活性污泥胞外聚合物(EPS)的分层组分及其理化性质的变化特征研究

针对活性污泥的胞外聚合物(EPS),采用阳离子交换树脂(CER)法和离心/超声波法对总EPS和分层EPS(由外至内依次为slime,LB-EPS,TB-EPS)分别进行提取,测定EPS中多糖(PS)、蛋白质(PN)和DNA的含量,并对各EPS溶液的理化特性随溶液条件的变化特征进行了探讨.结果表明,EPS的化学组分(PS、PN和DNA)在TB-EPS层中含量最高,其亲水性组分的含量高于疏水性组分,但PN的疏水比高于PS.各层EPS中PS/PN的值对其Zeta电位和等电点有重要的影响.其中,PS/PN越高,各层EPS的Zeta电位越小,分层EPS的等电点越高.各种EPS溶液pH的增加导致其Zeta电位基本呈下降趋势,对应的等电点分别为pH总EPS=2.9、pHslime=2.2、pHLB-EPS=2.3、pHTB-EPS=1.3.离子强度的增加可以导致EPS溶液的电导率呈直线上升,对应的Zeta电位却迅速增加然后趋于稳定,但并未出现电位逆转现象.此外,升高温度(<40℃)可以降低各种EPS溶液的表观黏度,并在40～60℃之间时逐渐趋于稳定.     

ABR-MABR耦合工艺处理畜禽养殖废水的同步启动

为评价采用ABR-MABR（厌氧折流板反应器-膜曝气生物膜反应器）耦合工艺处理畜禽养殖废水的可行性,采用模拟畜禽养殖废水,通过在ABR的厌氧格室接种厌氧颗粒污泥和MABR的好氧格室接种活性污泥,逐步升高进水负荷进行反应器的同步启动,并通过PCR-DGGE技术研究了反应器中微生物群落结构.结果表明:48 d后反应器OLR（有机负荷,以COD_Cr计）达到5.0 kg/（m3·d）,此时,耦合反应器对COD_Cr、NH₄+-N的去除率分别可达89%、60%,反应器成功启动;成功启动之后反应器中厌氧颗粒污泥的浓度在14.0~35.0 g/L之间,直径由1.18~1.58 mm增至1.62~2.37 mm.ABR-MABR中的污泥主要由杆状菌和少量丝状菌、球状菌以及胞外聚合物组成;反应器中微生物群落结构丰富,厌氧格室中存在优势的具有产氢、产甲烷功能菌群或反硝化功能的菌群,曝气格室中存在硝化细菌[uncultured Nitrospira sp.、uncultured Nitrospira sp.（Nitrospirae）]与反硝化细菌（Thauera sp.）,同时也发现了与厌氧消化产甲烷相关的菌群.研究显示,采用接种厌氧颗粒污泥与逐步升高进水负荷的方式可以快速实现ABR-MABR的同步启动.      

基于多元统计的引黄水库沉沙条渠泥沙与水质的变异分析

以济南市引黄供水鹊山水库沉沙条渠为研究对象,测定了9个断面（Y1—Y9）表层水体中的含沙量、总有机碳、总磷、总氮、叶绿素a等19个水质指标.运用主成分分析法和聚类分析法分别探讨水体的主要污染因子及监测断面的沿程归类,并通过室内模拟实验分析了泥沙对水体中N、P浓度的影响.结果表明,沉沙条渠中的水质总体特征以Ⅱ类水和Ⅲ类水为主,其中,超标水质指标为TN,达到劣Ⅴ类水标准,P为藻类生长的限制因子.19个水质指标可由6个主成分来反映,其贡献率分别为：F1（TN、NH3-N、NO3--N、NO2--N、总碱度、Br-、硫酸盐）34.41%,F2（含沙量、浊度、色度、电导率）22.78%,F3（pH和UV254）13.95%,F4（TP）6.280%,F5（CODCr）4.990%和F6（Chl-a）4.830%;9个监测断面归为4类,相应地整个沉沙条渠可划分为4个功能区：入渠布水区（Y1、Y2、Y3）、快速沉降区（Y4、Y5）、缓慢沉降区（Y6、Y7、Y8）和出水稳定区（Y9）.此外,水质与泥沙关系的室内模拟实验表明,条渠来水的P浓度随着泥沙颗粒的沉降而降低,TP在0—15 h内快速下降,而后缓慢下降,30 h内基本达到平衡;而泥沙颗粒对水中N浓度基本没有影响.     

