Simulation of long-term nutrient removal in a full-scale closed-loop bioreactor for sewage treatment: an example of Bayesian inference

In this study, the performance of nitrogen and phosphorus removal in a full-scale closed-loop bioreactor (oxidation ditch) system was simulated using the ASM2d model. Routine data describing the process for two years were compiled for calibration and validation. To overcome the identifiability problem, the classic Bayesian inference approach was utilized for parameter estimation. The calibrated model could describe the long-term trend of nutrient removal and short-term variations of the process performance, showing that the Bayesian method was a reliable and useful tool for the parameter estimation of the activated sludge models. The anoxic phosphate uptake by polyphosphate accumulating organisms (PAO) contributed 71.2% of the total Poly-P storage, which reveals the dominance of denitrifying phosphorus removal process under the oxygen limiting conditions. It was found that 58.7% of the anoxic Poly-P storage and denitrification by PAO in the reactor was achieved in the aerated compartment, implying that the PAO’s anoxic activity was significantly stimulated by the low dissolved oxygen (DO) level in this compartment due to the oxygen gradient caused by brush aerator.     

重庆市重要生态功能区生态系统服务动态变化

借助遥感数据和GIS空间分析技术,选取生物多样性维持、土壤保持、水源涵养和固碳4种生态系统服务建立评估模型,对2000—2010年重庆市域内3个重要生态功能区——三峡库区水源涵养重要区(下称三峡重要区)、秦巴山区水源涵养重要区(下称秦巴重要区)和都市区“四山”生态屏障重要区(下称“四山”重要区)生态系统服务的时空变异特征进行综合研究. 结果表明:①2000—2010年,三峡重要区4种生态系统服务均呈增强趋势. ②秦巴重要区内,生物多样性维持和水源涵养功能总体较好,并且持续增强;固碳功能有所减弱,该时段内固碳功能高等级面积减少了931.90 km2. ③“四山”重要区土壤保持和水源涵养功能有所增强,生物多样性维持和固碳功能略有减弱. ④重庆市重要生态功能区生态系统服务以中和较高等级分布为主,空间差异较大,异质性明显. 生态系统服务较好区域主要分布在渝东北秦巴山区以及中西部植被覆盖较好的山脊;市域中部长寿、垫江、涪陵等区县生态系统服务相对较弱. 10 a间,重庆市重要生态功能区生态系统服务总体呈变好趋势,但局部地区有所减弱,主要表现为秦巴和“四山”重要区固碳功能的降低.      

HRT对城市污水厂尾水反硝化深度脱氮的影响

污水厂尾水回用作为水源时,其ρ(TN)较高是亟待解决的问题. 在调研污水厂尾水水质的基础上,利用MBBR(移动床生物膜反应器)对其进行深度脱氮,并考察HRT(水力停留时间)对不同填料(聚乙烯和陶粒)的MBBR运行效果的影响. 结果表明,NO₃--N是尾水中氮的主要形态,其质量浓度约占ρ(TN)的80.8%±8.4%. HRT分别为12、8和4 h时,对NO₃--N去除率影响不大,均能达到90%以上,但反硝化能力随着HRT的缩短而成倍增加;HRT为4 h时各反应器的反硝化能力最大,聚乙烯和陶粒MBBR中分别为(28.4±14.5)和(27.4±14.3)mg/(L·d)(以NO₃--N计). 随着HRT的减少,COD_Cr去除率呈降低趋势. 三维荧光分析表明,进、出水中均含有类富里酸和类蛋白质等DOM物质. HRT为8 h时MBBR对DOM的去除率最高,聚乙烯填料MBBR对有机污染物的去除效果略优于陶粒填料. 综合考虑氮和有机污染物去除效能,聚乙烯和陶粒填料MBBR优化HRT均为8 h.      

基于逐步聚类分析的水库浮游藻类生长预测

采用逐步聚类分析方法预测水库浮游藻类的生长情况,以于桥水库为例,选取了1999~2006年7个水质和气象因子的56组数据建立逐步聚类分析模型,其结果用于预测2007~2010年的叶绿素a含量.结果表明,实测值与预测值的变化趋势基本一致,相关系数R达到0.94,线性相关性较好.预测值的平均绝对误差为-0.0007,平均相对误差为21.66%.逐步聚类分析法可以快速准确的对水库的叶绿素a含量进行有效预测.对逐步聚类分析模型的敏感度分析表明,影响于桥水库藻类生长的主要因素是水体的pH值、溶解氧以及总磷,因此控制这3个因素是预防藻类爆发的重要途径.     

