氧化沟反应器流体力学特性的数值模拟与实验研究

采用CFD数值计算和体视PIV测试相结合的方法研究卡鲁塞尔氧化沟反应器流场特性。探索复杂边界条件下反应器流场的模拟方法，采用体视PIV技术分别测量了反应器直道、弯道处三维全场流速；研究不同位置处纵、横、垂三向的流动结构和沿程分布特点。结果表明，模拟与实验结果较吻合；纵、垂两向的流动分布是决定沟内水力特性的主要因素；横、垂两向的流动是决定污泥沉积位置的主要因数；外沟靠近曝气叶轮直道段的流速分布上大下小，在低速区底部易发生污泥沉积；外沟远离曝气叶轮直道段流速分布上小下大，利于防止泥水分离；弯道段受横比降和横向环流的影响，内侧容易形成低速区或停滞区而发生污泥沉积。     

曝气强度对膜污染的影响

混合液浓度的高低及其粒度分布特性是影响膜生物反应器膜污染的重要因素。在一定污泥浓度下,主要考察了曝气强度对污泥絮体粒度分布的影响,以及不同粒度下的膜污染特性。试验结果表明,曝气强度提高,可以起到减缓污泥颗粒在膜表面的沉积作用,但高的错流流速产生的剪切效应使得污泥颗粒变得琐碎,导致细小胶体粒子和溶解性部分增多,增加了膜孔吸附和堵塞的机会,加剧了膜污染的进程。膜污染速率在曝气强度提高初期阶段迅速降低,接着又随曝气强度增加而缓慢升高,在污泥质量浓度为8 g/L的试验条件下,对应的最适曝气强度为84 m3/(m2.h)。     

曝气条件下应用型氧化沟内混合液流态测试及分析

从氧化沟的水力特性入手,实测并分析了混合液在应用型氧化沟内的流态分布特点。结果表明,在曝气机不同的旋转条件下,混合液液流在氧化沟内的流态分布规律具有较高的相似性,上部液流经曝气机加速作用,流速在短时间内急剧增加,而下部液流速度变化不明显,液流随之在沟体内进行流速均布,在返回第一直道时不同水深和内外侧流速已基本达到一致;混合液液流除了受到曝气机的推动力作用外,还受到沟体沿程阻力及弯道局部阻力的作用,导流板对混合液流态也产生了影响;在1.56m水位、120r/min逆时针转动条件下,第一直道末端下部液层内侧与中侧的流速较低,成为沟底污泥淤积的危险区;当转速为100r/min时,能保证氧化沟底混合液流速不小于0.15m/s;在1.56m水位、80r/min顺时针转动条件下,能保证氧化沟底混合液流速不小于0.15m/s。在实际运行中,只有将曝气设备调节到适合的转速才能有效防止污泥在氧化沟沟底沉积。同时,在保证沟底混合液流速满足要求时,为节省动能损耗,还应选择较低的曝气机转速。     

泥龄应用中有关问题的探讨

活性污泥泥龄是反映微生物生长、基质去除及工艺运行控制特性的一个重要参数。文中探讨了泥龄理论应用中的泥龄概念、出水水质与泥龄、污泥沉陷性能及除磷与泥龄等方面问题，并首次提出了与污泥性能有关的最佳泥龄的概念。作者认为，出水水质在水质波动及有毒抑制物时，不仅与泥龄有关，而且与人流底物浓度有关；污泥沉降性能受泥龄的影响应存在一最佳值，使污泥有良好的沉陷性能；除磷率随泥龄的缩短而增加。     

