华中地区某污水处理厂低碳运行措施及效果

以华中地区某污水处理厂 (设计规模：25×10⁴ m³·d⁻¹) 为例,分析城镇污水处理厂的节能降碳的有效措施。该厂在2021年底实施了系列节能高效运行和工艺优化创新措施,取得显著降碳效果。措施包括：采用节能高效设备、生化池按需曝气、光伏发电等节约电耗措施,以及强化生物除磷、优化化学除磷、多点配水节约碳源、智能加药等。对比分析该污水处理厂2022年的运行数据与2019—2021年的数据。年平均吨水电耗、吨水消耗碳源、吨水消耗除磷剂分别由0.192 kW·h·m⁻³、5.010 mg·L⁻¹ 、4.199 mg·L⁻¹降至0.161 kW·h·m⁻³、0 mg·L⁻¹、2.980 mg·L⁻¹。污水处理厂年消耗电费、药费等直接运行成本节约39.6%, 间接碳排放强度减少20.3%。相关举措可为类似污水处理厂的从运行管理角度实现减污降碳协同增效提供参考。     

多级多段纯膜MBBR工艺的脱氮稳定性与微生物菌落结构分析

采用宏观运行、原位小试及微观群落组成相结合的方式,探究了多级多段的纯膜MBBR工艺在工程应用中的脱氮效果及脱氮路径。结果表明,纯膜MBBR耦合改良磁加载沉淀工艺的HRT相比传统活性污泥工艺可缩短50%,且脱氮稳定性强。建议纯膜MBBR采用两级AO设计,并根据出水标准及进水波动情况,前缺氧和主好氧区分别设置2级以上以及2~4级工艺。在实际运行面临水质冲击时,通过生物膜传质梯度增加,可以显著提升污染物去除负荷,保证脱氮稳定性。在水质冲击幅度过大时,可以通过临时投加外投碳源的方式保证出水氮素稳定达标。纯膜MBBR优势硝化菌Nitrospira和Nitrosomonas,在主好氧区相对丰度分别达到3.50%~6.91%和0.65%~2.28%。Denitratisoma、Flavobacterium、Hyphomicrobium、Terrimonas和Rhodobacter等优势反硝化菌属的合计相对丰度10.85%~16.52%。缺氧区和好氧区污染物最大去除负荷与功能菌相对丰度均呈正相关。纯膜MBBR在前缺氧区提高了Candidatus Brocadia型厌氧氨氧化菌富集效率,相对丰度达到1.21%~1.56%,可为主流厌氧氨氧化的稳定实现提供参考。纯膜MBBR结合多级多段设计,具备节地效果好,抗冲击能力高等优势。     

铁氧化物/活性炭对饮用水中Sb(V)的吸附性能及机理

采用液相沉积法制备了铁氧化物/活性炭复合材料(Fe₂O₃@AC),通过单因素实验和正交实验优化了材料的制备条件,使用SEM、FTIR、XRD、XPS等分析方法对材料的形貌和性质进行了表征分析,通过吸附实验探究了Fe₂O₃@AC吸附除锑的效果及影响因素,并进一步对吸附除锑的机理进行了深入探讨。结果表明：最佳制备条件为纯水:乙醇:=4:1,Fe²⁺:Fe³⁺=1:1,总铁浓度为0.594 mol·L⁻¹,制备液pH=1.88。Fe₂O₃@AC吸附除锑的能力较其他金属基材料和活性炭有明显提高,锑原水质量浓度为38 μg·L⁻¹,Fe₂O₃@AC投加量为0.08 g·L⁻¹,吸附平衡后水中锑的去除率达97%,剩余锑质量浓度为1.06 μg·L⁻¹,满足国家饮用水卫生标准要求。微观表征显示铁氧化物颗粒成功负载于活性炭上,且铁氧化物晶体的结构完好。吸附反应符合准二级动力学和Langmuir等温模型,吸附反应以单层化学吸附为主,吸附类型为液膜扩散,颗粒内扩散,质量扩散的叠加形式。吸附方式为共沉淀,及溶解态锑与固相铁氧化物形成络合物,参与反应的官能团为—OH、—COOH、—Fe—OH、—Fe—O—Fe。     

