《人工湿地水质净化技术指南》编制思路与体系

人工湿地是水生态修复、污染削减、增加生态空间、改善生物多样性的重要手段,对于恢复流域水生态系统、为水体提供生态流量、促进区域再生水循环利用和推进生态文明建设具有重要意义。2021年4月30日,生态环境部发布《人工湿地水质净化技术指南》(简称《指南》),旨在指导各地做好人工湿地水质净化相关工作。重点解读了《指南》制定的背景与意义、编制思路、主要内容和实施的建议,系统阐述了人工湿地净化工程的设计、施工与验收、运行维护的技术要点。《指南》针对当前人工湿地重建设、轻维护,设计、施工与验收和运行维护各环节不统一等问题,基于工程实践和科研成果,紧扣影响湿地功能、净化效率和长效运行的重要因素,开展全国气候分区,并分区提出设计参数、细化施工与验收及运行维护的技术要求,可为全国因地制宜开展人工湿地水质净化工作提供思路参考与技术支撑。

磁化水的特性、机理及应用研究进展

磁化水因为其独特的理化性质、防垢抑垢效应、记忆效应而广受关注。磁化水研究主要集中在物性调控、磁化机理及其工业应用方面。由于磁场作用对水分子结构及其团簇结合形态有显著影响,水的磁性、表面张力、蒸发速度、沸点、电导率等宏观性质在磁化处理前后表现出明显差异。水的磁化机理涉及水分子(氢键)作用、对溶解离子的作用及对碳酸钙沉淀的作用三个方面,目前已建立了DOLLOP模型等多种磁-水作用理论模型。本文对国内外近30年来在磁化水方面的研究进展进行了综述,总结了磁化水在工农业领域的应用进展,并分析了磁化水研究领域面临的挑战及发展趋势。

WASP水质模型在表流人工湿地中的优化与应用

首次对WASP(water quality analysis simulation program)水质模型进行优化来模拟预测表流人工湿地的水质变化。由于表流人工湿地中水生植物吸收和微生物降解作用的显著增强,通过模型率定所得WASP模型水力学、植物、生化反应的相关参数值明显高于模拟天然水体时的推荐值。对改进后WASP模型的验证结果表明,湿地水质(COD和NH4+-N)模拟值与实测值基本吻合,证明改进后的WASP模型能够有效模拟预测表流人工湿地的水质变化。

用于水处理填料的超轻污泥-粉煤灰陶粒的研制

以光大水务(济南)有限公司脱水污泥、粘土为原料,以粉煤灰为添加剂烧制超轻污泥陶粒。通过配比试验和单因素实验,确定了原料添加量和工艺流程;由L18(37)正交试验,得到应用于水处理填料的超轻污泥陶粒的最佳配料比例和最佳烧制流程;最后将所得超轻污泥陶粒进行ICP-AES分析并与商品陶粒进行SEM比较。结果表明,应用于污水处理填料的超轻陶粒吸水率49.46%,堆积密度365.50kg/m3,颗粒密度1047.78kg/m3。经有毒金属浸出测试证明,生产的超轻污泥陶粒有毒重金属浓度在国标要求范围内不会造成二次污染。

无机-有机复合混凝剂处理夏季引黄水库水的对比研究

合成了具有不同Fe（Al）/聚二甲基二烯丙基氯化铵（PDMDAAC）质量比的无机-有机复合混凝剂PFC-PDMDAAC和PAC-PDMDAAC,并对夏季引黄水库水进行混凝处理.考察了复合比例、投药量、pH值和投加方式对浊度、有机物和叶绿素-a的去除效果;并通过混凝过程中形成絮体的Zeta电位的变化分析了2种混凝剂的混凝机理.结果表明,无机-有机复合混凝剂处理夏季引黄水库水的效果好于2种单独成分的复配使用;复合比例对PFC-PDMDAAC和PAC-PDMDAAC处理夏季引黄水库水的效果影响较大,Fe（Al）/PDMDAAC质量比为4：1,投药量为4mg/L时混凝效果最好;与无机混凝剂相比,复合混凝剂的最佳pH值范围较广,可在5.0~8.0的pH值范围内取得良好的混凝效果;2种混凝剂相比,PAC-PDMDAAC对浊度和叶绿素-a的去除效果较好,而PFC-PDMDAAC对有机物的去除效果更佳.

