基于RSM模型的碱与超声联合破解污泥工艺优化

运用响应曲面法(RSM)研究碱解和超声联合作用对污泥破解的影响,以加碱量(0~0.16 g NaOH·(g TS)-1)和超声能量(4 000~20 000 k J·(kg TS)-1)为影响因素,分析其对污泥破解度、溶解性蛋白质和多糖浓度的影响规律,建立了二次多项回归模型,并实现了组合工艺的优化和验证。结果表明,加碱量对污泥破解效果的影响高于超声能量,最佳处理工艺条件为加碱量0.1 g Na OH·(g TS-1)和超声能量12 000 k J·(kg TS-1)。最佳工艺条件下,污泥破解响应值为污泥破解度40.13%,溶解性蛋白质1 365.46 mg·L~(-1)和多糖350.11 mg·L~(-1),与预测值吻合度较高,为碱解和超声联合预处理在污泥破解、厌氧消化预处理领域的应用提供了理论支持和数据支撑。     

微波-等离子体作用下催化氧化煤制乙二醇生化尾水

采用微波-等离子体催化氧化技术对煤制乙二醇生化尾水进行了深度氧化实验研究,实验考察了不同方法、等离子体投加量、催化剂投加量及反应时间对生化尾水的COD、UV_(254)及UV_(410)的去除率的影响。结果表明,微波-等离子体催化氧化法比其他方法能更快速有效的处理煤制乙二醇生化尾水。在最优实验条件:催化剂投加量20 g·L~(-1),反应时间40min,微波功率660 W,等离子体投加量80 mg·L~(-1)下,COD、UV_(254)和UV_(410)的去除率分别达到了78%、52%和68%,达到了国家一级排放标准(GB 8978-1996)。     

响应面法优化海绵铁/碳微电解技术预处理腈纶废水

以腈纶废水的进水pH值、海绵铁投加量、铁碳质量比及反应时间为考察因素,COD去除率为评价指标,在单因素实验基础上,通过Box-Behnken方案构建与拟合响应曲面模型,分析了此4个独立因素及因素之间的交互作用对COD去除效果的影响,确定了最佳预处理工艺,即当进水pH为2,海绵铁投加量为35 g·L~(-1),铁碳质量比为0.5,反应时间为75 min时,COD去除率可达29.59%,回归模型的预测值为29.68%,该模型可靠。并考察了预处理对生化系统的影响,在进水COD均值923.09 mg·L~(-1)条件下,最终出水浓度为232.89 mg·L~(-1),去除率为74.77%,较单独生化处理提高25.49%。     

半集中式分质供排水和资源化系统的集成应用

针对传统生活污水处理的再生水难以有效回用的问题,采用源分离式半集中式分质供排水和资源化体系处理生活污水,并对实际工程案例的进行了长期监测,探讨了其在污染物去除、污水再生利用以及污泥资源化等方面的效果。结果表明:即使灰水和黑水管道存在一定混接现象,但是灰水和黑水处理模块的COD去除率均超过90%,出水COD分别为10～30 mg·L~(-1)和10～40 mg·L~(-1);灰水处理模块的TN去除率达到95%,最低小于5 mg·L~(-1);黑水的TN去除率保持70%～90%,出水水质均可满足回用要求并已用于周边区域;厌氧消化系统1 m~3生污泥的产气量达到7.27～10.91 m~3,甲烷含量达到70%,有机物的降解率30%～50%;投加糖蜜后,单位产气量提高了1倍,有机物的降解率平均提高10%。消化污泥经过脱水后除总汞指标略高外,各主要指标均满足污泥农用中A级污泥标准。基于生活污水源分离的半集中式处理系统,可以对污水、污泥进行有效处理,并就近利用再生水、污泥和沼气。     

工程规模下碱类型对污泥预处理效果及发酵产酸的影响

研究了工程规模下3种碱对剩余污泥热碱预处理效果以及厌氧发酵产酸的影响。结果表明,平均进泥浓度为70 g·L~(-1)时,氢氧化钠的预处理效果要优于混碱(Ca(OH)_2:NaOH=4:1)和过氧化钙,处理后污泥中溶解性化学需氧量(SCOD)的平均浓度是预处理前的8.45倍,水解率达到64.26%。但是,使用过氧化钙进行预处理可以有效提高污泥的发酵产酸效果,产酸效率明显优于混碱和氢氧化钠,总挥发性脂肪酸(TVFAs)的平均浓度为7.93 g·L~(-1),产酸率(以COD计)为273.93 mg·g~(-1)VSS,且总酸中乙酸比例达到60.35%;发酵后平均TSS和VSS分别下降了24.42%和47.62%;同时,氨氮(NH_4~+-N)和总磷(TP)浓度最低,其平均浓度分别为286.33 mg·L~(-1)和17.42 mg·L~(-1)。此外,混碱组、过氧化钙组和氢氧化钠组污泥厌氧发酵的净利润分别为229.14、257.37和10.49元·t~(-1)(脱水污泥)。实验结果表明,热混碱和热过氧化钙预处理用于污泥厌氧发酵有望得到广泛的应用。     

