液-液射流搅拌提高热水解污泥混合性能分析

在厌氧消化反应器中,机械搅拌是广为应用的搅拌方式,但机械搅拌在运行过程中存在设备维修困难、能耗高等问题。基于前期的研究,利用Ansys 17.2软件平台,构建3 000 m~3液-液射流搅拌厌氧消化反应器1∶1仿真模型,为考察液液射流装置对热水解污泥在反应器内的搅拌混合效果,模拟得出速度云图、速度矢量图、剪切速率图以及死区分布图,并对搅拌性能、搅拌机理进行分析。结果表明:流场区域流速范围0~1.50 m·s~(-1),剪切速率范围0~200 s~(-1);依据斯托克斯定律计算出该流场中沉降速度阈值0.30 m·s~(-1),低于该速度值的部分形成死区,死区主要分布在流场中心区域,其体积为600.88 m~3,占总体积20.58%;相对于流场中心区域,流场内其他区域流速均值为0.60 m·s~(-1),得到较好的搅拌混合。     

粒径和底床地形对沉积物中有机磷释放的影响

主要研究了2种沉积物粒径(35μm和130μm)及底床微地形对沉积物中内源溶解性有机磷释放的影响。选取某浅水湖泊沉积物为研究对象,对其人工污染溶解性有机磷別用室内循环直流水槽顶盖驱动流模拟风生流,考察静态和风生流作用下不同粒径沉积物及底床微地形对溶解性有机磷释放的影响。实验结果表明:在20 cm·s~(-1)及38 cm·s~(-1)2种驱动流速条件下35μm粒径沉积物实验组中沉积物有机磷释放速率均大于130μm实验组。对于35μm粒径沉积物实验组在20 cm·s~(-1)驱动水流扰动下,沉积物有机磷的平衡释放量为0.44 mg·L~(-1),在38 cm·s~(-1)驱动水流扰动下为0.49 mg·L~(-1);对于130μm粒径沉积物实验组在20 cm·s~(-1),和38 cm·s~(-1)2种扰动下的沉积物有机磷平衡释放量分別为0.29 mg·L~(-1)、0.30 mg·L~(-1);驱动流速的提高促使达到平衡状态时的释放量提高小粒径沉积物提高驱动流速更利于平衡释放量的提高且高驱动流速缩短达到释放平衡所需的时间。在底床微地形(对地形的描述采用:y=O.1sin2πx)实验中发现,静态条件下波峰处上覆水有机磷浓度首先逐渐降低至0.18 mg·L~(-1),其后升高至0.40 mg·L~(-1)并达到平衡而波谷处则不断上升至极大值0.87 mg·L~(-1)其后下降至0.77 mg·L~(-1)并达到平衡;而在20 cm·s~(-1)的驱动水流扰动下,波峰波谷处上覆水有机磷浓度变化较为_致均逐渐增长至极大值0.39 mg·L~(-1)和0.45 mg·L~(-1)后达到平衡状态。此外,在静态和动态条件下,波谷处上覆水中有机磷含量始终高于波峰处。     

基于污泥流变学的射流搅拌混合特性

以市政污泥为研究对象,基于污泥流变学,考察了工业尺寸的液液喷嘴、气液喷嘴进行搅拌时射流的流动形态及喷嘴轴向速度分布,并考察了气液喷嘴不带气管进行液液混合时的情况。通过流变实验,确定实验污泥为屈服-胀塑性流体,有触变性,其稠度系数k=0.000 2,流动系数n=1.535 5,表明射流为紊流。且每种类型射流轴向速度衰减规律有一定的自相似性,气液喷嘴在安装气管时射流效果较好。对液液喷嘴、气液喷嘴进行流速场测定,分别考察了其全流场速度方差加权平均值、死区容积百分数随喷嘴安装高度、喷嘴入射流速的变化规律。结果表明,随着入射流速及喷嘴距池底安装高度的增加,搅拌槽内污泥流速均匀程度增加、污泥流动停滞区减少。并且喷嘴安装高度为2 m,入射流速4.95 m·s~(-1)时液液、气液喷嘴的混合效果最佳,2种喷嘴经济入射流速分别为4.95 m·s~(-1)和3.77 m·s~(-1)。     

