厌氧发酵对废弃钙基生物炭制备温度的影响及对水体中除磷研究

水体中磷的高效去除是降低水体富营养化的有效手段.以废弃蛋壳为碳酸钙源，以厨余垃圾为生物质，采用厨余垃圾和蛋壳混合厌氧发酵进行预处理，制备钙改性生物炭(ES-BC)，并用于水体中磷的去除.结果表明，当m(厨余垃圾)∶m(蛋壳)=3∶1，发酵温度为55℃，发酵7 d天后，在600℃条件下煅烧可制得除磷性能优异的ES-BC；发酵过程产生的有机酸可促进碳酸钙的预分解，进而降低后续材料的煅烧温度，保持生物炭良好的孔隙结构，有利于钙的分散和磷的去除；在较优条件下制得的ES-BC复合材料对不同浓度(1～100 mg·L^-1)的磷污染液均具有较好的去除效果，反应产物主要包括Ca₅(PO₄)₃OH、Ca₁₀(PO₄)₆OH₂(HAP)和Ca₈H₂(PO₄)₆·H₂O(OCP)等.     

磷酸钙对铀矿下游水系沉积物中铀的钝化效果

利用Ca₃（PO₄）₂对模拟铀污染土壤进行钝化处理,分析了Ca₃（PO₄）₂投加量对其中有效态铀的钝化效果,基于此,采集粤北某铀矿下游水系沉积物,利用逐级化学提取法开展了Ca₃（PO₄）₂固定前后铀赋存形态研究。结果表明:沉积物中铀主要赋存于铁锰氧化物结合态中,添加Ca₃（PO₄）₂可降低沉积物中有效态铀的含量。溪流沉积物、池塘底泥、水稻田土壤中可交换态铀含量分别平均下降58.27%、58.04%、52.62%;碳酸盐结合态铀含量分别平均下降33.58%、47.98%、32.58%。Ca₃（PO₄）₂的投加显著增加了活性较低形态以及活性最低的残渣态铀含量;溪流沉积物、池塘底泥、水稻田土壤中有机质结合态铀含量分别增高32.95%、46.86%、30.50%;残渣态铀含量分别增高252.67%、61.90%、98.96%。钝化前,原处于中等风险的池塘底泥、水稻田土壤降为低风险,原处于低风险的溪流沉积物中有效态铀含量占比下降1/3。Ca₃（PO₄）₂能有效降低沉积物中铀的危害,可为放射性核素污染治理和环境修复提供一定参考。     

Ca2+在饮用水铜绿微囊藻控制中的应用

为改善饮用水藻类的混凝去除效果,以铜绿微囊藻为研究对象,考察了单独投加Ca²⁺、Ca²⁺与PAC联用、Ca²⁺与CO₃^2-原位结晶三种方法的除藻效果,并对Ca²⁺和结晶产物CaCO₃的除藻机制进行探讨.结果表明,单独采用Ca²⁺时,Ca²⁺在低浓度下对藻细胞具有吸附电中和作用,高浓度时同时还有架桥作用,但两者均无法实现对铜绿微囊藻的去除.Ca²⁺与PAC联用,Ca²⁺可以通过吸附电中和显著提高PAC的除藻效果,最大去除率可达98.0%,同时Ca²⁺与溶解性藻源有机物（dAOM）的络合可将残余铝降低50%以上.含藻水中原位CaCO₃结晶对铜绿微囊藻的去除率最高可达83.5%,其产物为带正电荷、粒径2~4 μm左右的球型球霰石.球霰石对藻细胞的去除机制包括球霰石与藻细胞的互絮凝,以及球霰石团聚物对藻细胞的卷扫絮凝,同时球霰石还可以作为加重剂促进藻晶产物沉降分离.自来水厂采用CaCO₃原位结晶与PAC联用除藻,可望降低PAC投加量和残余铝风险,并解决CaCO₃原位结晶导致的浊度和pH偏高问题.研究成果为饮用水除藻提供了新思路.     

