过硫酸盐联合硝酸盐处理汽油污染源区地下水：砂槽实验研究

原位生物修复和原位化学氧化是处理地下水燃油污染的两种有效技术,它们的联合也具有一定的可行性,但相关研究尚很少见.为进一步验证两种技术在水流条件下处理汽油污染地下水中的联合性能,本研究利用两个结构相同的实验砂槽模拟浅层含水层,通过分别投注传统汽油和乙醇汽油(含10%乙醇,体积比),持续补充硝酸盐作为电子受体以促进生物修复作用,以及采用过硫酸盐(Persulfate,PS)作为氧化剂以瞬时投注和连续投注两种方式实施化学氧化处理,研究污染源区主要污染物苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)、PS和硝酸盐的迁移与衰减.结果表明：在持续补充硝酸盐电子受体的条件下,传统汽油和乙醇汽油侵入地下水后BTEX溶解过程均呈现浓度波动期和消退期,BTEX浓度假一级衰减速率常数分别为0.033和0.028 d^-1,乙醇衰减速率常数为0.166 d^-1;瞬时投注PS时,传统汽油和乙醇汽油的BTEX浓度假一级衰减速率常数分别为0.056和0.063 d^-1,比未投注PS时的速率常数大;连续投注PS时,BTEX假一级衰减速率常数分别为0.013和0.01...     

过硫酸盐去除石灰土介质中汽油BTEX的效果及乙醇的影响

为了认识岩溶区石灰土含水介质中化学氧化联合生物降解去除燃油苯系物的效果,以汽油中的苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)作为污染物,通过批实验研究过硫酸盐(PS)联合硝酸盐去除汽油BTEX的效果,并认识不同浓度乙醇(EtOH)存在时带来的影响及化学氧化与反硝化联合修复的可能性.结果表明,在35 d内各组的BTEX去除率均达到91.00%以上,PS化学氧化能有效地去除BTEX.在不含EtOH及含EtOH初始浓度为500和5000 mg·L^-1的情况下,BTEX浓度在第65 d时分别为未检出、0.226 mg·L^-1、0.243 mg·L^-1,去除率分别为99.98%、99.00%、98.70%,其中,苯的去除率分别为99.98%、97.01%、93.32%.随着EtOH浓度的增加,苯的去除受到抑制,EtOH对BTEX的化学氧化具有阻碍作用.石灰土介质中高铁含量对PS具有活化能力,高含量有机质能促进PS分解,并导致pH值回升,出现反硝化作用和硫酸盐还原作用,有利于生物降解作用的恢复.     

乙醇对过硫酸盐去除石灰岩含水介质中汽油组分BTEX的影响

随着乙醇汽油的推广应用,其污染岩溶地下水的环境问题受到越来越多的关注。汽油组分苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)可以被过硫酸盐(PS)化学氧化作用有效去除。然而,乙醇的存在是否影响PS去除BTEX尚缺乏深入研究。利用石灰岩颗粒为介质,以汽油组分BTEX(总浓度为20 mg/L)和乙醇(浓度分别为500,5000 mg/L)为污染物,通过微元体(Microcosm)实验模拟污染的岩溶地下水环境,研究PS分别去除BTEX和乙醇,以及同时去除BTEX和乙醇的效果,讨论了乙醇对PS去除BTEX的影响。结果表明:前28 d,PS可以去除91%的BTEX,准一级动力学常数为0.006~0.349 d-1,其中苯最难去除,其次为甲苯。乙醇能够被PS有效去除,准一级动力学常数为0.003~0.054 d-1,去除速率小于BTEX;乙醇与BTEX共存时能够抑制BTEX的去除,但不会影响BTEX去除的优先性。PS浓度增大,有利于去除乙醇和BTEX,但会抑制微生物活性,促使pH值下降,并导致CaSO₄沉淀。该试验结果可为乙醇汽油污染岩溶地下水的原位化学氧化研究提供科学参考。     