餐厨垃圾高温中试两相厌氧发酵的稳定性

为了考察在高负荷条件下餐厨垃圾厌氧发酵的稳定性,采用餐厨垃圾为发酵原料,以某污水处理厂脱水污泥为接种污泥,在中试规模条件下,采用产酸相中温(35℃,0.33 m3)产甲烷相高温(55℃,1.6 m3)进行连续式发酵。结果表明,餐厨垃圾厌氧发酵的产酸相有机负荷可达29.27 kg VS·(m~3·d)~(-1),产甲烷相有机负荷为6.04 kg VS·(m3·d)-1,容积产气率平均为5.61 m3·(m~3·d)~(-1),原料产气率平均达0.913 m3·(kg VS·d)-1,甲烷浓度平均为73.07%,总菌数为2.41×109个·m L-1,产甲烷菌最高为7.08×108个·m L-1,产甲烷菌数占总菌数的29.4%。两相厌氧发酵工艺可实现餐厨垃圾高负荷条件下的稳定运行。     

流化床中煤与稻秆混烧污染物排放特性

在自主设计的流化床上开展煤与稻秆混烧的实验。通过对燃烧过程中烟气成分及飞灰含碳量的分析,研究了质量掺混比、燃烧温度、流化风速及二次风率对混烧的影响。实验结果表明,掺混稻秆有效改善了煤的燃烧特性,随着质量掺混比的增加,NO_x、SO_2及CO的排放浓度降低,飞灰含碳量降低。当掺混比由0%增加至30%、温度为850℃时,NO_x排放浓度由506.25 mg·m-3降低至404.33 mg·m~(-3),SO_2排放浓度由762.86 mg·m~(-3)降低至522.86 mg·m~(-3)。随着燃烧温度的增加,NO_x与SO_2排放浓度增加,而CO排放浓度和飞灰含碳量降低。随着流化速度的增加,NO_x与SO_2排放浓度增加,CO排放浓度和飞灰含碳量先降低后增加,并分别在流化速度0.234 m·s~(-1)和0.26 m·s~(-1)时达到最低。随着二次风率的增加,SO_2排放浓度与飞灰含碳量降低,NO_x排放浓度与CO排放浓度先减小后增加,均在20%二次风率时达到最低。     

泡沫分离法去除废水中的Cr(Ⅲ)离子

以绿色表面活性剂酪蛋白为起泡剂,采用间歇式泡沫分离法去除废水中高浓度Cr(Ⅲ)离子,考察了pH值、空气流量、酪蛋白的添加量、搅拌速度和装液体积5个因素对Cr(Ⅲ)离子去除率的影响。结果表明:当Cr(Ⅲ)离子初始浓度为100 mg·L~(-1)、处理时间为1.5 h时,最佳分离工艺条件为pH=9.5、空气流量0.75 L·min~(-1)、4 g·L~(-1)的酪蛋白的添加量25 m L、搅拌速度800 r·min~(-1)、装液体积1 500 m L,去除率可达99.78%;在最佳工艺条件下,用常规表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)代替酪蛋白进行对比实验,酪蛋白可以使废水中Cr(Ⅲ)离子去除率提高1.73%。酪蛋白是一种环境友好型物质,作为绿色生物表面活性剂适用于泡沫分离工艺中。     

渗滤液添加量对餐饮垃圾厌氧消化的影响机制

系统地研究了渗滤液添加量对于餐饮垃圾厌氧消化产气过程的影响,结果分析表明,餐饮垃圾与渗滤液联合厌氧消化,可以有效地缓解酸抑制现象,增强厌氧消化系统的稳定性,提高沼气产率。当餐饮垃圾负荷为40 g·L~(-1),渗滤液与水的比例为1.227∶1,将厌氧消化原液的氨氮调节至2 000 mg·L~(-1)时,厌氧消化效果最好。沼气产率可达到840 m L·g~(-1)(以TS计),甲烷产率可达到375 m L·g~(-1),累积沼气产量达到理论值的94.32%,累积甲烷产量达到理论值的74.77%。     

城市餐厨垃圾前处理的工艺优化

为提高餐厨垃圾资源化,利用自动化分选设备组合处理餐厨垃圾,考察餐厨垃圾快速减量化和资源化的可行性,对自动化分选前后餐厨垃圾成分进行分析,发现分选前其总量为243.05 t·d~(-1),TS为12.69%,VS为93.26%,分选后总量为242.00 t·d~(-1),TS为10.97%,VS为91.93%,其有机物含量稳定,利于厌氧发酵处理的工艺控制;对分选后餐厨垃圾进行厌氧发酵处理,考察其pH和NH_4~+-N变化,发现反应初期pH值出现弱酸性,NH_4~+-N浓度较低;随着反应进行,pH稳定在7.6~7.8,NH_4~+-N浓度约为1 200 mg·L~(-1)左右。最后对厌氧发酵产气量进行考察发现,反应前期受到pH、NH_4~+-N以及温度等反应条件影响,产气量和甲烷含量较低;随着实验趋于稳定,产气量为22 000 m3·d~(-1)左右,甲烷含量范围在65%~72%。结果表明,使用新型餐厨垃圾预处理设备,其分选效率较高,能提高后续厌氧发酵产气量和甲烷含量,较大程度实现餐厨垃圾资源化。     

