基于响应面法SCR脱硝反应器喷氨格栅的优化研究

利用计算流体动力学（CFD）方法,采用k-e湍流模型和组分运输模型对SCR脱硝反应器的氨浓度场进行了数值模拟,并通过实验验证了反应器内氨浓度场数值模拟的准确性,同时,基于响应面法研究了喷氨格栅各结构参数和系统运行参数对SCR脱硝反应器内氨浓度场的影响.结果表明,喷口密度N,开孔率ψ,喷口角度α及入口风速v对氨浓度分布均匀性都存在着一定影响,其中影响的显著性为N>α>v>ψ.而且存在着一组最优的喷氨格栅结构参数和最佳的系统运行参数能够使SCR脱硝反应器内的氨浓度分布不均匀系数达到最优值.在本文研究的参数范围内,喷氨格栅最优的结构参数分别是：r=8个、d=57mm、α=90°,系统最佳的运行参数为v=8.17m/s,此时氨浓度分布不均匀系数为0.0151.     

浙江省2013~2020年人为源氨排放清单

采用排放因子法建立了浙江省2013~2020年人为源NH₃排放清单,利用ArcGIS软件对NH₃排放量进行空间分配,并与浙江省部分城市PM_2.5组分中的NH₄⁺浓度进行对比,探究了人为源NH₃排放对NH₄⁺浓度变化的影响.结果表明,2013~2020年浙江省人为源NH₃排放量呈逐年下降趋势,2020年人为源NH₃排放量为13.5万t,较2013年下降23.1%.人为源NH₃排放以农业源为主,2013~2020年占比分布在57.2%~69.6%,其中畜禽养殖和氮肥施用NH₃排放量占比较高,且2020年排放量较2013年下降最为显著,分别为34.5%、44.1%.从空间分布来看,NH₃排放较高的地区主要分布在浙江北部和金衢盆地地区,杭州市和嘉兴市年排放量位于全省前两位.NH₃排放量较高的城市NH₄⁺浓度也较高,部分城市NH₄⁺浓度下降趋势与NH₃排放量下降趋势较为一致.     

纳米单质铁对厌氧氨氧化脱氮性能的影响

通过向厌氧氨氧化反应器(ASBR)中投加纳米单质铁(nZVI),考察了其对厌氧氨氧化反应(ANAMMOX)脱氮性能的影响.结果表明,在温度为(25±0.5)℃,pH值为7.5±0.5,进水NH₄⁺-N和NO₂^--N浓度分别为30.35mg/L和37.89mg/L条件下,分别投加0,10,50,100.200,500,1000mg/L nZVI时,总氮去除率(NRE)分别达到70.27%、74.25%、83.45%、90.16%、68.59%、57.18%、50.93%.用修正的Boltzmann、Gompertz、Logistic模型对其进行动力学分析,R²值分别为0.9963、0.9944、0.9851,总氮(TN)出水浓度和NRE的预测值与实际值比较,其均方误差值分别为2.13、6.31、8.48和6.93、7.47、10.95.     

泥膜混合MBBR系统自养脱氮工艺的启动研究

为了加速厌氧氨氧化菌(AnAOB)富集,解决自养脱氮工艺启动缓慢的问题,在短程硝化絮状污泥反应器中投加含有少量AnAOB的悬浮填料,构建泥膜混合移动床生物膜反应器(MBBR)系统,探讨该系统在自养脱氮启动中的作用. 结果表明:①在温度为20~30 ℃、pH为7.8~8.2、DO浓度为0.2~0.9 mg/L的条件下,经45 d的运行,成功富集AnAOB. 通过调整运行模式和曝气量,TN去除率提高至70%左右,成功启动自养脱氮工艺. ②在运行过程中,曝气阶段主要发生短程硝化反应,缺氧阶段主要发生厌氧氨氧化反应. ③泥膜混合MBBR系统中优势的好氧氨氧化菌(AOB)和AnAOB分别为Nitrosomonas和Candidatus_Kuenenia. Nitrosomonas主要分布于絮状污泥中,其相对丰度从42.95%减至30.98%;而Candidatus_Kuenenia主要分布于填料生物膜中,其相对丰度从5.88%增至25.90%. ④泥膜混合MBBR系统中还检测出Ignavibacteriales_bacterium_UTCHB1、Pseudomonas、Denitratisoma等多种反硝化细菌,说明部分TN损失是通过内源反硝化途径实现. 研究显示,基于短程硝化絮状污泥的泥膜混合MBBR系统,可以维持稳定的短程硝化,快速富集AnAOB,也可以有效缩短自养脱氮工艺的启动时间.      