利用菌-藻体系净化水产养殖废水

采用正交法确定由地衣芽孢杆菌、硝化细菌、月芽藻、四尾栅藻组成的菌-藻体系去除水产养殖废水中的COD_Cr,NH₄+-N,NO₂－-N,NO₃－-N以及溶解态磷(DP)的最优化体积比.结果表明,地衣芽孢杆菌、硝化细菌、月芽藻、四尾栅藻接种量分别为2.01×106, 2.18×106, 1.95×106和1.89×106 cfu/mL,V(地衣芽孢杆菌)∶V(硝化细菌)∶V(月芽藻)∶V(四尾栅藻)为1∶2∶2∶2时,污染物的去除效果最佳,其中,COD_Cr,NH₄+-N,NO₂－-N,NO₃－-N和DP的去除率分别为44.05%,89.16%,100%,98.62%和100%,投加菌-藻溶液的养殖废水污染物去除率优于其自身的净化效果.通过对体系中各因素极差分析得出,地衣芽孢杆菌是体系中去除COD_Cr和NO₃－-N的主要因素,月芽藻是去除NH₄+-N的主要因素,四尾栅藻是去除NO₂－-N的主要因素,硝化细菌是去除DP的主要因素.      

污泥与磷酸二氢钙共热解对残渣特性及Cr稳定性的影响

污泥中不稳定Cr的存在严重威胁环境安全和人体健康。利用正交试验方法优化Ca(H₂PO₄)₂与污泥的混合比、热解终温、升温速率和停留时间,分析其对残渣特性及Cr稳定性的影响。结果表明:热解使污泥中的CH₂基团、脂肪族硝基-NO₂和硫酸氢盐分解。在添加Ca(H₂PO₄)₂后,残渣中出现了磷酸PO基团、磷酸二氢盐PO₂基团和磷酸盐PO₄基团。Ca(H₂PO₄)₂在共热解过程中转化为Ca(PO₃)₂,同时Cr在残渣中会形成Cr₂(SO₄)₃晶型化合物。当Ca(H₂PO₄)₂与污泥的质量比为15%、热解终温为650℃、升温速率为15℃/min、停留时间为90 min时,Cr的残渣态(F4)比例最高。此外,添加15%或30%的Ca(H₂PO₄)₂共热解后,残渣中Cr浸出浓度满足GB/T 14848-2017《地下水质量标准》中Ⅳ类水质要求,表明添加Ca(H₂PO₄)₂共热解可促进污泥中Cr的稳定化。     

预压力混凝沉淀除藻工艺中DOC变化规律研究

为了探讨预压力混凝沉淀除藻工艺是否会使藻细胞破裂,导致水中溶解性有机物(DOC)增加,进而优化压力作用方式,得到安全、高效的预压力除藻工艺,实验研究了预压力、预氧化技术处理含藻水时DOC的变化,以及水中相对分子质量分布,并研究了混凝沉淀后藻类、浊度、DOC的去除效果.结果表明,在0.5~0.8 MPa压力作用后,水中DOC没有增加,反而减少,且有机物相对分子质量减小.而高锰酸钾与次氯酸钠预氧化均会导致DOC增加,相对分子质量分布没有明显变化.预压力混凝沉淀后藻类去除率96.23%;DOC去除率29.11%,高于预氧化混凝沉淀工艺10%~30%.     

Fenton试剂对垃圾渗滤液中腐殖酸的去除特性

采用Fenton试剂处理反渗透浓缩渗滤液,通过腐殖酸相对含量(UV₂₅₄),COD_Cr,TOC,腐殖酸对COD_Cr去除的贡献比(α)及氧化/混凝去除率比(φ)等表征手段,比较不同初始pH,H₂O₂投量〔c(H₂O₂)〕和Fe2+投量〔c(Fe2+)〕对渗滤液COD_Cr和UV₂₅₄的去除效果. 结果表明:在试验范围内,UV₂₅₄去除率(48.5%～78.2%)高于COD_Cr去除率(40.3%～62.5%);腐殖酸对COD_Cr去除的贡献比(α>0.77)远高于反应前(α_〖WTBZ〗00.61),说明腐殖酸的降解影响和控制着整个体系COD_Cr的去除. 混凝作用(COD_{Cr coag},UV254 coag)受氧化作用(COD_{Cr oxid},UV254 oxid)的影响并与之拮抗,氧化作用越大混凝作用越小. 当c(H₂O₂)/c(Fe2+)>2时,氧化作用占优势;当c(H₂O₂)/c(Fe2+)<1.2时,混凝作用占主导. 当初始pH为4.0,c(H₂O₂)为240 mmol/L,c(Fe2+)为40 mmol/L,反应时间为2 h时,COD_Cr和UV₂₅₄的氧化/混凝去除率比最大(φCOD_Cr8.6,φ _<sub>UV2546.0),COD_Cr,UV₂₅₄,HA和FA去除率分别达到62.5%,78.2%,95.0%和62.7%.      

