Aeration optimization through operation at low dissolved oxygen concentrations: Evaluation of oxygen mass transfer dynamics in different activated sludge systems

In wastewater treatment plants(WWTPs)using the activated sludge process,two methods are widely used to improve aeration efficiency — use of high-efficiency aeration devices and optimizing the aeration control strategy. Aeration efficiency is closely linked to sludge characteristics(such as concentrations of mixed liquor suspended solids(MLSS)and microbial communities)and operating conditions(such as air flow rate and operational dissolved oxygen(DO)concentrations). Moreover,operational DO is closely linked to effluent quality. This study,which is in reference to WWTP discharge class A Chinese standard effluent criteria,determined the growth kinetics parameters of nitrifiers at different DO levels in small-scale tests. Results showed that the activated sludge system could meet effluent criteria when DO was as low as 0.3 mg/L,and that nitrifier communities cultivated under low DO conditions had higher oxygen affinity than those cultivated under high DO conditions,as indicated by the oxygen half-saturation constant and nitrification ability. Based on nitrifier growth kinetics and on the oxygen mass transfer dynamic model(determined using different air flow rate(Q′_(air))and mixed liquor volatile suspended solids(MLVSS)values),theoretical analysis indicated limited potential for energy saving by improving aeration diffuser performance when the activated sludge system had low oxygen consumption; however,operating at low DO and low MLVSS could significantly reduce energy consumption. Finally,a control strategy coupling sludge retention time and MLVSS to minimize the DO level was discussed,which is critical to appropriate setting of the oxygen point and to the operation of low DO treatment technology.     

城市主要大气污染物时空分布特征及其相关性

为制订合理的大气污染物减排措施,利用中国环境监测总站公布的2015年1-12月299座城市实时发布的环境空气颗粒物（PM_2.5和PM₁₀）及气态污染物（CO、NO₂和SO₂）的质量浓度数据,对其进行了时空分布特征及其相关性研究.结果表明:① 2015年城市环境空气颗粒物污染严重,299座城市的ρ（PM_2.5）、ρ（PM₁₀）年均值分别主要集中在25~60和40~110 μg/m3,年均值达到GB 3095-2012《环境空气质量标准》二级标准的城市所占比例分别仅为24%和38%.② 城市大气污染物浓度具有明显的季节性特征,基本呈冬季>春秋季>夏季的趋势,其中冬季ρ（PM_2.5）、ρ（PM₁₀）、ρ（CO）、ρ（NO₂）、ρ（SO₂）分别为（73±27）（114±42）（1.49±0.61）（36±14）（42±33）μg/m3.③ 高ρ（PM_2.5）和ρ（PM₁₀）主要集中在华北平原,年均值分别为（70±16）（117±22）μg/m3;高ρ（CO）主要出现在山西省,年均值为（1.76±0.48）mg/m3;高ρ（NO₂）主要分布在京津冀、山东省和长江三角洲,年均值分别为（42±6）（39±9）（34±8）μg/m3;高ρ（SO₂）主要分布在山西、山东两省,年均值分别为（54±10）（41±16）μg/m3.④ Pearson相关系数研究表明,我国城市环境空气颗粒物与气态污染物具有较强的复合性,并且具有秋冬季明显强于春夏季的季节性特征.研究显示,我国城市大气污染具有较强的季节性、区域性与复合性,在降低环境空气颗粒物浓度的同时,对气态污染物的削减也不容忽视.      

基于实测的电袋复合除尘器脱除多污染物效果

为了考察电袋复合除尘器脱除多污染物的能力,分别采用US EPA Method 30B方法、DL/T 998-2006《石灰石-石膏湿法烟气脱硫装置性能验收试验规范》、HJ/T 342-2007《水质硫酸盐的测定铬酸钡分光光度法（试行）》、GB/T 16157-1996《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》和国际标准化组织ISO23210-2009《Stationary Source Emissions-Determination of PM₁₀/PM_2.5 Mass Concentration in Flue Gas-Measurement at Low Concentrations by Use of Impactors》对A、B两个燃煤电厂中循环流化床锅炉后的电袋复合除尘器脱除烟气中汞、SO₃、烟尘、PM₁、PM_2.5、PM₁₀六种污染物的效率进行测试试验.结果表明:电袋复合除尘器对烟尘、PM₁₀等颗粒态污染物捕集效率高达99%以上;两个电厂电袋复合除尘器中汞的质量平衡分别为112.05%、72.78%,在70%~130%的允许范围之内;B电厂中电袋复合除尘器进口处烟气中颗粒态汞占总汞含量的比例高达97%,电袋复合除尘器对颗粒态汞的捕集效率达99.93%,对气态汞的捕集效率达86.84%;由于滤袋表面烟尘粉饼具有一定的吸附作用,电袋复合除尘器对SO₃也有一定的捕集能力,A、B电厂电袋复合除尘器对SO₃的脱除效率分别达到90.04%和61.73%,脱除效率可能受到飞灰组分及其吸附能力的影响.研究显示,电袋复合除尘器对循环流化床锅炉烟气中的多污染物具有较高的协同捕集效率.      

