面向未来的污水处理厂关键技术研发与工程实践专栏序言

污水处理行业碳排放水平约占全社会碳排放水平的1%～2%,为实现行业碳达峰、碳中和目标以及满足建设面向未来污水处理厂的需要,污水处理行业碳减排技术的开发及碳中和路线图的搭建迫在眉睫.本文是国家水专项“面向未来污水处理厂关键技术研发与工程示范”课题近年来科研成果的总结,致力于构建面向未来污水处理技术体系,从污水处理厂“碳减排”和“碳中和”角度出发,在污水“碳转向”、污水处理过程“碳减排”、基于大数据和云平台的智慧水务3个关键技术的研究以及对面向未来污水处理厂工程实践等方面进行了总结凝练,以期为我国污水处理行业的“碳减排”及“碳中和”提供技术支撑.     

强化生物除磷系统中胞外聚合物的特性

胞外聚合物(EPS)在生物除磷过程中具有蓄磷能力,为进一步明确生物除磷系统中的EPS特性,以不具有明显除磷能力的全程好氧活性污泥系统(R1)的EPS作为对比,考察了具有良好除磷效果的厌氧/好氧交替下的强化生物除磷系统(R2)中EPS的理化特性.结果表明,相对于R1中的EPS主成分在一个周期内的不固定,R2中的蛋白质含量一直明显高于多糖含量;两者的主要荧光物质均为类蛋白质和类富里酸,但在好氧末期R2中类蛋白质的荧光强度高于R1; R1的EPS中Ca2+> Mg2+,而在R2中, Mg2+>Ca2+,同时R1中的Ca2+含量平均值为8.67mg/gMLSS,大于R2中Ca2+的平均值2.40mg/gMLSS;在好氧末期,R2中的TP为21.65mg/gMLSS,明显高于R1中的TP含量(13.83mg/g-MLSS).此外,R1和R2的zeta电位平均值分别为-36mV和-25mV.由此可见, EBPR系统中的EPS具有与全程好氧活性污泥中的EPS不同的特征.     

复合生物反应器低溶解氧同步脱氮除磷

利用复合生物反应器(HBR)中同时存在的活性污泥和悬浮生物膜混合生物体系,进行了同步脱氮除磷的试验研究.结果表明,溶解氧浓度和进水COD/TN对系统脱氮除磷效果有重要影响.当曝气量(Qair)控制在0.07m3/h时,系统的同步脱氮除磷效果较好,最大释磷率(释磷结束时溶液中PO3-4-P浓度与初始PO3-4-P浓度百分比)为249%,TN平均去除率为80.0%,PO3-4-P去除率为92.2%.曝气量升高或降低,TN、PO3-4-P去除率均降低.随着COD/TN的升高,系统TN、PO3-4-P去除率也逐渐升高,COD/TN从3.2升高至10.5,系统TN平均去除率从70.3%升高至84.9%,PO3-4-P平均去除率从82.2%高至96.0%.整个试验过程中污泥体积指数(SVI)均小于90 mL/g,污泥的沉降性能良好.实验采用复合反应器进水后未经过传统脱氮、除磷理论认为所必须的缺氧、厌氧段而直接曝气,仍然取得较高的TN、PO3-4-P去除率.     

DO浓度对生活污水硝化过程中N2O产生量的影响

为确定污水脱氮过程中最优的DO浓度和曝气方式,以提高污水处理效率,降低N2O产生量,采用实际生活污水应用小试SBR反应器,重点考察了不同DO浓度条件下,硝化效率和硝化过程中N2O的产生量.结果表明,当DO浓度恒定为0.4mg·L-1时,虽然硝化过程所消耗的能量最低,但其氨氮氧化的速率较低.提高DO浓度,氨氮氧化速率可随之升高.低氨氮生活污水硝化过程中仍有N2O产生.DO浓度为0.4 mg-L-1和0.9 mg·L-1时,污水N2O产生量(以N计)分别为1.5 mg·L-1和1.6mg·L-1;而DO浓度为1.5 mg·L-1和2.0 mg·L-1时,N2O产生量则分别降低至0.5 mg·L-1和0.4 mg·L-1.当DO浓度高于1.5mg·L-1后,继续提高DO浓度,氨氮氧化速率升高的速率变缓,同时N2O产生量大幅降低.因此,从提高污水脱氮效率节能降耗和控制N2O产生量2个角度考虑,生活污水脱氮过程中控制DO浓度在1.5 mg·L-1较为适宜.     

