基于三层网络的SBR法深度脱氮智能控制系统的中试研究

以一座处理量为60m3·d-1的SBR法中试系统为研究对象,将三层网络智能控制技术引入SBR工艺中,并对该智能控制系统的深度脱氮效果和稳定性进行了中试研究.在SBR法硝化反硝化过程中,pH、DO、ORP曲线上会出现反映生物脱氮进程的特征点,以pH、DO、ORP为控制参数建立的智能控制策略可以准确判断反应的终点,避免了过度曝气,在保证深度脱氮的前提下节省了能耗.经过10个月的稳定运行,即使在温度较低的情况下,该SBR法智能控制中试系统出水的各项指标完全能够达到国家污水排放一级标准,并且达到了深度脱氮的效果,出水COD低于50 mg·L-1,总氮低于5 mg·L-1.     

高氮城市生活垃圾渗滤液短程生物脱氮

采用"两级UASB-缺氧-好氧系统"处理高COD与高NH4 -N的城市生活垃圾渗滤液.180天的试验结果表明:UASB1(一级UASB)与UASB2(二级UASB)最大COD去除速率分别为12.5、8.5 kg·m-3·d-1,UASB1的NOx--N的最大去除速率为3.0 kg·m-3·d-1.系统COD去除率为80%～92%,出水COD为800～1500 mg·L-1.原渗滤液的NH 4-N为1100～2000 mg·L-1,A/O工艺的最大NH4 -N去除速率为0.68kg·m-3·d-1;在17～30℃,通过NO-2-N累积率为90%～99%的短程硝化,NH4 -N的去除率在99%左右,出水NH4 -N小于15 mg·L-1.回流处理水和二沉池回流污泥中的NOx--N分别在UASB1和A/O工艺的缺氧段实现完全反硝化,使系统无机氮TIN去除率达80%～92%.同时高效的反硝化为硝化提供了充足的碱度,使A/O工艺pH大于8.5,维持较高的游离氨浓度,结果表明,高游离氨(FA)是导致短程硝化的主要因素.以pH作为控制参数调控A/O工艺的曝气时间,可以有效的抑制亚硝酸盐氧化菌(NOB)的增长,实现种群优化和稳定的短程硝化.     

采用钙钛矿型催化剂(La0.8K0.2Cu0.05Mn0.95O3)同时催化去除NOx和碳烟的研究

将钙钛矿型催化剂与碳烟均匀混合后置于固定床连续流动反应体系中,利用程序升温反应技术,在模拟柴油机尾气的情况下对同时催化去除氮氧化物(NOx)和碳烟的反应进行了实验研究.通过改变含Cu原料的用量,得到不同Cu取代量的催化剂La0.8K0.2CuxMn1-xO3,性能评价结果表明,La0.8K0.2Cu0.05Mn0.95O3催化剂的综合性能较好,碳烟的起燃温度及NO向N2的最大转化率分别为280℃和58.0%.采用该催化剂,进一步考察了进气中NO浓度、O2浓度、进气总流量及催化剂与碳烟的接触状况对反应的影响.研究结果表明,进气中NO浓度、O2浓度、气体总流量和催化剂与碳烟之间的接触状况对NO的去除率的影响比较明显,而对碳烟起燃温度的影响较小.O2浓度从5%变为7.5%时,碳烟的起燃温度及最大NO转化率分别从280℃和53.8%变为270℃和96.7%.碳烟与催化剂松散接触时,碳烟的起燃温度及最大NO转化率分别为290℃和48.4%,紧密接触时分别为275℃和70.4%.而进气中NO浓度、气体总流量的变化对碳烟的燃烧基本上没有影响,虽然NO的转化率有明显变化,但生成的N2总量基本不变.     

活化赤泥吸附除磷及其机理的研究

以铝矿工业赤泥为原材料,采用酸活化、焙烧活化、热酸活化方法进行活化处理,得到除磷吸附剂,考察了pH值、反应时间和磷初始浓度等因素对除磷吸附剂吸附效果的影响.结果表明,活化赤泥具有较好的除磷能力,酸活化赤泥和焙烧活化赤泥对磷的饱和吸附量分别为155.2、144.2 mg·g-1.热酸活化赤泥除磷能力更强,其对磷的饱和吸附量可达202.9 mg·g～,经过热酸活化后的赤泥即使在pH值波动较大时也能很好处理高浓度含磷废水.溶液pH显著影响磷去除效果,在pH为7时得到最大去除量.     