黑河流域中下游全境地表-地下水耦合模型与应用

耦合概念性水资源评价与规划模型WEAP和分布式地下水模型MODFLOW,建立需求驱动的黑河流域中下游全境地表-地下水耦合模型,并利用地表水文站点和地下水观测点数据进行模型率定.结果表明,率定期和验证期地表水模拟的纳氏系数>0.7,地下水位模拟的均方根残差<0.80m.应用模型对流域历史水循环反演模拟表明,黑河干流(黑河东枝)2002~2012年水量统一调度使正义峡年均来流较原管理方式增加1.63亿m3(约18%);讨赖河(黑河西枝)因人类活动改变了西部子水系河流水文情势,基本切断了与黑河干流下游尾闾水系的水力联系;黑河东西两枝人类活动和出山口径流变化共同影响着下游狼心山断面径流量,直接导致了居延海之前消失和现在的恢复.     

锂离子电池正极材料环境友好性与充放电性能耦合优选

本文通过生命周期评价方法,设定在相同的外界容量需求下,结合电池循环性能数据,研究了LiCo1／3Ni1／3Mn1／3O2、LiCo1／3Ni1／3Mn1／3O2＋1％ Fe3O4和 LiMn0．2 Fe0．8 PO43种不同的锂离子正极材料的环境影响,并耦合环境影响和放电比容量进行量化处理,得到相应的性能优选指数。结果表明：锂离子电池的正极材料普遍具有较大的综合环境影响值,3大类环境影响分类中影响较大的是人体健康和资源消耗。在3种正极材料中,LiCo1／3Ni1／3Mn1／3O2的综合性能最好,环境友好性和充放电性能都具有较大的优选指数。在 LCA 处理正极材料的基础上,结合电池充放电数据实现了对材料的比较和优选。     

森林地下火探测仪的研制

FHD型森林地下火探测仪为最新研制的一种光机电一体化的便携式探测设备,采用红外探测技术原理,借助红外焦平面成像器件、可见光摄像器件采集目标图像,利用图像处理技术完成对目标视频图像的获取、显示、温度分析处理及存储过程。它集成了红外与可见光两种模式,两种模型的简单切换有利于辨识目标并可对热像的中心区域进行测温显示。该设备操作界面简单快捷,图片存储方便、容量大,可用于户外多热源连续监测作业。     

下向测压钻孔封孔技术研究

目前复杂煤层赋存条件下下向钻孔测定煤层瓦斯压力普遍面临钻孔封孔效果不理想、煤层瓦斯压力测定失败、钻孔进水损坏压力表等问题。针对此,提出了一种新的测压封孔技术即联合持续增压二级封孔测压技术,阐述了该工艺的基本原理,配制了新型发泡水泥和封孔粘液,并进行了工业性试验。试验结果表明,应用该项技术能够有效地动态封堵发育中的裂隙从而实现准确快速测压。     

中国产业部门水足迹演变及其影响因素分析

水资源是中国实现绿色可持续发展的基础,基于投入产出分析法对中国产业部门水足迹及其强度进行定量核算,分析其演变趋势,从技术进步、经济发展及政策完善三个角度剖析中国水足迹变迁的影响因素。结果表明:1997-2007 年间中国各行业完全水足迹强度的年均下降率约为9.1%,而大部分行业的水足迹却呈增长趋势,年均增长率约为14.2%。1997、2002、2007 年中国以贸易形势输出的虚拟水总量占完全水足迹量的比例分别为12.0%、14.6%、22.5%,呈递增趋势且均高于输入总量。中国各部门水足迹强度降低的主要影响因素包括:节水技术的发展、节水管理政策的完善、产业间的经济联系。中国经济飞速发展是导致水足迹上升的决定性因素。在进出口贸易方面,中国不合理的贸易结构和贸易总量的扩大化是导致虚拟水呈现输出状态的主要影响因素。最后提出:探寻节水技术的新方向,利用部门间经济联系转移部分行业节水压力,完善发展中产业的节水措施,调整进出口产业结构,实施地区性虚拟水贸易战略是中国节水政策的优先发展方向。     

福建九龙江流域重金属分布来源及健康风险评价

为研究九龙江流域水体重金属污染水平,在其主要干流及支流采集27个表层水样,分析了Zn、Cu、As、Cr、Pb、Ni和Cd共7种重金属的含量及空间分布特征,利用因子分析方法分析重金属污染物的主要来源,并采用美国环保局推荐的健康风险评价模型对其所引起的健康风险作了初步评价.结果表明,流域水体中Zn的平均浓度最高,为154.893μg/L;As超过地表水Ⅲ类水质标准,超标率为14.81%,超标区域集中位于九龙江下游及河口区.因子分析表明,As、Cr、Cu和Ni的来源主要受各种人为活动影响,Cd、Pb和Zn的来源与成土母质、地球化学作用和农业生产活动有密切的关系.健康风险评价表明,化学致癌物对人体健康危害的个人年均风险远远超过非致癌物的年风险,儿童比成人更易于受到重金属污染的威胁.致癌物Cr和As的个人年均风险值都大于国际辐射防护委员会(ICRP)推荐的最大可接受风险水平5.0×10-5a-1,其中Cr>As;非致癌有毒化学物质通过饮水途径所引起的健康危害的个人年均风险大小为Cu>Pb>Zn>Ni,四者风险水平在10-9~10-10a-1之间,均低于ICRP标准4~5个数量级.