明,以50%进水稳定运行下,经过组合工艺处理,在进水平均COD在614.1 mg/L、NH_3-N质量浓度在309.2 mg/L时,出水COD平均为115.2 mg/L、NH3-N平均质量浓度在12.8 mg/L,COD和NH_3-N平均去除率分别为81.3%和95.9%,出水水质达到了相关标准的要求。

关于生物质能利用现状及政策启示

本文简述生物质能种类和特点,介绍几种生物质能利用方法在中国和外国的发展,并将国内外政策法规进行对比,提出我国发展生物质能相应对策。

荷兰长期能效协议和能效标杆合约及启示

提高能效是减排的重要途径,荷兰长期能效协议和能效标杆合约在这方面取得了很大成效,其成功经验值得研究和学习。本文首先系统介绍了荷兰长期能效协议和能效标杆合约的构建、实施及监督过程,分析了其取得的成效和存在的不足。然后描述了自愿协议式方法在中国的应用情况和我国面临的节能减排压力。最后总结出长期能效协议和能效标杆合约对我国应用和推广自愿协议式方法的启示。

自愿协议式方法的国际发展及启示

本文介绍了自愿协议式方法在日本、荷兰、美国及我国的应用和发展情况,对日本地方级协议、荷兰协商协议和美国公共自愿协议及各自取得的成效进行了分析比较。自愿协议式方法取得的成效为我国进一步应用自愿协议方法提供了启示,即成立第三方组织、完善相关法律法规和监督体制、与其他手段组合应用等。

BAF-混凝-BACF组合工艺处理微污染地表水

本文研究了BAF-混凝-BACF组合工艺在处理微污染地表水时的净化性能。实验结果表明:该组合工艺对污染物有很好的去除效果,CODCr、UV254和UV410的去除率分别达到82.14%、35.62%和25.18%,TN和氨氮的去除率分别为52.38%和73.26%,磷的去除率在67.48%。另外,通过发光细菌法进行生物毒性试验分析得出,该系统对降解河水中生物毒性具有一定的效果,其降解率达到30%。

污泥预处理强化厌氧水解与产甲烷实验研究

污泥传统厌氧消化因水解瓶颈而导致有机物转化甲烷产率低下。选择适当工况对污泥实施预处理可同时实现对污泥中木质纤维素破稳和污泥微生物细胞破壁,从而释放出较多溶解性COD(SCOD),使有机物水解变得容易进行,最终导致甲烷产率大幅提高。本研究通过热水解(T=150℃,t=30 min)、超声波(P=500 W,t=2 h)、碱解(p H=13,t=2 h)和酸解(p H=2,t=2 h)等4种预处理方式对原污泥实施最优工况预处理,分别获得了50.9%、39.1%、31.0%和22.4%的COD溶出率。对预处理后污泥进行传统条件下(SRT=20 d)厌氧消化,分别获得了53.6%、40%、26.8%和24%的甲烷产率(m L/g VSS)增量。同时,预处理后污泥中木质纤维素类物质降解率亦大大增加。缩短SRT(10 d)会导致传统厌氧消化甲烷产率急剧减少,但是,污泥预处理却非常有利于甲烷产率的提高,因此可通过外在预处理方式来逾越内在厌氧水解的瓶颈。

预处理破稳污泥木质纤维素并厌氧降解实验研究

剩余污泥中往往含有大量木质纤维素物质,其在厌氧消化过程中难以降解,最终残留于熟污泥中,这也是导致污泥有机物稳定并转化能源效率低下的主要原因之一.针对污泥中木质纤维素的结构稳定性,本实验选择酸、碱、热解及超声波4种预处理方式,采用适宜的条件预处理剩余污泥,在一定程度上破坏污泥中木质纤维素结构,继而进行污泥厌氧消化,获得了较好的木质纤维素降解率.同时,实验筛选出热解为最佳的预处理技术方式.在T=150℃与t=30 min预处理工况下,污泥在厌氧消化后最高可实现52.6%的木质纤维素降解率,主要归功于半纤维素和纤维素的大幅降解.相对未预处理污泥,预处理能有效促进木质纤维素类物质的厌氧消化,从而提高污泥有机质的能源转化率.

污水处理“碳中和”运行能耗赤字来源及潜能测算

"碳中和"运行是污水处理技术今后发展的必然。剩余污泥固然可以作为污水处理运行能耗自给自足的重要来源,但是剩余污泥的多寡又取决于进水中有机物的含量。在有机物浓度普遍偏低的我国市政污水处理厂,单靠剩余污泥转化能源显然难以满足全部运行能耗。本研究测算表明,利用污水处理厂出水作为水源热泵制冷、制热,或通过在主要处理单元上设置光伏发电组件可以产生非常可观的热量或电能。水源热泵只需使用不到15%的处理水量便可以满足至少50%以上的运行能耗,完全可以弥补因剩余污泥转化能源不足而形成的能源赤字。相形之下,光伏发电可获得的能量则显得有些"微不足道",仅能满足约10%的运行能耗。这表明,我国市政污水处理厂通过剩余污泥转化能源和污水源热泵方式一般就可以满足"碳中和"的运行目标。