菏泽市冬季大气PM2.5和PM10中碳组分来源解析

为研究菏泽市冬季大气颗粒物中碳组分的污染特征和来源,于2016年1月采集菏泽市冬季大气PM_2.5和PM₁₀样品,基于热光反射法分析样品中OC（有机碳）、EC（元素碳）及8个碳组分[OC1、OC2、OC3、OC4、EC1、EC2、EC3和OP（裂解碳）]的含量,并计算得到ρ（Char-EC）（Char-EC为燃料燃烧后固体残渣中的EC）和ρ（Soot-EC）（Soot-EC为燃烧后气相挥发物质再凝结形成的EC）,以定性识别大气颗粒物中碳组分的来源.结果表明,菏泽市冬季大气颗粒物样品中碳组分浓度处于较高水平,PM_2.5中的ρ（OC）、ρ（EC）分别为26.34、9.22 μg/m3,PM₁₀中ρ（OC）、ρ（EC）分别为31.82、10.71 μg/m3.采样期间大气PM_2.5中碳组分（OC、EC、OC1、OC2、OC3、OC4、EC1、EC2、EC3、Char-EC、Soot-EC）浓度与PM₁₀中相应各组分浓度的比值均大于0.5（0.60~0.90）,表明碳组分多集中于细粒子（PM_2.5）.大气颗粒物样品中各碳组分浓度具有明显空间差异,各点位大气PM_2.5和PM₁₀中ρ（OC）均显著高于ρ（EC）（T检验,P < 0.05）.菏泽市冬季大气PM_2.5和PM₁₀中Char-EC/Soot-EC（二者质量浓度之比）分别为10.04、8.00,并且存在显著的空间差异性（T检验,P < 0.05）.PMF（正定矩阵因子分解法）解析结果表明,菏泽市冬季大气PM_2.5和PM₁₀中碳组分来源主要有4类,包括两类柴油车（1类排放的碳组分中以EC2为主,定义为柴油车-1;1类排放的碳组分中以EC3为主,定义为柴油车-2）、汽油车、生物质燃烧和燃煤混合源,对大气PM_2.5中碳组分的分担率分别为13.98%、5.13%、24.47%、41.97%,对大气PM₁₀中碳组分的分担率分别为16.08%、8.21%、18.34%、47.35%.可见,菏泽市冬季大气PM_2.5和PM₁₀中碳的主要来源是柴油车、汽油车、生物质燃烧和燃煤.      

城镇污泥总磷测定条件的优化选择研究

根据住建部要求对(CJ/T221-2005)《城市污水处理厂污泥检验方法》进行修订和完善.依据水中总磷的测定原理,通过过硫酸钾消解后钼酸铵分光光度法对污泥中的总磷进行测定,并对过硫酸钾消解后钼酸铵分光光度法的实验条件,包括污泥样品取样量、过硫酸钾溶液加入量和消解时间进行了优化选择.结果发现污泥样品取样量为0.1 g左右,过硫酸钾溶液加入量为50 mL,消解时间为30 min的条件下,加标回收率在90%~105%之间.结果提示我们进行优化选择的方法能满足实验室的要求,可作为城镇污泥中总磷的测定方法.     

地表空气悬浮颗粒物图像敏感信息智能过滤系统设计研究

在图像过滤系统的设计中,利用当前方法进行过滤系统设计时,没有对图像中敏感信息进行考虑,只是采用基本的方法对图像中全部信息进行过滤,造成信息过滤的准确率较低,且图像质量较差.利用Winsock2 SPI技术对图像敏感信息拦截与过滤进行实现,克服传统过滤系统存在的弊端,提高图像敏感信息过滤准确率的同时,提高了悬浮颗粒物图像的质量,完成对悬浮颗粒物图像敏感信息智能过滤系统的设计.实验结果表明,利用设计的系统有效提高了过滤的准确性与图像的质量.     

气象条件对2013—2015年冬季关中地区空气质量的影响

大气污染是由过度的人为源排放和不利于大气污染扩散的气象条件共同作用的结果,通过探讨天气形势及气象要素与细颗粒物（PM_2.5）的关系,分析气象条件对空气质量的影响,从而为关中地区的环境治理提供有利的参考依据。本文利用NCEP-FNL再分析资料、环境监测资料及有关的降水数据,对2013?—?2015年冬季关中地区空气质量的演变趋势及其与气象条件的关系进行了研究。结果表明：2013?—?2015年冬季关中地区平均PM_2.5浓度分别为159.5 μg???m_?3,74.2 μg???m_?3,101.8 μg???m_?3,呈现出先明显下降然后又回升的趋势。对2013?—?2015年冬季关中地区天气形势的分类分析表明：这三年关中冬季的有利天气形势呈先上升后下降的趋势,能基本解释同期关中地区PM_2.5的演变趋势。有利天气形势不但会使当天的PM_2.5降低,还会使第二天的PM_2.5维持在较低的水平。因此,有利天气形势天数的增加会使冬季的整体PM_2.5 浓度下降;反之,有利天气形势的减少或不利天气形势的持续则会使PM_2.5浓度飙升到很高的水平。此外,风速与每天的PM_2.5浓度呈显著的负相关,可以解释同一天气形势下日平均PM_2.5浓度的变化。降水对污染物有明显的湿清除作用,但降水并不是造成2014年关中地区PM_2.5浓度偏低的主要原因。     

