人工河流沉积物中磷的分布特征及其形态研究：以肇兰新河为例

以黑龙江省肇兰新河流域为研究对象,在调查区域水质和沉积物基本理化性质的基础上,采用SMT化学提取方法分析流域内表层、柱状沉积物中磷形态及含量,明确了人工河流沉积物各形态磷的空间分布特征。结合上覆水与沉积物理化性质,探讨了影响人工河流沉积物磷形态及释放因素。结果表明,肇兰新河流域内水体TP均值为2.61 mg·L⁻¹,属于劣V类水体。沉积物的TP为692.91~2 197.87 mg·kg⁻¹,整体处于中度污染水平。沉积物中Fe/Al-P含量占比较高。通过相关性分析发现,上覆水中ORP是影响OP、Fe/Al-P迁移的重要环境因子,沉积物中TC、OM、Fe含量是影响OP含量的重要因素。作为一条典型人工河流,肇兰新河流域磷污染负荷严重,相比自然河流形态结构单一,缓冲能力和纳污能力较弱。本研究可为了解人工河流沉积物磷形态及其含量,并进行流域污染防控提供参考。     

低进水浓度CASS工艺沿程污染物去除特征及微生物群落变化

南方部分城镇污水浓度偏低,而循环式活性污泥法(CASS)能较好地处理低浓度污水,处理性能与微生物群落特征密切相关,但鲜有研究涉及其沿程微生物群落结构变化。本研究选取广东省某CASS城镇污水厂作为典型案例,分析其沿程污染物去除特征和微生物变化,从微生物学角度探讨污染物的去除机理。结果表明：低进水浓度CASS生化池沿程耗氧有机物(以COD计)、TN、NO₃⁻-N、TP主要在污泥选择区被吸附降解,进水1 h COD和TP值降至最低,NH₄⁺-N主要在主反应区被氧化降解,生化池可去除污水中56.42%的耗氧有机物(以COD计)、41.71%的TN、77.78%的NH₄⁺-N、99.59%的TP。生化池主要优势菌门有变形菌门、拟杆菌门、绿弯菌门和浮霉菌门,变形菌门是影响微生物多样性变化的关键菌门。属水平上,进水1 h选择区Zoogloea、Aeromonas和Thauera丰度较高,主反应区Nitrospira丰度较高;进水结束选择区Nitrospira丰度较高,主反应区Terrimonas和Lactobacillus丰度较高;沉淀1 h选择区Thauera丰度提高,主反应区Nitrosomonas丰度较高,主要发生氨氧化;闲置结束选择区脱氮菌类型多丰度高,主反应区Sulfuritalea、Haliangium、Zoogloea丰度较高。沿程功能性微生物丰度变化与污染物浓度变化相对应。NO₃⁻-N对微生物群落结构的塑造影响最显著(解释度为38.92%)。氮代谢途径表明沿程主反应区均发生全程硝化反硝化,选择区均发生短程硝化和全程反硝化,除进水1 h外,其余阶段选择区的反硝化功能基因丰度均比主反应区高。     

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。     

改性HDPE填料的制备及对MBBR脱氮除磷效果的强化

为解决传统填料亲水性差、挂膜速度慢等问题,对高密度聚乙烯(HDPE)填料进行亲水改性并改善填料的挂膜性能及在移动床生物膜反应器(MBBR)中的应用效果,用浸涂的方式将纳米SiO₂、聚乙烯醇(PVA)、聚多巴胺(PDA)等材料涂覆在HDPE填料表面,对改性后填料进行接触角、SEM、FT-IR和XPS表征以及MBBR挂膜启动实验,研究化学需氧量(COD)、氨氮(NH₃-N)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果以及对填料挂膜时间、生物膜量、蛋白质和多糖含量的影响。结果表明：改性后,填料接触角由94.82°降至 60.1°,填料亲水性明显增强;填料表面出现褶皱,粗糙度增加;上述材料成功负载在填料表面并引入了亲水基团且未改变填料基本结构;填料挂膜时间由25 d提前至16 d,挂膜时间提前了9 d,COD、NH₃-N、TN、TP去除率分别达到94.9%、95.4%、83.5%、71.6%,与改性前比分别提高了9.3%、6.7%、13.7%、11.5%;填料的生物膜量是改性前的1.57倍,从27.35 mg·g⁻¹提高到42.87 mg·g⁻¹,其中蛋白质和多糖的含量分别从改性前的6.48 mg·g⁻¹和3.38 mg·g⁻¹提高到8.83 mg·g⁻¹和5.82 mg·g⁻¹,分别为改性前的1.36倍和1.72倍。由此可以看出,表面涂覆可以提高HDPE填料的亲水性,改性后的HDPE填料可以缩短在MBBR中的挂膜时间及强化对COD、NH₃-N、TN、TP的去除效果。本研究结果可为HDPE填料亲水改性的深入研究及在MBBR中的实际应用提供参考。     