生物质利用方式对富营养水体中碳氮磷含量及其比例的影响

生物质常被添加至富营养水体中以调节碳氮比(C/N),促进脱氮,但不清楚生物质的粒径和投加方式对富营养水体中营养物质浓度和比例的影响。通过机械粉碎制得20~40、40~80、80~160目稻壳颗粒,并选取直接投加和无纺布包裹投加2种投加形式,以不添加稻壳或无纺布包裹砖块作为对照组。以超纯水为水样研究不同粒径和投加方式下稻壳的3 d碳氮磷释放特性;以成都市府河下游河段水样为研究对象,考察了不同粒径和投加方式下稻壳的21 d静态脱氮特性。结果表明,在超纯水中,稻壳释放出COD_Mn(5.5~16.5 mg·L⁻¹)、TP(0.18~0.45 mg·L⁻¹)、TN(0.39~0.95 mg·L⁻¹)、COD_Mn/TN(8.5~19.7)、COD_Mn/TP(27.9~37.5),前四者均呈现出80~160目>40~80目>20~40目的规律,仅COD_Mn和COD_Mn/TN呈现直接投加>无纺布包裹投加的规律。在静态脱氮实验中,21 d后,添加了稻壳的水样COD_Mn含量由28.1 mg上升至71.7~143.0 mg,TP含量由1.2 mg下降至0.2~0.5 mg,COD_Mn/TN由0.9上升至8.5~16.5,COD_Mn/TP由24.2上升至170以上,这4个参数的变化情况与稻壳的碳氮磷释放规律相同;TN含量由30.04 mg下降至7.64~8.68 mg,低于对照组(13.2~13.9 mg),但粒径和投加方式仅对实验初期水中氮的存在形态有影响。粒径决定稻壳的比表面积,投加方式决定稻壳的间隙,并影响微生物的附着效果,进而影响稻壳的碳氮磷释放效果。在实际应用时可根据情况,采用不同的生物质粒径和投加方式,以调节水中营养物质浓度和比例。     

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。     

DOC removal paradigms in highly humic aquatic ecosystems

Background, aim, and scope  Dissolved humic substances (HS) usually comprise 50–80% of the dissolved organic carbon (DOC) in aquatic ecosystems. From a trophic and biogeochemical perspective, HS has been considered to be highly refractory and is supposed to accumulate in the water. The upsurge of the microbial loop paradigm and the studies on HS photo-degradation into labile DOC gave rise to the belief that microbial processing of DOC should sustain aquatic food webs in humic waters. However, this has not been extensively supported by the literature, since most HS and their photo-products are often oxidized by microbes through respiration in most nutrient-poor humic waters. Here, we review basic concepts, classical studies, and recent data on bacterial and photo-degradation of DOC, comparing the rates of these processes in highly humic ecosystems and other aquatic ecosystems. Materials and methods  We based our review on classical and recent findings from the fields of biogeochemistry and microbial ecology, highlighting some odd results from highly humic Brazilian tropical lagoons, which can reach up to 160 mg C L⁻¹. Results and discussion  Highly humic tropical lagoons showed proportionally lower bacterial production rates and higher bacterial respiration rates (i.e., lower bacterial growth efficiency) than other lakes. Zooplankton showed similar δ¹³C to microalgae but not to humic DOC in these highly humic lagoons. Thus, the data reviewed here do not support the microbial loop as an efficient matter transfer pathway in highly humic ecosystems, where it is supposed to play its major role. In addition, we found that some tropical humic ecosystems presented the highest potential DOC photo-chemical mineralization (PM) rates reported in the literature, exceeding up to threefold the rates reported for temperate humic ecosystems. We propose that these atypically high PM rates are the result of a joint effect of the seasonal dynamics of allochthonous humic DOC input to these ecosystems and the high sunlight incidence throughout the year. The sunlight action on DOC is positive to microbial consumption in these highly humic lagoons, but little support is given to the enhancement of bacterial growth efficiency, since the labile photo-chemical products are mostly respired by microbes in the nutrient-poor humic waters. Conclusions  HS may be an important source of energy for aquatic bacteria in humic waters, but it is probably not as important as a substrate to bacterial growth and to aquatic food webs, since HS consumption is mostly channeled through microbial respiration. This especially seems to be the case of humic-rich, nutrient-poor ecosystems, where the microbial loop was supposed to play its major role. Highly humic ecosystems also present the highest PM rates reported in the literature. Finally, light and bacteria can cooperate in order to enhance total carbon degradation in highly humic aquatic ecosystems but with limited effects on aquatic food webs. Recommendations and perspectives  More detailed studies using C- and N-stable isotope techniques and modeling approaches are needed to better understand the actual importance of HS to carbon cycling in highly humic waters.     

