水流紊动特性对活性污泥沉降性能的影响

为优化活性污泥处理系统的设计和运行,在SBR反应器中通过改变搅拌浆的转速,调整水流的紊动条件,借助粒子图像测速技术分析了反应器内水流的紊动特性,研究了反应器内不同区域紊动强度对活性污泥沉降性能的影响.结果表明,搅拌浆叶周围15mm的范围内,紊动强度远高于距桨叶更远的区域,距离浆板5mm的1-1断面和距离浆板60mm的3-3断面搅拌轴心处的紊动强度值分别反映了反应器搅拌主体区和其他区的紊动特征.随搅拌浆转速的增加,反应器内各区域的紊动强度逐渐增加,活性污泥的沉降性能表现出先改善后恶化的规律.当反应器搅拌主体区紊动强度1.51%,其他区紊动强度0.31%时,本试验条件下形成的活性污泥沉降指数(SVI)达到最小值67mL/g,界面沉降速率(ZSV)达到最大值0.20mm/s,活性污泥的沉降性能最佳.搅拌主体区范围较小,紊动强度较高,增强该区的紊动强度会加剧污泥的侵蚀破坏;其他区范围较大,紊动强度较低,增强该区的紊动强度对改善污泥的沉降效果作用明显.工程中可通过降低搅拌主体区的紊动强度,选择其他区适当的紊动强度,改善活性污泥的沉降性能.     

动态模拟功能土原位覆盖抑制底泥磷释放

该文采用为期60 d动态循环水槽试验,研究不同水流条件下功能土原位覆盖抑制底泥中磷释放的效果。结果表明:在动态水流条件下覆盖组对底泥中TP和SRP释放的平均抑制率约为60%和65%;功能土覆盖抑制底泥中其他形态磷转化为NH_4Cl-P,从而减少磷对水体的富营养化的影响;水体流速的增加加强水体的曝气,促进金属氧化物与磷发生吸附并沉淀,从而抑制底泥中磷的释放。因此功能土原位覆盖可以有效控制底泥中磷释放,但在未来的研究上需要更进一步了解它的修复机理。     

紊流作用下泥沙释放磷的试验及数值模拟

为研究水体紊动对泥沙释放污染物的影响,引入近似均匀紊流模拟装置,开展不同强度紊动作用下泥沙运动释放磷动态过程及基本规律的试验,研究表明:紊动扩散作用对泥沙解吸释放磷有着十分重要的影响,紊动较弱时,泥沙尚未起动,床面泥沙颗粒吸附的磷元素解吸至孔隙水中,在垂向紊动扩散作用下输送至上覆水中,将使得上覆水中溶解态磷浓度增大;紊动作用较强时,泥沙逐渐悬扬至水体中,悬浮泥沙颗粒吸附的磷元素直接解吸至上覆水中,泥沙浓度越高,溶解态磷含量增长速率越大,达到平衡的时间越短.通过耦合紊流模型、水流泥沙数学模型、污染物对流扩散模型和Langmuir吸附动力学方程建立了紊动作用下泥沙释放磷的垂向一维数学模型,针对试验条件进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合较好,平均相对误差低于10%,可为模拟天然水体中泥沙悬浮释放磷的时空演化提供参考.     

紊流作用下泥沙释放磷的试验及数值模拟

为研究水体紊动对泥沙释放污染物的影响,引入近似均匀紊流模拟装置,开展不同强度紊动作用下泥沙运动释放磷动态过程及基本规律的试验,研究表明:紊动扩散作用对泥沙解吸释放磷有着十分重要的影响,紊动较弱时,泥沙尚未起动,床面泥沙颗粒吸附的磷元素解吸至孔隙水中,在垂向紊动扩散作用下输送至上覆水中,将使得上覆水中溶解态磷浓度增大;紊动作用较强时,泥沙逐渐悬扬至水体中,悬浮泥沙颗粒吸附的磷元素直接解吸至上覆水中,泥沙浓度越高,溶解态磷含量增长速率越大,达到平衡的时间越短.通过耦合紊流模型、水流泥沙数学模型、污染物对流扩散模型和Langmuir吸附动力学方程建立了紊动作用下泥沙释放磷的垂向一维数学模型,针对试验条件进行数值模拟,模拟结果与试验数据吻合较好,平均相对误差低于10%,可为模拟天然水体中泥沙悬浮释放磷的时空演化提供参考.     

