污泥基生物炭对垃圾渗滤液的吸附性能研究

以城镇污水处理厂剩余污泥为原料制备生物炭,研究了其对垃圾渗滤液中污染物吸附性能,旨在探索市政污泥综合利用方法和"以废治废"的治理技术途径。结果表明:当生物炭投加量为20 g/L时,垃圾渗滤液的COD和TP去除效果最佳,去除率分别为36.76%和78.36%,NH_4~+-N去除率随生物炭投加量增加而增加;上述三者不同污染物去除的最佳反应接触时间分别为50 min、30 min和≥2 h;生物炭对重金属离子的吸附机理主要表现为离子交换作用。     

污泥基生物炭导电性能的构效机制研究

本文通过制备工艺参数的调控,探究芳香化程度、缺陷程度、表面官能团等微结构与污泥基生物炭导电性能之间的构效机制.结果表明:污泥基生物炭芳香化程度越高,其π-π共轭结构越有利于电子的传递,因而导电性能越强.同时,与纯生物质炭规律相反,生物炭的缺陷程度随热解温度的升高而增大.结合XRD对污泥基生物炭成分的分析,该规律可能与污泥中难分解物质在生物炭表面的分布有关.热解温度为900℃,热解时间为30min条件下制备的生物炭电阻率仅为6.834?·cm,已经和纯生物质炭的导电性能极为接近.电化学测试表明低温(≤600℃)下制备的生物炭可能主要通过表面的氧化还原基团或金属完成电子转移,而高温下(>600℃)制备的生物炭则主要依赖其类石墨化结构完成电子的传导.     

污泥生物炭混凝土性能及环境效益研究

污水处理厂产生的污泥是一种处理成本很高的固体废弃物,探索低成本、高效率的处理技术是该领域的发展方向。文章使用不同质量分数的污泥生物炭替代水泥制备污泥生物炭混凝土,进行坍落度和力学性能的试验;并采用单因素分析法,分析不同水泥替代量的污泥生物炭对混凝力学性能影响的显著性。研究表明,当生物炭替代量在5%以内时,C30和C40污泥生物炭混凝土的力学性能均高于或相当于未掺污泥生物炭的对照组;当生物炭替代量超过10%时,混凝土的性能指标下降明显但仍达使用标准;污泥生物炭对C30和C40混凝土抗压和劈裂抗拉性能均产生显著性影响。如若将达到施工标准的污泥生物炭混凝土在全国应用,可封存7641万t污泥生物炭,相应处理污泥1.5亿t,对污泥处理产生较为可观的环境效益。     

印染污泥基生物炭吸附处理难降解有机废水

以印染污泥为原料制备污泥基生物炭(SC),分别考察了炭化温度、吸附时间等参数对SC处理废水吸附性能的影响规律,对比研究了SC与专用商业活性炭处理废水的吸附性能。结果表明:高温炭化有利于增加污泥炭的比表面积、孔容、石墨化程度以提高其吸附性能,高温污泥炭SC-900℃的比表面积为140.65 m2/g,介孔孔容占比 ≥ 90%,其处理焦化废水、消化滤液的COD脱除率均可达到商业炭的70%,并表现出优异的脱色能力,对于高色度消化滤液的浊度脱除率(89.56%)显著高于商业炭(16.70%);SC对较大分子污染物具有较高的吸附速率,处理消化滤液达到吸附平衡时间(≤ 120 min)显著低于商业炭(>24 h),尤其对其中含致色官能团的类腐殖质大分子有机物具有选择性吸附能力,且吸附行为主要发生在3.8~5.4 nm的介孔孔道内。并为污泥炭吸附处理废水工业应用提出了指导性建议。     

黏结剂对污泥基颗粒炭性能的影响

以城市污水处理厂剩余污泥为原料,可溶淀粉、羧甲基纤维素、硅酸钠和硫酸钙为黏结剂,采用两步炭化法制备污泥基颗粒炭,探讨了黏结剂种类对样品性能的影响.结果显示:可溶淀粉样品(SSGAC-T)具有最大的比表面积和孔容,SSGAC-T、羧甲基纤维素样品(SSGAC-C)和硅酸钠样品(SSGAC-Si)含有丰富的微孔和中孔,硫酸钙样品(SSGAC-S)为典型的中孔吸附剂;样品的抗压强度均随浸泡时间的延长而降低,但SSGAC-S的抗压强度下降程度最小;4种黏结剂都使样品表面生成新的官能团,且样品的表面均呈酸性,它们的pHPZC分别为6.37、6.16、5.85和5.53;相同条件下,SSGAC-S对亚甲基蓝的饱和吸附量最高,为71.94mg/g;根据对污泥炭的表征,初步推测硅酸钠和硫酸钙能与碳发生化学反应.     

