基于数值模拟的SCR脱硝反应器流场优化

为优化选择性催化还原(SCR)脱硝反应器的流场，采用了组合优化方案；在反应器入口处设置多孔板，在反应器内部设置渐扩口式、格栅式、弧板式共三种导流板；采用计算流体力学(CFD)进行数值模拟获得反应器内部流场，进行对比研究。研究发现：多孔板孔距与孔径比为1.2时，压降较小且能获得较好的流场均布性能；基于反应器结构特点设计的导流板能获得较好的优化效果；催化剂具有流场均布能力，催化剂多层布置可有效改善第一层之后的床层流场，但同时会增大压降；通过组合导流方案，第一层催化剂床层的流速相对标准偏差(RSD)从7.16%降为2.51%,并改善了湍动能的耗散。研究结果对SCR反应器的导流件设计具有一定指导意义。     

浸油生物质厌氧消化产甲烷的最佳投料周期探究

厌氧消化需要保持在较高甲烷产量的前提下连续产气,本研究使用浸油生物质进行厌氧消化,在最佳厌氧消化实验条件下采用间歇式进料的方式,分别设置在产甲烷初期、最高期、下降期及末期进行投料,考察各个投料阶段对厌氧消化产甲烷的影响。结果表明:比较理想的间歇式进料周期为产甲烷下降期的第35 d,其甲烷产量比添加原料前提高了39.9%,产气总量为3 496.165 m L。     

ABR-生物接触氧化法处理果汁废水实验分析

厌氧式折流反应器(Anaerobic Baffled Reactor,简称ABR)是一种新型高效厌氧反应器,具有工艺技术简单、建设投资费用低、运行管理方便、固液分离效果好、出水水质好、运行稳定可靠、对有毒物质适应性强等优点,是一种极具开发应用前景的废水生物处理新技术。ABR最大的特点是在反应器中设置上下折流板而在水流方向上形成依次串联的隔室,从而使其中的微生物种群沿长度方向的不同隔室实现产酸和产甲烷相的分离。该反应器具有结构简单,截留污泥能力强,系统处理效果稳定,运行管理方便等优点。分析了ABR及ABR与其它工艺的联合在果汁废水处理方面的应用。     

3种内筒溢流型溶气罐结构改进设计方案的溶气性能对比分析

溶气罐是溶气释放式微气泡发生系统的关键设备,其中内筒溢流型溶气罐具有结构简单、成泡粒径小等优点.提出了3种内筒溢流型溶气罐的结构改进设计方案,并对其在不同操作参数下的溶气性能进行了对比分析.为克服通过测量释气量间接表征溶气量所带来的系统误差,建立了在线带压测量溶解氧的方法,并以空气在水中溶解量的变化率(即溶气效率)来直接表征溶气罐的溶气性能.结果表明:溶气效率随气液比和溶气压力的增大而增加,随液位比的升高而减小;在相同气液比、液位比及溶气压力下,气液切向进口加螺旋导叶片型溶气罐的溶气效率最高.采用响应曲面法对溶气性能相对最佳的内筒溢流型溶气罐的操作参数进行优化,预测最高溶气效率为72.43％时的最佳操作参数为:气液比为0.25,液位比为0.36,溶气压力为0.26 MPa.所得回归模型预测值与实测值的相对误差为0.87％,表明该模型可较好地分析和预测溶气罐的溶气性能.     