大肠杆菌与水体中U(Ⅵ)的作用行为和产物研究

通过批次吸附实验及介观和谱学等表征方法,研究了大肠杆菌(E.coli)粉末对水体中U(Ⅵ)的富集行为和吸附模型,并对其作用产物进行了详细分析.结果表明:大肠杆菌对初始浓度为50mg/L U(Ⅵ)溶液(pH＝5)的吸附容量可达到276.89mg/g.Langmuir等温模型和准二级动力学方程能较好的描述其吸附过程. FTIR、SEM-EDS、XRD分析结果表明:在与水体中U(VI)作用后,大肠杆菌表面检测出UO₂²⁺的红外特征峰(876.16cm^-1)和U的能谱吸收峰(结合能=2.4~4.4keV).UO₂²⁺主要与菌体表面的烷基、氨基、羧基、分子间氢键发生作用,重点与PO₂-、P(OH)₂、PO₄^3-以及PO₃^-等含P基团进行络合配位,最终产物以CaU(PO₄)₂、Ca(UO₂)₂(PO₄)₂·xH₂O、NaUO₂(PO₃)₃等铀的磷酸盐形式存在.     

碱液对填埋场浓缩液中Ca2+、Mg2+的去除效果研究

为了减缓浓缩液蒸发过程设备的腐蚀和结垢问题,研究了碱液及复配药剂对浓缩液中Ca2+、Mg2+的去除率,并利用多种技术手段分析表征了沉淀产物的化学组成和矿物特性,探究了Ca2+、Mg2+的去除对浓缩液水质参数和结垢量的影响。结果表明:1)当7.5 mol/L NaOH溶液投加体积比为3%,反应时间60 min时浓缩液中Ca2+、Mg2+得以有效去除,其去除率分别为89.49%和98.45%,但此条件下沉淀物的沉降性能较差。2)复配实验表明,NaOH溶液与硅藻土、Ca(OH)₂复配时,显著提高了沉淀产物的沉降性能,且Ca2+、Mg2+去除率未受到显著影响;添加1% Ca(OH)₂时沉降效果最为显著,沉降比降为36.84%,明显低于单独碱液(NaOH)的75.61%。3)对碱液沉淀产物进行化学组成和矿物特性分析可知,沉淀产物主要含有Mg(OH)₂、Mg₅(CO₃)₄(OH)₂·4H₂O、NaCl以及KCl等矿物。4)对浓缩液原液和碱液处理后上清液进行模拟蒸发发现,调节pH至5.0时碱液处理后结垢量低于浓缩液原液。     

混凝-臭氧/吸附-超滤-反渗透组合工艺对页岩气返排液水质净化效能分析

页岩气返排液中部分小分子有机物如二甲基苄胺（DMBA）、吲哚啉和6-甲基喹啉较难去除,采用混凝-臭氧/吸附-超滤-反渗透组合工艺处理页岩气返排液,探究了其有机、无机组分的去除规律。结果表明:混凝-臭氧-超滤-反渗透组合工艺对离子的去除率为96.7%~99.86%,对DOC和UV₂₅₄的去除率分别为98.7%和99.13%,对DMBA、吲哚啉和6-甲基喹啉去除率分别为82.02%、98.02%和97.67%;混凝-吸附-超滤-反渗透组合工艺对离子的去除率为95.99%~99.86%,对DOC和UV₂₅₄的去除率分别为95.31%和97.54%,对DMBA、吲哚啉和6-甲基喹啉去除率分别为70.19%、94.70%和87.93%。混凝-臭氧/吸附-超滤-反渗透工艺可有效去除返排液中的离子、DOC和UV₂₅₄,对DMBA、吲哚啉和6-甲基喹啉的去除效果显著,有利于返排液的外部回用。     

