降雨过程对污水处理厂无机颗粒物特性及活性污泥的影响

取消初沉池的污水处理厂,粒径小于200 μm细微无机颗粒物将直接进入生化池,或悬浮或沉积,进而影响生化池的运行。以山地城市某污水处理厂为例,跟踪监测了夏季2个月的6次降雨过程中旋流沉砂池进出水无机颗粒物的粒径和浓度,并同期测定了生化池活性污泥浓度以及污泥MLVSS/MLSS比值。研究发现：旱季旋流沉砂池进出、水中的无机颗粒物平均粒径分别为65.25 μm及54.14 μm,浓度均值分别为146 mg·L-1及128 mg·L-1,无机颗粒去除率12.33%;降雨旋流沉砂池进出、水中的无机颗粒物峰值平均粒径分别为140.48 μm及94.54 μm,峰值平均浓度分别为2 167 mg·L-1及1 591 mg·L-1,无机颗粒去除率26.58%;旋流沉砂池对粒径≥200 μm颗粒的去除较稳定,对细微无机颗粒物的去除效率约10%。研究进一步发现,降雨中颗粒物浓度分别与雨前晴天数及平均雨强呈线性正相关关系。通过核算生化池无机颗粒物的物料平衡关系,得知研究期间生化池累积无机颗粒物总量410.25 t,其中399.45 t沉积在底部,其余悬浮于活性污泥混合液中。活性污泥MLVSS/MLSS由0.52降至0.40,MLVSS由1 410 mg·L-1降至930 mg·L-1,污泥活性下降,系统运行效能受到影响。     

基于静电纺丝膜的Fenton法降解双氯芬酸钠

通过浸渍法将铁盐负载于静电纺丝纤维膜制备了类Fenton催化剂,并通过扫描电子显微镜（SEM）对静电纺丝膜进行了表征,研究了该催化剂降解双氯芬酸钠的特性及其重复利用率。结果表明,静电纺丝纤维膜反应前后膜结构良好,反应过程中铁离子几乎无溶出;膜对双氯芬酸钠有一定的吸附能力,去除率约为6.96%。当双氯芬酸钠初始浓度为20 mg·L-1,按0.310 g·（100 mL）-1比例加入催化剂时,H2O2最佳用量为340 mg·L-1。溶液的初始pH值对实验结果影响较大,酸性条件更利于双氯芬酸钠的降解,最佳pH值为3.14,但该催化剂所适用的pH值范围较之传统Fenton法有明显拓展。所制备的催化剂重复利用率高,循环使用4次后,催化活性无明显改变,4 h的去除率依然高达95%以上。反应中双氯芬酸钠主要生成乙酸等小分子化合物,最终可氧化为CO2和H2O。     

絮团形态的动态演变

实验考察了絮凝过程中广义絮团（包括单体颗粒、线状絮团、面状絮团及体状絮团）的黏性分维数、特征黏度、絮团的黏性组成等随絮凝时间的动态演变。结果表明,在絮凝过程中,单体颗粒的黏性分维数与其拓扑维数一致,其余各类絮团的黏性分维数均小于其对应的拓扑维数,其中线状絮团的分维数基本不受絮凝时间的影响,但面状絮团及体状絮团的分维数随絮凝过程的进行逐渐增大但最终趋于稳定;所有絮团的特征黏度与絮凝时间无关,其中线状、面状及体状絮团的特征黏度依次具有103、104和105的数量级;各类絮团的黏性组成随絮凝过程的进行表现出不同的变化态势。     