底泥预处理对磷等温吸附特征及磷形态的影响

以校园河流底泥为材料,研究了通过不同预处理对有机质去除后,底泥对磷的等温吸附特征以及底泥中磷的赋存形态的转化.结果表明,对底泥曝气预处理强化了底泥对磷的吸附能力,最大吸附量(S_max)达到714.3mg/kg.不同底泥灼烧后,最大吸附量为天然底泥的1.64～2.25倍,且明显高于未灼烧底泥.对底泥曝气与对水曝气预处理使易被生物利用态磷向难被生物利用态磷转化,易被生物利用态磷较预处理前分别减少了7.02%和0.23%,而空白试验底泥的易被生物利用态磷则增加了4.85%.底泥灼烧后,SMT法不适合分析磷的赋存形态.底泥预处理后,酸性或碱性均促进了磷的释放.底泥灼烧后,在pH5～6条件下,磷的释放量低于未灼烧底泥.     

动态水流条件下河流底泥污染物(COD_(Cr))释放研究

为了研究不同水深、流速等水动力条件对底泥中污染物释放强度的影响,以苏州河底泥为例,通过水槽试验,分析了动态水流条件下河流底泥中污染物释放及其对上覆水体水质的影响.结果表明,CODCr释放率随时间的增大而增大,但CODCr释放强度随时间的增大而减小.底泥中污染物释放率与水深和流速有关,在相同水深的条件下,底泥的释放率随着流速的增加而增大;在相同流速的条件下,底泥的释放率随着水深的增大而减小.在水深10cm、流速0.10m.s-1的动态水流条件下,底泥向上覆水体释放CODCr的释放强度与时间的关系为:C=1.06C0e-0.06t.     

再悬浮条件下底泥中磷赋存形态的转化研究

以富营养化河流的底泥和上覆水为材料,研究了底泥再悬浮条件下,磷的赋存形态的变化特征,并对不同形态磷之间可能的转化途径进行了探讨.结果表明,底泥再悬浮条件下,磷的释放及吸附均与底泥再悬浮的频率密切相关.再悬浮导致底泥中不同形态磷的数量分布发生了明显变化. BD-P和NaOH-nrP的含量显著减少,而Ca-P的含量明显增加,其余各形态磷的变化幅度很小.这表明, BD-P和NaOH-nrP可能转化成Ca-P.而潜在活性磷与生物有效磷的形成量也表明,底泥再悬浮促进了易释放态磷与生物有效磷向难释放态磷与难被生物利用态磷的转化,并且这种促进作用随着底泥再悬浮的频率的增加而增加.     

巢湖底泥磷的释放模拟实验研究

在实验室条件下，模拟了DO控制、pH值调节、温度调节、水动力条件等，进行了底泥释磷实验。实验表明：（1）厌氧条件下，底泥中的磷向水体释放，且释放强度随pH值的升高而升高。好氧条件下，底泥非但没有向水体释放磷，反而从水体中吸附磷，呈“负释放”状态；且pH值越低，“负释放强度”越大。（2）温度升高有利于底泥中磷的释放，最大释放强度随温度的升高而提前。（3）搅动条件下的底泥磷释放量大于静置条件下的底泥磷释放量。（4）微生物对磷释放有明显的影响。从本次模拟实验结果看，体系温度升高、减少溶解氧、提高pH以及施以水动力作用，均可使底泥中的磷释放量增加，在常温（25℃）、厌氧、pH=7.5条件下，底泥中磷向水体的释放量将增加17％左右。     

城市污水管网中污染物冲刷与沉积规律

为探明城市污水管网中污染物的冲刷与沉积规律,对西安市污水管网进行实际调研,结果表明,污水支管和干管的沉积物厚度时变化较大,变化量分别为0~24 mm和0~12 mm,管道污水中颗粒态污染物发生沉积和冲刷的概率高;而污水主干管的沉积物厚度时变化较小,管道内颗粒物沉积与沉积物冲刷水平维持相对平衡.为进一步明确污水中污染物浓度变化与水流流速的关系,建立了污水管道冲刷与沉积模拟中试装置,研究了不同流速下管道中碳(有机)、氮、磷三类污染物含量和粒径分布的变化规律.结果表明,随着污水流速的增加,冲刷强度增大,管道中污染物浓度急剧升高,通过粒径分布监测结果可知,管道中有机污染物易存在于粒径较大的颗粒物上,氮、磷类污染物易吸附在粒径较小的颗粒物上;当流速小于0.6 m·s~(-1)时,污水中颗粒态污染物的沉积作用大于冲刷作用,发生物理沉积,造成污水中碳源不足,当流速大于0.6 m·s~(-1)时,水流冲刷强度增大,沉积物被水流大量携带,但污水中碳类有机污染物的增加比重大于氮和磷类污染物,使现有污水碳源不足得到改观,利于生物脱氮除磷工艺的碳源需求.     