中试MBBR装置强化氨氮去除速率的影响条件研究

采用中试MBBR组合工艺处理深圳市布吉河道的城镇污水,进水平均氨氮浓度为(25.88±7.73)mg/L,出水平均为(1.11±1.93)mg/L.单因素小试研究表明,反应器中挂有生物膜的悬浮填料具有强化氨氮去除的效果,投加该填料时获得的比氨氧化速率比采用活性污泥进行反应提高了25.5%;试验条件下通过投加甲醇将COD从139mg/L提高至587mg/L,比氨氧化速率从2.55mg/(gMLVSS·h)下降至1.91mg/(gMLVSS·h);当MLVSS浓度从0.45g/L逐步提高到4.05g/L时,容积氨氧化速率从3.68mg/(L·h)线性增加至7.82mg/(L?h),拟合度R2为0.967,但比氨氧化速率随MLVSS浓度的提高反而逐渐下降,从8.24mg/(gMLVSS·h)降至1.93mg/(gMLVSS·h);当温度从5℃升高到35℃,比氨氧化速率从0.99mg/(gMLVSS·h)提高至2.89mg/(gMLVSS·h),采用Arrhenius经验方程描述时,拟合度R2为0.970;当DO浓度从0.5mg/L逐步增加至4.0mg/L时,比氨氧化速率从0.62mg/(gMLVSS·h)提高至2.28mg/(gMLVSS·h),Monod方程可以很好的描述DO浓度与比氨氧化速率之间的关系,拟合度R2为0.994,氨氧化半饱和常数值为3.0mg O2/L.     

以PHAs为固体碳源的城镇二级出水深度脱氮研究

利用从连续运行的缓释碳源滤料滤池中取出的聚羟基脂肪酸酯(PHAs)颗粒,研究了微生物和硝酸盐对其的总有机碳(TOC)释放速率的影响,并研究了温度、pH值、硝态氮浓度对其反硝化速率的影响.结果表明:原有的和附着有微生物的PHAs颗粒在去离子水中TOC释放速率分别为0.030,0.053mg/(g·d),远低于水中有硝酸盐时的TOC释放速率[进水NO3--N为30mg/L时,TOC释放速率为0.533mg/(g·d)].温度和pH值对反硝化速率影响较大, pH值为7.5时,在15~35℃范围内, 30℃下的反硝化速率最大,为0.067mg/(g·h);温度为30℃时,pH值在6.0~9.0范围内,pH值为7.8时的反硝化速率最大,达到0.061mg/(g·h).反硝化速率与NO3--N浓度之间的关系符合Monod方程,最大反应速率和半饱和常数分别为4.74mgNO3--N/(gSS·h)和56.6mg/L.     

以PHAs为固体碳源的城镇二级出水深度脱氮研究

利用从连续运行的缓释碳源滤料滤池中取出的聚羟基脂肪酸酯(PHAs)颗粒,研究了微生物和硝酸盐对其的总有机碳(TOC)释放速率的影响,并研究了温度、pH值、硝态氮浓度对其反硝化速率的影响.结果表明:原有的和附着有微生物的PHAs颗粒在去离子水中TOC释放速率分别为0.030,0.053mg/(g·d),远低于水中有硝酸盐时的TOC释放速率[进水NO3--N为30mg/L时,TOC释放速率为0.533mg/(g·d)].温度和pH值对反硝化速率影响较大,pH值为7.5时,在15~35℃范围内,30℃下的反硝化速率最大,为0.067mg/(g·h);温度为30℃时,pH值在6.0~9.0范围内,pH值为7.8时的反硝化速率最大,达到0.061mg/(g·h).反硝化速率与NO3--N浓度之间的关系符合Monod方程,最大反应速率和半饱和常数分别为4.74mgNO3--N/(gSS·h)和56.6mg/L.     