水培实验中不同粒径纳米TiO_2对金鱼藻种子发芽和植株生长和生理的影响

纳米二氧化钛(TiO_2-NPs)是目前应用最为广泛的纳米材料之一,在城市污水处理厂的出水、污泥以及地表水体中已均有检出,进入到天然湿地和人工湿地中的TiO_2-NPs会在湿地生物、基质、水体之间进行迁移转化和归趋。目前针对TiO_2-NPs对湿地植物金鱼藻的毒性研究很少。本文采用水培实验方法,研究了不同粒径TiO_2对金鱼藻种子发芽和植株生长的影响,解析了TiO_2-NPs对金鱼藻的生态毒理效应。研究结果表明:各粒径TiO_2-NPs对金鱼藻种子的发芽均具有一定的抑制作用,表现为发芽率、发芽幼苗重量、发芽指数、发芽势和活力指数的降低,且粒径越小、浓度越高对金鱼藻种子发芽的抑制作用越强,4 nm、20 nm和50 nm的TiO_2-NPs对金鱼藻种子发芽的半数有效浓度(EC_(50))分别为1 180、1 520和1 810 mg·L~(-1)。TiO_2-NPs对金鱼藻植株的毒害作用表现为叶片失绿发黄、脱落,植株呈萎焉状,并且TiO_2-NPs的粒径越小、浓度越高毒害作用越明显。随TiO_2-NPs浓度升高,处理后金鱼藻叶片的叶绿素含量和植株体内的Mg含量均降低,丙二醛(malondialdehyde,MDA)含量均升高,而超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性则先升高后降低,而且越小粒径的TiO_2-NPs对金鱼藻的处理效果越明显。3种粒径的TiO_2-NPs均能进入金鱼藻体内,粒径越小、浓度越高进入的量越多。综上表明,TiO_2-NPs对金鱼藻种子发芽和植株生长均有一定的抑制作用,且粒径越小、浓度越高抑制作用越强。     

不同剪切条件下活性污泥理化性质及脱水性能的响应特征

通过实验室模拟,研究了原始活性污泥和最佳投药量下调理污泥的毛细管吸水时间、粒度、分形维数、Zeta电位和上清液SS值等参数随剪切强度与时间的变化规律,确定了污泥的剪切敏感性和强度因子及粒径、强度等参数与速度梯度（G）值之间的关系.结果表明,剪切导致原始污泥和调理污泥的脱水性能变差,相应的临界剪切强度分别为700 r·min^-1（G=554.6 s^-1）和400 r·min^-1（G=239.5 s^-1）,并暴露出更多带负电荷的新鲜表面.原始污泥的质量分形维数受剪切作用影响不大,其粒径在一定范围内随剪切强度的增加而减小,而调理污泥絮体的质量分形维数却随之上升,粒度随之降低.原始污泥与调理污泥絮体的K_SS值分别为4.73×10^-2、8.33×10^-2,稳定絮体粒径常数γ值分别为4.99×10^-2、35.19×10^-2,且前者的强度因子较高,它们均表明原始污泥的剪切稳定性更好.剥离是原始污泥剪切破碎的主要机制,而调理污泥在临界剪切强度以上呈现越来越明显的剪切分裂机制.此外,污泥粒径、强度均与G值呈现较好的指数关系.     

JMS-CCDAF-NF工艺去除水中腐殖酸的研究

试验研究了JMS-逆流气浮-纳滤集成工艺去除水中腐殖酸的工艺特征和效果。试验结果表明:JMS-逆流气浮工艺去除水中腐殖酸时,在最佳投药点(PACl),出水水质符合纳滤系统预处理单元的要求。该预处理系统与纳滤系统组合的集成工艺可以使水中的腐殖酸有机物浓度大大降低,且含TQ56-36FC型纳滤膜的流程比含M-N1812A型纳滤膜的流程效果好。前者出水的TOC值可达0.28￣0.70mg/L。后者出水的TOC值在0.59￣1.30mg/L。另外,尽管保安过滤/活性炭预处理有利于纳滤膜出水水质的提高,但活性炭柱与纳滤膜能去除的有机物种类是有些重合。     