流态对生物添加强化硝化效果的影响

在15℃、相同氮负荷和添加强度条件下运行SBR和CSTR以对比分析两种典型流态(推流式和完全混合式)对硝化菌添加强化硝化效果的影响.结果表明,添加期间,SBR中氨氧化速率(AUR)和亚硝酸盐氧化速率(NUR)分别为添加前的2.34和2.39倍,停止添加后又分别降为添加前的2.01和1.78倍;添加期间CSTR中AUR和NUR分别为添加前的2.63和2.44倍,停止添加后又分别降为添加前的1.48和1.31倍.荧光原位杂交结果显示,添加期间,SBR中氨氧化菌(AOB)和亚硝酸盐氧化菌(NOB)的个数百分比分别为添加前的2.67和2.71倍,添加停止后,又分别降至原来的2.14和1.95倍;CSTR中AOB和NOB分别为添加前的2.91和1.77倍,但在添加停止后CSTR中AOB和NOB分别降至添加前的1.25和1.50倍.因此,硝化菌添加期间,两种流态的添加效果接近,但是在添加停止后,由于流态对硝化菌中K-决策者(Nitrosospira、Nitrospira)和r-决策者(Nitrosomonas europaea、Nitrobacter)的选择作用,添加的硝化菌在完全混合式条件下比推流式条件下更容易被系统淘汰.     

长期暴露下纳米TiO2对厌氧颗粒污泥体系稳定性的影响

以厌氧颗粒污泥为研究对象,通过静态试验和连续流厌氧反应器,重点研究了长期暴露下纳米TiO_2在对厌氧产甲烷体系的影响及其在颗粒污泥中的归趋.结果表明,短期急性暴露于150 mg·g-1(以VSS计)的纳米TiO_2尽管会暂时减缓产甲烷速率,但产酸阶段及产甲烷阶段代谢产物总量不会明显受到影响,纳米TiO_2对厌氧颗粒污泥具有较低的急性毒性.反应器运行结果表明,纳米TiO_2的长期暴露可导致挥发性脂肪酸(VFAs)积累及生物气产量降低,产酸菌比产甲烷菌对纳米TiO_2的累积效应更加敏感,纳米TiO_2抑制机制可归因于"物理遮蔽"作用.出水中TiO_2的平均含量只有0.632 mg·L~(-1),绝大多数纳米TiO_2都被截留在了反应器中.FISH检测表明,厌氧颗粒污泥微生物的菌群结构有所变化,纳米TiO_2在反应器内的积累使得甲烷八叠球菌的丰度大幅增加了115.6%,其优势地位明显增强.长短期暴露试验的结果对比也说明,用短期暴露试验来说明纳米颗粒对厌氧体系的长期累积效应具有一定局限性,纳米TiO_2对厌氧颗粒污泥中微生物的负面影响需要较长时间的积累才会显现.本研究结果可为厌氧污水处理体系中纳米颗粒的潜在生态风险评价提供理论支持和参考依据.     

厌氧氨氧化启动过程及微生物群落结构特征

采用UASB反应器以体积比1∶2接种实验室培养的具有厌氧氨氧化(ANAMMOX)功能的厌氧污泥和城市污水厂的好氧污泥,耗时17 d成功启动ANAMMOX反应,启动阶段分为菌体水解期、活性提高期和稳定运行期.稳定运行后,逐步提高反应器容积负荷富集厌氧氨氧化菌,当容积负荷由0.10 kg·(m~3·d)~(-1)增至0.44 kg·(m~3·d)~(-1)时,总氮(TN)去除负荷也随之由0.09 kg·(m~3·d)~(-1)提高到0.42 kg·(m~3·d)~(-1),反应器污泥逐渐由浅红色加深,粒径大于0.2 mm的污泥所占比例由10.90%增至38.37%.采用高通量测序对接种污泥和负荷提高期的污泥进行检测,其中绿曲挠菌门(Chloroflexi)、变形菌门(Proteobacteria)、WWE3门、放线菌门(Actinobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)等占据主导.随着厌氧氨氧化菌富集程度的增大,脱氮功能菌中的变形菌门所占比例逐渐减少,从21.60%降至14.20%,而浮霉菌门随之增多,相对丰度由0.73%升至15.50%.当反应器的容积负荷增到0.44 kg·(m~3·d)~(-1)时,浮霉菌门中,Candidatus Brocadia属、Candidatus Jettenia属和Candidatus Kuenenia属是主要菌属,Candidatus Brocadia属占13.40%,是主要的厌氧氨氧化菌属.     