氢自养反硝化去除饮用水中硝酸盐的试验研究

研究了附着生长型序批式反应器内以氢气为电子供体的自养反硝化技术对饮用水中NO3的去除效果.采用透气膜作为氢气的扩散装置,增强氢气的传质效率,降低其爆炸的危险性.结果表明,氢自养反硝化技术能够有效地去除饮用水中的NO-3,NO-3;-N和TN的最高去除速率分别达6.45 mg/(L·h)和4.89 mg/(L·h),NO-2-N有累积,最大累积量达11.58 mg/L.反应结束时,出水pH值为10.56,DOC增长了0.91 mg/L.建立了NO-3和NO-2还原反应的零级动力学模型,动力学常数分别为0.33～0.60 g/(g·d)和0.37～O.45 g/(g·d).氢气压力大于40 kPa时,My-3-N和TN的去除速率变化不大,分别为(5.97±0.08)mg/(L·h)和(4.25±O.04)mg/(L·h);氢气压力为25 kPa时,NO-3和TN的去除速率均显著降低.进水pH值为6抑制了反硝化反应,NO-3-N的去除速率仅为1.83 mg/(L·h);pH值高于8利于反硝化进行,No-3-N的去除速率为3.13 mg/(L.h).     

反硝化型甲烷厌氧氧化(DAMO)系统pH值耦合模型研究

对3个具有不同优势菌种反应器中厌氧氧化(DAMO)过程与pH值进行动力学耦合,结果表明,在25℃,Anammox-DAMO混培系统最大脱氮速率、硝酸盐初始抑制浓度和铵盐初始抑制浓度分别为3.95mg/(L·d),182.63,196.40mg/L;Nitrate-DAMO系统最大脱氮速率、硝酸盐初始抑制浓度分别为4.3...     

过硫酸盐氧化地下水中BTEX效果及水化学响应

过硫酸盐(S_2O_8~(2-))在修复地下水有机污染方面得到广泛应用。为揭示过硫酸盐氧化处理汽油BTEX污染地下水的效果及其向生物降解转化的特征,以过硫酸钠为氧化剂,建立含水箱柱系统模拟场地汽油BTEX污染地下水的原位化学氧化修复。结果表明,含水层中内在生物作用对高浓度BTEX的降解作用不理想;过硫酸盐对处理地下水BTEX污染有一定的效果,当PS/BTEX(摩尔比)=20时,氧化效果明显,其中苯浓度的衰减系数最大,能使难生物降解的苯优先去除。pH、ORP值、NO_3~-等水化学指标的改变能反映化学氧化作用向生物降解作用转化,是比较理想的过渡特征指标。     

蚀刻液废水厌氧氨氧化脱氮性能研究

采用上流式生物膜反应器接种厌氧氨氧化污泥,研究了印制电路板行业蚀刻液废水厌氧氨氧化脱氮可行性.结果表明,蚀刻液废水作为NH4+-N源时,其所携带的物质对厌氧氨氧化污泥活性具有毒性作用.当蚀刻液废水稀释到NH4+-N浓度150mg/L进入反应器14d后,厌氧氨氧化氮去除速率从3.2kg/(m3·d)下降到1.2kg/(m3·d).但是通过驯化培养可以很好地缓解蚀刻液对厌氧氨氧化污泥的毒性影响.经过110d的驯化,蚀刻液废水稀释到NH4+-N浓度300mg/L进入反应器后并未出现明显的抑制现象.厌氧氨氧化氮去除速率从1.6kg/(m3·d)上升到6.0kg/(m3·d).说明通过驯化培养后,厌氧氨氧化工艺能够很好的运用到PCB行业高NH4+-N废水的处理.     