现代煤化工废水近零排放技术集成与优化建议

文章介绍了现代煤化工产业的发展现状及其面临的环境挑战,并对现代煤化工废水组成及特性进行了分析。通过对有机废水和含盐废水进行分类收集、分质处理、分级回用,现代煤化工废水处理系统从重视单元技术发展为统筹考虑工艺衔接和源头治理的关键技术集成,形成了废水预处理-生化处理-再生水回用-含盐废水膜处理-蒸发结晶处理的基本技术框架。同时,针对现代煤化工项目废水处理系统实际运行中出现的问题进行分析,提出解决思路,优化技术集成,进一步破解现代煤化工废水近零排放的技术瓶颈,降低废水近零排放的经济成本并提高运行稳定性。     

阳极氧化与Fenton法结合的可行性

在Ti/Sn、Sb氧化物作阳极的反应体系中,以甲基橙和刚果红为模拟污染物,用紫外光谱和TOC测试揭示了其降解历程.Ti/Sn、Sb氧化物电极具有良好的电催化活性,Na₂SO₄为电解质,电压为15V,电解24min时,0.01mmol/L的甲基橙和刚果红色度去除率达100%,色度去除能以一级反应动力学方程表征;电解5h后,TOC去除率分别为80.5%和78.6%.由于阳极电催化体系产生的S₂O₈^2-、SO₅^2-对Fenton反应有阻碍作用,所以阳极电Fenton法的运行机制并不完善.     

生物处理含盐污水的盐抑制动力学

生物处理含盐污水时,由于无机盐对生物系统的影响,常常会导致低的有机物去除速率和去除效率。为了定量盐度对有机物生物去除的影响,研究生物处理含盐污水的盐抑制动力学,为具体设计含盐污水生物处理过程提供依据。试验采用间歇活性污泥法,对含盐污水的有机物降解速率和去除效率进行了研究。为了获得基本数据,首先研究了淡水环境下的基质降解动力学,然后对10~35g/L盐度环境分别进行试验。试验发现,盐度对生物处理系统的抑制属于非竞争模式,同时影响了最大降解速率和饱和常数。试验确定的盐抑制常数KY为2333mg/L,并进一步给出了各盐度下有机物降解速率方程。     

两级SBR与传统SBR工艺的对比研究

采用两级SBR工艺(TSSBR)处理COD与氮浓度较高的工业废水,SBR1去除有机物,SBR2主要进行硝化反硝化。TSSBR与传统SBR工艺相比,COD降解速率和硝化反应速率明显提高,COD去除率由84%提高到93%,2种工艺的反硝化速率没有明显差别。在原水COD浓度较高的情况下,TSSBR可有效克服高COD浓度对硝化反应的抑制,硝化反应速率是传统SBR的2倍。对于COD和氮浓度较高的工业废水,TSSBR明显优于传统SBR,是一种理想的处理工艺。     

磷缺乏引起的非丝状菌活性污泥膨胀

以啤酒废水为研究对象,用SBR法研究了进水中不同有机物与总磷浓度的比值(以BOD/P计)对活性污泥膨胀的影响.结果表明,在进水中BOD/P为100/0.8以上的条件下,污泥的沉降性能良好;当进水中BOD/P分别为100/0.6和100/0.3时,出现高含水率的黏性菌胶团过量生长的现象,发生非丝状菌膨胀;在进水中BOD/P为100/0.4的条件下,发生更严重的非丝状菌膨胀.试验中还研究了磷缺乏条件下微生物对氮源和磷源利用率的变化.     

营养物质对污泥沉降性能的影响及污泥膨胀的控制

采用序批式活性污泥工艺(SBR)处理啤酒废水,研究了N、P营养物质的不同缺乏程度对污泥沉降性能的影响,同时考察了污泥絮体性状和微生物的变化.结果表明,原水BOD₅/N/P为100/5/1、100/5/0.8和100/4/0.8时,污泥沉降性能良好,没有发生膨胀;BOD₅/N/P为100/0.94/0.31、100/2/0.4、100/3/0.6时发生丝状菌污泥膨胀;BOD₅/N/P为100/0.94/1、100/5/0.31、100/5/0.4、100/5/0.6时发生非丝状菌污泥膨胀.缺乏营养物质引起的污泥膨胀,多数情况下补充足够的营养物质后,膨胀可得到控制.提高有机负荷有助于改善污泥的沉降性能.进水N、P营养物质同时缺乏时,可形成直径为2mm～6mm的颗粒污泥.