曝气策略对膜面剪切力的影响机制及其优化

曝气冲刷是浸没式MBR工艺不同于常规活性污泥法工艺的关键特征,然而现行规范的曝气系统设计与运行比较粗放,缺乏气泡尺寸模拟优化方法。以可直接观测的工程规模 (500 m³·d⁻¹) 膜生物反应器为研究对象,对穿孔管角度进行了优化研究,并用群体平衡模型(Population Balance Model,PBM)模型模拟污泥混合液不同粘度下的内部气泡分布情况。结果表明：穿孔管角度垂直向下、60°、45°、30°、垂直向上在膜面产生的平均剪切力分别为1.74、1.46、1.19、1.38、1.67 Pa,这表明曝气角度最优为垂直向下。0.3%、0.5%和0.8%浓度的羧甲基纤维素钠(Carboxymethyl cellulose, CMC)下产生的平均剪切力分别是1.51、1.92、2.24 Pa,气泡直径逐渐增大。且气泡尺寸越大、流速越大,分布越均匀。基于0.3%、0.5% CMC的速度实验结果与 PBM模拟结果基本吻合。该研究结果可为MBR技术的工艺优化和系统控制方法提升提供参考。     

印染污泥与铁尾矿磁化焙烧回收铁资源

我国铁尾矿累计堆存量超1×10¹⁰ t,主要为难选的赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿等,由于脉石矿物组成复杂,重金属等有害杂质含量高,难以直接资源化利用。利用铁尾矿与印染污泥共同磁化焙烧,回收铁尾矿和印染污泥中铁资源,研究了焙烧温度、焙烧时间和印染污泥掺烧量对铁品位和铁回收率的影响及作用机制。最佳焙烧条件为,800 °C、30 min、印染污泥掺烧量15%,对焙烧产物进行120 mT的湿法磁选,得到铁品位63.78%,回收率92.58%的铁精矿。铁尾矿中的针铁矿失水留下孔隙转化为赤铁矿,进而被还原为磁铁矿,其还原路径为FeO(OH)→Fe₂O₃→Fe₃O₄。SEM+MAPPING分析结果表明,磁化焙烧后赤铁矿和铝化合物的连生体被破坏,通过磁选可提升铁精矿品位及回收率。本研究可为印染污泥和铁尾矿的协同处理及资源化利用提供参考。     

pH对BF-MBR工艺处理高强度生活废水的影响

受控生态生保系统中生活废水污染强度大,生物转化后回用于植物培养是废水资源化的有效途径,但面临氮素稳定转化难、碱度消耗较大的问题。以BF-MBR工艺(生物膜耦合膜生物工艺,biofilm-membrane bioreactor)为研究对象,研究了不同pH条件下的好氧硝化性能及硝化动力学,并考察了硝化过程的碱度消耗情况。结果表明,在pH=6.0~7.2内,好氧生物反应器均能获得良好的氨氧化效果,而在pH=6.0~6.5的条件下更有利于全程硝化的维持;氨氧化速率随pH的增加而增大,而亚硝氧化速率在pH 6.6时达到最高;酸性条件下的碱度消耗量远低于碱性条件,而氢氧化钾作为碱液时的消耗量比碳酸氢钾低3.28 g·g^-1。从物料损耗和工艺处理效果综合考虑,硝化系统中最佳的pH可调控在6.4~6.5,此时全程硝化率可达97.8%。以上研究结果可为受控生态生保系统中生活废水处理系统的设计和运行提供参考。     

基于碳源储存的污水生物脱氮除磷效率及污水处理系统延伸成本分析

以我国北方某改良型A²/O工艺 (设计规模6×10⁴ m³·d⁻¹) 为例,基于一年的运行数据,考察碳源储存与生物脱氮除磷能力之间的关系,分析碳源利用效率和能耗情况。结果表明：在7—9月,系统碳源的综合利用效率为53%~55%,这说明消耗的碳源中超过50%比例用于生物脱氮除磷;反硝化菌较聚磷菌对环境的变化更敏感;外加碳源的延伸成本占直接成本的20.5%。因此,污水处理厂应充分考虑进出水水质及环境条件变化对碳源有效利用的影响。本研究结果可为减污降碳协同增效背景下城市污水处理厂A²/O工艺及其他常规工艺的优化调控提供参考。     

