Influence of the composition of the initial mixtures on the chemical composition,physicochemical properties and humic-like substances content of composts

The influence of the proportion of C- and N-rich raw materials (initial C/N ratio) and bulking agent on the chemical functional groups composition, humic-like substances (HS-like) content and physicochemical properties of composts was assessed. To achieve these goals, seven initial mixtures (BA1–6 and C1) of dog food (N-rich raw material) were composted with wheat flour (C-rich raw material). Composts were analyzed in terms of chemical functional groups, physicochemical, maturity and stability parameters.The C-rich raw material favored the formation of oxidized organic matter (OM) during the composting process, as suggested by the variation of the ratios of the peaks intensity of FT-IR spectra, corresponding to a decrease of the polysaccharides and an increase of aromatic and carboxyl-containing compounds. However, although with high proportion of C-rich raw material, mixtures with low initial C/N seems to have favored the accumulation of partially oxidized OM, which may have contributed to high electrical conductivity values in the final composts. Therefore, although favoring the partial transformation of OM into stabilized HS-like, initial mixtures with high proportion of C-rich raw material but with low initial C/N led to unstable composts.On the other hand, as long as a high percentage of bulking agent was used to promote the structure of biomass and consequently improve of the aeration conditions, low initial C/N was not a limiting factor of OM oxidation into extractable stabilized humic-like acids.     

Application of an aerosol electrical mobility spectrum analyzer: Charged-particle polarity ratio measurement in the Antarctic and Arctic regions

An aerosol electrical mobility spectrum analyzer (AEMSA), developed at Hanyang University, was employed to investigate the particle charge characteristics in the Antarctic and Arctic regions. The particle charge characteristics in these areas were compared with the charging state in Ansan, South Korea, located in the midlatitude, where artificial factors, such as human activity, urbanization, and traffic, might result in a higher total concentration. Furthermore, in Ansan, South Korea, the charged-particle polarity ratio was very stable and was close to 1. However, notably different particle charge characteristics were obtained in the Antarctic and Arctic regions. The imbalance between the numbers of positively and negatively charged particles was evident, resulting in more positive charges on the atmospheric particles. On average, the positively charged particle concentrations in the Antarctic and Arctic areas were 1.4 and 2.8 times higher, respectively, compared with the negatively charged particles. The developed AEMSA system and the findings of this study provide useful information on the characteristics of atmospheric aerosols in the Antarctic and Arctic regions and can be further utilized to study particle formation mechanisms.     

基于卫星数据识别臭氧生成高值区的方法及其应用

近年来,我国臭氧污染问题逐步显现。为持续推动京津冀及周边、汾渭平原等重点区域环境质量改善,生态环境部实施了“千里眼”计划,构建了大气污染网格化监管体系。2020年,针对夏季臭氧污染问题,开展了臭氧生成高值区识别研究,向重点区域生态环境部门、监督帮扶现场工作组推送环境异常信息,为打赢蓝天保卫战提供了重要支撑。利用哨兵-5卫星数据,结合企业清单、用电数据、历史污染源检查问题等数据,通过RFM模型综合挖掘识别臭氧生成高值区。结果表明：京津冀和汾渭平原的大多数城市地区和工业集聚区属于VOCs控制区或VOCs-NO_x共同控制区;该方法推送的臭氧生成高值区问题率为65.3%,高出整体问题率21.5个百分点;高值区内企业发现问题率为27.1%,高出非高值区3.7个百分点,提升了2020年夏季臭氧污染防治监督帮扶的工作成效。高值区问题率、高值区内企业问题率和推送次数有关,实践结果表明,经过重复推送,高值区内企业问题率呈先升后降的规律,企业问题率拐点时间与企业整改完成周期有关。该方法对于以包装印刷、工业涂装为主导的产业集群,应用效果较好。

     

南四湖表层沉积物中砷赋存特征及污染评价

为了解南四湖表层沉积物中砷（As）的赋存与分布特征及污染状况,分别采用王水消解-原子荧光法和Tessier修正连续提取法分析59个表层沉积物样品中As含量及其赋存形态,并利用次生相与原生相比值法和风险评价编码法进行As污染与生态风险评价。结果表明：南四湖表层沉积物中总砷（TAs）含量为8.81~25.14 mg/kg,平均值为（18.06±5.26）mg/kg,高于山东省土壤As背景值和黄河干流沉积物As背景值;各形态As平均含量依次为残渣态（17.30 mg/kg）>腐殖酸结合态（0.31 mg/kg）>铁锰氧化态（0.30 mg/kg）>离子交换态（0.05 mg/kg）=水溶态（0.05 mg/kg）>碳酸盐结合态（0.04 mg/kg）>强有机质结合态（0.004 mg/kg）;各湖区均以残渣态As为主,可提取态As仅占TAs的4.46%。次生相与原生相比值法评价结果表明,南四湖沉积物中As均为清洁水平;风险评价编码法评价结果表明,南四湖沉积物整体上无生态风险,但约有28.8%的采样点沉积物中As处于轻度生态风险。

