应用Matlab仿真烟气脱硫除尘过程

介绍了Matlab语言在烟气脱硫除尘过程仿真中的应用。     

地下水生物反硝化碳源材料研究

以淀粉和聚乙烯醇为原材料,采用高分子制造技术,通过共混/包覆制备出一类地下水原位生物反硝化用控释高分子碳源材料。制备碳源材料在水体中有机质释放试验表明,不同含量的碳源材料在水体中均有一定的COD释放能力,制备的碳源材料满足生物反硝化的需要。硝酸盐生物降解试验表明,对于本类碳源材料,反硝化菌存在6d左右的驯化期,不同淀粉含量碳源材料对生物反硝化的进行影响不大。经过6d左右,水中NO3-浓度从40mg/L降低到10mg/L以下。同时发现碳源材料具有缓释性能,随着反硝化过程中有机质的消耗,可以不断向水体释放有机质。     

供水工程原水生物预处理技术应用与研究

介绍了近年来国内在微污染生物预处理方面较成功的例子，并提出了如今微污染原水预处理所面临的有机物去除率不高及生物处理池的泥沙淤积和填料结泥等问题，并提出了一些解决方法。     

悬浮生物填料床处理微污染原水硝化试验研究

对采用新型悬浮填料床处理微污染原水硝化过程进行了探讨分析了自然挂膜条件下的工艺启动过程，研究了不同工况条件下，悬浮填料床硝化效果。通过春、夏、秋和冬季的中试运行效果表明：在温度适宜、停留时间60min、填料填充率50％条件下，氨氮平均去除效率达到77．60％，定义了氨氮填料表面负荷指数判断氨氮去除效果，水温对硝化的影响较大，在低于20℃时，氨氮填料表面负荷随温度呈指数增长，高于该温度时则增长缓慢，但能维持较高水平；浊度对本工艺硝化影响较小；实验表明原水中氨氮浓度较低，硝化反应符合一级反应，其反应速率常数为0.75h^-1。     

颗粒粒径与数量对硝化与反硝化过程的影响

以实验为基础,建立了一个基于多底物的多种微生物生长、维持和衰减过程的好氧硝化颗粒SBR反应器一维动力学模型,分析了颗粒粒径及数量对硝化、反硝化等过程的影响.研究发现,在相同生物量条件下,氨氮的消耗随颗粒的数量增加而增加,表明氨氮的消耗主要与NH4+-N和颗粒接触表面有关.同时,系统中所产生的NO2--N及NO3--N与颗粒数量和粒径有密切关系,而在NH4+-N不足时才只与数量有关,表明DO对颗粒的渗透决定NO2--N及NO3--N的产生.就反硝化过程而言,当粒径>1 000μm时反硝化会随粒径的增加而加强,而小于该值时,虽然反硝化也会发生但与颗粒粒径关系不大,表明颗粒粒径>1 000μm时粒径对DO的扩散限制才会明显从而加强反硝化过程.     

SBR系统中同时硝化反硝化生物脱氮研究

采用单级SBR系统处理含有机物和氨氮的模拟污水并研究了单级生物脱氮的主要影响参数。实验采用葡萄糖作为碳源、硫酸铵作为氮源,研究了不同的CN和DO对同时硝化反硝化作用的影响。研究结果表明,当进水CODCr、NH3N浓度分别为244～500mgL和45.4～52.2mgL、反应条件为DO=1.0～3.0mgL、CODCrNH3N=5～10时,反应器中CODCr、NH3N的去除率分别达到87.1%～91.0%、75.1%～94.7%。根据试验结果,对同时硝化反硝化过程的一个代表性周期进行了分析。     

基于ANN 的SBBR 短程硝化过程仿真研究

利用人工神经网络对实验室中短程硝化过程进行仿真模拟,采用误差反向传播算法,并结合自适应学习率,在MATLAB 语言环境下建立了进水NH₄⁺-N﹑DO﹑温度以及外加碳源与出水NH₄⁺-N 和NO^2--N 之间的非线性映射函数关系,确立了相关的动态模型.结合最优化网络模型运行参数,对样本进行仿真学习,仿真输出值与实际值的拟合程度相当高,最大误差仅13.8955%.通过权重分析,探究了各输入因素与输出结果之间的价值贡献关系,进水NH₄⁺-N 和温度对短程硝化过程表现出较大的影响.     