不同扰动强度下城市重污染河道底泥对磷吸收和固定的影响

以重污染河道底泥和上覆水为材料,研究了周期性加入外源磷条件下,不同扰动强度下底泥吸附和固定磷的作用机制.结果表明,扰动可以增加底泥对外源磷的吸附,而且扰动强度越大,底泥对外源磷吸附效率越高.另外,尽管加入的磷以溶解性磷酸盐(DIP)形态存在,但扰动强化了DIP向颗粒态磷(PP)的转化,从而降低了水体中生物可利用磷含量.内源磷形态分析表明,弱吸附态磷(NH4Cl-P)呈降低趋势,而铁铝结合态磷(Fe/Al-P)、钙结合态磷(HCl-P)和残渣磷(Res-P)均呈增加趋势,但以Fe/Al-P增加幅度最大(占总磷的百分比超过80%,以3种扰动强度下平均值计).结合到非闭蓄态Fe/Al-P中的外源磷逐渐增加占Fe/Al-P净增加量的百分比分别为37.49%(100 r·min-1)、42.32%(200 r·min-1)、54.24%(300r·min-1),导致闭蓄态铁铝结合态磷净增加量占总磷净增加量的百分比随扰动强度增加有所降低,同样,钙结合态磷的变化趋势也基本一致.说明在较短的时间尺度上和较大的扰动强度下,连续加入的外源磷主要以易释放态磷形式存在,即底泥对外源磷的吸附以暂时性的持留为主.     

对羟基联苯在黄河兰州段底泥上的吸附行为

为研究典型有机污染物在黄河兰州段的吸附规律及影响因素,以黄河兰州段的底泥为供试样品,选择对羟基联苯(phydroxy biphenyl,PHB)为代表性有机污染物,采用批量实验法研究了底泥对PHB的吸附动力学和热力学特征及其影响因素.结果表明,黄河兰州段底泥对PHB吸附动力学的最优模型为准二级动力学模型,吸附热力学过程更符合单分子层吸附的Langmuir等温吸附模型(R20.974),在25~45℃温度范围内,PHB在黄河兰州段底泥上的吸附平均自由能(E)在0.913~1.00 k J·mol~(-1)之间,吸附过程中,ΔGθ和ΔHθ均小于0,ΔSθ均大于0,表明黄河兰州段底泥对PHB的吸附过程主要是物理吸附,属于自发放热过程且体系的混乱度是增加的.分析黄河兰州段底泥对PHB吸附影响因素的结果表明,粒径越小,黄河底泥对PHB的吸附量越大;PHB的初始质量浓度越高,黄河底泥对PHB的吸附量越大;当p H在4.23~7.00之间时,吸附量随pH升高而缓慢下降,当pH7.00时,吸附量随pH升高急剧下降,且在pH=10.3附近,吸附量几乎为零;体系中离子强度增大,PHB吸附量增大,但当离子强度到一定值时,由于竞争吸附作用,会抑制底泥对PHB的吸附,造成吸附量的下降.     

高COD浓度污水与洁净底泥作用的实验研究

通过底泥吸附和污水有机物降解实验 ,研究了高COD浓度污水与洁净底泥的相互作用。结果表明 ,洁净底泥对高COD浓度污水中的污染物具有吸附作用 ,且在起始段此作用较明显 ,但在后期的作用就下降很多。底泥固相量的增加可显著提高水相有机污染物的吸附去除率 ;但对于不同来源的污水 ,并非按照同一比例增加 ,污水性质显著影响底泥的有机污染物吸附量。污水中的有机污染物的生物降解由于其作用缓慢 ,在开始的阶段 ,对水相有机污染物的减少远没有底泥吸附所起的作用大 ;但在后期其累计的作用将明显显现出来     

