MBBR-A2O/MBR处理农村生活污水动力学研究

采用MBBR-A2O/MBR(又称BCO-MBR)工艺,对水质特征呈现低碳源高氮磷、水质波动大和日变化系数大等特点的农村生活污水进行研究。对比MBBR-A2O/MBR工艺在5种不同水力停留时间下的(0.42 d、0.50 d、0.75 d、1.25 d、1.50 d)运行状况,挑选出最佳的水力停留时间,并利用Lawrence-McCarty模型构建该工艺的污染物降解动力学方程。结果表明,随着水力停留时间(HRT)的延长,MBBR-A2O/MBR工艺对污染物的去除效果逐渐提升。当HRT为1.25d,CODCr、NH3H、TN、TP平均进水质量浓度分别280.67mg/L、36.88 mg/L、50.59 mg/L、2.51 mg/L时,平均出水质量浓度分别为34.33 mg/L、3.19 mg/L、5.13 mg/L、0.63 mg/L,平均去除率分别可达87.86%、89.92%、89.85%、74.95%。CODCr、NH3H、TN出水质量浓度在城镇污水排放标准一级A限值以下,TP出水质量浓度达到一级B标准,因此确定最佳的HRT为1.25 d。污染物降解动力学计算所得模拟值与实际出水质量浓度测量值拟合度良好,其中CODCr模拟值与平均测量值一致性最高,相对误差在0.02~0.14,NH3H与TN的相对误差分别在0.19~0.60和0.1~0.33。这表明污染物降解动力学方程可以较好地模拟工艺出水的污染物质量浓度。CODCr降解动力学方程常数为Vmax=0.19 d-1,KS=82.97 mg/L;NH3H降解动力学方程常数为Vmax=0.02d-1,KS=8.49 mg/L;TN降解动力学方程常数为Vmax=0.024 d-1,KS=8.10 mg/L。研究的动力学常数与传统活性污泥法动力学常数相比,KS较高,而Vmax较低,导致Vmax较低的主要原因可能是测定的污泥质量浓度高于实际有效的质量浓度。研究对利用MBBR-A2O/MBR工艺处理农村生活污水和传统活性污泥工艺提标改造具有一定的应用参考价值。     

TiO2悬浆体系光催化降解酸性红B动力学分析

采用TiO2悬浆体系, 以高硼紫外灯为光源, 考察了酸性红B 光催化降解中溶液初始质量浓度、催化剂投加量、无机盐、空气通入量、pH 值对光催化降解速率影响.用Langmuir-hinshelwood 方程描述酸性红B光催化动力学行为. 结果表明:初始质量浓度增加, 反应由一级向零级过渡; 催化剂投加量在0.5～2.5 g/L时, 30 mg/L酸性红B一级反应速率常数与投加量成线性关系; 5种溶解性无机盐对光催化降解酸性红B存在抑制作用, 阴离子影响大于阳离子; 通入空气影响动力学行为, 改变反应级数.本实验在pH 值为3时光催化降解效果最佳, 且酸性条件下比碱性下条件效果更好;TiO2表面吸附能力随pH 值增大而减弱,光催化过程控制步骤在酸性和碱性条件不同.     

Refinery wastewater degradation with titanium dioxide,zinc oxide,and hydrogen peroxide in a photocatalytic reactor

This paper presents the photo-catalytic degradation of real refinery wastewater from National Refinery Limited (NRL) in Karachi, Pakistan, using TiO₂, ZnO, and H₂O₂. The pretreatment of the refinery effluent was carried out on site and pretreated samples were tested at 32–37 °C in a stirrer bath reactor by using ultra-violet photo oxidation process. The degradation of wastewater was measured as a change in initial chemical oxygen demand (COD) and with time. Optimal conditions were obtained for catalyst type, and pH. The titanium dioxide proved to be very effective catalysts in photo-catalytic degradation of real refinery wastewater. The maximum degradation achieved was 40.68% by using TiO₂ at 37 °C and pH of 4, within 120 min of irradiations. When TiO₂ was combined with H₂O₂ the degradation decreased to 25.35%. A higher reaction rate was found for titanium dioxide. The results indicate that for real refinery wastewater, TiO₂ is comparatively more effective than ZnO and H₂O₂. The experiments indicated that first-order kinetics can successfully describe the photo-catalytic reaction. The ANOVA results for the model showed satisfactory and reasonable adjustment of the second-order regression model with the experimental data. The ANOVA results also showed that pH is significant than reaction time and catalyst dosage of TiO₂; and in case of ZnO, reaction time is significant than pH and catalyst dosage. This study proves that real refinery wastewater reacts differently than synthetic refinery wastewater, oil field produced water or oil water industrial effluent.     

