水介质中微气泡臭氧化处理高浓度甲苯气体

高浓度挥发性有机物(VOC)气体高效处理技术是大气污染控制领域关注的重点。采用微气泡臭氧化在水介质中通过吸收-氧化过程对高浓度甲苯气体进行处理,考察微气泡臭氧化强化甲苯吸收-氧化去除性能、机理以及水介质pH对该工艺处理效果的影响。结果表明,微气泡能够强化甲苯气体在水介质中的吸收过程,氮气/甲苯微气泡在水介质中的甲苯去除率和吸收量均显著高于氮气/甲苯传统气泡,同时氮气/甲苯微气泡通过产生·OH氧化反应,使得平均甲苯氧化矿化率达到40.97%。微气泡臭氧化在水介质中对甲苯气体具有更高效的去除性能,臭氧/甲苯微气泡处理中甲苯平均去除率为97.08%,甲苯可被完全矿化而几乎无中间产物积累,其平均氧化矿化率为88.56%、平均臭氧利用率为82.54%、臭氧投加量与甲苯矿化量比值为1.26,处理性能显著优于臭氧/甲苯传统气泡处理。水介质pH对臭氧/甲苯微气泡处理甲苯气体具有一定影响,不同pH条件下甲苯气体去除率基本相当,但中性条件下甲苯氧化矿化率最高;碱性和酸性条件下甲苯氧化矿化率有所下降。微气泡臭氧化为高浓度VOC气体高效处理提供了新的解决途径。     

三维多孔碳海绵催化臭氧氧化有机染料

针对目前催化臭氧氧化催化剂效率较低、易损失等缺点,通过高温煅烧制备了三聚氰胺碳海绵,以廉价易得的三聚氰胺泡沫直接碳化制备出柔性碳海绵,探讨其在催化臭氧氧化降解印染废水反应中的应用潜力;采用SEM观察、比表面积测定、傅里叶红外光谱和X-射线光电子能谱对碳化前后泡沫进行了表征,探讨了碳化前后泡沫微观结构的变化与催化降解印染废水性能与机理。结果表明：氮气氛围下高温煅烧获得了兼具微孔/介孔结构的三维碳骨架,为催化反应提供充分暴露的活性位点和高效的传质通道;在催化臭氧氧化染料的过程中,973 K下制备的碳泡沫呈现出最为优异的催化活性,显著高于均相臭氧氧化和常规活性炭催化臭氧氧化;自由基捕获实验表明催化过程由羟基自由基(·OH)所主导,超氧自由基(·O₂^-)则发挥了次要作用;富含多孔结构的碳海绵对于活性自由基的生成起到了积极贡献,从而在实际印染废水处理中具有良好的降解性能。研究为开发低成本的三维碳材料用于催化臭氧降解有机污染废水提供了新思路。     

MFC-电催化膜反应器中PPy-PVDF/碳纤维膜的污水处理性能

为解决膜分离技术在水处理中存在膜污染和高能耗的问题,通过电氧化聚合法将聚吡咯(polypyrrole,PPy)沉积在PVDF/碳纤维膜上,制备高活性的PPy-PVDF/碳纤维膜;研究不同沉积时间对电催化膜催化活性的影响及微电场环境对PPy-PVDF/碳纤维膜污染的影响;并构建MFC-电催化膜反应器,测试反应器在处理污水时的产能效果。结果表明,恒电位(0.8 V)聚合10 min时,PPy₁₀-PVDF/碳纤维膜的催化活性最高,PPy的最佳沉积密度为0.75 mg·cm⁻²。抗污染通量测试结果表明,在0.4 V·cm⁻¹的微电场下,PPy₁₀-PVDF/碳纤维膜的稳定通量(317 L·(m²·h)⁻¹)比无电场时(212 L·(m²·h)⁻¹)提高了约49.5%,说明MFC-电催化膜反应器中的微电场可以有效减缓膜污染。在MFC-电催化膜处理污水的过程中,反应器对COD去除率高达96%以上;反应器产能最大功率密度为166 mW·m⁻³,与空白PVDF/碳纤维膜(产能密度为99 mW·m⁻³)相比提高了约67%。PPy₁₀-PVDF/碳纤维膜在MFC-电催化膜反应器表现出较高的污染物去除率、能源回收效率及对膜污染的有效控制。     