Fenton法处理电镀有机废水

采用Fenton法处理某电镀厂强碱性有机废水。考察了pH和Fenton氧化对废水特性的影响,优化了处理参数,研究了Fenton氧化对废水可生化性的影响。结果表明:Fenton氧化前,调节pH可提高有机物去除效果,一定程度上去除重金属;Fenton法能够有效处理电镀有机废水,并充分提高废水可生化性,最高COD去除率可达75%;在反应时间为30min、H_2O_2投加量为68mg·L~(-1)、Fe~(2+)投加量为111mg·L~(-1)条件下,废水COD去除率为22%,B/C为0.28,适宜后续接入生化工艺以进一步提高废水处理效果,可降低成本并提高处理效率,为电镀企业处理强碱性有机废水提供参考。     

臭氧催化氧化-BAF组合工艺深度处理抗生素制药废水

针对抗生素制药废水组分复杂、毒性强、难生物降解的特点,以Ce负载天然沸石作为催化剂(Ce/NZ),采用臭氧催化氧化-曝气生物滤池(BAF)组合工艺对抗生素制药废水二级生化处理出水进行深度处理。结果表明,Ce/NZ催化剂可显著改善臭氧预处理单元的处理效率,在臭氧进气浓度为50 mg·L~(-1)、臭氧进气量为600 mL·min~(-1)、催化剂用量为1 g·L~(-1)、臭氧反应时间为120 min的条件下,臭氧催化氧化预处理对抗生素制药废水的COD去除率达到43%,平均COD由220 mg·L~(-1)降至125 mg·L~(-1),BOD_5/COD由0.12升至0.28,废水的可生化性得到显著提高。臭氧预处理单元出水采用BAF进行生化处理,在进水平均COD为125 mg·L~(-1)、平均NH_4~+-N为12 mg·L~(-1)、水力停留时间为4 h、气水比为4∶1的条件下,COD和NH_4~+-N的平均去除率分别为62%和64%。组合工艺处理后出水平均COD和NH_4~+-N分别为46 mg·L~(-1)和4.1 mg·L~(-1),出水水质可以稳定达到《发酵类制药工业水污染物排放标准》(GB 21903-2008)。相较于单独BAF工艺,组合工艺出水COD和NH_4~+-N平均去除率分别提高了66%和15%,出水水质明显优于单独BAF工艺出水。     

猪粪沼液的磁混凝预处理工艺优化及评估

以高悬浮物、高氮磷与高有机物的猪粪沼液为研究对象,采用磁混凝进行预处理,以浊度去除率为主要考察指标,结合单因素实验和正交实验,优化磁混凝工艺参数,并简要分析磁混凝机制及评估其作为沼液资源化利用的预处理工艺的效能。研究结果表明,优化的磁混凝条件是PAC、PAM、磁种的投加量分别为5 g·L~(-1)、120 mg·L~(-1)、3 g·L~(-1),转速为250 r·min-1。经磁混凝处理后,猪粪沼液的浊度、SS、COD、TP与PO34--P浓度降为2 235 NTU、 3.84 g·L~(-1)、10 302 mg·L~(-1)、133 mg·L~(-1)和62.58 mg·L~(-1),去除率分别为92.90%、84.42%、70.63%、91.90%和50.3%。同时,磁混凝对氨氮与K的去除率较低,分别为6.49%和16.12%,浓度分别为4 072.5 mg·L~(-1)和4 176 mg·L~(-1),利于后续的沼液资源化利用。磁种加载后在混凝过程中被絮体包裹,形成密实的磁絮体,显著提高了沉降性能,沉降时间由传统混凝的25 min降为5 min,同时污泥量显著减少。综上,磁混凝可高效削减沼液的悬浮物,且保留氮与钾等营养物质,促进沼液资源化利用。     