活性赤泥颗粒吸附除磷的效能与机制研究

以赤泥为主要原料,进行活化处理后,以粉煤灰为激发剂,膨润土（皂土）为黏结剂,碳酸氢钠为发泡剂制成不同配比的9种活化赤泥颗粒。将9种新型的活化赤泥颗粒吸附材料通过L₉（3⁴）正交试验进行对比,比较其对水体中磷的去除效果。结果表明,以吸附8 h后磷的吸附量为评价标准,在磷初始浓度为6.0 mg/L,pH为8.0时,配方8的赤泥颗粒对磷的吸附量为1.0 mg/g,对磷的去除率约为83.7％;而配方3的赤泥颗粒对磷的吸附量仅为0.1 mg/g,对磷的去除率约为7.2％。通过红外光谱法和XRD（X-衍射）对2种焙烧赤泥颗粒吸附材料的理化特性进行了表征和比较,发现焙烧后赤泥颗粒表面产生带有-OH官能团,可与磷酸根在溶液中发生配体交换反应而实现吸附。赤泥比例是影响吸附效果的关键因素。     

模拟酸雨对磷酸二氢钾钝化污染土壤Cu、Cd、Pb和P释放的影响

以磷酸二氢钾(PDP)钝化后的重金属污染土壤为研究对象,通过室内土柱淋溶实验,考察在pH为3.5、4.5和5.6的模拟酸雨作用下土壤Cu、Cd、Pb和P的释放特征。结果表明:PDP处理较对照处理显著增加了淋出液中pH、电导率(EC)和总有机碳(TOC)含量,但不同pH模拟酸雨对对照和PDP处理淋出液pH、EC和TOC含量影响较小。对照处理中,正磷酸盐含量维持在较低水平(0.02~0.13 mg·L-1);PDP处理下,正磷酸盐含量在1~3 L和4~12 L分别是《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)五类水标准(总磷含量0.4 mg·L-1)的55.1~819倍和9.46~46.6倍,对地表水表现出较大的富营养化风险。PDP处理较对照处理显著降低了淋溶初期淋出液中的Cu、Cd和Pb含量,但是随模拟酸雨pH降低,对照和PDP处理的土壤淋出液中Cu、Pb含量均未表现出显著差异。因此,PDP处理能够显著钝化污染土壤中的Cu、Cd和Pb,但需关注酸雨淋溶下过量磷释放对地表水富营养化的潜在风险。     

加气混凝土砌块吸附初期径流中磷的效果与机制

为发掘具有高效除磷性能的新型基质,提高人工湿地处理初期径流能力。选用废弃的加气混凝土砌块（加气块）作为实验材料,通过吸附动力学、吸附等温线实验及磷形态分析实验等探究其对磷的吸附机制,并将其作为基质应用于人工湿地中处理初期降雨径流,与传统基质砾石作对比,考察湿地除磷效果。结果表明：吸附过程随时间呈现快速吸附、缓慢平衡的特点,且可用准二级动力学方程拟合;吸附过程中溶液的pH、Ca2+浓度均随时间增加而升高;Langmuir吸附等温方程相较于Freundlich可更好地描述加气块对磷的等温吸附过程,最大吸附容量（Qm）为4 170.71 mg·kg-1;吸附主要是以Ca-P形式的化学吸附,且不易解吸。加气块湿地除磷效果明显优于砾石湿地。因此,将加气块应用于湿地处理初期经流,能有效提高湿地除磷能力。     

厌氧-接触氧化工艺二级出水混凝除磷

为解决厌氧-接触氧化工艺处理生活污水除磷效果欠佳的问题,采用聚磷硫酸铁（PPFS）对该工艺二级出水进行混凝除磷实验研究。考察了PPFS投加量、初始pH值、温度、浊度以及与助凝剂（聚丙烯酰胺）复配对除磷效果的影响。研究表明,PPFS可有效降低出水TP浓度,当投加量为40 mg·L-1时,TP浓度能从3.71 mg·L-1降至0.34 mg·L-1左右,满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A排放标准限值（TP≤0.5 mg·L-1）。利用PPFS对生物除磷工艺二级出水进行化学除磷是一种有效、可行的选择。     

回流立式组合人工湿地处理生活污水的效果

针对目前我国农村存在的生活污水随意排放问题,构建了一种安装方便、工艺简单的回流立式组合人工湿地系统用于处理生活污水,研究其对污染物质的去除效果和过程,及不同基质（砾石、陶粒、火山石）间污染物质去除的差异。结果显示,回流立式组合人工湿地系统对COD、NH4+-N、TN、TP的去除率分别高达95%、99%、53%、57%,其中COD、NH4+-N的去除过程符合一级动力学模型。不同基质组湿地对生活污水处理效果存在显著差异（P4+-N、TN的去除效果较好,火山石组对COD、TP去除效果较好,可分别作为人工湿地脱氮除磷的优先选择。结果表明,回流立式组合人工湿地去除能力好、占地面积小、操作方便,是一种具有广阔发展前景的农村污水处理技术。