紫色土N2O排放及氨氧化微生物群落结构对玉米秸秆与化肥减量配施的响应

以紫色土为研究对象,采用静态箱-气相色谱法,通过田间原位试验,设置了对照(CK)、常规施肥(F)、秸秆与全量化肥配施(100FS)、秸秆分别与化肥减量30%(70FS)、40%(60FS)、50%(50FS)处理,观测了玉米秸秆与化肥配施下的菜地土壤N2O排放动态变化特征,并利用克隆技术和实时荧光定量PCR技术,结合土壤理化性质和氨氧化微生物amoA功能基因丰度,分析了秸秆与化肥配施对土壤N2O排放及相关微生物的影响,以期为调控和减缓紫色土N2O排放提供理论依据.结果表明,玉米秸秆与化肥配施处理较F处理提高了土壤N2O排放量和试验期内的累积排放量,其中100FS处理的N2O排放量最高[57.59~6 238.02μg·(m2·h)-1],累积排放量高达60.76 kg·hm-2.与F处理相比,秸秆与化肥配施处理降低了土壤铵态氮和硝态氮含量,提高了土壤有机质含量,但对土壤总氮和pH值没有显著的影响.本试验条件下,土壤AOB amoA基因拷贝数比AOA高出1~2个数量级,其中F处理的AOA amoA基因拷贝数(50.9×103copies·g~(-1))明显高于其他处理,但AOB amoA基因拷贝数最低(1.36×105copies·g~(-1)).100FS处理降低了AOA和AOB amoA基因多样性指数和均匀度,同时也显著降低了AOA amoA基因拷贝数,但秸秆与化肥减量配施可以提高AOA和AOB amoA基因多样性,同时显著增加了AOB amoA基因拷贝数.土壤AOA优势菌群OTU1可能是硝化作用的主要驱动者,直接和间接地影响N2O排放.通过冗余(RDA)分析,土壤铵态氮、有机质和有效磷含量对AOA群落结构存在显著影响(P0.05,蒙特卡罗算法);土壤可溶性有机氮、总氮、速效钾以及有效磷含量显著影响AOB群落结构(P0.05,蒙特卡罗算法),其中AOB对不同环境因子的耐受性和生态位低于AOA.总体上,玉米秸秆配施60%~70%的化肥,在保证蔬菜产量的前提下,有效提高了AOA和AOB amoA基因多样性,在一定程度上减缓了土壤N2O排放.     

氨与甲苯SOA形成含氮有机物的影响因素研究

利用自制的烟雾腔系统使臭氧光解产生OH自由基,启动甲苯光氧化产生二次有机气溶胶（SOA）粒子,在不同的实验条件下研究甲苯SOA与氨反应形成的含氮有机物,并采用紫外-可见分光光度计测量反应产物溶液在205和270nm处的吸光度,探究光照时间、甲苯、氨、臭氧浓度和相对湿度等环境因素对含氮有机物形成的影响规律.结果表明,有机酸铵和咪唑类产物的生成浓度随着紫外光照时间的延长,甲苯、氨和臭氧的浓度的增加而逐渐增大.但是当臭氧浓度超过一定值后,光解生成的高浓度OH自由基能够使甲苯光氧化产物变成更多的挥发性化合物,从而不利于含氮有机物的生成.水分子的增加会使臭氧光解产生的OH自由基浓度减少,从而导致有机酸铵和咪唑类产物的生成浓度随着相对湿度的增大而降低.这为研究人为源SOA颗粒中含氮有机物棕色碳的形成提供了实验依据.     