热解温度对污泥基生物炭结构特性及对重金属吸附性能的影响

鉴于污泥基生物炭作为重金属吸附剂的研究还缺乏足够的数据,为探讨不同热解温度对生物炭结构性质及其对水体重金属吸附能力的影响,在缺氧条件下于300~900℃范围内以城市污泥为原料制备生物炭,利用元素分析、比表面积测定、电位测定和红外光谱分析等方法对生物炭的理化性质和结构特征进行表征,并选用900℃生物炭进行了吸附重金属Pb、Cr和Cd的试验研究.结果表明:① 300~900℃缺氧条件下制备的生物炭产率为44.39%~69.41%,污泥呈弱酸性（pH为6.35）,热解后的生物炭呈碱性（pH为7.7~10.58）.② 900℃生物炭中w（H）、w（N）大幅降低,分别比干污泥中减少89.50%和77.16%,而w（C）降低29.22%,固碳作用显著.热解后生物炭比表面积明显增大,700和900℃生物炭比表面积分别达到58.48和87.55 m2/g,最佳制备温度为700~900℃.③ 热解后的生物炭具有大量极性基团,热解温度越高,酸性基团越少,碱性基团含量增多.④ 热解作用使生物炭zeta电位升高,吸附能力增强.⑤ 900℃生物炭吸附Pb、Cr和Cd的最佳pH为7~8,对Pb、Cr和Cd的最大吸附量分别为2.38、2.48和1.16 mg/g.⑥ 各因素对生物炭吸附重金属的影响顺序,对于Pb和Cr表现为生物炭投加量>热解温度;对于Cd,表现为生物炭投加量>pH.研究显示,污泥基生物炭对Pb、Cr的吸附能力高于Cd,影响生物炭吸附行为的主导因子为生物炭投加量,影响Pb和Cr吸附的次要因子为生物炭热解温度,而影响Cd的次要因子为pH.生物炭吸附重金属的主要机理是离子交换吸附、络合反应、表面沉淀和竞争性抑制作用.      

污泥基生物炭用于土壤中Cr的钝化及作用机制分析

污泥基生物炭是广泛用于处理各种环境污染物的添加剂之一.然而,关于污泥基生物炭原位钝化修复Cr污染土壤的研究还较少.以污泥与棉杆为原料,通过共热解制备污泥基生物炭,并按不同比例施加到Cr含量为33.97 mg/kg的土壤中,研究了该生物炭对土壤中Cr吸附固定的效果和机制.当添加比例由1％增加到15％时,土壤中Cr含量由3...     

改性污泥基生物炭的制备及其对Cd2+的吸附特性研究

为了提高废水中Cd~(2+)的去除效率并获得高效、低成本吸附剂,以市政污泥为原料,在300℃和500℃条件下限氧热解制备生物炭(BC300和BC500)并用NaOH进行改性(NC300和NC500)。通过元素分析、扫描电镜和傅里叶红外光谱等方法对污泥基生物炭进行表征,运用吸附动力学和吸附等温线系统研究了改性前后污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附特性。结果表明:与未改性的污泥基生物炭相比,改性污泥基生物炭的极性降低,疏水性增强;碱改性炭表面具有更多的-CH_2-,C=O和C-O等官能团,有利于水体中Cd~(2+)的吸附; 4种污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附过程符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附模型,NC300和NC500对于Cd~(2+)的最大平衡吸附量较改性前分别提高了2倍和1.1倍。     

玉米秸秆生物炭改善污泥脱水性能

本实验以玉米秸秆为原料,制备了生物炭和AlCl₃改性生物炭,研究了2种生物炭分别调理污泥后的脱水效果,并探讨了污泥脱水性能的改善机理.结果表明,经过2种生物炭调理后,污泥比阻（SRF）、泥饼含水率（MC）、污泥沉降体积指数（SV₃₀）、毛细抽吸时间（CST）均下降,污泥净产率（Y_N）升高,说明污泥脱水性能得到了改善,且AlCl₃改性生物炭对污泥脱水性能的改善效果明显优于生物炭.当AlCl₃（溶液浓度3mol/L）改性生物炭的用量为3g/L时,调理后的污泥SRF,MC,SV₃₀,CST分别降低至1.3×10¹²m/kg,81.9%,78.6%,35s,Y_N增加至17.8kg/（m²·h）.分析原因：一方面,经过生物炭调理后,泥饼中会形成一定的骨架结构,使得污泥中的水和EPS能够更容易地释放;另一方面,经过AlCl₃改性后,改性生物炭携带的正电荷（Al³⁺）能够与污泥颗粒所带的负电荷发生电中和作用,使得污泥颗粒更容易聚集,从而提高污泥的脱水效果.     