杭州城市内河底泥磷污染与磷释放水力模拟

在分析杭州城市内河东新河底泥磷污染的基础上,采用加长型环形水槽动态模拟水体流速（0.002～0.02 m·s^-1）、上覆水质（水体总磷本底值分别为0.18、 0.072和0.007 mg·L^-1）及上覆水深（5、 10 cm）对底泥磷释放的影响,并定量分析了不同流速下底泥磷的释放速率.结果表明,东新河底泥的pH值、含水率、磷含量等理化性质有利于磷的释放.在动态水力条件下底泥磷主要以悬浮颗粒态形式向上覆水体释放.流速对底泥磷释放的影响较为显著,模型流速为0.008 m·s^-1（原型流速为0.05 m·s^-1）时对应底泥的“少量动”,此时底泥磷释放速率趋于最大,达147.36 g·(m²·h)^-1.上覆水质影响底泥磷的释放,尤其显著影响磷的初期释放,内河水较自来水更有利于底泥磷的释放,可能是由于内河水与底泥构成了良好的磷交换关系.在浅水水体中,上覆水深对底泥磷释放影响不大.因此,可以通过调节水力学条件和水质来抑制或强化河流底泥磷的释放.     

高含沙紊动系统中影响泥沙和铜垂向分布的关键因素分析

采用谐振式紊动模拟装置和回归正交设计试验方法，研究了均匀紊乱条件下高浓度固液两相系统中初始投沙量、颗粒级配和紊动强度等因素对泥沙和铜浓度垂向分布的影响，得到了泥沙吸附铜量、水相铜浓度和含沙量与各因素变量间的回归方程，结果表明，投沙量与泥沙吸附铜量和水相铜浓度之间呈负相关关系；紊动强度与泥沙吸附铜量和含沙量之间呈正相关关系，回归正交试验结果进一步表明，泥沙吸附铜量和水相铜浓度均与投沙量显著相关，各因素对两者的影响程度均以投沙量影响为最大，而且远远大于紊动强度和颗粒级配的影响，三因素对铜的水沙分配没有交互作用影响，沿垂向分布的实际含沙量与投沙量、紊动强度及其交互项显著相关，投沙量影响最大。     

北京奥林匹克公园龙形水系底泥氮磷释放实验研究

以北京奥林匹克公园龙形水系底泥为研究对象,分析了典型水域底泥的理化特征,研究在不同水动力和温度条件下底泥中氮磷的释放过程。结果表明:1)龙形水系底泥理化性质对上覆水水质影响较大;2)随着水动力条件的增加总氮的释放强度增加,总磷在低流速下释放强度最大,中高流速下的释放强度均小于低流速下的释放强度,水动力条件越强氨氮释放强度越小;3)温度对底泥氮释放影响较大,较高温度能明显减小底泥总氮的释放强度,但是高温有助于提高氨氮的释放强度,而温度对底泥总磷释放的影响较小。     

水体底泥及岸边土壤有机无机复合体对磷吸附特征对比

以长春市新立城水库底泥及岸边土壤为研究对象,利用平衡吸附法研究底泥、土壤及二者有机无机复合体(砂粒、粉粒和粘粒)对磷的吸附热力学和动力学特征,并探讨底泥和土壤各级复合体对磷的吸附贡献,以期探明底泥和土壤对磷的富集规律.结果表明,底泥和土壤对磷的吸附热力学均符合Langmuir方程和Freundlich方程,且底泥对磷的理论最大吸附量约是土壤的3倍.底泥及土壤粘粒复合体对磷的吸附热力学符合Langmuir方程和Freundlich方程,粉粒及砂粒复合体对磷的吸附符合Henry方程.粘粒复合体对磷的吸附量均大于粉粒复合体,而粉粒复合体均大于砂粒复合体.底泥及土壤粘粒复合体对磷的吸附贡献约为60%,粉粒复合体对磷的吸附贡献稍大于砂粒复合体的吸附贡献.底泥、土壤及二者有机无机复合体对磷的吸附动力学符合一级动力学方程、Elovich方程和双常数方程,且均在24 h以内达到吸附平衡.研究结果表明,底泥与岸边土壤对磷的吸附具有相似的规律,且底泥及其复合体对磷的吸附能力均大于土壤,说明若磷素由于地表径流等因素由土壤进入到水体中,底泥对磷会有较强的吸附净化作用,即某种意义上底泥为河流磷素有效的"汇".     