Fenton氧化剩余污泥过程重金属迁移及其形态变化

采用Fenton氧化处理含重金属剩余污泥,通过BCR法测定并分析了污泥处理过程各重金属形态的变化,重点考察了pH、H2O2投加量、H2O2/Fe2+比、温度（T）和反应时间（t）5个因素对重金属迁移及形态变化的影响。结果表明,利用Fenton氧化处理剩余污泥,污泥重金属形态变化显著,且受到初始pH、H2O2投加量、H2O2/Fe2+比和温度的影响,但反应时间的影响较小。正交实验结果显示,Fenton氧化处理污泥的最佳条件为：初始pH1、H2O2投加量12 g·L-1、H2O2/Fe2+比10和温度50℃,此时污泥Cu、Mn和Zn 3种重金属的弱酸溶解态含量达到最高值,分别为72.66%、90.12%和87.51%。在最佳条件时,污泥上清液中Cu、Mn和Zn含量可分别从0.08、0.263和0.01 mg·L-1增加到15.08、17.49、32.74 mg·L-1。研究表明,Fenton氧化污泥过程提高了污泥中弱酸溶解态重金属含量,利于重金属从固相向液相转移,从而有效降低污泥饼中重金属含量,有利于污泥脱水后的进一步处理及其资源化。     

基于高通量测序的OMS-2对序批式反应器系统微生物群落的影响

随着纳米材料的广泛应用,越来越多的纳米材料随着废水进入污水处理厂,纳米材料对污水生物处理系统的潜在影响越来越受到重视。探讨了氧化锰八面体分子筛(manganese oxide octahedral molecular sieve, OMS-2)纳米颗粒对序批式反应器(sequencing batch reactor,SBR)中活性污泥微生物群落结构的影响;以活性艳红X-3B溶液模拟印染废水,将不同浓度的OMS-2混入稳定运行的SBR中,采用Illumina MiSeq高通量测序分析技术,对不同SBR中微生物分布规律进行了研究。结果表明：SBR添加0.25 g·L⁻¹的OMS-2后,其COD去除率和脱色率分别提升了6%和13.6%;Illumina MiSeq高通量测序显示,在混入0.25 g·L⁻¹的OMS-2后,SBR内污泥菌群中拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria)的微生物DNA序列操作分类单元(operational taxonomic units,OTU)分别增加了16.8%和96.4%,这2类菌种可能提升了SBR降解有机污染物的能力;不同浓度的OMS-2改变了菌群的多样性和结构,低浓度的OMS-2可以提升微生物菌群的多样性和改变菌群的结构。X射线光电子能谱(XPS)分析表明,OMS-2在SBR中存在锰(Ⅳ)/锰(Ⅲ)转变为锰(Ⅱ)的氧化还原反应,该过程可能影响了菌群的组成。研究为纳米材料的实际应用和环境风险提供了参考。     

基于CFD模拟改良型厌氧折流板反应器(mABR)水力特性

改良型厌氧折流板反应器(modified anaerobic baffled reactor,mABR)的处理效率受水力特性的影响很大,而反应器升流室的升流速度又是影响反应器内水力特性的重要参数。使用CFD-fluent软件平台进行二维多相流数值模拟,在难降解废水水解酸化(固-液两相流)与高浓度有机废水发酵产气(气-液-固三相流)条件下,针对水流速度与固含率的变化,探究不同升流速度对反应器内流场特性的影响。结果表明:升流速度的增加及反应器厌氧产气有利于抬升泥水界面,促进泥水混合,提高传质效率;但过高的升流速度将导致污泥流失,使生物量的保持能力下降。通过分析可知,当两相流和三相流升流速度分别为2.0～2.5 m·h~(-1)和1.5～2.0 m·h~(-1)时,水力搅动及固含率分布较为显著,有利于泥水混合,使得反应器去除污染物效率最佳。     

OAO和AO工艺处理城镇生活污水的微生物群落特征分析

以模拟城镇生活污水为对象,采用AO和OAO 2种工艺进行处理,通过常规水质检测和高通量测序技术来分析和探究导致2种工艺运行效果不同的微生物层面原因。结果表明:OAO工艺对COD和NH_3-N的平均去除率略高于AO工艺,但OAO工艺对TN和TP的去除效果较为显著,平均去除率分别比AO工艺高6.01%和3.44%;2种工艺的优势菌门均为Proteobacteria和Bacteroidetes,2种工艺的优势菌纲也均为β-Proteobacteria和γ-Proteobacteria;2种工艺间微生物群落差异性较大,OAO工艺的微生物种群丰度和多样性均大于AO工艺;AO工艺优势菌属为Pseudomonas、Thiothrix、Dechloromonas,OAO工艺为Thermomonas、Dechloromonas、Rhodobacter。此外,Nitrosomonas、Nitrospira作为亚硝化和硝化阶段的重要菌属在AO工艺好氧池的相对丰度为0.05%和0.02%,在OAO工艺中则显著提高,为0.47%和0.45%。其原因是OAO工艺的好氧池污泥BOD负荷较AO小,更适合硝化细菌生长。硝化细菌及其他功能菌在OAO工艺中的大量存在是OAO工艺的能够高效脱氮的主要原因。以上结果可为OAO工艺处理城镇生活污水中优势菌种的筛选及培养提供参考。     