美国碳中和运行成功案例——Sheboygan污水处理厂

作为美国碳中和运行的榜样，希博伊根（Sheboygan）污水处理厂通过开源与节流并举的技术措施不仅向美国而且也向世界展示了其污水处理能耗基本可以实现自给自足。利用厂外高浓度食品废物与剩余污泥厌氧共消化产生的高甲烷含量生物气进行热电联产（CHP），可产生较多的电和热供运行使用。通过更新变频水泵、鼓风机系统、气流控制阀、加热设备以及相关的自控系统（PLC和SCADA），可以大幅降低运行能耗。到2013年，该厂已实现了产电量与耗电量比值达90％～115％、产热量与耗热量比值达85％-90％的佳绩，已逼近碳中和运行目标。在介绍该厂工艺流程的基础上，重点剖析该厂在能源开源／节流、逼近碳中和运行目标方面的成功经验。

白洋淀沉水植物腐解溶解性有机物与重金属的相互作用

针对白洋淀秋冬季节水生植物腐解释放大量溶解性有机物(DOM)的问题,利用紫外可见光谱(UV-Vis)和激发发射光谱(EEMs)结合平行因子分析法(PARAFAC)对DOM样品进行表征和分离。实验结果表明,PARAFAC共分离出4种组分(C1、C2、C3和C4),类腐殖酸组分C1和C2、类蛋白组分C3、含有类蛋白组分和类富里酸组分共同组成的C4。此外,对样品进行荧光淬灭滴定实验来研究DOM与重金属(Cu(Ⅱ)和Cd(Ⅱ))的相互作用,发现Cu(Ⅱ)对所有组分都存在明显的淬灭效果,并可以较好地拟合出络合常数(lg K),而Cd(Ⅱ)只与C4有较好的络合效果,这是由于C4中的类富里酸成分所造成的。研究进一步发现,样品U2中类蛋白组分C3和C4对重金属的淬灭效果比样品U0的类蛋白组分明显。这是由于样品U2中所添加的植物量较多,而植物腐解所释放的主要成分为类蛋白物质,有助于增强类蛋白组分的络合能力。研究结果可为科学评价水生植物腐解释放DOM对水体中重金属的迁移转化提供依据。

碳中和运行的国际先驱奥地利Strass污水厂案例剖析

碳中和运行是未来污水处理的一种国际趋势。奥地利斯特拉斯(Strass)污水处理厂以主流传统工艺(AB法)与侧流现代工艺(厌氧氨氧化)相结合方式实现剩余污泥产量最大化,在2005年通过厌氧消化产甲烷并热电联产实现了108%的能源自给率,完全达到碳中和运行目标。目前,该厂利用剩余污泥与厂外厨余垃圾厌氧共消化,使得能源自给率高达200%,不仅实现能源自给自足,而且还有一半所产生的能量可以向厂外供应,已成为名副其实的"能源工厂"。在介绍该厂工艺流程的基础上,重点剖析其剩余污泥产生、厌氧转化生物气并热电联产供热、供电方面的作法与经验。

剩余污泥转化能源的瓶颈与突破技术

发展低碳经济演绎出污水处理"碳中和"运行的概念,其实质就是污水处理运行向着能源消耗自给自足的方向逼近。为此,剩余污泥厌氧消化转化能源技术重获生机。然而,污泥厌氧消化除受一般影响因素与工艺条件限制外,在很大程度上被污泥组分所控制。在简述有机物厌氧消化一般影响因素与工艺条件的基础上,总结、归纳出稳固的剩余污泥细胞体与木质纤维素结构是污泥转化能源的瓶颈所在,腐殖质的存在很大程度上也会抑制其他有机物的水解。通过适当预处理技术可实现对细胞破壁与木质纤维素破稳的双重效果,也可能会对腐殖质结构破坏产生一定影响。此外,研究在厌氧消化系统内屏蔽腐殖质抑制水解过程的方法亦十分重要。系统外部CO2或H2的介入有可能会刺激甲烷的生成,同时也存在一定程度上的"碳捕捉"作用。

人工湿地温室气体释放、影响及其控制

人工湿地被认为是低成本、低能耗、多功能的可持续污水处理技术。然而,人工湿地在处理污水过程中也会释放可观的温室气体(CO_2、CH_4和N_2O),对环境可能造成潜在的"二次污染",有将水污染转嫁为大气污染之嫌。在《巴黎气候协定》签署的背景下,人工湿地温室气体释放确实不可小觑。首先介绍了人工湿地温室气体释放机制;然后分析了各类人工湿地温室气体释放特征,并与传统污水处理方式进行横向对比;阐明了植物、填料、季节、进水负荷以及水文条件等对人工湿地温室气体释放的影响,最后指出控制人工湿地温室气体释放的技术途径。

微生物燃料电池处理污水并产能的潜力分析

全球性能源危机导致污水处理朝着资源化与能源化的方向发展。欧美倡导的"能源工厂"或"碳中和"运行理念更是激发了从污水中回收能源的国际研发与应用热潮。作为一种能够同时将有机物去除并将其所蕴含的能量直接以电能回收的技术,微生物燃料电池(MFC)技术研发方兴未艾。这就需要首先在科学上系统了解MFC的发展历程、基本原理、研究现状,继而从工程角度分析MFC在污水处理中得以应用的潜力。在总结MFC最新研发进展的基础上,对MFC用于实际污水处理可获得的能量进行了匡算,发现其能源转化效率还不及污水处理剩余污泥厌氧消化产甲烷可获得的能源转化效率。况且,MFC的有限能量转化是以牺牲脱氮除磷所需碳源作为代价。以MFC为基础衍生而来的微生物电解电池(MEC)产氢技术在实际应用时可能亦存在相同问题。面对MFC/MEC目前的应用窘境,对其未来技术研发走向进行了定位。