低温SNAD颗粒污泥工艺启动方式

为研究启动方式对同步短程硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化(SNAD)颗粒污泥工艺的影响,低温(12.7~18.3℃)条件下,R1和R2反应器分别通过先启动全程自养脱氮(CANON)工艺和先启动厌氧氨氧化耦合反硝化(SAD)工艺的方式逐步启动SNAD颗粒污泥工艺.结果表明,R1反应器启动成功后,氨氮几乎完全去除,总氮去除率达到86.7%.低氨氮浓度运行时,出水总氮去除率下降至75.3%,出水总氮浓度在10 mg·L~(-1)左右,NOB存在过量增殖现象,出水总氮浓度超过北京市水污染物排放标准一级A规定.R2反应器启动成功后,出水几乎不含氨氮,总氮去除率在89.1%左右,略高于R1反应器.低氨氮浓度运行时,出水氨氮浓度小于1.0 mg·L~(-1),出水总氮浓度小于6 mg·L~(-1),出水氨氮和总氮浓度满足地标一级A标准.先启动SAD工艺可以在启动初期通过厌氧运行将NOB逐渐淘汰出系统内,维持了系统的稳定性,为后续曝气启动SNAD工艺提供了良好的基础,维持了反应器的稳定运行,实现出水总氮长期排放达标.     

不同苯酚浓度亚硝化过程及N2O释放特性

该文利用接种的亚硝化污泥,考察了苯酚浓度(0、10、30、50、70和90 mg/L)对污泥亚硝化性能和N_2O释放特性的影响。冲击试验结果表明,苯酚浓度≤10 mg/L,氨氧化速率(AOR)为(0.127±0.014)mgN/(gVSS·h)。苯酚浓度增加对氨氮初期氧化具有明显抑制作用。抑制解除后,其AOR恢复至(0.112±0.021)mgN/(gVSS·h)。苯酚由0 mg/L增至90 mg/L,总氮(TN)损失由(6.13±1.12)mg/L增至(20.98±2.54)mg/L,亚硝化过程N_2O产率由(4.08±0.90)%增至(8.89±0.94)%。苯酚投加为同步发生的反硝化过程提供了电子供体,促进了同步脱氮过程的发生。苯酚投加后,曝气阶段氨氧化菌(AOB)好氧反硝化过程和低氧条件下异养菌反硝化过程均会导致N_2O的释放。长期高浓度苯酚抑制导致部分AOB死亡,系统硝化性能下降。微生物胞外聚合物随苯酚浓度增加而增加,蛋白质/糖原由(9.5±1.3)降至(4.6±1.1)。     

厌氧氨氧化污泥群体感应信号分子检测及影响研究

厌氧氨氧化作为一种新型的脱氮工艺具有很好的应用前景,但厌氧氨氧化污泥富集培养困难.本研究以处理垃圾渗滤液的污泥作为接种污泥,在升流式厌氧污泥反应器(UASB)中启动厌氧氨氧化过程;检测驯化成功的厌氧氨氧化污泥中是否存在群体感应信号分子;并通过添加外源信号分子(cis-11-Methyl-2-dodecenoic acid,DSF和N-acyl-homoserine lactone,AHL),探究信号分子对厌氧氨氧化污泥附着生长能力的影响.结果表明,UASB反应器在运行150 d后,总氮去除率达到80%,菌群结构中厌氧氨氧化菌所占比例超过了20%,成功启动厌氧氨氧化工艺,且厌氧氨氧化污泥中存在低浓度的AHLs信号分子;人为添加3-碳位置取代基为羰基的AHLs(3-oxo-C6-HSL、3-oxo-C8-HSL、3-oxo-C10-HSL和3-oxo-C12-HSL)信号分子均能促进厌氧氨氧化污泥附着生长,而3-碳位置无取代基的AHLs中只有C12-HSL和C6-HSL存在积极影响,C8-HSL、C10-HSL和DSF信号分子对厌氧氨氧化污泥的附着生长能力并没有促进作用.     

基质比对ABR厌氧氨氧化工艺脱氮性能的影响

为解决厌氧氨氧化底物去除不彻底导致总氮去除偏低的问题,通过控制不同的进水基质比,对厌氧折流板反应器(ABR)的厌氧氨氧化脱氮性能进行了研究.结果表明,ABR厌氧氨氧化系统最佳进水N_2~O--N/NH+4-N为1.34,此时NH+4-N和N_2~O--N的去除率同时达到99.99%左右,总氮去除率达到峰值为87%,当进水N_2~O--N/NH+4-N从1逐渐降低至0.49和从1.34逐渐提高至1.62时,反应器对NH+4-N和N_2~O--N的绝对去除量较为稳定,NH+4-N或N_2~O--N过量对ABR厌氧氨氧化系统没有产生明显抑制;此外,不同基质比条件下,NH+4-N和N_2~O--N的去除基本在第1隔室完成,基质比变化对ABR各隔室的脱氮效果没有产生显著影响,ABR厌氧氨氧化系统对基质浓度的变化具有较好的稳定性.