活性炭纤维对水中痕量六价铬的吸附性能研究

以聚丙烯腈基活性炭纤维(PAN-ACF)为吸附剂,分别进行空气热氧化、硝酸浸渍、过氧化氢浸渍改性处理,对改性处理的PAN-ACF样品进行表征,包括SEM表面形态、比表面积BET、傅里叶变换红外线光谱(FTIR)表面基团以及总表面酸性基团;研究对痕量六价铬的吸附效果,分析PAN-ACF改性对吸附容量的影响。经过过氧化氢浸渍改性处理的ACF3炭微晶尺度变小,导致结构无序化,较大地提升了比表面积,但表面含氧官能团增势不明显;其对微污染水中六价铬的吸附效果最佳,吸附等温线相对于Langmuir方程,更符合Freundlich方程。

复合混凝剂混凝-超滤-氯消毒处理模拟原水的研究

采用聚合氯化铝-聚二甲基二烯丙基氯化铵(PAC-PDMDAAC)复合混凝剂处理腐殖酸-高岭土模拟水样,对混凝出水进行超滤处理,研究了混凝剂投药量及进水pH值对处理效果的影响;出水用NaClO溶液进行了氯消毒实验,用一级模型进行了氯衰减数据拟合,计算得出了快速反应物与慢速反应物的初始浓度.结果表明,在要求出水中消毒副产物前驱物浓度最小的前提下,混凝与混凝-超滤所要求的投药量及进水pH值有所不同.混凝过程中残余絮体的粒径分布显示,残余絮体的粒径较小且分布集中时,混凝出水中消毒副产物前驱物浓度最低;残余絮体的粒径在粒径较小的区域有一定的分布,在粒径较大的区域有较高体积百分数时,混凝-超滤出水中消毒副产物前驱物浓度最低.

水和废水处理用复合高分子絮凝剂的研究进展

复合高分子絮凝剂是近年来人们关注的新型、高效水和废水处理用药剂.本文就近年来国内外无机-无机复合高分子絮凝剂、无机-有机复合高分子絮凝剂和微生物复合絮凝剂的研究进展进行了综述,分析了其存在的主要问题,提出了今后研究工作的建议.

天然水中腐殖酸的分离测定方法比较

比较研究了天然湖水中腐殖酸含量的3种分离/测定方法,即紫外-可见分光光度法、氧化法和XAD大孔树脂吸附-TOC联用法的优缺点和适用性,并对分离出的天然腐殖酸进行了紫外光谱等光学性能的表征。结果表明,3种方法的准确度和精密度都较好,紫外-可见分光光度法最为简便、快捷,氧化法适合对不同来源的水体腐殖酸进行定量分析,树脂吸附-TOC联用法提取的有机物更符合腐殖酸的化学特征,最为准确。天然腐殖酸的光学指标说明树脂吸附法可以分离得到大部分紫外吸收物质,其性质更接近于腐殖酸,并且较高的SUVA值和E4/E6值说明天然腐殖酸具有芳香度高、相对分子质量大的特点。

盐助溶液燃烧法制备MnFe2O4催化过一硫酸盐降解双酚A

采用盐助溶液燃烧法制备磁性铁酸锰(MnFe2O4),催化过一硫酸氢盐(PMS)氧化降解水溶液中的双酚A。通过XRD、BET等手段对制备的铁酸锰催化剂进行了表征。探究了MnFe2O4投加量、PMS投加量、溶液初始pH、淬灭剂、共存离子等因素对双酚A降解效果的影响,评估了MnFe2O4催化剂的循环利用性能。结果表明,MnFe2O4和PMS的最合理投加量分别为0.3 g/L、0.3 mmol/L,初始pH为11.0时双酚A降解效果最好,60 min内的降解率可达99.3%。淬灭实验表明,催化体系中同时存在多种活性物质,1O2是主要活性物种。溶液中Cl-、HCO3-和HPO42-等共存离子的存在影响双酚A的降解。双酚A在60 min内的TOC去除率为34.9%,苯环断裂和开环反应是其主要降解路径。MnFe2O4催化剂循环使用三次后,双酚A的降解率仍保持在90.0%左右。

自制气体扩散电极用于染料废水处理的研究

研究了气体扩散电极用于难降解活性艳红X-3B染料废水的处理,优化了催化剂LaNiO3和气体扩散电极的制备工艺。采用凝胶-溶胶法制备催化剂LaNiO3,其最佳制备工艺为:柠檬酸与金属离子摩尔比1.5∶1.0,pH 9,焙烧温度750℃;气体扩散电极的最佳制备工艺为:催化剂用量0.6 g,造孔剂用量0.6 g,聚四氟乙烯(PTFE)用量3.0 g,焙烧温度300℃。采用X射线衍射(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)等检测分析方法对所制备的催化剂和气体扩散电极进行表征和分析。结果表明,新型气体扩散电极具有良好的电催化性能。