基于物化生化耦合的污水深度脱氮除磷新工艺

为了解决常规污水处理技术无法进行完整的硝化反硝化过程,污水厂出水中氨氮、总氮、总磷偏高以及运行成本较高的问题,以某污水厂排水为研究对象,通过物化与生化耦合,构建化学催化生物耦合床(CCBF)脱氮系统,研究CCBF系统对污水厂排水中氨氮、总氮、总磷和COD的去除效能。结果表明：当DO为5.5~6.0 mg·L⁻¹、RT为8 h、C/N为1.5∶1时,CCBF可将${rm{NH}}_4^{+} $-N从48.5 mg·L⁻¹降至4.58 mg·L⁻¹、TN从51.2 mg·L⁻¹降至6.5 mg·L⁻¹、TP从6.6 mg·L⁻¹降至0.48 mg·L⁻¹、COD从78.5 mg·L⁻¹降至33 mg·L⁻¹,去除率分别达到89.5%、85.7%、92.5%和57.9%;污水经处理后,氨氮、总氮、总磷、COD均达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)一级A排放标准。利用Eckenfelder方程对系统脱氮过程进行模拟,求得${n_{{rm{NH}}_4^ +{text{-}} {rm{N}}}} $=0.314 76,n_TN=0.282 21,${K_{{rm{NH}}_4^ +{text{-}} {rm{N}}}} $=0.128 02,K_TN=0.218 59,与水力负荷为0.000 8~0.007 m³·(m²·min)⁻¹的常规生物处理相比,系统内部生物量充足、活性高,物化与生物耦合强化效果明显。     

工业化规模超声波预处理对不同固体浓度污泥厌氧消化性能的影响

针对活性污泥厌氧消化水解速率慢的问题,通过工业化规模超声波反应器对不同固体浓度污泥开展了破解研究。采用粒径分析及溶解性COD、蛋白质和多糖浓度监测的方法研究了超声波破解前后污泥物理化学特性的变化;评估了超声波破解对污泥厌氧消化产甲烷潜力及有机物降解规律的影响。结果表明：工业化规模超声波破解不同固体浓度污泥后,污泥粒径均有所降低,而溶解性COD、蛋白质和多糖的浓度均有增加;超声波对污泥的破解程度与破解时间和固体浓度有关,其随破解时间增加而增加,随污泥固体浓度增加而减弱;超声波破解固体浓度2%和4%的污泥30 min后,累积甲烷产率分别提升41.2%和30.2%,当破解时间和固体浓度进一步增加时,污泥甲烷产率无明显变化。本研究结果可为超声波破解污泥技术的工业化应用提供参考。     

缺氧及厌氧环境下厌氧氨氧化菌的衰减系数

衰减系数是表征微生物增长的重要动力学参数,与所处环境密切相关。采用基质利用速率测定方法,以厌氧氨氧化工艺中最常见的厌氧氨氧化菌(Candidatus Brocadia)为对象,探讨了其在缺氧(${rm{NO}}_2^ - $-N、${rm{NO}}_3^ -$-N)及厌氧环境下的衰减系数。结果表明：基质利用速率测定方法可有效避免由于其他细菌的衰减而引起的实验误差;缺氧(${rm{NO}}_2^ - $-N、${rm{NO}}_3^ - $-N)及厌氧环境下厌氧氨氧化菌的衰减系数依次为0.035 2 d⁻¹、0.025 7 d⁻¹和0.051 2 d⁻¹,相比于其他自养菌,厌氧氨氧化菌的衰减系数较小。在进行污泥保存时,维持${rm{NO}}_3^ -$-N的缺氧环境有利于厌氧氨氧化菌活性和数量的保存。     