污泥负荷对UASB处理低浓度污水运行效果和污泥性质的影响

采用升流式厌氧污泥床（UASB）反应器处理低浓度生活污水，探讨了不同污泥负荷对运行效果及污泥性质的影响。通过考察有机物去除率、有机酸积累、污泥粒径、污泥比产甲烷活性、溶解性微生物产物（SMP）、胞外聚合物（EPS）等生化指标，得出如下结论：在受试条件下，污泥负荷率的升高不利于有机物的去除；有机酸特别是乙酸的积累，以及受基质缺乏及污泥洗脱限制的污泥积累，是影响处理效果的因素；稳定阶段污泥的胞外聚合物以紧密附着型EPS为主，污泥负荷升高将导致其浓度升高，而对SMP和松散附着型EPS没有显著影响，EPS的浓度及其组成不影响污泥性质。高的污泥负荷下污泥的产甲烷活性较高。在本实验中，F/M=0.4 g COD/（g MLSS·d）是最佳的污泥负荷条件。     

处理造纸废水的EGSB反应器内颗粒污泥特性

为了解高效厌氧反应器的颗粒污泥特性，研究了生产性EGSB反应器处理造纸废水不同高度的颗粒污泥的固体浓度、外观形态和产甲烷活性。采用甲烷势自动测试系统测试产甲烷活性，测试时间3d。结果表明，颗粒污泥的固体浓度以及溶解性COD随高度的增加逐渐降低，有机质含量沿整个反应器高度不变。反应器内固体浓度和有机质含量平均值为Ts：（123±4）g／L，VS：（75±3）g／L，VS／TS：（61±3）％。溶解性COD浓度由723mg／L降低到449mg／L。反应器内的颗粒污泥产甲烷活性为（0．32±0．03）gCOD／gVSSd（112mLCH。／gVSSd）。反应器底部和顶部颗粒污泥的当量直径分别为169μm和145μm，颗粒污泥呈椭球状（圆度为2．6）。EGSB反应器内由于进水的上升流速较高，污泥颗粒处于膨胀状态，致使颗粒污泥特性沿反应器高度变化不大。     

水泥旋窑并行处理城市污水厂污泥的污染物排放研究

通过重庆某水泥厂的工业试验，测定了水泥旋窑并行处理城市污水厂污泥的烟气参数及污染物排放指标，分析了并行处理污泥对旋窑烟气的影响程度及各项指标之间的相关性。结果表明：①在污泥添加速率增大时，烟气流速、排气量、含氧量、空气过剩系数、HF和SO₂等排放浓度均随之增加，粉尘、NO_x排放浓度基本保持不变，HCl排放浓度下降，CO排放浓度先剧增后缓慢下降，而总烃排放浓度无明显规律；②污泥添加速率与SO₂排放浓度、烟气流速与排气量、含氧量与空气过剩系数、总烃浓度与SO₂排放浓度、烟气流速与总烃浓度呈显著正相关，污泥添加速率与HCl浓度、SO₂浓度与HCl浓度、NO_x与总烃浓度呈显著负相关；③烟气排放的污染物主要来自煤的燃烧，各指标之间的相关性主要表现为煤耗量增加而引起的连锁效应，但污泥本身在高温条件下燃烧产生的污染物较少，由污泥燃烧产生的污染物之间的相关性较小；④污泥添加速率达到2.4 t/h时，水泥旋窑并行处理城市污水处理厂污泥过程中所有指标均满足国家及相应的控制标准，但其参数优化及污染物控制极为复杂，该方法处理污泥需要进行深入研究才能在工业上应用。     

膜-生物反应器中溶解性微生物产物的研究进展

本文就膜 -生物反应器中溶解性微生物产物的生成特性及其影响的研究进展进行了总结。在膜 -生物反应器中 ,膜的高效固液分离作用在提高系统容积负荷和出水水质的同时 ,也使生物反应器成为一个相对封闭的系统。以腐殖质、多糖、蛋白质等物质为主要成分的溶解性微生物产物是生物处理出水中溶解性TOC或COD的主要组成部分 ,主要产生于微生物的基质分解过程和内源呼吸过程 ,其高分子物质的含量较多且可生物降解性较差 ,因此 ,在膜 -生物反应器中会出现积累。溶解性微生物产物的过高积累不仅有可能降低膜过滤出水的水质稳定性 ,而且有可能影响污泥活性 ,并引起膜污染。进水浓度和污泥浓度是影响溶解性微生物产物产生量的重要因素。目前有关膜 -生物反应器中溶解性微生物产物的研究还很不完善 ,有很多问题需进一步研究     