S-NZVI/PS凝胶反应带修复硝基苯污染地下水

采用前置硫化法合成制备硫化纳米铁,研究其与过硫酸盐对硝基苯的联合降解效果,检测反应前后溶液中铁离子和TOC浓度变化,对反应前后的S-NZVI进行表征,分析S-NZVI和PS对NB的联合降解机制.以纳米硅胶溶液为胶结剂,以PS为活性成分,制备缓释PS溶胶,注入砂柱中扩散形成凝胶,与S-NZVI构成S-NZVI/PS组合反应带,研究其对模拟硝基苯污染地下水的原位修复效果.结果表明,S-NZVI能够高效去除NB并生成大量苯胺（AN）,S-NZVI被PS氧化产生的Fe²⁺与PS组成活化过硫酸盐,对AN具有较好的降解和矿化效果.当NB浓度为100mg/L、S-NZVI和PS的投加量分别为0.5,2.5g/L时,NB去除率达91%,AN出水浓度为1.96mg/L,TOC去除率达64.09%.反应后S-NZVI的主要铁氧化产物为Fe₃O₄和FeO（OH）.反应带实验结果表明,S-NZVI/PS组合反应带可有效去除地下水的NB并高效消减NB还原产生的AN,当进水中NB浓度为100mg/L,流量为0.4mL/min,注入S-NZVI含量为1200mg/L的浆液200mL,二氧化硅含量为30%、PS含量为12.5%的PS凝胶4.8g时,S-NZVI/PS组合反应带7d内对AN的去除率最高达97.6%,NB当量累计去除率为83.7%.     

S-NZVI/PS凝胶反应带修复硝基苯污染地下水

采用前置硫化法合成制备硫化纳米铁,研究其与过硫酸盐对硝基苯的联合降解效果,检测反应前后溶液中铁离子和TOC浓度变化,对反应前后的S-NZVI进行表征,分析S-NZVI和PS对NB的联合降解机制.以纳米硅胶溶液为胶结剂,以PS为活性成分,制备缓释PS溶胶,注入砂柱中扩散形成凝胶,与S-NZVI构成S-NZVI/PS组合反应带,研究其对模拟硝基苯污染地下水的原位修复效果.结果表明,S-NZVI能够高效去除NB并生成大量苯胺（AN）,S-NZVI被PS氧化产生的Fe²⁺与PS组成活化过硫酸盐,对AN具有较好的降解和矿化效果.当NB浓度为100mg/L、S-NZVI和PS的投加量分别为0.5,2.5g/L时,NB去除率达91%,AN出水浓度为1.96mg/L,TOC去除率达64.09%.反应后S-NZVI的主要铁氧化产物为Fe₃O₄和FeO（OH）.反应带实验结果表明,S-NZVI/PS组合反应带可有效去除地下水的NB并高效消减NB还原产生的AN,当进水中NB浓度为100mg/L,流量为0.4mL/min,注入S-NZVI含量为1200mg/L的浆液200mL,二氧化硅含量为30%、PS含量为12.5%的PS凝胶4.8g时,S-NZVI/PS组合反应带7d内对AN的去除率最高达97.6%,NB当量累计去除率为83.7%.     

固相好氧反硝化同步去除水中硝酸盐和阿特拉津可行性研究

研究了利用固相好氧反硝化同步去除水中硝酸盐和阿特拉津的可行性。通过释碳性能的比较得出淀粉基颗粒是适宜的反硝化碳源,在间歇式实验中,初始硝态氮浓度为55~60 mg/L时,平均反硝化速率为7.03 mg/(L·h),能有效去除水中的硝酸盐。当水中阿特拉津浓度低于10 mg/L时,对好氧反硝化脱氮没有影响,浓度增加至20 mg/L,对反硝化有抑制作用。在好氧反硝化条件下,阿特拉津初始浓度分别为0.1,1 mg/L时,24 h后去除率分别为93%和94.8%,阿特拉津的去除主要通过吸附作用。     

两种释碳材料的制备及其性能研究

应用固定化技术制备了包埋淀粉的聚乙烯醇(PVA)释碳材料和海藻酸钠(SA)释碳材料,采用红外光谱和扫描电镜对其物化特性进行分析,研究了二者的释碳性能以及作为碳源对硝态氮的去除效果.结果表明,PVA释碳材料中淀粉混合较好,释碳过程满足二级动力学方程,单位质量材料释放的饱和COD达到99.60mg/(g·L).在温度为18~22℃,pH7.2~8.0,硝态氮浓度为35mg/L的条件下,PVA释碳材料的平均反硝化速率为18.5g/(m3·d),SA释碳材料的平均反硝化速率为15.5g/(m3·d),在稳定运行15d后,出水硝态氮浓度逐渐升高,脱氮效果开始下降.     