活性污泥法污水处理厂生物-水力耦合建模及校验研究

为了考察生物反应器中水力流场对污染物质生物去除效果的影响以及研究生物代谢模型对生物除磷效果模拟的情况,在FCASM1模型的基础上,结合Delft磷代谢机理模型的思想,建立完全耦合活性污泥2号模型(Fully Coupled Activated Sludge Model No.2,简称FCASM2);并通过一维纵向对流-弥散方程与生物场耦合,建立了生物场-水力流场耦合新模型--FCASM2-Hydro耦合模型.污水处理厂模拟结果表明,生物场-水力流场耦合模型(FCASM2-Hydro)比非耦合模型对污染物质去除过程的描述更符合实际情况.在对30d的污水处理动态模拟结果中,FCASM1和FCASM2两个模型对磷酸盐的模拟结果与实测结果趋势一致,而且FCASM2的模拟值比FCASM1的模拟值更符合实测结果;在3d的污水处理动态模拟结果中,这2个模型对磷酸盐的模拟结果与实测结果趋势基本一致.     

低DO对活性污泥系统碳和氮去除影响的研究

考察了长期低溶解氧（DO）条件下推流式活性污泥系统碳和氮去除的效果,并从微生物群落结构及动力学特征方面进行了机理分析. 结果表明, 将DO浓度从2.0mg/L降低至0.3mg/L,系统仍可有效地去除污水中的碳和氮,但当DO降低至0.3mg/L时, 系统的脱氮性能波动较大. 随着DO浓度的降低, 系统中细菌的总体群落结构发生改变, 但功能菌群仍为Proteobacteria,约占65%.Nitrosomonas oligotropha、Nitrobacter winogradskyi spp.和Group1Nitrospira等是低溶解氧条件下的主要硝化细菌. qPCR结果显示DO从2.0mg/L降至0.5mg/L时硝化细菌（主要是Nitrospira）得到富集, 保证了低DO条件下的完全硝化. 硝化反应动力学分析也表明, 在一定范围内降低DO可以延迟细菌衰亡以维持活性污泥系统中硝化细菌的生物量. 本研究可为污水处理厂降低DO实现节能运行提供理论支持.     

颤蚓对活性污泥沉降性能的影响

系统考察了低、中、高3种不同污泥浓度下(TSS≈4 g·L-1、6 g·L-1和8 g·L-1),一定的颤蚓投加比例对活性污泥沉降性能的影响,并同时考察了颤蚓对污泥特性的影响.研究结果表明,投加颤蚓后60min内,活性污泥沉降速率明显加快,60min时的污泥容积相对于未投加颤蚓前可减少8%～42%;而且.这种效应对污泥浓度高的活性污泥更为显著和有效.然而.通过对污泥特性的分析表明,颤蚓在短时间内(1～3h)对污泥平均粒径、Zeta 电位并无多少影响;此时污泥容积指数(SVI)和胞外聚合物含量(EPS)却反而略有增加.     

游离亚硝酸预处理强化剩余污泥发酵同步反硝化性能

考察了游离亚硝酸(FNA)预处理对污泥解体和剩余污泥发酵同步反硝化性能的影响.结果表明,不同FNA浓度(0,0.68,1.35和2.03mgN/L)处理剩余污泥预处理过程中,SCOD的产量和产生速率均随着FNA浓度的增加而增加,其中SCOD的产生速率依次为0.66, 1.70, 2.13和2.70mg/(gVSS×h).随着预处理过程中FNA浓度的增加,剩余污泥中死菌占总菌的比例由41%上升至80%.FNA预处理可使剩余污泥发酵同步反硝化系统SCOD的产量增加49%和污泥减量提高41%,同时使系统反硝化能力提高40%. 此外, FNA预处理可使该系统中温室气体N2O产量占NO2-还原量的百分比减少58%.     

表面活性剂废水活性污泥中的生物絮凝现象

采用曝气槽实验装置对含表面活性剂(LAS)40～300mg/L,COD1200～11000mg/L的洗毛废水进行了60d的连续活性污泥启动期模拟实验.探讨了容积耗氧速率(KO),污泥耗氧速率(ΨO)和MLSS等参数对污泥的生物絮凝速率及污泥的生物活性的影响.研究表明,生物絮凝促进胶体向污泥的聚集,使出水保持了COD250±50mg/L的稳定状态;在线DO的消耗呈直线性,生物絮凝未对COD的降解速率产生明显影响.     