煤热解废水典型工艺流程中芳香化合物的降解特性

选取河南某低阶煤热解废水处理典型工艺流程为研究对象,探讨了各单元对芳香化合物的降解特性。通过降解效能对比发现,SBR工艺对酚类(96.13%)和氮杂环类化合物(78.13%)的降解能力最高,故其为芳香化合物降解的核心单元。通过凝胶色谱、紫外-可见光光谱和三维荧光光谱对全流程废水特性的表征,推测出其分子质量在3 kDa左右,荧光峰在Ex/Em=(300～370) nm/(400～450) nm的腐殖酸物质是煤热解废水关键的难生化物质。各单元的统计分析结果表明,废水处理效果不佳的原因在于酸化、气浮、好氧及强氧化单元。在此基础上,根据最新研究结果和成功案例对现有工艺提出了针对性改进方案。以上结果可为类似的废水处理工程提供参考。     

CASS工艺园区污水处理厂提标改造为AAO+三级处理工艺后的运行效果对比分析

为深入落实长江大保护政策,对南京经济技术开发区污水处理厂实施了提标改造。提标工艺为粗细格栅+曝气沉砂池+AAO+高效沉淀池+滤布滤池+消毒。结果表明：在该工艺运行过程中,进水可部分选择性地或全部越过厌氧池进入缺氧池,从而强化反硝化脱氮;在好氧池池末端前置投加除磷药剂,不仅可去除一定的COD和TP,还有强化二沉池污泥压缩、泥水分离的效果;借助碳源投加可提高来水可生化性;增加一套占地面积小、处理效果稳定的高效沉淀池+滤布滤池+消毒三级处理工艺,可控制出水水质,使其持续稳定达标;提标后出水COD、TP、TN、NH₃-N、SS的平均质量浓度分别由37.9、0.323、11.18、1.94、19 mg·L⁻¹降低至22.3、0.029、4.55、0.08、3 mg·L⁻¹,污水直接处理成本由0.47元·t⁻¹增加到0.78元·t⁻¹;提标后出水水质稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准,部分指标满足《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)Ⅳ类水标准要求。该提标改造项目的实施经济效益可行、社会效益显著,可为同类型污水处理厂提标改造工作提供参考。     

纳米零价铁和零价铁对餐厨垃圾暗发酵制氢过程铁离子和酶活性的影响

通过投加不同浓度的纳米零价铁(NZVI)和零价铁(ZVI),考察了暗发酵制氢过程中铁离子组成和浓度变化、氢化酶和脱氢酶活性,研究了2种添加剂强化餐厨垃圾高温((55±1) ℃)暗发酵制氢的作用机制。结果表明：投加NZVI和ZVI均可提高餐厨垃圾暗发酵制氢性能;当投加100 mg·L⁻¹ ZVI时,产氢效果最佳,最大产氢潜力和最大产氢速率分别为425.72 mL和66.32 mL·h⁻¹,是投加NZVI实验组的1.64倍和1.34倍,代谢途径是以乙醇型发酵为主的混合型发酵;在投加NZVI和ZVI后,暗发酵制氢末端产物的Fe²⁺和Fe³⁺浓度升高,投加300 mg·L⁻¹ NZVI和100 mg·L⁻¹ ZVI实验组Fe²⁺浓度最大,是未投加实验组的2倍和1.87倍;与反应前相比,Fe²⁺显著升高,Fe³⁺由于微生物利用与转化浓度降低,同时可有效提高氢化酶活性。投加100 mg·L⁻¹ ZVI不仅可提高氢化酶活性,还可提高脱氢酶活性。以上结果可为提高餐厨垃圾等复杂有机废物的高效能源化提供参考。