硫化亚铁活化过一硫酸盐降解含表面活性剂水溶液中三氯乙烯的效果与机制

采用硫化亚铁(FeS)活化过一硫酸盐(PMS)降解含表面活性剂吐温-80(TW-80)水溶液中的三氯乙烯(TCE),考察了PMS和FeS投加量、TW-80浓度、溶液初始pH、无机阴离子(Cl^–和HCO₃^–)对TCE降解的影响,确定了PMS/FeS体系中的主导自由基及TCE降解机理,验证了PMS/FeS体系处理实际地下水中含TW-80的TCE效果。结果表明：增加PMS或FeS投加量有利于TCE的降解,但当其投加剂量分别超过0.8 mmol·L^–1和0.6 g·L^–1时,TCE降解反而受到抑制,且TCE的降解率随TW-80浓度的增加而下降;PMS/FeS体系对pH有较宽的适用范围,在pH=11时受到抑制,Cl^–和HCO₃^–对TCE降解有抑制作用;通过自由基淬灭实验和电子顺磁共振实验确定了SO₄^–·、HO·和O₂^–·是PMS/FeS体系中的主导自由基;相比于其他氯代烃,该体系对四氯乙烯和四氯化碳也有较好的降解效果;实际地下水的处理结果证实PMS/FeS体系在实际应用中具有潜力和优势。     

城镇排水系统运行效能评价指标体系的构建与研究

排水系统是城镇一个重要的基础设施,其运行效能评价对于城镇水环境治理维护和绿色低碳发展具有重要意义。对国内外相关研究成果从以下三方面进行了梳理和分析：首先,运行效能评价研究按评价目标的不同可分为内涝和溢流的控制、管网性能的预测与诊断、排水系统的规划与运营、安全风险类评估和综合性评价五类,阐明了这五类评价指标体系的研究现状,总结了其常用指标;其次,分析各评价指标体系的构建流程,可归纳为“调研准备”“指标构建”“赋分评价”三个阶段,归纳了常用评价指标筛选方法,并指出其中最关键的部分在于第三阶段的评价方法的选择,即指标赋权和最终评价结果的计算;最后,对文献中的各类评价方法进行了分析,结果表明基于层次分析主观定权法的综合评价法是当前研究中的常用方法,可以解决评价过程中产生的不确定性、不一致性、模糊化、定量化等问题;同时也概述了客观定权方法如熵权法、神经网络、组合定权等方法的特点和适用性。研究指出关于智慧水务和平稳输送的效能评价还比较缺乏,而随着物网联、人工智能、在线监测等技术的快速发展以及海量可靠的排水系统相关数据的出现,将给以客观定权法为主流的新评价方法的开发应用带来契机。本研究可为完善排水系统运行效能评价指标体系并计算准确评价结果提供参考。     

TEPA调控AMP-DGDE水溶液相变吸收CO2性能及机理

相变吸收剂在降低CO₂捕集能耗方面具有较大优势,但现有吸收剂普遍存在再生性能差的问题。基于2-氨基-2-甲基-1-丙醇 (AMP) 的吸收剂再生性能优异,但通常难以发生相变。利用四乙烯五胺 (TEPA) 作为相变调控剂引入AMP-二乙二醇二甲醚 (DGDE) 水溶液,构建了具有良好再生性能的新型相变吸收剂AMP-DGDE-TEPA。在最佳配比下,AMP-DGDE-TEPA的吸收负荷可达0.88 mol∙mol⁻¹,其中97.6%的CO₂富集于溶液下层,下层体积仅占总体积51%。经7次吸收-解吸循环,吸收剂的吸收负荷仍能保持0.63 mol∙mol⁻¹,再生效率为71.6%。¹³C核磁共振结果表明,AMP与CO₂反应生成易于分解的碳酸氢盐,因而吸收剂具有良好的再生性能;而TEPA的引入可使系统中生成稳定的质子化TEPA和氨基甲酸盐。质子化TEPA和氨基甲酸盐具有高极性,可打破吸收剂原有的均相状态,促使吸收剂发生液-液相变。相比于DGDE,H₂O和极性反应产物之间具有更强的相互作用力,这些物质聚集形成CO₂富相,而DGDE则单独形成CO₂贫相。此外,AMP-DGDE-TEPA的再生显热和潜热仅为0.33和0.43 GJ∙t⁻¹ CO₂,具有良好的节能潜力。该研究结果可为高效低能耗碳捕集材料的制备提供参考。     