微气泡臭氧强化污泥碳源的释放过程

臭氧处理污泥后释放的碳物质可作为低碳市政污水生物处理的重要碳源补充。为突破传统臭氧处理效率低等问题,研究采用微气泡臭氧技术以强化污泥碳源释放效果。结果表明,在臭氧投加量为200 mg O_3·(g SS)~(-1)时,污泥SCOD增长了1 964 mg·L~(-1),为传统臭氧处理的2.1倍,DDCOD由18.1%上升至41.5%,污泥碳源释放效果显著提高。同时确定了微气泡臭氧处理在臭氧浓度为100.0 mg·L~(-1),污泥浓度为5 g·L~(-1),污泥初始p H为9的条件下,污泥碳源矿化损失较小且污泥碳源释放效果较好,在臭氧投加量为160 mg O_3·(gSS)~(-1)时污泥SCOD增长了1 923 mg·L~(-1),DDCOD达到41.2%。与传统臭氧处理相比,微气泡臭氧处理能提高臭氧传质效率与间接反应强度,更有利于污泥碳源的释放。     

微生物絮凝剂与聚合氯化铝复配处理污水厂二级出水

探讨了微生物絮凝剂处理二级出水过程中投加量和pH值对溶解性有机碳和浊度处理效果的影响,及将微生物絮凝剂与聚合氯化铝按不同比例复配后的去除效果及pH值对最佳投药量下去除效果的影响。并使用三维荧光光谱(3DEEM)分析了不同种类的絮凝剂在去除水中溶解性有机物(DOM)时的差别。实验结果表明:微生物絮凝剂的最佳投药量为20 mg·L~(-1),最适pH值为7.5,此时TOC去除率为17%,浊度去除率为45%。最佳复配投药量为微生物絮凝剂10mg·L~(-1)聚合氯化铝20 mg·L~(-1),最适pH值为7,此时TOC去除率为33%,浊度去除率为51%。复配使用对腐殖质有很好的去除效果。     

无机碳强化处理焦化废水EGSB反应器运行效能

为实现处理焦化废水的颗粒污泥的快速培养,进而高效处理焦化废水,在22~27℃环境温度下,平行运行2个EGSB反应器,用焦化废水驯化处理啤酒废水颗粒污泥,对微氧运行(与厌氧对比),有机营养物添加(厌氧、微氧运行)、无机碳营养添加(厌氧、微氧运行)3种情况时的污染物质(COD)去除效果进行实验研究。研究结果表明:与厌氧相比,微氧运行能够明显强化焦化废水中毒性污染物质的去除。在焦化废水驯化初期,多次水质冲击(1 500 mg·L~(-1)COD,220 mg·L~(-1)氨氮→2 000 mg·L~(-1)COD,70 mg·L~(-1)氨氮→700 mg·L~(-1)COD,104~220 mg·L~(-1)氨氮),微氧运行时COD平均去除率为24.8%(厌氧运行时仅为5.16%)。微氧运行虽然保证了污泥床的有效膨胀,但COD去除率的提高仍然有限。有机营养物的添加并没有使得COD去除率大幅提高,厌氧时为22.8%,微氧时为37.5%。无机碳营养(碳酸氢钠)的添加能够大幅提高焦化废水中COD去除率,厌氧时提高到53.8%;微氧时提高到75.4%,增幅分别达到31.0%和37.4%。微氧运行条件与无机碳营养的耦合作用能强化焦化废水中COD的去除,快速驯化培养处理焦化废水颗粒污泥。通过给处理焦化废水微氧EGSB反应器内添加碳酸氢钠,40 d就能完成高活性颗粒污泥的培养,高效处理焦化废水中各种污染物质。进水COD、酚类、氰化物和硫氢化物分别为54.8—1 927 mg·L~(-1),10.1—154.3 mg·L~(-1),0.9—57.8 mg·L~(-1)和66.7—340.4mg·L~(-1)、进水流量1.2 L·h-1、HRT10 h时,COD去除率达到78%~86%,酚类、氰化物、硫氢化物的平均去除率分别高达98.9%、93.1%和97.5%。     

芬顿-SBR-微波热解联合处理高浓度液晶废水

针对高浓度液晶废水可生化性差及难降解的问题,设计了芬顿-SBR-微波热解联合工艺。研究了芬顿-SBR-微波热解联合工艺实验条件;分析了SBR工艺运行稳定性;探讨了联合工艺处理液晶废水的反应机理。结果表明,在最佳实验条件下,芬顿-SBR联合工艺去除液晶废水COD高达99.6%,MLSS和SVI分别稳定在4 500 mg·L~(-1)和65%左右,出水COD为450～490 mg·L~(-1),出水水质满足《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T31962-2015)中B级标准。微波热解可把芬顿预处理产生的铁泥转热解成高附加值的氧化铁;芬顿预处理可将大分子有机物降解为小分子有机酸,提高出水的可生化性,为后续SBR的稳定运行提供保证。     