工业化规模超声波预处理对不同固体浓度污泥厌氧消化性能的影响

针对活性污泥厌氧消化水解速率慢的问题,通过工业化规模超声波反应器对不同固体浓度污泥开展了破解研究。采用粒径分析及溶解性COD、蛋白质和多糖浓度监测的方法研究了超声波破解前后污泥物理化学特性的变化;评估了超声波破解对污泥厌氧消化产甲烷潜力及有机物降解规律的影响。结果表明:工业化规模超声波破解不同固体浓度污泥后,污泥粒径均有所降低,而溶解性COD、蛋白质和多糖的浓度均有增加;超声波对污泥的破解程度与破解时间和固体浓度有关,其随破解时间增加而增加,随污泥固体浓度增加而减弱;超声波破解固体浓度2%和4%的污泥30 min后,累积甲烷产率分别提升41.2%和30.2%,当破解时间和固体浓度进一步增加时,污泥甲烷产率无明显变化。本研究结果可为超声波破解污泥技术的工业化应用提供参考。     

污水处理厂脱氮效果及相关参数的分析

通过对长沙某污水处理厂进行24 h水质、水量的监测,分析了其Carrousel氧化沟处理污水的特点.从脱氮的原理出发,结合流速、溶解氧等运行参数的考察,发现造成脱氮效果不好的主要原因是沟内缺少厌氧区段,提出改进措施,从宏观改善流体的流动人手,以达到调控溶解氧传递的目的,既而促进微观的硝化与反硝化反应,提高污水处理效果.     

Aerobic sludge digestion under low dissolved oxygen concentrations.

Low dissolved oxygen (DO) concentrations occur commonly in aerobic digesters treating thickened sludge, with benefits of smaller digester size, much reduced aeration cost, and higher digestion temperature (especially important for plants in colder areas). The effects of low DO concentrations on digestion kinetics were studied using the sludge from municipal wastewater treatment plants in Akron, Ohio, and Los Lunas, New Mexico. The experiments were conducted in both batch digestion and a mixed mode of continuous, fed-batch, and batch operations. The low DO condition was clearly advantageous in eliminating the need for pH control because of the simultaneous occurrence of nitrification and denitrification. However, when compared with fully aerobic (high DO) systems under constant pH control (rare in full-scale plants), low DO concentrations and a higher solids loading had a negative effect on the specific volatile solids (VS) digestion kinetics. Nonetheless, the overall (volumetric) digestion performance depends not only on the specific digestion kinetics, but also the solids concentration, pH, and digester temperature. All of the latter factors favor the low DO digestion of thickened sludge. The significant effect of temperature on low DO digestion was confirmed in the mixed-mode study with the Akron sludge. When compared with the well-known empirical correlation between VS reduction and the product (temperature x solids retention time), the experimental data followed the same trend, but were lower than the correlation predictions. The latter was attributed to the lower digestible VS in the Akron sludge, the slower digestion at low DO concentrations, or both. Through model simulation, the first-order decay constant (kd) was estimated as 0.004 h(-1) in the mixed-mode operations, much lower than those (0.011 to 0.029 h(-1)) obtained in batch digestion. The findings suggested that the interactions among sludges with different treatment ages may have a substantially negative effect on digestion kinetics. The use of multistage digesters, especially with small front-end reactors, may be advantageous in both "process" kinetics and "biological reaction" kinetics for sludge digestion.     

A computational technique for turbulent flow of wastewater sludge.