富营养化城市景观水体表观污染下的悬浮颗粒物粒度分布特征

悬浮颗粒物粒度分布特征反映城市景观水体表观污染状况,为研究富营养化城市景观水体表观污染与悬浮颗粒物粒度分布的内在联系及其影响因素,在苏州市市内的典型富营养化河道:枫津河,选取5个代表性取样点,测定水中悬浮颗粒物粒度分布、表观污染指数(SPI)及水质指标,并分析其相关性.结果表明,富营养型水体中悬浮颗粒物具有相似的粒度分布特征,粒度分布存在多峰,且出峰位置大致相同,悬浮颗粒物的粒度分布由多个组分叠加构成.悬浮颗粒物粒度分布最多可分为6个组分,各组分粒径范围分别为1.5μm、1.5~8μm、8~35μm、35~186μm、186~516μm、516μm.组分Ⅲ是优势组分(体积分数均值38.3%~43.2%).组分Ⅲ体积分数与SPI值、Chl-a浓度呈显著正相关,组分Ⅲ体积分数的增大是该类水体表观污染程度加深的粒度结果表征,该组分体积分数的增大主要来自于藻含量增加;组分Ⅳ+组分Ⅴ+组分Ⅵ体积分数在有外源时明显高于无外源时,无外源时组分Ⅳ+组分Ⅴ+组分Ⅵ体积分数与SPI值显著负相关,有外源时组分Ⅳ+组分Ⅴ+组分Ⅵ体积分数与SPI值存在较弱的正相关但未达到显著水平.环境因子(F_v/F_m和DO)和外源因子作用水体主要表观污染物质藻类的含量,进而影响悬浮颗粒物各组分的体积分数和水体表观质量;水动力条件作用悬浮颗粒物粒径,较大水动力使中值粒径增大,对水体表观质量未产生显著影响.     

北京市近地层颗粒物浓度与气溶胶光学厚度相关性分析研究

利用2009年北京市大气颗粒物质量浓度和气溶胶光学特性的同步观测研究发现,北京市城区颗粒物污染严重.PM2.5、PM10年平均浓度分别为(65±14)、(117±31)μg·m-3,均超出国家2016年拟执行环境空气质量二级标准,PM2.5、PM10日均值超标率分别为35%、26%.细粒子PM2.5污染与可吸入颗粒物PM10污染呈显著性相关,相关系数R约为0.90(P<0.001),二者相关性伴随PM2.5在PM10中所占比重自春季到冬季逐渐增大而增强,年均PM2.5占PM10比重为61%.气溶胶光学厚度AOD(500 nm)与气溶胶波长指数(α)年均值分别为(0.55±0.10)、(1.12±0.08).PM2.5、PM10与AOD间全年及各季节均呈显著线性相关,相关系数R≥0.50;但其相关系数与相关函数存在着显著的季节差异,夏秋季节相关性显著高于春冬季节,且全年相关会掩盖较大的季节性系统差异.对PM2.5、PM10数据进行湿度订正,对AOD进行混合层高度订正,PM2.5、PM10与AOD之间的相关性得到一定提升,且更适合指数相关.     

7种树木的叶片微形态与空气悬浮颗粒吸附及重金属累积特征

为揭示树木叶片微形态与吸附空气悬浮颗粒及累积重金属的关系,在淮南市交通繁忙点选择银杏等7种树木进行实验.分析了:①叶片吸附不同粒径空气悬浮颗粒的百分率;②单位叶面积吸附不同粒径颗粒的质量与叶片微形态的关系;③单位叶面积不同粒径颗粒吸附量与重金属累积量的相关性.结果表明,叶片面积小、表皮角质丰富和细胞壁凸凹不平、无表皮毛阻挡、气孔密、气孔口大的树木,属气孔吸附主导型,主要吸附细颗粒物;表皮毛多的树木,属表皮吸附主导型,主要吸附粗颗粒物.7种树木叶片累积重金属除铅外都具显著差异,其中银杏、女贞、香樟对重金属的累积能力较强;7种树木叶片对Cd、Cr、Ni、Zn、Cu这5种重金属及总含量的累积与单位面积吸附的可吸入颗粒量呈正相关,d10与d2.5、d10与d1.0、d2.5与d1.0的相关系数分别是0.987、0.971、0.996,达到极显著水平,d2.5/d10、d1.0/d10、d1.0/d2.5的值分别是0.844、0.763、0.822,表明由交通污染产生的颗粒物主要是细颗粒物.