聚合氯化铁-腐殖酸(PFC-HA)冷冻干燥絮体的表面与孔分形研究

采用低温急速冷冻-真空干燥技术制备了PFC-HA絮体的粉末样品,研究了这些样品的物理与分形特征.结果表明,PFC-HA絮体具有晶体结构,SEM图象中有方块状形体;絮体主要组成元素为C、O、Fe,所含的特征官能团保留了絮体组成原料的一些特征;絮体的干燥样品的BET比表面积为51～92 m2·g-1,BJH累积吸附孔体积为0.0638～0.108 cm3·g-1,BJH脱附平均孔径为3.53～4.60nm,PSD峰值对应孔径3.9nm(4#样品还有另外一个PSD峰值53.2nm).PFC-HA絮体的干燥样品具有自相似性的粗糙表面,呈现多尺度分形特征;图象法确定的表面分形维数Ds值远低于N2吸附/脱附等温线法确定的结果,分别为2.14～2.22、2.90～2.96;前者的分形尺度大约处于23～390nm之间,主要属于絮体干燥样品的外表面尺度,后者的分形特征尺度区间的下限大约为0.2nm,属于孔表面尺度,因此,PFC-HA絮体干燥样品的表面粗糙度主要集中于孔表面.另外,对同一絮体,N2吸附法和脱附法确定的孔表面分形维数基本相同.通过热力学模型计算出的4#样品的Ds值接近于FHH理论计算出的结果,但分形尺度的区间变小了.     

三维电极电吸附动态反应器的除氟特征研究

采用自制的单极性复合型三维阳极作为第三维电极对含氟水进行动态电促吸附实验,通过研究不同填充床高度、阴阳极板间距、隔膜材料对电促吸附除氟效果的影响,确定反应器的最佳结构参数为:填充床高度20 cm、阴阳极板间距4 cm、隔膜为nafion117膜。工作电压、进水pH、进水流速、共存物质对氟离子去除效果的影响结果表明:在一定范围内增大工作电压,降低进水pH或进水流速均可提高除氟效果。相应的最佳操作条件为:工作电压7 V、进水流速4 mL/min、酸性pH;腐殖酸和碳酸根离子的存在会对氟离子去除产生较强抑制作用,低浓度的氯离子可促进氟离子的电促吸附。扫描电镜(SEM)-电子能谱(EDX)的表征结果显示三维颗粒电极的表面及孔隙内部均可吸附氟离子,且电吸附后并未出现电极腐蚀现象。     

平板炭气凝胶电极电吸附除氟

采用自制的炭气凝胶平板电极进行模拟水样中氟的电吸附去除研究,通过单因子实验优化了该电吸附技术的操作参数和适用的溶液条件,并研究了反接电极法的再生效果。研究结果表明,自制的炭气凝胶平板由纳米颗粒组成三维网络结构,比表面积为670.90 m2/g,具有良好的充放电可逆性和迅速形成表面双电层的特点。静态电吸附除氟效果最佳的条件为:水样氟离子浓度6 mg/L,pH 7.0,极板间距4 cm,电压1.6 V;共存物质硝酸根、腐殖酸、碳酸根和碳酸氢根等对氟离子的电吸附具有一定的促进作用。吸附氟离子后的炭气凝胶材料的比表面、孔体积、电容值有所减小。对于吸附氟离子后的炭气凝胶平板电极,采用反接电极法取得较好再生效果的条件为:流动状态、电压1.6 V、极板间距4 cm。再生后的炭气凝胶电极与原始炭气凝胶相比,依然具有良好的充放电可逆性。     

颗粒活性炭吸附染料时的表面分形分析

采用N2吸附-脱附实验研究了颗粒活性炭吸附染料前后表面特征的变化,运用表面分形维数表征了表面屏蔽效应和表面粗糙性等性质.结果表明,颗粒活性炭的孔结构是倾斜板交错重叠而形成四面开放的缝隙,桃红、绿色、天蓝、耐晒黑可以撑开颗粒活性炭的孔隙,增大平均孔径;耐晒翠蓝具有降低孔径的能力;大红却有些微孔阻塞作用.FHH理论计算出的相应的7个颗粒活性炭样品吸附6种染料前后的孔隙表面分形维数Ds很接近,为2.97左右,证明颗粒活性炭上吸附的染料并没有发生表面屏蔽效应,也没有使颗粒活性炭表面的粗糙性降低.分形吸附等温线法与基于N2吸附-脱附的FHH理论法计算出的Ds相差较大,这与两种算法的理论基础和码尺大小有关.而热力学模型计算出的Ds远大于3,与Sahouli等的研究不符.