氨氮生物硝化分段动力学特性研究

本文利用富集培养的硝化污泥研究了氨氮生物硝化动力学的基本规律.结果表明,氨氮浓度对硝化速率有显著的影响.主体溶液中氨氮质量浓度小于2.3 mg/L时,硝化符合一级反应动力学.随着溶液中氨氮浓度升高,将会出现半级(本文为0.35级)或零级反应动力学,对应的氨氮质量浓度范围分别为2.3～18.2 mg/L和18.2～100 mg/L.各级反应的速率常数分别为0.16 d-1/(mg/L)、0.23 d-1/(mg/L)0.35和0.61d-1.氨氮质量浓度不同,动力学级数不同,硝化速率不同,达到相同的硝化效率反应时间有很大的差别.由于完全混合式反应器的硝化速率主要取决于出水氨氮浓度;因此氨氮出水浓度要求越低,硝化速率越低,反应时间越长,达到较彻底的硝化程度就越困难.     

臭氧高级氧化协同下的造纸废水深度处理小试研究

采用"臭氧高级氧化+固定化微生物反应器"工艺对造纸废水进行深度处理小型试验,处理能力为2.4m3/d。结果表明,在系统进水COD为280～350mg/L的情况下,出水COD在50 mg/L以下,最低为42 mg/L,去除率保持在80%以上,最高达85%,色度去除率为70%～80%。出水COD满足GB 3544—2008《制浆造纸工业水污染物排放标准》要求。     

投加硅藻土对MBR处理校园生活污水影响的研究

实验研究了投加硅藻土对膜生物反应器处理校园生活废水效果的影响。两组膜生物反应器的对比实验结果表明:投加硅藻土有利于MBR工艺中活性污泥的培养和出水的稳定。投加硅藻土使MBR的出水COD质量浓度稳定在25 mg/L以下,BOD5质量浓度小于5 mg/L,NH3-N质量浓度0.4 mg/L左右,TP质量浓度小于0.5 mg/L,SS未检出,出水水质更加稳定。     

Dilute Acid Hydrolysis of Cellulose and Cellulosic Bio-Waste Using a Microwave Reactor System

The dilute acid hydrolysis of grass and cellulose with phosphoric acid was undertaken in a microwave reactor system. The experimental data and reaction kinetic analysis indicate that this is a potential process for cellulose and hemi-cellulose hydrolysis, due to a rapid hydrolysis reaction at moderate temperatures. The optimum conditions for grass hydrolysis were found to be 2.5% phosphoric acid at a temperature of 175°C. It was found that sugar degradation occurred at acid concentrations greater than 2.5% (v/v) and temperatures greater than 175°C. In a further series of experiments, the kinetics of dilute acid hydrolysis of cellulose was investigated varying phosphoric acid concentration and reaction temperatures. The experimental data indicate that the use of microwave technology can successfully facilitate dilute acid hydrolysis of cellulose allowing high yields of glucose in short reaction times. The optimum conditions gave a yield of 90% glucose. A pseudo-homogeneous consecutive first order reaction was assumed and the reaction rate constants were calculated as: k₁ = 0.0813 s⁻¹; k₂ = 0.0075 s⁻¹, which compare favourably with reaction rate constants found in conventional non-microwave reaction systems. The kinetic analysis would indicate that the primary advantages of employing microwave heating were to: achieve a high rate constant at moderate temperatures: and to prevent ‘hot spot’ formation within the reactor, which would have cause localised degradation of glucose.     