黄河下游某市给水管网水质生物稳定性分析

考察了黄河下游某市给水管网水质的生物稳定性。结果表明:2011年2～7月,生物可同化有机碳AOC在8.7～328.7μg/L,81.3%的检测数据AOC<100μg/L,其值随季节变化、水温升高而升高。AOC P17在AOC组成中占优势,季节变化特征较AOC NOX明显。以引黄水库作为水源、处理工艺不同的两水厂给水管网可生物降解溶解性有机碳BDOC存在差异。黄河下游城市给水管网水质生物稳定性总体水平较好,管网不同取样点细菌再生长限制性因子有差异,AOC、磷及其他无机营养元素均有可能成为限制性因子。

耐冷氨氧化功能菌群强化人工湿地低温脱氮

针对冬季低温条件下人工湿地脱氮效率低的问题,将富集得到的耐冷氨氧化功能菌群固定化后投加到人工湿地中,探究生物强化对低温下人工湿地脱氮的强化效果及其微生物作用机制.结果表明,5℃条件下,梯度降温(R1)和梯度降温耦合选择性抑制(R2)条件下富集培养的耐冷氨氧化功能菌群强化处理的人工湿地的氨氮平均去除率分别为84%和88%,比对照组湿地分别提高24%和28%.高通量测序分析表明,富集得到的耐冷氨氧化功能菌群中优势菌种(相对丰度高达19.2%)为具有氨氧化功能的硝化螺旋菌(Nitrospira sp.),属于全程氨氧化菌,在氨氧化过程中起主要作用.微生物相对表达水平分析表明,两组生物强化人工湿地中氨氧化功能基因amoA的表达丰度分别为2.82×108,8.22×108拷贝数/克基质,显著高于对照组湿地的2.50×107拷贝数/克基质.投加耐冷氨氧化功能菌群可以有效提高人工湿地脱氮效率.

磺胺嘧啶对鱼菜共生系统氮元素转化的影响

本文研究了典型抗生素磺胺嘧啶对实验室规模鲤鱼-小白菜共生系统生产性能和氮元素转化的影响.结果表明,磺胺嘧啶使系统鲤鱼体重增量提高17%,但小白菜生产性能大幅下降,使得系统氮素利用率由43.66%降至21.20%,N2O转化率由1.02%上升至1.98%.磺胺嘧啶在投加初期对系统的硝化过程表现出短期抑制效应,经过32d的适应期后,实验组氨氮浓度下降至和对照组相近水平,系统运行后期实验组氨氧化细菌丰度相较对照组提高51.43%.鱼体内残余的磺胺嘧啶为35.23μg/kg,符合国家标准,但水体中磺胺类药物抗性基因sul1、sul2及intI1的拷贝数分别提升至7.23倍、2.74倍和4.12倍.从生产性能及环境友好性考虑,鱼菜共生系统在设计及运行中应减少或避免抗生素的使用,并采取合理的替代措施规避其风险.

氧化锆磁性吸附剂的制备及其磷吸附研究

以球磨后的粉煤灰磁珠(MS)为磁核,通过一步化学沉淀法,制备了氧化锆包覆的粉煤灰磁珠(MS@ZrO2)磁性磷吸附剂。系统的结构与磁性分析表明,ZrO2均匀地包覆在磁珠表面,样品中ZrO2质量百分比约为23%。MS@ZrO2的比磁化强度为17.25 emu/g,可借助外磁场高效分离回收。利用MS@ZrO2对20 mg/L含磷污水进行的吸附实验表明,在最优条件:MS@ZrO2投加量为0.4 g/L,pH为2时,磷的比吸附量可达18.80 mg/g,与Langmuir等温方程计算得出最大吸附量19.05 mg/g接近。吸附热力学和吸附动力学实验结果表明,MS@ZrO2对磷的吸附过程符合Langmuir模型和准二级动力学模型,说明磷吸附以单分子层化学吸附为主。磷吸附机理可以用ZrO2表面羟基化–离子交换模型解释。