镧、锆改性油菜杆和菱角壳去除养猪废水中的磷

磷是引起地表水富营养化的重要因素之一,选择高效低成本的吸附材料是去除废水中磷的关键所在。基于此,采用共沉淀法制得镧、锆改性的油菜秆(La-BC、Zr-BC)和菱角壳(La-TN、Zr-TN),探究了其对模拟废水中磷的吸附去除;分别考察了在改性材料不同投加量、溶液pH、磷的初始浓度、反应时间等条件下对磷吸附特征的影响。FT-IR和SEM-EDS表征结果表明,镧和锆均已成功负载于油菜秆和菱角壳的表面上。La-TN、La-BC、Zr-TN和Zr-BC对磷的吸附量随改性材料投加量的增加呈指数下降,最大吸附量分别为12.49、11.41、6.85、6.83 mg$ \cdot {{\rm{g}}}^{-1}$。随pH的上升,镧改性材料对磷的吸附量呈先上升后下降的趋势,而锆改性材料呈幂函数式下降。4种改性材料的吸附动力学使用叶诺维奇模型描述更为合适,且吸附等温线使用Freundlich模型拟合更佳。La-BC、Zr-BC、La-TN、Zr-TN在养猪废水中吸附量分别为14.82、10.36、15.41和8.91 ${\rm{m}}{\rm{g}} \cdot {{\rm{g}}}^{-1}$,较改性前分别提升了34、20、53、37倍,这表明4种改性材料可作为养猪废水中除磷的潜在材料。以上研究结果可为废水中磷的去除及农业废弃物的资源化利用提供一定的参考。     

以城市污水处理厂好氧池生物膜作为接种污泥快速启动两段式亚硝化-厌氧氨氧化反应器的可行性

为探讨以城市污水处理厂好氧池生物膜作为接种污泥启动厌氧氨氧化工艺的可行性,启动了两段式亚MBBR亚硝化-厌氧氨氧化工艺并成功运行。结果表明,经过90 d的启动,在进水NH₄⁺-N质量浓度为750 mg·L⁻¹的条件下,亚硝化反应器负荷(以NH₄⁺-N计)可达到9 000 mg·(m²·d)⁻¹,平均出水NO₂⁻-N和NH₄⁺-N质量浓度比值为1.28,满足厌氧氨氧化的反应要求。经过180 d的启动,在进水NH₄⁺-N和NO₂⁻-N质量浓度分别为360 mg·L⁻¹和380 mg·L⁻¹的条件下,厌氧氨氧化反应器负荷(以TN计)可达到13 875 mg·(m²·d)⁻¹,TN去除率可达(84.14±0.66)%。活性测定结果显示,AOB和ANAMMOX活性(以NH₄⁺-N计)分别可达6 423.84 mg·(m²·d)⁻¹和6 448.32 mg·(m²·d)⁻¹且均可维持恒定。高通量测序结果表明,亚硝化反应器中的Nitrosomonas占比由0.02%增至20.09%,为AOB的主导菌属;厌氧氨氧化反应器中,Ca. Brocadia和Ca. Jettenia为主要的ANAMMOX菌,占比分别达到11.00%和2.07%。采用好氧池生物膜作为接种污泥可快速启动两段式亚硝化厌氧氨氧化工艺。     

改良剂与植物联合修复对汞铊矿废弃物重金属淋溶释放行为及微生物群落结构的影响

为探究改良剂赤泥(富铁铝的工业废弃物)与鱼粪(富氮磷的有机质)作为改良剂结合2种典型先锋速生植物(巨菌草和黑麦草)对汞铊矿废弃物中典型重金属(Hg、As、Sb、Tl等)淋溶释放的原位控制效果,通过150 d淋滤实验,考察了单一改良剂、混合改良剂及改良剂联合植物对汞铊矿废弃物和淋滤液理化特征、重金属淋溶释放规律及微生物群落结构的影响。结果表明,添加鱼粪和赤泥结合植物种植能显著抑制汞铊矿废弃物中As、Tl和Sb的释放,同时显著促进废弃物中Hg的溶出(P<0.05)。随着淋溶时间的延长,5个批次淋滤液中As、Tl和Sb的质量浓度分别降至对照组的21.28%~56.56%、33.21%~63.15%、32.23%~56.62%。经处理后汞铊矿废弃物中养分有所提高,相较于对照组,各处理组废弃物pH由3.87升至5.56~6.78,速效钾(AK)含量是对照组的5.60~8.75倍,有机质(OM)由对照组的0.64 g·kg⁻¹增至2.50~3.14 g·kg⁻¹。同时,改良剂与植物联合修复改善了汞铊矿废弃物微生物群落丰富度和多样性,其中以黑麦草组的细菌群落丰富度最高。综合考虑重金属淋溶释放控制和微生物群落结构改善,选择鱼粪和赤泥混合改良并种植巨菌草对汞铊矿废弃物的修复效果最佳,以上研究结果可为汞铊矿废弃物中重金属释放的原位控制与无土快速生态修复提供技术支持。     