矿化垃圾对污泥厌氧消化产甲烷的影响

在序批式厌氧反应器中探究了矿化垃圾对污泥厌氧消化产甲烷的影响。实验结果表明,矿化垃圾能够提高甲烷的产量并且提高甲烷的体积分数。当矿化垃圾投加量由0增加到5 g·L~(-1)时,甲烷的产量也由168.9 m L·(g VSS)-1(挥发性悬浮固体)增加到218.6 m L·(g VSS)-1,体积分数由60%增加至70%。然而继续提高矿化垃圾的投加量至7 g·L~(-1)对污泥厌氧消化造成一定的抑制作用。矿化垃圾的存在能够提高污泥中溶解性化学需氧量(SCOD)的溶出,挥发性脂肪酸的积累进而为产甲烷菌提供了充足的消化底物,从而提高了甲烷的产量。     

移动颗粒床除尘器的除尘性能

为进一步了解移动颗粒床除尘器的除尘性能,首先解决了除尘器中容易出现的流动静止区域的消除问题,并实验研究了除尘效率及压降与表观过滤风速和滤料质量流率之间的关系,结果表明当表观过滤风速为0.3 m·s~(-1),滤料质量流率为300 g·min~(-1)时,除尘效率高达99.8%,压降最大还不及180 Pa。另外,通过数值仿真得到了滤料床层内部气体的流场分布以及灰尘粒子在床层中的运行轨迹,发现除尘器结构部件对气体流场分布以及灰尘粒子轨迹有重要影响。对仿真过程中逃逸出滤料床层的灰尘粒子进行统计,并与实验数据相比较,验证了尘饼对增强细微灰尘捕集能力的重要性。     

湿法烟气脱硫喷淋塔的持液特性

在喷淋塔内部增设湍流装置是提高脱硫效率的有效途径之一,因此以自行设计的湍流装置的冷态喷淋塔为对象,考察了气速、喷淋量、液气比(L/G)、湍流装置水平和垂直间距对其持液特性的影响。实验结果表明,当湍流装置结构形式一定时,液体在塔内的停留时间随气速的增大而增大,随喷淋量、L/G的增大而减小;湍流层的持液量随气速、喷淋量、L/G的增大而增大;当气速、L/G一定时,液体在塔内的停留时间和持液量均随湍流装置水平和垂直间距的增大而减小。当气速、喷淋量、L/G、湍流装置水平和垂直间距分别为3.6 m·s~(-1)、100m~3·h~(-1)、10 L·m~(-3)、X_1、Y_1时,液体的最大停留时间为24.58s;而当气速、喷淋量、L/G、湍流装置水平和垂直间距分别为m~3·h~(-1)、25 L·m~(-3)、X_1、Y_1时,湍流层的最大持液量为1.093 m~3。对实验数据进行多元线性回归分析,得出该湍流式喷淋塔持液量的经验公式,其拟合优度与显著性良好,对工业应用具有一定的参考价值。     

偏心双轴搅拌用于污泥搅拌混合的数值模拟

在大型污泥搅拌机中探索采用偏心双轴搅拌,使用Fluent软件对偏心双轴搅拌槽内污泥流体的流场变化进行数值模拟,并与中心双层搅拌进行比较,分析2种结构搅拌槽内宏观流场结构、速度分布及功耗特性,通过实验测量不同转速下偏心双轴的功耗,仿真计算结果和实验值吻合较好。结果表明:偏心双轴搅拌形成的流场结构打破了中心搅拌的流场对称性,有效的消除了隔离区。偏心双轴搅拌槽内流场各方向的速度分量均比中心双层搅拌有明显的提高,速度梯度较大,能够增大搅拌混合区,有利于污泥固液两相的混合。在N=5 r·s~(-1)时偏心双轴搅拌的功耗约为中心双层搅拌的90.4%,具有明显的节能效果。     