镧改性沸石对太湖底泥-水系统中磷的固定作用

考察了不同反应时间、pH值、硅酸根离子浓度、DO浓度、老化时间以及初始磷浓度等条件下一种新型底泥改良剂-镧改性沸石对太湖底泥-水系统中磷的固定作用.当水中磷浓度很低时,太湖底泥和镧改性沸石改良太湖底泥均释放出磷.镧改性沸石改良太湖底泥的释磷量少于太湖底泥.镧改性沸石改良太湖底泥中金属氧化物结合态磷(NaOH-P)和钙结合态磷(HCl-P)等较为稳定形态磷含量多于太湖底泥,而镧改性沸石改良太湖底泥中氧化还原敏感态磷(BD-P)这种不稳定形态磷含量少于太湖底泥.太湖底泥和镧改性沸石改良太湖底泥对水中较高浓度磷酸盐的吸附平衡数据均可以采用Langmuir等温吸附模型加以描述.镧改性沸石改良太湖底泥对水中磷酸盐的吸附能力明显高于太湖底泥,且吸附能力随老化时间的增加而降低.被镧改性沸石所吸附的磷酸盐主要以NaOH-P和HCl-P等较为稳定形态磷存在,不容易被重新释放出来.上述结果表明,采用镧改性沸石对太湖底泥进行原位改良可以增强太湖底泥对磷的固定能力,减少太湖底泥磷的释放.     

镧改性沸石对太湖底泥-水系统中磷的固定作用

考察了不同反应时间、pH值、硅酸根离子浓度、DO浓度、老化时间以及初始磷浓度等条件下一种新型底泥改良剂-镧改性沸石对太湖底泥-水系统中磷的固定作用.当水中磷浓度很低时,太湖底泥和镧改性沸石改良太湖底泥均释放出磷.镧改性沸石改良太湖底泥的释磷量少于太湖底泥.镧改性沸石改良太湖底泥中金属氧化物结合态磷(NaOH-P)和钙结合态磷(HCl-P)等较为稳定形态磷含量多于太湖底泥,而镧改性沸石改良太湖底泥中氧化还原敏感态磷(BD-P)这种不稳定形态磷含量少于太湖底泥.太湖底泥和镧改性沸石改良太湖底泥对水中较高浓度磷酸盐的吸附平衡数据均可以采用Langmuir等温吸附模型加以描述.镧改性沸石改良太湖底泥对水中磷酸盐的吸附能力明显高于太湖底泥,且吸附能力随老化时间的增加而降低.被镧改性沸石所吸附的磷酸盐主要以NaOH-P和HCl-P等较为稳定形态磷存在,不容易被重新释放出来.上述结果表明,采用镧改性沸石对太湖底泥进行原位改良可以增强太湖底泥对磷的固定能力,减少太湖底泥磷的释放.     

苏南典型河段磷的分布及释放特性研究

通过测定常州典型河段河水和底泥中的磷含量,同时分析了磷在不同底泥颗粒中含量分布的变化,阐述了河流中磷的分布和转移趋势。结果表明:河水中的磷含量通常低于底泥间隙水中的磷含量,但当河流发生富营养化后,底泥中的磷大量向上层水体释放,使得河水中的磷含量不断增加。底泥有效磷与总磷含量之间没有明显相关性,而与底泥间隙水的磷含量之间存在着交换平衡。底泥颗粒以2μm~50μm的粒级为主,即以细砂和粉砂质有机-无机聚合体矿物颗粒为主。磷在底泥颗粒中的含量随着底泥粒径的增大而减少,且粒径越大的颗粒对磷的吸附能力越弱,其中的磷向外释放的可能性越大。     

过氧化钙重塑底泥对水中磷酸盐的吸附作用

本研究模拟原位覆盖CaO₂流失后状态,以修复后表层2cm底泥为研究对象,通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线能谱仪（EDX）对底泥修复前后表面进行观察和元素分析,发现CaO₂重塑明显改变了底泥结构,去除底泥表面附着的大部分有机物和铁锰氧化物,提高底泥颗粒孔隙率,增加底泥表面Ca²⁺含量;CaO₂重塑使底泥内源磷更加稳定,TP含量减少约20%,潜在活性磷含量减少约30%,Ca-P和Res-P含量明显增加,同时厌氧环境下重塑底泥磷释放量明显小于原始底泥,表明CaO₂重塑极大降低了底泥内源磷释放风险;Langmuir模型与Freundlich和Dubinin-Radushkevich模型相比,更适用于描述CaO₂重塑底泥对水中磷酸盐的等温吸附行为,CaO₂重塑明显提高底泥对水中磷酸盐的吸附能力,其最大磷吸附量由1.44 mg·g^-1增加到20.91 mg·g^-1,其对水中磷酸盐的吸附机制由化学吸附转变为物理化学吸附共同作用,此外准二级动力学模型可以较好地描述CaO₂重塑底泥对水中磷酸盐的吸附动力学过程,且CaO₂重塑显著提高底泥对水中的磷酸盐的吸附速率.