低进水浓度CASS工艺沿程污染物去除特征及微生物群落变化

南方部分城镇污水浓度偏低,而循环式活性污泥法(CASS)能较好地处理低浓度污水,处理性能与微生物群落特征密切相关,但鲜有研究涉及其沿程微生物群落结构变化。本研究选取广东省某CASS城镇污水厂作为典型案例,分析其沿程污染物去除特征和微生物变化,从微生物学角度探讨污染物的去除机理。结果表明：低进水浓度CASS生化池沿程耗氧有机物(以COD计)、TN、NO₃⁻-N、TP主要在污泥选择区被吸附降解,进水1 h COD和TP值降至最低,NH₄⁺-N主要在主反应区被氧化降解,生化池可去除污水中56.42%的耗氧有机物(以COD计)、41.71%的TN、77.78%的NH₄⁺-N、99.59%的TP。生化池主要优势菌门有变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和浮霉菌门,变形菌门是影响微生物多样性变化的关键菌门。属水平上,进水1 h选择区Zoogloea、Aeromonas和Thauera丰度较高,主反应区Nitrospira丰度较高;进水结束选择区Nitrospira丰度较高,主反应区Terrimonas和Lactobacillus丰度较高;沉淀1 h选择区Thauera丰度提高,主反应区Nitrosomonas丰度较高,主要发生氨氧化;闲置结束选择区脱氮菌类型多丰度高,主反应区Sulfuritalea、Haliangium、Zoogloea丰度较高。沿程功能性微生物丰度变化与污染物浓度变化相对应。NO₃⁻-N对微生物群落结构的塑造影响最显著(解释度为38.92%)。氮代谢途径表明沿程主反应区均发生全程硝化反硝化,选择区均发生短程硝化和全程反硝化,除进水1 h外,其余阶段选择区的反硝化功能基因丰度均比主反应区高。     

饱和持水量条件下不同氮添加对森林土壤氮素净转化的影响

为了研究在饱和持水量条件下不同氮沉降形态和水平对森林土壤氮素净转化及土壤N₂O排放的影响,选取中亚热带地带性森林红壤为研究对象,采用室内模拟试验方法,设置110%饱和持水量（WHC）的土壤水分,添加不同形态氮[（NH₄）₂SO₄、NaNO₃、NH₄NO₃]和不同含量[0 mg/kg（CK）、20.0 mg/kg（LN）、66.7 mg/kg（HN）,以干土计]的氮素,进行为期14 d的室内培养（20℃）.结果表明,与CK相比,（NH₄）₂SO₄和NaNO₃处理对土壤净氮矿化和氨化的影响不大,而（NH₄）₂SO₄处理的净硝化量在高氮水平下为负值,说明硝化很弱,但该处理的净氨化量高于其他处理,特别是NaNO₃处理的净氨化量较高,认为很可能存在NO₃--N异化还原为铵（DNRA）.NaNO₃处理能显著提高土壤净硝化量而显著降低w（SON）（SON为土壤可溶性有机氮）,NH₄NO₃处理同时降低了土壤w（NH₄+-N）和w（NO₃--N）,表现为氮固定作用,并且高氮水平的土壤w（MBN）（MBN为微生物量氮）显著高于低氮水平;NaNO₃和NH₄NO₃处理的土壤N₂O排放速率和培养周期内的累积排放量均显著高于CK,并且高氮水平显著高于低氮水平,而（NH₄）₂SO₄处理与CK相当,并且高氮水平下的N₂O累积排放量低于低氮水平.研究显示,在过饱和土壤水分条件下,混合形态氮对土壤氮素净转化格局影响较大,含NO₃-形态氮明显促进土壤N₂O的排放,尤其是高氮水平.研究结果可为评价全球气候变化下特别是降雨情况下沉降氮形态对土壤氮素转化的影响提供重要参考.      

吹扫捕集-气相色谱法测定水中的乙醛和丙烯醛

建立了吹扫捕集-气相色谱法测定水样中乙醛和丙烯醛的方法,并对吹扫捕集测试条件进行优化,考察了吹扫温度和吹扫时间对吹扫捕集效率和方法检出限的影响。在50℃下,吹扫时间为20 min时,该方法乙醛和丙烯醛的检出限分别为0.001 2 mg/L、0.000 6 mg/L,相对标准偏差分别为3.5%～6.9%、2.9%～5.8%,加标回收率分别为91.6%～108%、92.0%～105%。与GB3838-2002推荐使用的分析方法相比较,该方法具有操作简便、灵敏度高、重复性好、基本上不消耗有机溶剂等特点,可满足地表水和废水中乙醛和丙烯醛的测定要求。