厨余垃圾高固体厌氧消化处理中氨氮浓度变化及其影响

在中温(35℃)条件下,应用连续式单级高固体厌氧消化技术,研究氨氮浓度在厨余垃圾处理过程中的变化规律.结果表明,在系统稳定运行阶段,投料强度为150.0g/d,挥发性固体甲烷转化率近90%,有机负荷达到4.94kgVS/(m³·d),反应速率为1.48m3CH4/(m³·d),运行情况较为理想.反应运行80d,氨氮浓度超过1700mg/L时,系统呈现氨氮抑制状态,有机负荷为0.77kgVS/(m³·d),反应速率为0.39m3CH4/(m³·d),较稳定运行期大幅度下降.在此过程中,氨氮浓度从消化初期的420mg/L逐渐递增到3000mg/L左右,其中在稳定运行过程中增加速率较大,平均37.15mg/(L·d).同时,微生物经过长期驯化,对高浓度氨氮的抵抗能力增强,系统运行至190d时,氨氮浓度再次升高至3000mg/L,产气速率仍可维持在1.07m³CH4/(m³·d),系统状态较为良好.     

零价铁自养反硝化过程活性污泥矿化及解决措施

本研究通过接种生活污水处理厂活性污泥,在升流式厌氧反应器内启动了零价铁还原硝酸盐的反应,经过52d的运行后实现氮去除速率29.3 g·(m~3·d)~(-1).针对运行过程中形成的三价铁及铁氧化物对污泥的包裹,致使污泥矿化,导致活性降低的问题,进行了流加污泥和改变回流两种防矿化方式的可行性研究.采用流加方式,经过22 d运行,硝酸盐氮转化速率在33.0 g·(m~3·d)~(-1)左右,出水亚硝酸盐氮平均浓度16.50 mg·L~(-1),此两者和矿化时期相比均无较大变化,而出水氨氮平均浓度从12.38 mg·L~(-1)下降到3.58 mg·L~(-1),氮去除速率从9.9 g·(m~3·d)~(-1)恢复至15.0 g·(m~3·d)~(-1),生物反应减弱了化学还原硝酸盐过程;采用改变回流方式,反应柱外部设置回流池,利用回流池上部水进行水力循环和上升冲刷,将生成的三价铁及铁氧化物随出水流出并沉积在外部回流池内,在上升流速3.49 m·h-1的条件下,转化硝酸盐对应生成的三价铁量有大约58%通过回流沉淀在外部回流池内,硝酸盐氮反应速率在34.3 g·(m~3·d)~(-1),出水亚硝酸盐氮、氨氮浓度分别为0.22 mg·L~(-1)、0.75mg·L~(-1),未出现氨和亚硝酸盐的大量积累,实现氮去除速率在33.4 g·(m~3·d)~(-1),实现了长期运行中污泥矿化问题的解决.对比两种方式,从处理效果看改变回流模式处理污泥矿化问题优于污泥流加方式.     