乙酸型甲烷八叠球菌细胞工厂的设计与构建研究进展

在整个地球演化历史过程中,产甲烷古菌在生物地球碳循环中一直扮演着重要角色。据报道,约三分之二的地球生物甲烷通量来自乙酸型产甲烷途径,乙酸型甲烷八叠球菌(Methanosarcina acetivorans)是目前发现为数不多的可以进行乙酸型产甲烷途径的模式产甲烷古菌,对M.acetivorans代谢途径的解析、改造和应用可为温室气体甲烷的减排与其作为能源的合理利用提供新思路。本文综述了M.acetivorans的产甲烷代谢途径、遗传改造策略、细胞工厂构建3个方面的研究进展,分析了M.acetivorans与其他进行乙酸型产甲烷代谢的产甲烷古菌在以上三方面的异同,并对进一步设计和构建其作为微生物细胞工厂所面临的问题与挑战进行了展望。

生物质阴离子树脂的合成、表征及吸附性能

采用环氧氯丙烷、二乙烯三胺和三乙胺等对麦草秸秆进行化学改性,制备改性麦草秸秆阴离子交换树脂(改性麦秸树脂),研究改性麦秸树脂的性能指标并重点考察其对水体中NO3-的吸附性能及效果。研究结果表明,改性麦秸树脂引入了带正电荷的胺基基团,可以显著提高对NO3-的吸附性能;拉曼、红外光谱及zeta电位分析证明改性麦秸树脂对NO3-的吸附机理为离子交换;吸附过程符合Langmuir等温吸附模式;竞争吸附实验结果表明,改性麦秸树脂对不同阴离子的竞争吸附顺序为SO42->H2PO4->NO3->NO2-,改性麦秸树脂对NO3-的最大吸附量为52.1mg.g-1,与商业树脂相当;柱吸附实验表明,改性麦秸树脂对NO3-的柱饱和吸附量为45.2mg.g-1,0.1mol.L-1的NaCl及HCl溶液均可有效再生改性麦秸树脂。

粘土中铁含量对烧制轻质/超轻污泥陶粒的影响

以济南粘土,淄博某砖厂粘土和光大水务(济南)有限公司脱水污泥为原料,不添加任何膨胀剂烧制污泥陶粒。首先对两种粘土进行化学成分分析(EDX),矿物成分分析(XRD)和热重量分析(TGA);之后将粘土和污泥分别进行配比烧制试验,得到不同原料和配比所生产污泥陶粒的物理性质;最后对两种污泥陶粒进行矿物成分分析(XRD)和微观结构分析(SEM)。实验结果表明,济南粘土适合于烧制轻质污泥陶粒;淄博粘土更适合于烧制超轻污泥陶粒。两种粘土化学成分除含铁量外其它成分基本相似但矿物组成有所不同,并且污泥陶粒物理性质的变化随着污泥添加量的增大表现出明显不同的趋势。由于两种粘土中所含铁量的不同,生产的两种陶粒在矿物组成和微观结构上也有所差异。

A/O-生物膜系统处理煤化工废水

通过在传统A/O工艺好氧池投加聚氨酯填料组成A/O-生物膜复合工艺,建立了一套中试系统,以探讨处理实际煤化工高氨氮工业废水的可行性。结果表明该复合工艺具有很好的抗冲击负荷能力,并且在低温条件下仍能维持很高的去除效果。在温度为10℃以上、进水COD浓度为350～1 100 mg/L、氨氮浓度为80～280 mg/L时,出水COD和氨氮浓度始终维持在60和10 mg/L以下,去除率分别可达到90%和95%以上。低温对系统中悬浮污泥活性的影响比生物膜更大。常温条件下(20℃)生物膜的COD和氨氮降解速率分别为悬浮污泥的1.4和2.5倍,低温条件下(10℃)分别为3.1和3.0倍。

轻质/超轻粉煤灰陶粒的研制及陶粒膨胀机理的探讨和应用

以煤灰和粘土为原料制备轻质/超轻粉煤灰陶粒;从原料化学成分的角度推理膨胀过程并推导出可以用于指导实际生产的成分比例。首先对两种原料进行化学成分分析(EDX)和热分析(DSC/TGA);之后对原料进行配比烧制试验,得到不同原料和配比所生产粉煤灰陶粒的物理性质;最后对产品进行微观结构分析(SEM)和矿物组成分析(XRD)。实验结果表明,粉煤灰中含有的成气成分和粘土中含有的助熔成分是引起粉煤灰陶粒高温膨胀的主要原因。产生膨胀现象的骨架成分∶成气成分∶助熔成分≈78.5∶4.0∶16.5。