不同晶型铁氧化物Fenton和UV-Fenton降解橙Ⅱ的催化性能

选取了磁铁矿、赤铁矿和针铁矿3种不同晶型的铁氧化物,用XRD和BET进行了表征。将3种铁氧化物作为催化剂用于Fenton和UV-Fenton(254 nm UVC)降解偶氮染料橙II,测定了染料降解过程中溶液中铁离子浓度的变化规律,用于分析3种铁氧化物的催化过程。用单位比表面积反应速率常数(k/Ssur)评价了3种铁氧化物UV-Fenton催化降解橙Ⅱ的能力,以揭示UV-Fenton体系中铁氧化物晶型与催化性能的关系。结果表明,Fenton体系中,磁铁矿能通过表面固有的2价铁催化产生羟基自由基降解橙Ⅱ,其催化能力高于针铁矿和赤铁矿;UV-Fenton体系中,磁铁矿、赤铁矿和针铁矿催化降解橙Ⅱ的单位比表面积反应速率常数分别为0.048 8 g/(m2·min)、0.023 4 g/(m2·min)和0.001 0 g/(m2·min),可见磁铁矿的催化能力明显高于针铁矿和赤铁矿;UV-Fenton体系中,磁铁矿以多相反应为主,针铁矿以均相反应为主,而赤铁矿则是两者共同作用。研究表明,磁铁矿是多相铁氧化物UV-Fenton催化剂的理想晶型,同时也是合成新型多相光助-芬顿催化剂理想的活性组分。     

土壤中7种多氯联苯在镍铁双金属作用下的竞争还原特性

采用镍铁双金属为还原剂,对土壤中共存的7种多氯联苯(PCBs)的还原降解速率及其影响因素进行了试验研究和建模分析。试验结果表明,随着与镍铁双金属反应时间延长,7种PCBs呈现不同的还原降解速率和竞争还原态势并趋于稳定,降解反应符合一级反应动力学方程,降解速率由快到慢依次为PCB180、PCB138、PCB153、PCB52、PCB118、PCB101、PCB28,大体呈现氯原子数越多降解速率越快的趋势。试验条件下PCBs各异构体的降解半衰期为75~121 h。为从分子水平上分析不同含氯水平PCBs共存的竞争体系中PCBs还原降解速率的主要影响因素,采用高斯软件DFT方法求得7种多氯联苯的20个量子化学参数,通过偏最小二乘回归分析建立了PCBs的还原降解速率与分子结构的定量结构-性质关系模型。模型结果表明,Ehomo、△_fH~Θ、△_fG~Θ和Polar的VIP大于1,是影响体系中PCBs降解速率的主要因素。此模型可以较好地预测多氯联苯污染场地土壤化学修复过程中PCBs各同系污染物的化学降解潜力和残留趋势。     

“Cu核-Cu2O壳”粒子可见光催化降解酚类废水的研究

以对硝基苯酚溶液为模拟废水,用自制的"Cu核-Cu2O壳"粒子对其进行光催化氧化试验,考察了光照时间、催化剂用量、对硝基苯酚的初始质量浓度、溶液的pH值和光源等对降解过程的影响。结果表明,对硝基苯酚溶液质量浓度为40 mg.L-1,催化剂投加量为2g.L-1,光照120min后降解率达到95%,降解反应符合一级反应动力学。与其他同类光催化剂相比,"Cu核-Cu2O壳"粒子具有较高的光催化活性,而且光催化过程中有氢氧自由基产生,对对硝基苯酚的降解较彻底。     

邻苯二甲酸二甲酯(DMP)降解菌的分离鉴定及降解特性

采用梯度压力驯化法从河流沉积物中筛选到一株能够以邻苯二甲酸二甲酯(Dimethyl Phthalate,DMP)作为碳源和能源生长的菌株,命名为THF-2,对其进行16S r DNA扩增、T/A克隆后测序,菌株THF-2被鉴定为恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)。研究了温度、初始p H值和表面活性剂对菌株THF-2降解DMP的效果,测定了邻苯二甲酸酯(PAEs)对菌株THF-2生长的影响,进而分析了菌株对不同质量浓度DMP的降解效果。结果表明,菌株在15~20℃对DMP具有良好的降解效果,最适温度为20℃;在p H=4~8范围,随p H值升高,DMP降解率增大,最佳p H值条件为8.0。在最适条件下,经过72h培养,菌株THF-2对质量浓度500 mg/L的DMP降解率达89.5%。不同表面活性剂对THF-2降解DMP的影响存在差异。添加质量分数1%非离子表面活性剂曲拉通X-100和吐温80,对THF-2降解DMP有一定的促进作用,但差异不显著(p0.05);当曲拉通X-100和吐温80添加质量分数为2%和3%时,降解作用受到抑制,降解率与添加量呈显著负相关(r=-0.98,p0.05)。添加离子型表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)会抑制THF-2对DMP降解作用。DMP降解试验表明,当DMP质量浓度为100~500 mg/L时,THF-2对DMP的降解符合一级动力学方程模型,降解半衰期为13.92~27.08 h。因此,菌株THF-2可应用于低温地区及低温条件下DMP的生物处理。     