林可霉素制药废水的臭氧氧化处理

考察了臭氧氧化对林可霉素的效价削减效果。在初始抗生素浓度为100 mg·L~(-1)时,林可霉素效价削减50%所需消耗的臭氧量为0.118 mg·mg~(-1)抗生素,降解过程符合一级降解动力学特征。进一步采用林可霉素实际废水考察了污水化学需氧量(COD)和pH对抗生素臭氧氧化处理的影响,发现废水的COD每增加100 mg·L~(-1),则单位抗生素实现50%削减需要增加的臭氧量约为1.64 mg。碱性条件下,臭氧可催化分解生成羟基自由基等活性基团而加速林可霉素的降解。同时,臭氧氧化后林可霉素生产废水的厌氧可生化性提高了98.51%。研究结果可以为林可霉素生产废水的处理技术选择提供参考。     

Fe0还原、芬顿氧化及其耦合技术去除染料厂剩余污泥中的AOX

染料废水中含有大量难生物降解的卤代有机物合成中间体,合成卤代有机物在废水的生物处理过程中容易被吸附到剩余污泥中,如不能妥善处理会引起生态健康风险。研究了零价铁还原、芬顿氧化及其组合技术对染料企业剩余污泥中AOX(可吸附有机卤代物)的去除效果,优化了处理条件,解析了去除机理。结果表明,铁粉投加量为5 g·L~(-1),厌氧反应30 d时,零价铁还原对污泥中AOX降解率仅为24.7%;Fe2+投加量0.059 mol·L~(-1),H2O_2投加量0.89 mol·L~(-1),芬顿氧化1.5 h时,污泥中AOX去除率提高至73.7%;投加2 g·L~(-1)的铁粉,还原30 d后再进行芬顿反应,则污泥中AOX去除率可达到90.3%。GC-MS分析结果表明,污泥中的主要AOX物质为2,6-二氯-4-硝基苯胺,该物质经过零价铁还原与芬顿氧化组合工艺处理后,比直接芬顿氧化能得到更有效的去除。     

微波-Fenton高级氧化工艺降解水中BPA

以提高目标物的降解效果和投加药剂利用率、缩短反应时间及节约处理成本为目的,探讨4种不同光助-Fenton氧化工艺对环境内分泌干扰物双酚A(BPA)的降解效果。以BPA的去除率和反应速率作为评价指标,采用紫外分光光度计、TOC测定仪及分子荧光光度计分别对BPA的去除率、反应体系的矿化度和·OH的生成量进行研究。确定了微波-Fenton氧化工艺降解水中BPA的效果最佳,并深入研究pH值、H_2O_2投加量、n(H_2O_2)/n(Fe2+)、微波反应功率及时间对微波-Fenton氧化工艺的影响。结果表明:pH=3,n(H_2O_2)/n(Fe2+)为20,H_2O_2浓度为2 mmol·L~(~(-1)),反应时间为5 min,反应功率为300 W的条件下,BPA初始浓度为100 mg·L~(~(-1))时其去除率最高达99.67%,矿化度达53%;pH值在2~6范围内对BPA均有降解效果,铁泥量也有一定的减少。为微波-Fenton氧化工艺的实际应用奠定了理论基础,并且提供了技术支持。     

微波强化Fenton技术对焦化废水生化出水的深度处理

针对焦化废水生物处理后COD难于达标排放的问题,以焦化废水生化出水为对象,对微波强化Fenton技术(频率915 MHz)的深度处理效果和反应机理进行了探讨。结果表明:在Fe~(2+)和H_2O_2投加量分别为1.8 mmol·L~(-1)和15.6 mmol·L~(-1)条件下,Fenton处理方法对COD的最佳去除率仅为18%,利用微波强化Fenton技术对COD的去除率可提升到77%,出水COD可降至52 mg·L~(-1),满足《炼焦化学工业污染物排放标准》;通过比较Fenton和微波强化Fenton反应出水过滤后的COD,发现Fenton反应对COD的去除率可由18%提升至72%,表明泥相可进一步吸附部分COD;而微波强化Fenton反应的COD去除率仅略微提高至81%,表明氧化是微波强化Fenton反应的主要作用机理,这可能与微波辐射通过热效应或非热效应可加快羟基自由基的生成、从而提高了氧化反应效率有关。以上结果表明,微波强化Fenton反应是焦化废水达标排放的一种可供选择的技术,可为目前我国焦化废水处理和达标排放处理技术的选择提供借鉴。     