间歇曝气SBR处理垃圾渗滤液的脱氮性能

采用两级串联间歇曝气序批式反应器(intermittent aeration sequencing batch reactor,IASBR)处理高氨氮低碳氮比的垃圾渗滤液,研究在控温(25±2)℃,进水碳氮比(COD/TN)为3.0条件下的脱氮性能。进水氨氮(NH_4~+-N)和总氮(TN)浓度分别为(1 100±70)mg·L~(-1)和(1 520±65)mg·L~(-1),1级和2级IASBR的水力停留时间(HRT)分别为5 d和4 d。运行结果表明,经1级IASBR处理后,出水TN浓度降低至约250 mg·L~(-1),其中以有机氮(TON)为主,NH_4~+-N浓度约25 mg·L~(-1);经2级IASBR处理后,出水TN和NH_4~+-N浓度分别稳定在40 mg·L~(-1)和20 mg·L~(-1)以下,TON去除率高达90%以上。两级串联IASBR组合工艺表现出良好的深度脱氮性能,出水TN浓度稳定达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中TN≤40 mg·L~(-1)的排放标准;同时,1级IASBR出水COD浓度高达1 150 mg·L~(-1),经过2级IASBR处理后出水COD降至约770 mg·L~(-1)。     

强制对流换热器表面CaCO_3附着垢方解石及文石晶体质量分数变化分析

利用工业循环冷却水动态模拟循环装置,对模拟换热器壁面CaCO_3附着垢晶体进行了XRD衍射分析表明,CaCO_3附着垢晶体主要由方解石和文石两相所组成。结合方解石和文石晶体物相含量的XRD定量分析,分析了随着循环水流速增大,两者的质量分数变化关系。研究表明,当水流速度从0.401 m·s~(-1)升高至1.338 m·s~(-1)时,CaCO_3附着垢中方解石和文石的质量分数分别呈现降低和增加趋势,且附着垢中文石的质量分数明显比方解石的质量分数偏高。从CaCO_3晶体的生长以及CaCO_3晶粒所受的附着力与水流剪切应力角度分析了上述变化的原因。     

暂存库填埋调质污泥的压缩与固结特性

污泥暂存库区面临减量增容的严峻问题。由于暂存库中的污泥已经发生了较大程度的降解,其固结性质与新鲜污泥相比已发生了较大的变化,可直接影响到原位处理效果,故选用FeCl_3和芬顿试剂对上海某污泥暂存库区的长期填埋污泥进行了调质改性,并对调质后污泥的固结压缩特性进行了研究。结果表明:经药剂调质后污泥的排水固结时间大大缩短,在初始低固结应力水平时压缩量较大,在后期高固结应力水平下沉降量较小;在初始低固结应力水平下,调质污泥的固结系数在10~(-3) cm~2·s~(-1)数量级范围内变化;添加FeCl_3的实验组对应的C_(v,max)=2.91×10~3 cm~2·s~(-1),芬顿调质实验组对应的C_(v,max)=9.88×10~(-3) cm~2·s~(-1)。渗透系数受固结应力影响较大,当FeCl_3的掺量为40%时,初级固结应力下样品的渗透系数k=4.439×10~(-6) cm·s~(-1);在400 kPa固结应力作用下,渗透系数减小为3.796×10~(-8) cm·s~(-1);经芬顿试剂调质的污泥在初级固结应力下,渗透系数k=6.48×10~(-6) cm·s~(-1);在400 kPa下,渗透系数k=9.94×10~(-8) cm·s~(-1)。以上结果对现场污泥真空固结法处理有一定的指导意义。     

氧化硫硫杆菌JJU-1生物淋滤去除污泥中的重金属

将前期分离得到的嗜酸性氧化硫硫杆菌JJU-1(Thiobacillus thiooxidans JJU-1)接种于污水处理厂污泥中,进行为期7 d的生物淋滤实验,对淋滤过程中的pH值、氧化还原电位(ORP)和重金属去除率进行检测。研究结果表明:氧化硫硫杆菌JJU-1不同接种量处理浸出液的pH下降幅度不同,当接种量为15%时,浸出液pH下降最快,其ORP达到最大值(444m V),Cu、Cd和Pb的去除率分别高达79.2%、96.6%和93.4%。添加能源物质S可以明显降低淋滤液的pH,当能源物质S投入量增加到12 g·L~(-1)时,淋滤7 d后,浸出液的pH下降至1以下,浸出液的ORP在S添加量为16 g·L~(-1)时达到最大值(477 m V),20 g·L~(-1)S粉添加量条件下,Cr、Cu和Pb的去除率最大,分别为98.8%、74.3%和85.8%;然而,添加能源物质S对Cd的浸出无明显影响。以上研究结果表明,氧化硫硫杆菌JJU-1在去除污泥中重金属方面有着广阔的前景。     