去除城市生活污泥中有机络合态金属强化其厌氧生物制气

为提高城市生活污泥厌氧消化沼气产率,本文考察了通过金属络合剂EDTA预处理污泥,以去除城市生活污泥中有机络合态金属,强化其厌氧生物制气的效果.结果表明,经EDTA预处理去除金属后的污泥(实验组)较未预处理的污泥(对照组)的有机络合态金属含量减少[(5.09±0.57)%~(1.37±0.20)%,以TS计],溶解性有机质显著提高(SCOD提升627%),暗示该预处理方法能够极大地去除有机络合态金属并强化污泥有机质的溶出.通过测定污泥有机质溶出表观活化能发现,实验组污泥有机质溶出表观活化能比对照组降低36%,表明预处理能够有效降低有机质溶出反应的能量壁垒.污泥厌氧发酵研究发现,在16d的污泥厌氧产酸实验中,实验组VFAs浓度高于对照组,较对照组最大提升42%;在22 d的污泥厌氧产甲烷测试实验(BMP)中,实验组单位有机质累积甲烷产量比对照组增加48%,表明EDTA预处理对提高污泥厌氧消化产沼气具有重要的作用.通过进一步产沼气动力学研究发现,实验组的产沼气限速步骤在产甲烷阶段,而对照组限制于水解阶段,表明经EDTA预处理能有效地破除城市生活污泥厌氧消化过程的水解限速.     

高含固污泥厌氧消化中Fe/S及pH对原位抑硫效率影响及其交互作用

以城市污水处理厂高含固污泥为对象,分别进行了连续厌氧消化抑硫试验和消化污泥Fe(Ⅲ)投加抑硫试验,探讨不同Fe/S(摩尔比)对污泥厌氧消化中溶解态硫化物去除效率的影响以及Fe(Ⅲ)与pH的交互作用.结果表明,热水解污泥厌氧消化采用原位抑硫技术,在Fe/S(摩尔比)为7.75时沼气中H_2S含量可由170.4×10~(-6)降至14.09×10~(-6),无需进行后续处理;当pH为7.00~7.50、Fe/S为1~11时,pH为原位抑硫主要显著影响因子,提高消化池pH有利于降低Fe(Ⅲ)投加量;高含固污泥厌氧消化沼气满足H_2S利用标准时,所需最低Fe/S为7.0;当消化池pH低于7.30时,将无法通过调节Fe/S实现H_2S浓度达标排放.     

采用颜色空间表征ANAMMOX启动与冲击过程

厌氧氨氧化(ANAMMOX)是一种高效、节能的脱氮技术,但是其启动过程和稳定状态的表征目前仍缺乏一个简单易行的方法.针对这一问题,在水质分析的基础上,采用颜色空间重点监测ANAMMOX启动过程中污泥的颜色变化,并借助高通量测序技术对微生物菌群的种类和数量等进行分析.结果表明:(1)根据水质特征,整个启动过程可分为活性迟滞期、活性增强期、负荷提高期、稳定运行期.与此同时,HSV、CIELAB颜色空间的指标,整体上呈现先降低后升高的趋势,然后保持稳定.污泥颜色的变化与水质的变化以及分子生物学特征中优势菌群的变迁一致,因此,三者之间具有相关性,进而表明,采用颜色空间可对ANAMMOX启动过程进行准确表征;(2)当遇到高负荷引起的冲击时,H、S、a~*、b~*、C_(ab)~*等指标与总无机氮(TIN)容积去除速率均呈现降低的趋势,而H_(ab)出现了突升,但均能准确反映出系统的冲击特性.提出了基于颜色空间表征ANAMMOX启动各阶段的方法并建立了一套冲击过程指标体系,为颜色空间在ANAMMOX系统中的应用提供了理论基础.