微好氧预处理对市政污泥厌氧消化产甲烷的影响

针对目前市政污泥处理资源化与减量化效率低的问题,利用微好氧预处理技术进行预处理,提高其甲烷产量。利用有机物溶出效率、VSS减量、甲烷产量3项指标对预处理效果进行了评价;研究了不同参数条件下微好氧预处理对市政污泥厌氧消化产甲烷的影响;探讨了微好氧预处理对污泥胞外聚合物的影响。结果表明,微好氧预处理可以促进污泥溶解性有机物释放、提高VSS去除率;在最佳反应条件下(曝气强度0.30m3·(min·m3)-1、预处理时间12 h),相对于未经过预处理的工况,甲烷产量可提高26.77%;微好氧预处理对剩余污泥活性细胞的影响主要发生在胞外聚合物部分,同时也存在对活性微生物的破解作用。市政污泥经过微好氧预处理后,可有效提升后续中温厌氧消化或高温厌氧消化的甲烷产量。     

微波诱导活性炭纤维催化氧化实现污泥减量的研究

采用SBR装置,对应用微波诱导活性炭纤维催化氧化实现污泥减量进行了研究。结果表明,在微波功率为800W,微波辐照时间为50s,每克SS加入0.19g活性炭纤维条件下,微波诱导活性炭纤维催化氧化污泥的分解率明显高于单独微波消解处理。将微波诱导处理后的污泥返回到处理系统中,随着被微波诱导处理的污泥占反应器内污泥的比例(污泥处理比例)的增大,污泥表观产率系数随之减小,污泥减量也越明显;污泥处理比例为5%(体积分数,下同)、10%、15%时,与对照系统相比,处理系统污泥减量分别为24.3%、43.6%、62.2%;随着污泥处理比例的增大,处理系统出水溶解性COD(SCOD)呈升高趋势,但系统仍能保持其生物处理能力,SCOD去除率在85%以上。处理系统和对照系统的氨氮降解速率常数及污泥耗氧速率相差不大,处理系统的硝化能力及污泥活性基本没有受到微波诱导催化氧化作用的影响。     

电刺激对餐厨垃圾-污泥共厌氧发酵产挥发性脂肪酸的影响

以小型生物电化学反应器为发酵装置,考察外加电刺激对餐厨垃圾-污泥共厌氧发酵过程中挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFA)产量的影响。实验结果表明,餐厨垃圾协同污泥厌氧发酵,有利于体系中蛋白质和糖类的溶解消耗,提高VFA的产量。0.5 V微电刺激可增强厌氧体系中微生物的活性,有利于VFA的产出。第144和192小时,外加0.5V的实验组VFA浓度分别为24 342 mg·L~(-1)和21 291 mg·L~(-1),高于其他实验组,较空白分别提高了30.8%和4.1%;其组成主要是乙酸、丙酸和戊酸。发酵进行第24 h和96 h时,0.5 V微电刺激厌氧发酵体系中溶解性糖类和溶解性蛋白质分别为722.4 mg·L~(-1)和1.49 g·L~(-1),且有机物水解酸化过程中,厌氧体系内糖类先于蛋白质被消耗。     

高效耦合/生物再生工艺处理印染二级生化出水的脱氮效果

针对常规生化工艺出水氨氮(NH_3-N)、总氮(TN)不达标的难题,开展基于高效耦合/生物再生材料的工艺(HCBR工艺)实验研究,实现氮的高效去除,主要考察了C/N比、溶解氧(DO)、反硝化液回流比、污泥回流比等对HCBR工艺脱氮的影响,并与常规的A/O工艺和两级A/O工艺进行对比。实验结果表明,HCBR工艺在C/N比6、DO 0.4~0.6 mg·L~(-1)、反硝化液回流比100%、污泥回流比75%的运行条件下可获得良好的处理效果,能将印染二级高氮生化出水稳定处理至优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准,可使TN≤5.0 mg·L~(-1)。在与A/O工艺和两级A/O工艺的对比中发现,HCBR工艺的处理效果更好,出水TN为3.3 mg·L~(-1),去除率在91%以上,比A/O工艺及两级A/O工艺分别高出27%和18%。