     

低C/N进水城镇污水厂低溶解氧运行效能及微生物变化

低C/N进水污水厂通常需要外加碳源以保障脱氮除磷效能,运行费用高。本研究以摆脱低C/N污水处理对外碳源依赖及降低运营成本为目的,依托山东省某城镇污水厂(A²O工艺)开展基于低DO调控策略的污水厂综合效能研究。结果表明,在长期低DO运行策略下,污水厂逐渐停止外加碳源,在硝化液回流比由370%逐渐降至90%的过程中,TN平均去除率由76.3%提升至82.9%,且除磷效率有所提升。对好氧区氮平衡进行分析发现,在低DO运行条件下,好氧区NH₄⁺-N的转化逐渐以短程硝化和同步反硝化作用为主。微生物宏基因组学结果表明,在低DO条件下,NOB丰度由0.15%下降至0.06%,而具备反硝化功能的PAOs与GAOs的总体丰度由2.06%升高至3.57%。长期低DO、无外加碳源运行条件下,脱氮效能的显著提升主要由于好氧区短程硝化和同步反硝化作用的比例升高所致。低DO对AOB抑制作用小,对NOB抑制作用显著,导致NO₂⁻-N的积累,保障了脱氮效能;PAOs与GAOs利用厌氧期储存的内碳源在好氧区反硝化脱氮,提升了脱氮效能;而内碳源利用率的提升又促进了PAOs的生长,提升了除磷效能。此外,污水厂低DO运行策略下,节省了运营成本,吨水处理费用降低了0.3元。     

基于曝气方式控制的碳捕获预处理黑水部分亚硝化工艺

短程硝化是短程生物脱氮工艺的前提与难点,通过曝气控制实现短程硝化具有操作灵活、成本低等优点。本文采用序批式活性污泥反应器,对比分析了高氧持续曝气、间歇曝气和低氧持续曝气3种曝气方式实现碳捕获预处理黑水短程硝化的效果和微生物群落结构的差异。结果表明：相对于高氧持续曝气和间歇曝气,低氧持续曝气工况亚硝态氮累积率(NAR)更高,出水NO₂⁻-N/NH₄⁺-N更接近厌氧氨氧化进水的水质要求;高氧持续曝气工况能逐步洗脱Nitrospira,同时提高AOB和Nitrobacter的相对丰度;低氧持续曝气工况显著降低了Nitrobacter的相对丰度,但低DO条件下AOB丰度降低并出现了Nitrospira。以上研究结果表明,针对碳捕获后的黑水,采用高氧持续曝气与低氧持续曝气交替组合运行的控制策略有助于实现更好的短程硝化效果和运行稳定性。     

零价铁与甲醇支持的生物-化学法去除富氧水中的硝酸盐氮

针对富氧水中硝酸盐氮（NO3--N）,采用零价铁（ZVI）和甲醇支持的生物-化学联合法开展了批实验研究,探讨了ZVI类型、CH3OH：N比、初始溶解氧（DO）浓度、初始NO3--N浓度和水温等5个因素对联合法除氧脱氮效果的影响。结果表明,ZVI的除氧能力由高至低依次为：ZVI-C（0.124 d）>ZVI-A（0.141 d）>ZVI-B（0.179 d）。ZVI支持的联合法NO3--N去除率由高至低依次为：ZVI-A（99.6%）>ZVI-C（95.3%）>ZVI-B（92.2%）。CH3OH：N≤3.5：1时,联合法去除3--N;CH3OH：N=10：1时,去除100%的NO3--N;CH3OH：N=200：1时,去除70.2%的NO3--N。当初始DO浓度介于3.6~5.3 mg/L之间时,联合法的NO3--N去除率介于98.8%~99.6%之间。在任意时刻,低底物浓度（5.2 mg/L）时的NO3--N去除率低于高浓度（21.1 mg/L）时的去除率;低底物浓度下完全脱氮所需时间比高浓度下长2 d。15.0℃时联合法需要7 d可以达到完全脱氮,然而在27.5℃时则需要5 d。低温时亚硝酸盐氮浓度最大值（4.4 mg/L）显著高于高温时的最大值（1.1 mg/L）。ZVI类型、CH3OH：N、初始NO3--N浓度和水温显著影响联合法的脱氮效果,而初始DO浓度对联合法的影响不大。     