内循环式A/O/IAT-IAT工艺处理效果与微生物群落结构关系

对内循环式A/O/IAT-IAT同步脱氮除磷工艺在2种不同工况下的脱氮除磷效果和微生物群落结构之间的关系进行了探讨.工况1(HRT为20h,SRT为3.5 d),出水ρ(COD_Cr),ρ(NH₄+-N),ρ(PO₄3-P)分别为9.2～30.6,3.2～7.6和0.2～0.5 mg/L;工况2(HRT为15 h,SRT为5.0 d),出水ρ(COD_Cr),ρ(NH₄+-N),ρ(PO₄3-P)分别为1.2～23.0,0.1～2.1和0.3～1.3 mg/L.试验结果表明:与工况1相比,工况2 NH4+-N和SS平均去除率分别上升了12%和59.4%,而PO₄3-P却下降了7.9%.同时,2种工况下活性污泥特性也发生了变化,SV由75%～80%下降到37%～54%.2种工况下微生物优势菌没有发生明显改变,基本为变型杆菌;工况1活性污泥中优势微型动物为着生型原生动物,而工况2中则以硝化指示生物为主,且着生型后生动物的密度是工况1的10倍.      

不同营养模式下固定化斜生栅藻和普通小球藻氨氮去除能力对比分析

微藻培养耦合污水处理是一项极具潜力的绿色生物技术,具有污染物减排和资源化的双重效应.为明确不同微藻固定化后对NH₄+-N去除的差异及优势,以斜生栅藻和普通小球藻为研究对象,以自由生长为对照,通过5 d的批次培养试验对比分析了2种固定化微藻不同营养模式下对NH₄+-N污水的适应性及其生长特性.结果表明:①对比自由生长,固定化生长可有效提升斜生栅藻在自养和异养模式下的NH₄+-N去除能力,2种模式下最大去除率分别为98%和53%,而在混养模式下,最大去除率则从100%降至86%.②固定化生长对普通小球藻NH₄+-N去除率的提升较弱,仅在自养模式下发挥正效应,最大去除率可升至37%,在混养模式下,其自由生长优势强于固定化生长,当C/N为10时,NH₄+-N第4天即可完全去除.③固定化生长并未改变混养模式下2种微藻生长对ρ(COD_Cr)的依赖性,而该效应在异养模式下并不明显.④除自养模式外,固定化生长均略低于自由生长,并且普通小球藻的生长速率也显著高于斜生栅藻.研究显示,斜生栅藻单个细胞对NH₄+-N的去除能力优于普通小球藻单个细胞,斜生栅藻污水培养的适应性更强,并且固定化自养模式最佳,而普通小球藻固定化优势微弱.      

镧负载纤维素水凝胶多级串联吸附柱回收二沉池出水中磷的性能及机制研究

为了有效控制水体富营养化、降低污水处理厂出水磷浓度,采用多级串联吸附柱探究镧负载纤维素水凝胶CCH@La对二沉池出水中磷的吸附性能和机理,分析二沉池出水中共存组分对吸附和脱附过程的影响.结果表明,多级串联柱吸附装置可以有效使二沉池出水的磷浓度从2.0 mg·L^-1下降到0.1 mg·L^-1以下,初次运行的穿透体积为10182.59 BV(～50.13 mg·g^-1),酸洗再生可以使CCH@La的处理效果提升到13341.83 BV(～65.58 mg·g^-1).CCH@La对磷的动态吸附过程符合Thomas和Yoon-Nelson模型,吸附机理主要是形成无定形La–P络合物,同时Ca²⁺会在吸附剂表面形成三元络合物≡La–P–Ca和四元络合物≡La–P–Ca–P,并在pH较高的环境下生成少量Ca₅(PO₄)₃(OH)沉淀.酸洗过程可以使吸附剂表面发生Ca₅(PO₄)     