新型单级自养脱氮与反硝化除磷耦合工艺

反硝化除磷菌(Denitrifying Polyphosphate Accumulating Organisms,DPAOs)在缺氧段需要硝氮(NO-3-N)作为电子受体进行吸磷,而氨氧化细菌(Ammonia-Oxidizing Bacteria,AOB)和厌氧氨氧化细菌(Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)恰好能够产生NO-3-N,基于此原理,将反硝化除磷菌与氨氧化细菌和厌氧氨氧化细菌进行联合培养,建立单级自养脱氮与反硝化除磷耦合工艺。该耦合工艺通过3个阶段的培养,在低碳氮磷比的条件下实现COD(Chemical Oxygen Demand)、氨氮及磷酸盐的同步高效去除(90%)。同时探讨了反硝化除磷细菌在不同碳源的条件下,各个化学指标(如挥发性脂肪酸、聚羟基脂肪酸等)的变化趋势及微生物群落多样性的变化情况。     

曝气量及亚硝酸盐浓度对SBBR单级自养脱氮系统性能的影响

为了提高单级自养脱氮工艺的脱氮性能及稳定性,采用SBBR反应器,通过连续试验及间歇试验研究了曝气量对单级自养脱氮系统脱氮效率及脱氮负荷的影响,分析了反应器内不同曝气条件下氨氮降解特征、亚硝酸盐质量浓度与氨氮降解速率的关系,并探讨了污泥的亚硝酸盐氧化活性与SBBR反应器稳定性的关系。连续试验结果表明,曝气量从48 L/h提高到88 L/h,总氮平均去除率由72.46%增长至93.00%,总氮平均去除负荷由0.29 kg N/(m3·d)提高至0.57kg N/(m3·d)。间歇试验结果表明:氨氮降解速率随曝气量增加而提高,出水氨氮及总氮质量浓度随曝气量增加而降低;同时曝气期DO质量浓度随曝气量增加而有所升高;在整个SBBR周期内未出现亚硝酸盐积累的现象,亚硝酸氮质量浓度一直较低(低于2.00mg/L),向反应器中添加亚硝酸盐可以促进氨氮的降解;随曝气量增加,由于污泥的亚硝酸盐氧化活性较低,硝化作用产生的硝酸盐并未大幅增长,系统表现出了较好的稳定性;氨氮未完全降解时,反应器内DO质量浓度曲线缓慢下降或基本保持不变,当氨氮完全被去除时,系统不再耗氧,DO质量浓度迅速升高,曲线出现拐点,DO拐点对单级自养脱氮控制有重要参考价值。     

草酸-FeCl3复合淋洗剂对Pb、Zn污染土壤淋洗效果研究

采用草酸-FeCl_3复合淋洗剂对土壤中严重超标的Pb和Zn进行振荡淋洗试验,并研究了淋洗剂浓度、液土比、淋洗时间、淋洗次数等因素对重金属去除效率的影响,采用BCR形态分级法分析淋洗前后重金属形态的变化。结果表明,淋洗剂对土壤中Pb、Zn的去除效果从大到小依次为草酸-FeCl_3复合、FeCl_3、草酸。草酸-FeCl_3复合淋洗剂的最适淋洗条件为草酸浓度0.1 mol/L,FeCl_3浓度0.4 mol/L;淋洗时间8 h;液土比20 m L∶1 g;淋洗1次,Pb去除率达到85.71%,Zn去除率达到78.49%。草酸-FeCl_3复合淋洗剂对土壤中酸溶态、可还原态和可氧化态的Pb和Zn均具有较好的去除效果,有效去除了土壤中生物活性高的Pb和Zn,降低了其环境风险。     

有热源巷道风流温度分布非稳定模型及数值计算

针对矿井有热源巷道中风流温度分布非稳定计算问题,通过通风巷道存在放热源-对流-扩散-热交换的非稳定温度传播方程,建立一维有限元数值模拟求解方法的数学模型,讨论按放热强度（2类热流量条件）的热源项处理算法,给出有热源通风巷道风流初始温度均匀分布与非均匀分布的定解条件,并编写计算机仿真程序进行求解计算。结果表明:在起点27 ℃-热源300 kW和起点32℃-热源100 kW的不同边界条件和热源强度下,有热源通风巷道中温度分布的非稳定传播过程;数值解收敛准则用Peclet数来衡量,取Pe<2作为收敛条件,程序中根据Peclet数自动加以判断,算例中剖分单元长度1.5 m,模拟时间步长取2 s不发生振荡。实现了巷道中风流各点的温度和温度分布随时间的变化过程的描述,为矿井系统多设备热源散热计算及热害防治设计提供基础算法。     