颗粒粒径和含固率对疏浚泥沙絮凝沉降的影响

为保护海洋生态环境,合理利用海洋倾倒区,防止悬浮泥沙扩散,采用絮凝处理工艺,在不考虑外部环境的影响下,探讨颗粒粒径和含固率对疏浚泥沙的絮凝作用的影响;采用湿筛法对珠江口疏浚泥沙进行分组,将疏浚泥沙分为混合样、粒径>74 μm、粒径<74 μm、粒径<37 μm和粒径<15 μm的5个粒径段,研究不同粒径段和不同含固率泥沙在加入不同量聚合氯化铝 (PAC) 后,絮凝前后的粒径分布变化特征。结果表明：粒径>74 μm的泥沙颗粒不发生絮凝作用;向含固率为10%的泥沙中加入相同量的絮凝剂后,絮凝沉降速率由慢到快、沉积泥含水率由高到低、沉积泥体积由高到低的粒径段均依次为混合样、粒径<74 μm、粒径<37 μm和粒径<15 μm;对不同含固率的泥沙进行絮凝调理后,25~37 μm粒径段的粒径占比均呈现出随泥沙含固率的增大先增大后减小的趋势,当含固率为5%~10%时粒径占比最高,累积质量分数差异较大的粒径段出现在28~32 μm;对含固率为10%的泥沙进行絮凝处理后,<30 μm的粒径段,絮凝前的占比>絮凝后的占比;30~40 μm的粒径段,絮凝后的占比>絮凝前的占比;不同含固率的泥沙粒径占比峰值由23 μm分别变为33、32.8、32.1、31.6和32.2 μm,且粒径<30 μm的细颗粒含量明显减少,粒径>30 μm的细颗粒含量明显增加。综上所述,在不考虑外部环境的影响下,30 μm为该区域泥沙的絮凝临界粒径;泥沙含固率在5%~10%时,不利于PAC对泥沙的絮凝作用;絮凝后,泥沙絮团粒径为30~40 μm。本研究成果可为疏浚物海洋倾倒前环保处理技术提供关键参数和依据,并为泥沙的絮凝机理的进一步探索提供参考。     

不锈钢纤维毡改性材料的制备及在微生物燃料电池中的应用

为制备一种导电性高、生物相容性良好且耐腐蚀的阳极材料,提高微生物燃料电池(MFC)的产电性能,以不锈钢纤维毡(SSFF)为基底,采用水热反应法制备了还原氧化石墨烯/不锈钢纤维毡(RGO/SSFF),并进一步采用粉体烧结法将纳米二氧化钛(TiO₂)负载至RGO/SSFF,制备了二氧化钛/还原氧化石墨烯/不锈钢纤维毡(TiO₂/RGO/SSFF),将SSFF(对照)、RGO/SSFF和TiO₂/RGO/SSFF分别作为MFC的阳极(对应的MFC分别命名为MFC-CK、MFC-RG和MFC-TRG)以探究改性材料对MFC去除水体中耗氧有机物和产电性能的影响。结果表明：与SSFF相比,RGO/SSFF和TiO₂/RGO/SSFF具有更大的电容(Q为413.9 mF和446.9 mF),更小的界面转移电阻(R_ct为19.65 Ω和18.16 Ω),更高的交换电流密度(i₀为1.56×10⁻⁵ mA和2.07×10⁻⁴ mA);MFC-TRG对水体COD去除速率最高可达929.62 mg·(L·d)⁻¹;MFC-RG和MFC-TRG稳定输出电压分别为245 mV和280 mV,比MFC-CK提高了88.5%和115.4%;MFC-RG和MFC-TRG的功率密度输出分别为 337.50 mW·m⁻²和472.03 mW·m⁻²,比MFC-CK提高了163.9%和233.9%。由此可知,改性后的RGO/SSFF和TiO₂/RGO/SSFF阳极成功提高了MFC的产电性能。该研究结果可为后续MFC阳极改性研究提供参考。     

典型进口再生塑料颗粒中重金属溶出特性及其影响因素

为了解我国进口再生塑料颗粒中重金属溶出特性,以某检测机构的5种再生塑料颗粒PP、PE、PS、PET和ABS为研究对象,研究不同温度、不同接触时间和不同模拟液等条件下,再生塑料颗粒中重金属溶出特性。结果表明,在25、40、70 ℃这3种温度下,PP、PE、PET和ABS再生塑料颗粒中重金属铬、铅、锰、镉、汞和铜的溶出量随着温度的升高而增加,PS中重金属浓度随温度升高变化不大;随着接触时间的增长,样品中的6种重金属Cr、Pb、Mn、Cu、Cd、Hg溶出量增长趋势由快至慢,5种再生塑料颗粒中重金属Cr的溶出浓度最高;PE、PS、PET和ABS再生塑料颗粒在4种模拟液中重金属溶出量大小整体呈现出：50%乙酸>3%乙酸>10%乙醇>95%乙醇,但PP再生塑料颗粒中重金属Cu在3%乙酸中的溶出量比10%乙醇中的多。本研究结果可为建立塑料接触材料及制品中重金属溶出量的标准方法提供依据。