氢自养反硝化系统中亚硝酸盐的累积特性

建立了序批式反应器氢自养反硝化系统中亚硝酸盐累积的数学模型,定义了反硝化系数α来描述亚硝酸盐的累积状况,研究了序批式反应器内加入亚硝酸盐前后硝酸盐和亚硝酸盐还原速率以及亚硝酸盐累积浓度的变化情况.结果表明.第l阶段中硝酸盐的还原速率为6.52 mg/(L·h),亚硝酸盐的还原速率为4.40 mg/(L·h),亚硝酸盐累积明显,加入亚硝酸盐后亚硝酸盐的还原速率上升到4.89 mg/(L·h);第2阶段中硝酸盐的还原速率下降到3.94 me,/(L·h),此时几乎无亚硝酸盐累积.亚硝酸盐的加入,改变了硝酸盐和亚硝酸盐的还原速率,从而最终影响了亚硝酸盐的累积浓度.亚硝酸盐的累积过程与根据模型计算得出的理论值吻合较好;反硝化系数α能够准确反映亚硝酸盐的累积状况:α1时,亚硝酸盐累积浓度很低,<0.30 mg/L.     

生物活性炭去除水中挥发性苯系物的基础研究

采用连续流生物活性炭(BAC)工艺处理水中挥发性苯系物(BTEX,包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯),评价进水负荷、活性炭炭型等因素对于BAC处理性能的影响.研究表明,在40d的处理时间内,除苯之外,其余BTEX的BAC出水中均未检出苯系物(进水为6mg/L).为了检验BAC在高BTEX负荷情况时的处理效果,将进水浓度设定为19~32mg/L左右,在EBCT为1.2min条件下同样只有苯的出水浓度上升至10mg/L(C/Cin为0.45),然后略有下降,最终保持在5~10mg/L(C/Cin为0.3以下),其余苯系物出水浓度均一直保持小于5mg/L.这表明BAC可以有效地处理高负荷BTEX(8.68~12.9kgTOC/(m3·d))的进水.生物活性炭对于活性炭吸附容量的恢复有比较明显的作用,煤质炭和椰壳炭的生物再生效率分别为53.6%和26.6%,煤质炭再生效率高的原因可能是其具备更多的大型中孔和大孔.     

抗生素对厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮性能的影响

通过血清瓶批试实验,研究了3种具有不同抑制机理的抗生素(青霉素G钠、土霉素盐酸盐和硫酸多粘菌素E)对厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮性能的短期抑制特性.不添加抗生素时,厌氧氨氧化颗粒污泥的NH_4~+-N和NO_2~--N降解速率分别为0.252,0.375kg N/(kg VSS·d).浓度为3000mg/L的青霉素G钠对厌氧氨氧化颗粒污泥的活性抑制作用较小.土霉素盐酸盐和硫酸多粘菌素E对厌氧氨氧化颗粒污泥的活性抑制作用较强.土霉素盐酸盐浓度分别为50,100,150,200,400mg/L实验组的NH_4~+-N降解速率分别为0.250,0.237,0.200,0.117,0.062kg N/(kg VSS·d);N0_2~--N降解速率分别为0.324,0.304,0.296,0.244,0.069kg N/(kg VSS·d).硫酸多粘菌素E浓度分别为30,70,90,100,300mg/L实验组的NH_4~+-N降解速率分别为0.230,0.134,0.094,0.022,0.007kg N/(kg VSS.d);N0_2~--N降解速率分别为0.351,0.203,0.133,0.039,0.004kg N/(kg VSS·d).青霉素G钠、土霉素盐酸盐和硫酸多粘菌素E对厌氧氨氧化颗粒污泥活性的抑制作用依次增强.     

双筒型微生物燃料电池生物阴极反硝化研究

利用双筒型微生物燃料电池生物阴极实现电反硝化脱氮,考察外电阻大小、进水硝酸盐和有机物浓度对产电和反硝化的影响.当外电阻从50Ω下降到5Ω,硝酸盐去除速率由0.26 mg/(L.h)上升到0.76 mg/(L.h);在外电阻为5Ω时,亚硝氮积累浓度达55 mg/L;硝酸盐起始浓度在20～120 mg/L时硝酸盐降解满足0级反应,硝酸盐浓度对MFC产电影响不显著;亚硝氮的积累浓度随硝酸盐起始浓度增加而增加,最高可达到35 mg/L;有机物的加入能提高阴极反硝化速度,避免亚硝酸盐积累,对MFC产电影响不大.