异养型同步硝化反硝化处理微污染水源水

针对微污染水源水营养贫乏特点,从富集驯化的底泥中筛选出3株异养硝化细菌和3株好氧反硝化细菌,3株异养硝化细菌对铵氮的去除率分别为97.02%、100%和100%,3株好氧反硝化细菌对总氮的去除率为98.52%,98.55%和98.6%,利用固定化微生物技术将异养硝化菌、好氧反硝化菌固定于海绵球型填料上,强化生物接触氧化处理水源水,试验结果表明:在水温25°C、溶解氧4mg/L左右、水力长期停留的条件下,经过17d的运行,铵氮去除效率可以达到100%,总氮去除率达到42%。     

生物转盘系统中短程硝化的实现

在生物转盘反应器接种普通好氧污泥,在进水COD浓度为300mg/L,氨氮浓度为15mg/L,pH7.5～8.0,室温条件下启动试验,挂膜成功后对盘面以表层异养菌为主的生物膜层进行亚硝酸盐氧化菌的驯化,通过不断提高进水氨氮负荷和控制较低的C/N,系统硝化反应经历了由弱→强→弱的变化,而氨氧化反应不断得到强化。64d时,当进水N/C比为3.75,COD和氨氮浓度分别为40mg/L和150mg/L,氨氮面积负荷为7.46g/m·2d,HRT=3.16h时,出水亚硝氮累积率达到56.7%,系统中实现了短程硝化反应,随着系统的稳定,亚硝氮平均累积率为80%,最高达95.8%;驯化过程中生物膜厚度由0.2cm增加到0.5cm,颜色也由浅黄色变成黄褐色,镜检发现微生物种类变少,钟虫和累枝虫等消失,膜体中间由大量的丝状体连接。     

同步硝化反硝化过程中污染物的去除及温室气体的释放

采用缺氧-好氧SBR反应器,研究了同步硝化反硝化(SND)工艺污水生物脱氮过程中污染物去除效果和温室气体(N2O,CH4和CO2)的释放情况.结果表明,与顺序式硝化反硝化工艺(SQND)的总氮去除率63.78%相比,SND大大地提高了总氮的去除,去除率达90.39%.同时,SND过程刺激了温室气体的释放,其温室气体释放总量为SQND的4.5倍.SND反应器N2O每周期释放量为34.28 mg,且主要集中于曝气阶段.而SQND过程N2O释放量仅为6.89mg,为SND过程的1/5.SND过程和SQND过程,每周期CO2的释放量分别为493.52,320.28mg.两反应器中CH4的释放量都很低,接近于零.     

受污染水源水生物处理中微型后生动物的研究

通过现场实验、生产性装置调研、生物培养和发光细菌的发光抑制性试验等手段,考察了受污染源水处理中微型后生动物种类、分布、演化规律,探讨了微型后生动物的种群结构和功能;研究了苔藓虫和椎实螺对源水生物处理的影响以及对后续常规处理和供水安全的潜在风险.结果表明,微型后生动物对污染源水的生物处理有一定的促进作用;苔藓虫和软体动物作为源水生物处理的特有后生动物,容易在生物膜上生长并对水质净化有一定促进作用.苔藓虫的死亡残体和虫体溶出物的毒性很弱,不会对人体造成危害.少量椎实螺的存在,有助于维持生物膜稳定;大量存在可啃食生物膜,影响除污效率.     