混合液回流比对改良A2O工艺效果的调控作用

考察了不同混合液回流比(Ri)条件下,改良A2O工艺的效果.COD去除率受Ri的影响较小,Ri=200%、300%和400%时的COD去除率分别为83.3%、79.9%和84.3%.氮的去除率受其影响明显.不同Ri所引起的缺氧池硝态氮负荷以及实际水力停留时间的变化,使得TN和NH3-N的去除率呈现相互制约的关系.此外,硝酸盐作为反硝化除磷过程的电子受体,Ri为200%和300%时,其浓度较高,对应的TP平均去处率可分别高达73.3%和85.3%;而缺氧池硝酸盐浓度相对较低时(Ri=400%),TP平均去处率仅为54.4%.应对不同进水水质情况对系统脱氮除磷效率提出的要求,可选择适当的Ri,协调工艺对TN、NH3-N以及TP的去除能力,同时,满足较高出水标准的要求.     

升流式生物膜反应器中CANON工艺处理中低浓度氨氮废水的快速启动

为了实现中低浓度氨氮废水情况下CANON工艺的快速启动和稳定运行,在升流式生物膜反应器中,通过调控水力停留时间、溶解氧和回流比,研究进水氨氮浓度为200 mg·L⁻¹时CANON工艺的快速启动过程。结果表明：1~17 d,污泥处于驯化阶段,HRT为12 h,DO控制在0.1~0.2 mg·L⁻¹,50%的回流比满足污泥上升流态;18~60 d,HRT逐步缩短至8 h,DO控制在0.3~0.5 mg·L⁻¹,回流比增大至150%,AOB和 ANAMMOX在该阶段成功富集,填料上初步形成生物膜;61 d时,HRT缩短至6 h,加大回流比至200%,溶解氧控制在0.3~1.0 mg·L⁻¹,系统启动加速,此时,进水氨氮负荷增加至0.795 kg·(m³·d)⁻¹;运行至第93天,氨氮和总氮平均去除率分别达到95%和82%,ANAMMOX完成挂膜,CANON工艺成功启动。高通量测序结果显示,在整个启动过程中,优势菌群AOB和ANAMMOX的丰度呈增长趋势,启动完成时,生物膜中AOB占比19.46%,ANAMMOX占比22.49%,分别属于Brocadiaceae和Nitrosmonadaceae。CANON系统集成絮体、颗粒和填料挂膜3种污泥形态为一体,实现了在中低浓度氨氮废水中的高效稳定运行。     

微电解耦合固相反硝化脱氮除磷效果及微生物分析

为提高低碳氮比污水中氮、磷的去除率,通过铁碳微电解耦合固相反硝化系统强化生物脱氮除磷的效果,分别考察了HRT、DO、pH对耦合系统中氮、磷去除效果的影响,并对铁碳颗粒(FC)、固体碳源颗粒(CC)和悬浮污泥(SS)的微生物群落结构进行了分析。结果表明：当进水C/N=1.5时,耦合系统的最佳运行参数为HRT=4 h、DO=2.0 mg·L−1、pH=7.0;此时${{\rm{NH}}_4^ + }$-N、${{\rm{NO}}_3^ - }$-N、TN、TP的去除率分别为95.63%、93.48%、94.72%、99.10%。高通量测序分析结果表明：在门水平上,3个样本(FC、CC、SS)中的优势菌门为Proteobacteria、Actinobacteria和Bacteroidetes,其中具有反硝化脱氮功能的Proteobacteria在FC、CC、SS中分别占样本总数的72.66%、67.43%、68.66%;在纲水平上,SS中Alphaproteobacteria的相对丰度显著高于FC和CC,FC中的Gammaproteobacteria的相对丰度显著高于CC和SS,CC中的Gemmatimonadetes相对丰度明显高于FC和SS,生物除磷主要发生在CC中;在属水平上,Gemmobacter在FC、CC、SS中的相对丰度分别为25.50%、23.64%、32.53%,对异养反硝化过程起到重要作用。以上结果有助于提高对微电解-自养/异养反硝化除磷耦合系统中微生物生态学的理解。