活性污泥工艺的多目标优化分析

研究了多目标优化方法在活性污泥工艺优化中应用的可行性,以国际水协(IWA)发布的基准仿真模型BSM1的工艺流程为对象,以出水水质、过程能耗和反应池体积的指标为优化目标,以反应池池容(5个)、混合液回流量、污泥回流量、污泥排放量、反应池氧气传质系数(3个)等11个变量为决策变量,构建了基于BSM1的多目标优化模型,并利用MatLab非支配排序遗传算法NSGA-II进行求解,获得了BSM1多目标优化模型的Pareto解.研究结果表明,在Dry进水条件下,通过将体积指标增大4.1%,可以明显改善出水水质指标(降低81.5%),能耗指标也能得到一定改善(降低13.3%);在3种进水条件(Dry,Rain,Storm)下,相对于BSM1工艺参数的缺省值,利用本研究的优化解作为工艺参数,均能不同程度改善出水水质、降低能耗.研究结果显示,在活性污泥过程不同目标之间进行权衡可以通过多目标优化方法来实现.     

Community analysis of ammonia-oxidizing bacteria in activated sludge of eight wastewater treatment systems

We investigated the communities of ammonia-oxidizing bacteria(AOB) in activated sludge collected from eight wastewater treatment systems using polymerase chain reaction(PCR) followed by terminal restriction fragment length polymorphism(T-RFLP),cloning,and sequencing of the α-subunit of the ammonia monooxygenase gene(amoA).The T-RFLP fingerprint analyses showed that different wastewater treatment systems harbored distinct AOB communities.However,there was no remarkable difference among the AOB TRFLP profiles from different parts of the same system.The T-RFLP fingerprints showed that a full-scale wastewater treatment plant(WWTP) contained a larger number of dominant AOB species than a pilot-scale reactor.The source of influent affected the AOB community,and the WWTPs treating domestic wastewater contained a higher AOB diversity than those receiving mixed domestic and industrial wastewater.However,the AOB community structure was little affected by the treatment process in this study.Phylogenetic analysis of the cloned amoA genes clearly indicated that all the dominant AOB in the systems was closely related to Nitrosomonas spp.not to Nitrosospira spp.Members of the Nitrosomonas oligotropha and Nitrosomonas communis clusters were found in all samples,while members of Nitrosomonas europaea cluster occurred in some systems.     

Simulation and assessment of sludge concentration and rheology in the process of waste activated sludge treatment

The process of using flat-sheet membrane for simultaneous sludge thickening and digestion (MSTD) was employed. The variations of sludge concentration and rheology were characterized and simulated. Based on mass balance analysis, mathematical models were developed and successfully used to predict and evaluate the variations of sludge concentration and the digestion e ciency in the MSTD process. The apparent viscosity of sludge could be modeled as functions of mixed liquor suspended solids and shear rates. The sludge in the MSTD process showed both shear-thinning and viscoplastic behaviour, and under various shear rates di erent rheological models could be chosen to predict their flow behaviour. It was also found that sludge concentration and viscosity had significant correlations with membrane fouling in the MSTD process.     

焦化废水活性污泥法处理中微型动物群落及其与处理性能之间的关系

为了分析难降解焦化废水活性污泥法处理中的微型动物群落特征,本研究考察了活性污泥法焦化废水处理厂中的微型动物群落,分析了其与处理性能之间的相互关系.结果发现,本研究共采集的64个水样中,鉴别出28个种属微型动物,其中,原生动物27种(22种纤毛虫、4种鞭毛虫、1种有壳变形虫),1个类群微型后生动物.固着型和匍匐型纤毛虫为共优势群,固着型小口钟虫(Vorticella microstoma)为绝对优势种.除小口钟虫(V.microstoma)(出现频率100%)外,出现频率较高的种类还有轮虫(rotifers)(97%)、沟钟虫(Vorticella convallaria)(69%)等.与常规废水活性污泥法处理系统相比,焦化废水处理系统中的微型动物种类和数量相对偏低.相关性分析结果表明,生物学参数与出水水质、运行参数间存在着不同的相关性.其中,累枝虫属(Epistylis spp.)与出水氨氮(r=-0.740,p0.01)、氰化物(r=0.509,p0.05)和DO(r=0.514,p0.05)存在着显著的相关性;吸管虫属(Podophrya spp.)与硝化效率呈显著负相关(p0.05),它们可作为系统处理性能参数的指示微生物;其他种属与出水水质和运行参数间的相关性不显著(p0.05).因子分析揭示了与系统相关联的潜在的重要影响因素,以及某些微型动物种属间存在的相互关系.