原水水质对输水管道硝化作用形成的影响

采用配制水样模拟Ⅱ类、Ⅲ类和劣Ⅴ类地表水,利用管道模拟反应器研究不同原水水质条件下输水管道中硝化作用的形成及对输水水质的影响.结果表明:原水中氨氮(NH4+-N)及溶解氧(DO)含量对NH4+-N去除均有一定影响,DO充足时,去除率随原水中NH4+-N含量的增加而增加,DO浓度低时,DO成为影响NH4+-N去除的主要因素;原水NH4+-N含量对运行初期NO2--N积累有重要影响,NH4+-N含量越高,NO2--N积累量越大,随着生物膜的成熟,影响作用逐渐减弱;反应器中AOB数量主要受原水NH4+-N浓度的影响,随NH4+-N浓度升高而增加;NOB数量受NH4+-N和DO浓度的双重影响,DO含量低会抑制NOB活性,使NOB数量减少,导致NO2--N积累;输水管道中的硝化作用是水中及生物膜中硝化细菌共同作用的结果,但生物膜中硝化细菌存在水平高,其硝化作用占主导地位.     

活化沸石曝气生物滤池预处理微污染源水的研究

采用上流式活化沸石滤料曝气生物滤池(AZBAF)对杭州市某微污染地表源水进行生物预处理.结果表明,活化沸石的高效吸附作用可使AZBAF通过自然挂膜实现快速启动.在水力负荷1.2m/h,气水比为(3~1):1条件下,AZBAF对TOC和CODMn的去除率分别为40%~60%和10%~27%,尤其对小分子量(MW<1kDa)有机物具有良好的降解作用.同时系统对NH3-N的去除率保持在90%以上.污染物的去除主要发生在滤池30cm以下部分,这与其中微生物的数量和活性分布规律一致.暂时停运(5~10d和35d)对生物过滤影响较小,系统重启后可在6~8h和24h内基本恢复至原有处理水平.     

基于Matlab的BP神经网络在大气污染物浓度预测中的应用

为了寻求有效控制和改善环境质量的相应措施,选用了英国伦敦Bloomsbury监测站的PM10小时平均浓度监测资料,采用“提前终止法”泛化改进的BP神经网络模型,预测PM1024 h内的小时平均浓度。结果表明：采用BP神经网络法对大气污染物浓度进行预测,预测相对误差在2%-48%之间,且绝大部分在2%-17%之间,预测精度较高,泛化能力较好,为大气污染物浓度预测提供了一种全新的思路和方法。     

Simultaneous nitrification and denitrification in step feeding biological nitrogen removal process

The simultaneous nitrification and denitrification in step-feeding biological nitrogen removal process were investigated under different influent substrate concentrations and aeration flow rates.Biological occunenee of simultaneous nitrification and denitrification was verified in the aspect of nitrogen mass balance and alkalinity.The experimental results also showed that there was a distinct linear relationship between simultaneous nitrification and denitrification and DO concentration under the conditions of low and high aeration flow rate.In each experimental run the floc sizes of activated sludge were also measured and the results showed that simultaneous nitrification and denitriflcation could occur with very small size of floc.     

应用紫外/氯组合工艺去除微污染原水中氨氮的特性研究

针对饮用水中氨氮超标对环境造成的污染问题,采用紫外/氯组合工艺对饮用水中氨氮进行降解研究.结果表明,紫外/氯高级氧化工艺可以有效去除水中氨氮.一方面,自由氯和氨氮之间发生取代反应将氨氮转化为氯胺,254 nm紫外光可有效裂解N—Cl键,一氯胺在254 nm处的摩尔吸光系数为354 L·mol~(-1)·cm~(-1),量子产率为0.68 mol·E~(-1);另一方面,自由氯光解产生的自由基可直接氧化氨氮.随着紫外辐照剂量的增加,氨氮和总溶解性氮(TN)的浓度逐渐减少,当紫外辐照剂量达到1000 mJ·cm~(-2)时,氨氮(起始浓度2 mg·L~(-1))和TN的去除率分别为53%和35%,相比单独氯化条件下分别提高了20%和15%.随着Cl_2/N的增加,氨氮和TN的浓度逐渐减小,当Cl_2/N≥1.6时,紫外/氯组合工艺对氨氮的去除率接近100%,当Cl_2/N1.6时,紫外/氯工艺对TN的去除率相比单独氯化工艺提高了30%左右.此外,氨氮去除率随pH升高而增加,而TN去除率随pH升高而降低.本研究结果可为紫外/氯组合工艺在水厂中的实际应用提供有效的理论和技术支持.     