曝气对管式MBR膜污染及临界通量影响

采用管式膜微滤高岭土悬浊液,考察了恒通量下曝气对膜污染的影响,并对不同膜面气体流速下跨膜压力和膜污染周期变化进行了研究,此外,采用阶梯通量法对临界通量进行了测定。结果表明,曝气可显著减缓膜污染,延长膜污染周期,同时提高膜的临界通量;随着膜面气体流速由0.067 m·s~(-1)提升至0.251 m·s~(-1)时,膜污染平均速率由0.366 k Pa·h~(-1)降低至0.104 k Pa·h~(-1),膜污染周期由8 d延长至31 d,临界通量由8~10 L·(m~2·h)-1提高至22~26 L·(m~2·h)-1。此外,通过惯性模型分析发现,膜的临界通量与膜面混合流速呈良好的线性关系,R~2=0.98;但随着膜面气体流速的增加,悬浊液中高岭土粒径逐渐变小,并且通过膜表面污染阻力构成分析发现,膜表面不可逆污染阻力由13.9%提高至31.6%,这不利于膜污染控制。     

餐厨垃圾生化产甲烷潜力的数学模拟

为资源化回收利用餐厨垃圾,采用BMP实验对其产甲烷潜力进行了研究,测定了不同厌氧消化时间内的沼气产量及COD、VFA浓度,并在此基础上对餐厨垃圾产甲烷潜力进行了数学模拟。结果表明,混合液COD浓度变化曲线呈逐渐下降的趋势,VFA出现短暂积累,应调控厌氧消化系统的碱度。餐厨垃圾经40 d厌氧消化后,实际生物化学产沼气及产甲烷潜力分别可达559.1、349.7 m L·g~(-1)VS,第20天后累积产气量增加不显著。数学模拟结果表明,餐厨垃圾最初7 d的平均水解常数为0.244 d~(-1),模拟产沼气及甲烷潜力分别可达578.36和363.72 m L·g~(-1)VS,实际产沼气及甲烷潜力分别占模拟产沼气及甲烷潜力的96.7%、96.1%,采用固体停留时间为25~30 d进行厌氧消化较为合理。     

两级自养反硝化实现垃圾渗滤液的深度脱氮

针对目前生物工艺难以解决垃圾渗滤液深度脱氮的问题,探究了短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化(两级自养)工艺处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液的脱氮效果。结果表明,当进水垃圾渗滤液中氨氮平均浓度为2 560 mg·L~(-1),COD值为4 000～5 000 mg·L~(-1)时,经过短程硝化反硝化-厌氧氨氧化处理后,总氮去除负荷可达1.19 kg·(m~3·d)~(-1)、总氮去除率可达93.1%(出水TN=176.3 mg·L~(-1))、COD去除率可达52.2%。但是,厌氧氨氧化反应器出水中NO_x~--N浓度为154.5 mg·L~(-1),仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L~(-1))。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水NH_4~+-N、NO_2~--N、NO_3~--N平均浓度分别为1.9、0.6、9.7 mg·L~(-1),TN≤15 mg·L~(-1),进水总氮去除率为99.5%。在短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化两级自养深度脱氮反应系统中实现了垃圾渗滤液深度脱氮。     

餐厨垃圾废水制备液态固氮菌肥

探讨餐厨垃圾废水用作发酵基质生产液态褐球固氮菌肥的可行性。结果表明,餐厨垃圾废水培养的褐球固氮菌在第4~5天活菌数达到最大(Ⅰ类废水3.0×1012CFU·m L~(-1),Ⅱ类废水3.3×1012CFU·m L~(-1)),餐厨垃圾湿热处理对褐球固氮菌生长的促进作用十分有限。废水的pH和盐分对褐球固氮菌的生长代谢影响极为显著:Ⅰ类废水褐球固氮菌生长的最佳pH为7,Ⅱ类废水最佳pH为7.5,其他pH将对褐球固氮菌的生长代谢活性造成不同程度的抑制;随着Na Cl含量的增加,固氮菌活菌数先升高后快速降低,最利于菌种培养的Na Cl浓度为3 g·L~(-1)。温度、摇床转速和接种量对菌株培养的影响不显著,正交实验确定的较优培养条件为pH=7、T=28℃、转速150 r·min-1、接种量2%(体积分数)。餐厨垃圾废水制备的固氮菌肥可提高土壤总氮水平(线性相关性R2=0.979),施用0.025‰~2.5‰质量比例固氮菌剂的土壤生长的黄豆苗干重可达到按照5‰质量比例施加无机复合肥生长的黄豆苗的55.2%~67.2%。