A computational fluid dynamics (CFD) technique applied to the turbulent flow of wastewater sludge in horizontal, smooth-wall, circular pipes is presented. The technique uses the Crank-Nicolson finite difference method in conjunction with the variable secant method, an algorithm for determining the pressure gradient of the flow. A simple algebraic turbulence model is used. A Bingham-plastic rheological model is used to describe the shear stress/shear rate relationship for the wastewater sludge. The method computes velocity gradient and head loss, given a fixed volumetric flow, pipe size, and solids concentration. Solids concentrations ranging from 3 to 10% (by weight) and nominal pipe sizes from 0.15 m (6 in.) to 0.36 m (14 in.) are studied. Comparison of the CFD results for water to established values serves to validate the numerical method. The head loss results are presented in terms of a head loss ratio, R(hl), which is the ratio of sludge head loss to water head loss. An empirical equation relating R(hl) to pipe velocity and solids concentration, derived from the results of the CFD calculations, is presented. The results are compared with published values of Rhl for solids concentrations of 3 and 6%. A new expression for the Fanning friction factor for wastewater sludge flow is also presented.     

有机负荷和溶解氧的变化对SBR污泥膨胀的影响及控制方法

本文研究SBR工艺处理汽车电泳废水在不同有机负荷、溶解氧条件下污泥膨胀的现象 ,分析膨胀发生机理 ,分别提出控制方法。实验结果表明 ,在低、中、高负荷时 ,只要溶解氧发生变化 ,均有可能发生膨胀。低负荷、正常溶解氧时发生的膨胀可以通过前联好氧生物选择器加以控制 ;中负荷、低溶解氧及高负荷、低溶解氧活性污泥发生膨胀时可以通过强化曝气得到控制     

进水水质成分改变引发的污泥粘性膨胀及控制

在研究强化SBR工艺除污性能时，由于可溶性淀粉投加导致进水水质成分发生改变，污泥沉降性能在短时间内迅速恶化，污泥出现大量的粘液。镜检发现，大量指状菌胶团异常增殖且丝状菌的数量也逐渐减少。实验结果表明，系统膨胀属于污泥粘性膨胀。停止可溶性淀粉和提高主反应池的DO浓度，污泥粘性膨胀并未得到恢复，但污泥粘液逐渐消失。粘液消失后，通过模拟前期进水水质成分和缩短泥龄，污泥粘性膨胀得以控制，污泥沉降性能在短时间内恢复。实验还研究了污泥粘性膨胀对污染物去除性能的影响。     

A-O工艺污泥疏水比率与污泥活性的关系

通过A-O工艺对印染废水的降解处理,研究了不同污泥活性下微生物疏水比率和COD去除率的变化规律.结果表明,污泥活性指标ATP浓度与微生物疏水性之间存在一定关系,并对COD去除率产生一定的影响.缺氧污泥的活性指标ATP浓度在0.38～0.77 mg/L范围时,污泥微生物的疏水性最好且疏水比率最高值为84％,COD的去除率最高,为70.01％；好氧污泥的活性指标ATP浓度在0.86～2.17 mg/L范围时,污泥微生物的疏水性最好,疏水比率最高值为75％,COD的去除率最高为96.2％.     

焦化废水处理过程外排污泥中重金属形态特征及其潜在环境风险

焦化废水处理过程所排放污泥中重金属的含量及化学形态是否构成环境风险将直接影响污泥处置方法的选择,为此,实验采用BCR顺序提取法分析了焦化废水处理站外排污泥中重金属(Cd、Hg、Pb、Cr、As、Ni、Zn、Cu和Mn)的形态特征,并采用地累积指数(Igeo)和潜在生态危害指数(RI)评价了重金属对土壤的潜在环境风险。研究结果表明:除Ni主要以可氧化态存在外,焦化废水外排污泥中其他几种重金属元素主要存在于残渣态,重金属元素的含量低于《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918—2002)》中的控制限值;与城市污泥相比,焦化废水外排污泥具有低Pb、Cr、Zn、Cu含量,而高Cd、Hg、Mn含量的特点;基于Igeo和RI的评价结果,Cd和Hg是外排污泥中具有一定环境风险的元素,需要考虑其下游去向。焦化废水处理外排污泥中主要存在残渣态重金属成分,不表现为很高的环境风险,其处置应重点考虑其中有机污染物特别是POPs。     