煤气化炉渣研究现状及利用技术展望

煤气化技术的应用是我国能源战略的重要一环,但同时也会产生大量的煤气化炉渣,亟需研究可批量消纳的资源化利用技术。煤炭灰分中各种矿物相在气化炉内会随温度发生变化,通过对该变化的研究和总结,描述了煤炭灰分中各种矿物相在气化炉内的物化反应过程,并指出煤炭灰分对煤气化炉渣的最终形态特点具有决定性的影响;对煤气化炉渣中残碳的组成及其变化特点的研究表明,残碳对煤气化炉渣的最终利用途径具有重要影响;此外,通过分析煤气化炉渣利用技术研究现状,指出建材化利用技术和掺烧循环流化床原料技术是目前的主流途径;最后,展望了煤气化炉渣利用技术的发展方向,并提出了煤气化炉渣用于混凝土和水泥原料以及井下回填的技术途径。     

负载型纳米CuO/MnO2催化剂的制备及催化氧化深度处理印染废水

以酸改性凹凸棒土(ATP)为载体,活性炭为添加剂,制备负载铜、锰过渡金属氧化物的凹凸棒土-活性炭催化剂。以印染废水生化处理后出水的COD和色度为处理对象,考察了不同的催化氧化条件,即凹凸棒土与活性炭的比例、pH、H2O2和催化剂的投加量对印染废水深度处理效果,并利用SEM、XRD对催化剂进行表征。结果表明:在室温25 ℃时,催化剂载体中凹凸棒土与活性炭的比例为2∶1,H2O2加入量为理论加入量的2倍,即2.4 mL·L-1,pH值为4,催化剂的使用量为15 g·L-1时,COD和色度的去除率最佳,分别达到93%和90%。扫描电镜结果表明铜、锰以颗粒的形式负载在催化剂的表面,XRD结果表明在催化剂载体表面,活性组分的存在形式为CuO、MnO2。     

中心组合设计制备高比表面铝基核桃果皮多孔碳材料

以农业废弃物核桃青果皮为原料、F127为微结构调控剂、硝酸铝为中心配位离子,通过中心组合设计,螯合辅助共组装策略制备了系列铝基多孔碳材料并对制备参数进行优化分析。选择硝酸铝浓度、铝基复合材料与F127的质量比和碳化温度作为优化因素,研究各因素的不同水平对系列碳材料比表面积的影响。得到制备的最优条件为硝酸铝浓度1 mol·L-1,铝基复合材料与F127质量比为2.5及碳化温度850 °C。在此条件下,制备得到的碳样品的比表面积为1 505.86 m2·g-1,与预测值1 503.77 m2·g-1接近,说明与响应方程模型高度拟合。     

油茶果壳炭对低浓度油烟的吸附行为

利用油茶果壳直接炭化法制备油茶果壳炭,其BET比表面积和孔容积测定结果分别为1 244 m2·g-1和1.02 cm3·g-1,SEM的分析表明,油茶果壳炭含有不同孔径的孔隙和裂缝,有利于油烟这种含有复杂组分污染物分子的吸附作用;等温吸附实验结果表明,低温低油烟浓度有利于油茶果壳炭对油烟的吸附作用,吸附量可达378.79 mg·g-1,其吸附等温线符合Langmuir吸附模型,热力学参数ΔG0、ΔH0、ΔS0均为负值,表明油茶果壳炭对油烟的吸附是一个自发的放热的物理过程。