两级自养反硝化实现垃圾渗滤液的深度脱氮

针对目前生物工艺难以解决垃圾渗滤液深度脱氮的问题,探究了短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化(两级自养)工艺处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液的脱氮效果。结果表明, 当进水垃圾渗滤液中氨氮平均浓度为2 560 mg·L⁻¹,COD值为4 000~5 000 mg·L⁻¹时,经过短程硝化反硝化-厌氧氨氧化处理后,总氮去除负荷可达1.19 kg·(m³·d)⁻¹、总氮去除率可达93.1%(出水TN=176.3 mg·L⁻¹)、COD去除率可达52.2%。但是,厌氧氨氧化反应器出水中${rm{NO}}_x^{-} $-N浓度为154.5 mg·L⁻¹,仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L⁻¹)。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水${rm{NH}}_4^{+} $-N、${rm{NO}}_2^{-} $-N、${rm{NO}}_3^{-} $-N平均浓度分别为1.9、0.6、9.7 mg·L⁻¹,TN≤15 mg·L⁻¹,进水总氮去除率为99.5%。在短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化两级自养深度脱氮反应系统中实现了垃圾渗滤液深度脱氮。     

低碳排放的生物絮凝中试系统污染物去除特性及污泥EPS变化

用中试规模生物絮凝工艺处理含化学絮凝剂的生活污水,分别研究了HRT和进水SS对生物絮凝系统污染物去除特性、剩余污泥产量、污泥特性和温室气体排放的影响。结果表明：生物絮凝系统对COD、TN和TP有较好的去除效果,且污染物去除效果受进水SS影响较大;生物絮凝系统平均污泥产量和平均有机物产量最高可达 53.63 kg·d⁻¹和21.14 kg·d⁻¹;污泥胞外聚合物EPS浓度和PN/PS均与有机负荷呈反比;化学絮凝剂通过影响PN/PS和EPS浓度,可间接影响污泥的沉降性能;生物絮凝系统与AAO工艺相结合,可降低50.12 g·m⁻³温室气体的排放。因此,生物絮凝工艺可为污水处理厂节能降耗运行奠定基础,有望得到广泛应用。     

SMAD-BBR组合工艺在高浓度洗涤废水处理中的应用

针对当前化工行业洗涤废水COD高、毒性强、表面活性剂多导致难处理难降解的问题,以青岛市某化工厂生产车间的设备清洗废水为对象,在实验室小试的基础上,设计并建立了处理规模为2.0 m³·d⁻¹的SMAD-BBR组合工艺系统用于处理该洗涤废水。经过4个月的现场调试运行,研究了SMAD-BBR组合工艺对洗涤废水的处理效果。结果表明：SMAD-BBR组合工艺能够有效地降解该化工厂的清洗废水,其中COD去除率为99.1%、NH₃-N去除率为95.6%、TP去除率为82.5%;在稳定运行期间水质波动较大时,出水仍能稳定达标,表明组合工艺具有较强的抗冲击负荷能力;通过增加BBR曝气区中的MLSS,从而提高了生物量,使洗涤废水在曝气处理时泡沫严重的情况得到了有效的解决;经计算,SMAD-BBR组合工艺处理洗涤废水,每年可为该化工厂节约140×10⁴元。通过分析可知,SMAD-BBR组合工艺在处理洗涤废水方面有良好的应用前景。     

地表水环境遥感监测关键技术与系统

介绍了地表水环境遥感监测的关键技术与系统及其典型应用,其代表性机理模型和应用示范成果主要来自于中国科学院遥感与数字地球研究所的高光谱遥感团队在最近几年中取得的一些研究进展,主要包括建立了基于改进双峰法的水体分布自动化遥感提取方法,实现了简单、高效和高精度的水体提取;提出了大型湖泊长时序水量估算方法,并以青藏高原湖区为例,重建了典型湖泊面积、水位和水量序列;发展了基于“软分类”的典型内陆水体叶绿素a浓度反演方法,构建了基于生物光学模型的高度浑浊水体悬浮物浓度遥感反演半解析方法,提高了反演方法的区域和季节适用性;构建了基于水色指数的大范围湖库营养状态和透明度遥感监测方法,实现了全球大型湖库营养状态遥感监测,以及全国大型湖库透明度遥感监测;在此基础上,开发了地表水环境遥感监测系统,提高了水环境遥感监测效率,促进了卫星遥感在水环境监测中的高精度业务化应用。