电活化过硫酸盐去除铜绿微囊藻的效果及机理研究

为了开发微藻及藻类有机物的高效去除技术,采用电活化过硫酸盐(EC/PS)体系处理含铜绿微囊藻的水样. 通过藻细胞密度和叶绿素a含量测定以及扫描电镜观察,研究了EC/PS体系的除藻特性及影响因素;采用荧光区域积分法定量分析了除藻过程中胞内有机物(IOM)和胞外有机物(EOM)的变化特征;利用电子顺磁共振波谱仪测定了EC/PS体系中的自由基类别,并分析了EC/PS体系的除藻机理. 结果表明:①在初始藻细胞密度为1.24×107~1.30×107 cells/mL,电压为7 V,初始pH为6,初始PS浓度为4 mmol/L的条件下,当EC/PS体系处理60 min时,藻细胞和叶绿素a的去除率分别达90.80%和98.41%,明显优于单独EC体系和单独PS体系;当EC/PS体系处理10 min时,IOM的总荧光响应值降低了77.39%. 在处理过程中,以腐殖酸类物质为主的胞内有机物会大量释放. ②EC/PS体系中电化学作用对除藻的平均贡献率为54.63%;同时,除藻过程可产生大量的SO₄?·和·OH,且其随处理时间的增加而增加. 研究显示,EC/PS体系能有效去除铜绿微囊藻及藻类有机物,反应体系中的SO₄?·和·OH发挥了重要作用.      

PFS-PDM复合混凝剂对微污染河水的强化混凝处理

用聚合硫酸铁(PFS)和聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDM)制备了复合混凝剂—聚合硫酸铁-聚二甲基二烯丙基氯化铵(PFS-PDM),并对微污染的流溪河水源水进行了强化混凝处理,对比分析了复合混凝剂与PFS2种处理的混凝效果.结果表明,与单独用PFS相比,用复合混凝剂处理冬季微污染流溪河水源水时,其对浊度、UV254及藻类去除能力更强;当投加量为3mg/L(以Fe计)时,PFS-PDM复合混凝剂的去浊率、除藻率和UV254去除率,分别提高22.1%、19.5%、14.9%,表现出优良的强化混凝效果.     

焦化废水硫氰化物检测过程中氰络合物的硫酸锌屏蔽作用

焦化废水中含有大量的氰化物(CN^-)和硫氰化物(SCN^-)等有毒有害污染物,在预处理过程中,一般采用硫酸亚铁(FeSO₄)混凝沉淀去除硫化物(S^2-)、油分、悬浮物并降低废水毒性。上述过程同时会形成亚铁氰化物([Fe(CN)₆]^4-),[Fe(CN)₆]^4-再与Fe³⁺形成亚铁氰化铁沉淀(普鲁士蓝,Fe₄[Fe(CN)₆]₃),干扰硫氰酸铁(Fe(SCN)₃)分光光度法对SCN^-检测的准确性。为解决上述问题,提出在SCN^-显色前加入硫酸锌(ZnSO₄)的方法,屏蔽过量的[Fe(CN)₆]^4-,并分析ZnSO₄对SCN^-检测的影响程度。结果表明：Fe(SC...     

氧化镁与白云石石灰对不同来源废水中磷的回收效果

选择有代表性的3种来源废水(养猪场废水厌氧消化液、鸡粪废水厌氧消化液和污泥厌氧消化液),利用MgO与白云石石灰作为药剂进行磷回收试验,研究不同药剂、药剂投加量和反应时间下3种来源废水中磷的回收效果,通过动力学方程模拟2种药剂的除磷速率,并采用XRD(X射线衍射)、SEM(扫描电镜)对沉淀产物进行表征. 结果表明:投加2种药剂均可实现磷的有效去除与回收,反应沉淀物中含有MAP(磷酸铵镁)和CaCO₃,MgO的最佳投加量为200 mg/L,当反应时间为4 h时,PO₄3--P去除率达85.0%以上;白云石石灰的最佳投加量为500 mg/L,当反应时间为24 h时,PO₄3--P去除率达80.0%以上. 投加白云石石灰的反应速率较慢,并且反应沉淀物中含有更多的CaCO₃. 以处理1 m3原水为例,MgO药剂成本为0.80元,白云石石灰药剂成本为0.25元,显示白云石石灰经济成本更低,是较为理想的磷回收药剂.      