C/N对SBR生物脱氮硝化过程微生物结构的动态影响

为揭示碳氮比（C/N）对硝化过程影响的机理本质,试验以人工模拟废水为研究对象,采用4组平行的SBR（R₀、R₅、R₁₀、R₁₅）反应器,基于16S rRNA基因-Illumina MiSeq高通量测序技术,考察了4种C/N（0、5、10、15）对硝化过程功能微生物组成和结构特征的影响.结果表明：4种C/N条件下,系统均获得了较好的去除氨氮（去除率>95%）和COD（去除率>90%）效果,TN也有不同程度的降低.此外,C/N会显著影响系统内微生物的多样性、种群结构和功能.R₀系统Chao1指数（922）、ACE指数（1232.4）、Shannon指数（6.76）和Simpson指数（0.96）均最大,故微生物多样性最丰富,而R₅的物种丰富度最低.在微生物门水平上,变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、蓝细菌门（Cyanobacteria）等9个相对丰度较高的门是重要的微生物门,其中变形菌门（Proteobacteria）约全部微生物的40.7%~65.2%,是4个系统中最优势的菌门.硝化过程的关键菌群亚硝化单胞菌科（Nitrosomonadaceae）及硝化螺旋菌属（Nitrospira）的相对丰度表现出随着C/N升高而急剧降低的趋势.基于LEfSe分析共获得了34组具有显著差异的微生物,从而得到了每种C/N条件下在微生物学分类水平上的菌群关键生物标记物.     

生物电耦合对活性炭-超滤工艺处理地表微污染水的影响机理研究

利用生物电化学系统处理地表水时，弱电压不但会刺激电活性菌的呼吸作用，而且会引起氧化胁迫导致胞外聚合物（Extracellular Polymeric Substance，EPS）过量分泌.为确认在地表水处理中弱电压对膜污染和净水效率的影响，本研究设置了外加1.0 V直流电压（记为"BES系统"）和无外加电压（记为"CK系统"）的两组平行对照生物活性炭-超滤系统.经过50 d的运行，BES系统（36.1 kPa）相比CK系统（19.1 kPa）跨膜压差（Trans Membrane Pressure，TMP）增加更为显著，膜污染更严重.电路电流、电极电势和循环伏安（Cyclic Voltammetry，CV）曲线显示，随着装置运行，两系统生物膜逐渐稳定，并且产生具有氧化还原活性的EPS导致阳极电容增加.相比之下，BES系统产生了更多EPS，具有更高的阳极电容.水质指标显示，BES系统中比紫外吸光度（Specific Ultraviolet Absorbance，SUVA）、NH₄⁺-N和PO₄^3--P的去除增强但总有机碳（Total Organic Carbon，TOC）去除减弱；三维荧光光谱（Excitation-Emission-Matrix，EEM）和尺寸排阻色谱（Size Exclusion Chromatography，SEC）分析结果表明，BES系统膜池中产生了更多的生物聚合物，但腐殖质类有机物明显减少.活性炭表面EPS含量和腺嘌呤核苷三磷酸（Adenosine Triphosphate，ATP）含量的测试结果证实，弱电压刺激了生物膜的生长，同时增加了氧化还原活性EPS的含量.对膜表面累积多糖、蛋白质含量的测试分析进一步揭示了多糖类大分子生物聚合物在膜表面的累积是导致严重膜污染的直接原因.研究可为生物电化学系统在微污染水处理的研究和应用提供新的见解.