Ca2+对上流式多级厌氧反应器处理蔗渣渗滤液的影响

研究了上流式多级厌氧反应器(UMAR)处理蔗渣渗滤液过程中Ca2+浓度对反应器运行特性和颗粒污泥性质的影响。结果表明,对于蔗渣渗滤液而言,进水中低浓度的Ca2+浓度(80～300 mg/L)对颗粒污泥产甲烷活性无抑制,COD去除率最高可达93.3%;Ca2+浓度达到500 mg/L以上时,对厌氧颗粒污泥的活性有抑制作用;随着Ca2+浓度进一步升高,抑制作用加强,污泥灰分明显升高,活性成分下降,COD去除效率明显降低,污泥粘结沉积在反应器底部,导致系统内循环出现障碍。因此,在实际生产中应减少废水中Ca2+的引入量。     

一体化A/O移动床生物膜反应器中DO、TN分布及脱氮效果研究

采用一体化A/O移动床生物膜法工艺，以模拟生活污水研究了该工艺的除碳脱氮效果，并对一体化移动床生物膜反应器的好氧区和缺氧区各纵向断面的COD、DO、NH₃-N、TN、NO^-₃-N和NO^-₂-N进行了检测，通过对缺氧区各断面的DO和TN浓度分布情况，分析了脱氮的产生过程。试验结果表明: 在水力停留时间HRT＝12 h，好氧区DO保持5 mg/L左右，COD进水浓度处于250～400 mg/L时，COD的去除率均在90%以上，且出水COD均在40 mg/L以下；TN进水浓度为20～50 mg/L时，NH₃-N去除率高于90%，其出水浓度可达到5 mg/L以下，脱氮效率也较高，TN去除率可达到65%～85%。COD和NH₃-N的浓度分布状况表明该一体化A/O移动床生物膜反应器的流态趋于全混式。     

SBR处理模拟氯苯废水

在SBR中利用光合细菌球形红细菌污泥颗粒进行模拟氯苯废水处理的初步研究,结果表明,采用球形红细菌污泥颗粒处理模拟氯苯废水的SBR系统是可行的,其降解氯苯过程符合Monod一级反应动力学方程。当进水氯苯浓度在125～187.5 mg/L变化时,处理效率都能稳定在90.5%～95.6%之间;其最佳工艺条件为反应时间6 h、DO 4.75～5.0 mg/L、沉淀时间1.5 h、污泥颗粒浓度4 000～6 000 mg/L。在污泥颗粒浓度4 000 mg/L、DO 5.0 mg/L、反应时间6 h的最佳条件下,当进水COD为748.1 mg/L、氯苯浓度100 mg/L时,COD的去除率达90.9%,处理后出水COD满足国家一级排放标准要求。     

The concentrations and distribution of polycyclic musks in a typical cosmetic plant

Polycyclic musks [cashmeran (DPMI), celestolide (ADBI), phantolide (AHMI), traseolide (ATII), tonalide (AHTN) and galaxolide (HHCB)] in the air, wastewater, sludge samples of a typical cosmetic plant were analyzed. DPMI, ADBI, HHCB and AHTN were found in all samples, and ATII was not found in any sample. HHCB and AHTN were the major components in all samples. The polycyclic musk concentrations were very high in the air of the cosmetic plant, and polycyclic musks were mostly contained in the gas phase at the percentage of 86.35-97.70%. Average polycyclic musk concentrations in effluent were high, and ranged from 0.62 to 32.06 microgl-1. The removal efficiency during the active sludge wastewater treatment was also high, resulting from the adsorption of those compounds into the sludge. So the polycyclic musk concentrations were very high in the primary sludge and second sludge, and ranged from 1.78 to 92.45 mgkg-1 (dry), and from 2.87 to 65.67 mgkg-1 (dry), respectively. Results suggested that the sludge needed to be further treated to make polycyclic musks less influence to the environment.