胞外物质影响铁盐混凝除铜绿微囊藻的效能与机制

藻及其代谢产物严重威胁着饮用水质的安全.混凝是饮用水处理工艺中去除藻细胞最为重要的单元,而藻细胞的胞外有机物(EOM)是影响藻细胞脱稳和去除的重要因素.本文以铜绿微囊藻为研究对象,对比混凝对原始藻细胞和经离心去除EOM的藻细胞(裸藻)的去除效果.结果发现,在pH为6.0、7.0和8.0的条件下,铁盐混凝对裸藻细胞(去除EOM的藻细胞)的去除率比原始藻细胞分别提高了5.01%、29.24%和27.45%,证实EOM对铁盐混凝除藻具有抑制作用.此外,絮体粒径动态分析表明,在pH分别为6.0、7.0和8.0下,裸藻细胞对应的最大絮体粒径均比原始藻细胞要高.Zeta电位分析表明,裸藻比原始藻的Zeta电位更高,因此,更容易通过压缩双电层脱稳.三维荧光分析结果表明,EOM易与金属发生络合反应,生成螯合物,从而抑制混凝除藻.     

反硝化除磷系统中PHB红外光谱解析及其与磷去除率的相关性

为快速、准确测定生物除磷系统中微生物细胞内w(PHB)(PHB为poly-β-hydroxy butyrate,聚-β-羟基丁酸酯)并及时预测PO₄3--P去除率,采用红外光谱法对微生物细胞内PHB的转化规律进行解析,并结合气相色谱法建立w(PHB)的快速测定模型,研究w(PHB)减少量与PO₄3--P去除率的相关性. 结果表明:反硝化除磷系统中微生物细胞内PHB的特征峰位于波数1 730 cm-1处,PHB特征峰的吸光度与w(PHB)的增减趋势相同. 采用PLS(partial least squares,偏最小二乘法)对反硝化除磷系统中微生物细胞内PHB特征峰吸光度与w(PHB)建立PLS模型,对w(PHB)的校正和预测时的相关系数(R2)分别达到0.963 0、0.951 4,其均方根误差分别为0.031 0、0.037 9. 根据预测结果,进一步建立了反硝化除磷缺氧段w(PHB)减少量与PO₄3--P去除率的相关关系,相关系数为0.979 0. 研究表明,利用PLS模型对反硝化除磷系统中PHB红外光谱解析能够快速、准确地表征反硝化除磷系统中微生物细胞内w(PHB)的变化,并能进一步预测PO₄3--P去除率.      

二氧化氯预氧化对藻类絮体形态的影响

针对高含藻高含盐杨埕水库原水藻类特征,采用聚合氯化铝(PAC)、硫酸铝(AS)、聚合硫酸铁(PFS)和氯化铁(FC)4种混凝剂进行混凝除藻试验,用图像法对藻类絮体的分形维数进行测定,分析混凝剂种类及投量、二氧化氯投加量等因素对混凝除藻效果及藻类絮体形态的影响。结果表明,杨埕水库夏季藻类种属相对较为单一,以小型色球藻、微小平裂藻、不整齐蓝纤维藻为优势藻类;4种混凝剂的除藻性能优劣依次为:AS>PAC>PFS>AC。在AS最佳投加量(以Al2SO4计)70 mg/L下,藻类的去除率为85.3%。此时,杨埕水库夏季藻类以藻类絮体分形维数值为1.54,形成的絮体密实且沉降性好。以AS为混凝剂,投加量为70 mg/L下,二氧化氯投加量为0.8 mg/L时助凝效果最好,藻类的去除率比单独投加AS时提高了6.3%,藻类絮体分形维数值为1.71,形成的藻类絮体更加密实。二氧化氯过量投加无益于藻类去除。