贫营养条件下MBR与IAMBR脱氮效果分析

以膜生物反应器(Membrane Bio-Reactor,MBR)工艺和间歇曝气式膜生物反应器(Intermittent Aeration Membrane Bio-Reactor,IAMBR)工艺进行对比运行试验,探求贫营养条件下系统的运行和脱氮特性。定期测量各项氮指标及混合液污泥浓度等数据,结果表明:IAMBR系统整个周期内的氨氮去除率(平均值为81%)基本高于MBR(平均值为76%);IAMBR的总氮去除率虽然有限,但基本维持了理论上的出水总氮质量浓度小于进水总氮质量浓度,优于MBR的总氮去除率负值状态;试验末期,MBR的污泥质量浓度迅速下降至3 650 mg/L以下,而间歇曝气式IAMBR的污泥质量浓度仍旧保持在4 530 mg/L。因此,整体来看IAMBR系统比MBR更能经受贫营养环境的冲击。     

以硝酸盐为主要氮源的反硝化除磷细菌驯化

以活性污泥为种泥,通过序批式反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR),在厌氧-缺氧-好氧交替的条件下驯化培养以硝酸盐为主要氮源的反硝化除磷细菌(Denitrifying Phosphorus-Accumulating Organisms,DPAO)。在330 d的培养时间内监测磷酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐等常规指标,并研究驯化不同阶段的一个周期内各指标的变化及进行相应的动力学分析。结果表明,随着驯化的进行,厌氧阶段释磷速率逐渐增加,释磷量也相应增大,出水磷质量浓度最终维持在0.8mg/L,去除率达到91.8%,硝氮全部去除。通过对16S r RNA测序结果的比对,得到聚磷菌占总菌的76.93%,反硝化除磷菌占聚磷菌的一半以上。而聚糖菌仅占5.13%,聚磷菌成为优势菌种。此外,在整个驯化过程中,水质和环境条件的变化使出水中磷质量浓度出现波动,而出水硝氮的变化不大。研究表明,以硝酸盐作为主要氮源培养反硝化除磷细菌的方式是可行的,并有利于聚磷菌对聚糖菌的竞争,使聚磷菌成为优势菌种。     

混凝/平板膜光催化联合反应器工艺处理高速公路桥面雨水径流研究

运用混凝/平板膜光催化联合反应器工艺对穿越自然保护区的高速公路桥面雨水径流进行处理。首先,利用混凝沉淀将雨水中的悬浮物(SS)和CODCr进行去除。以SS、CODCr为去除对象,通过试验对聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铝(PAS)两种混凝剂进行性能测定和比选,考察混凝剂的处理效果,以确定合适的混凝剂。结果显示,混凝剂PAS对雨水的处理效果好。经药剂混凝之后的水再用平板膜光催化反应器进行处理,其中膜技术可以将小分子及剩余SS去除,光催化技术可以将难降解物质去除,同时光催化技术中紫外灯可将出水中的细菌消灭,达到光催化降解污染物和消毒的双重功效。在最佳工艺运行条件即100 mg/L混凝剂聚合硫酸铝(PAS)投量下,经曝气量250L/(m2·h)、停留时间20 min的光催化平板膜反应器处理后,出水SS、CODCr去除率分别为100%和94.5%,可达到地表水环境质量标准(GB 3838—2002)Ⅱ类水的水质要求。     

TMBR+NF/RO组合工艺处理垃圾渗滤液的工程应用

采用TMBR+NF/RO组合工艺对湖北省宜昌市某垃圾卫生填埋场渗滤液进行处理,介绍了组合工艺的流程、特点、设备规格、技术参数。TMBR系统对可生化降解COD处理后,COD平均质量浓度为822 mg/L,平均去除率为95.8%,对NH_3-N平均去除率为94.9%;经过NF/RO出水的COD平均值为45 mg/L,NH_3-N均小于25mg/L,达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB 16889—2008)的排放标准。组合工艺处理成本为29.5元/m3。