连续微滤系统膜垢生长过程的模型与模拟

应用分形理论中DLA模型,建立了膜垢分形生长模型。通过改变边界条件和随机粒子产生的几率,得到不同条件下膜垢形成与生长过程的模拟图像;采用显微粒子图像技术,通过量子点荧光示踪剂对不同条件下连续微滤系统膜垢的形态和流场进行同时观测与分析。结果表明,模拟与实验所获得的分形维数相近,该模型能够较好地模拟膜垢形成与生长过程;运用该模型数值模拟分析了流场和悬浮物浓度对膜垢生长过程的影响及其动态变化规律。     

基于给水污泥吸附水溶液中磷的影响因素

以给水污泥为吸附材料,采用正交实验与单因素实验研究了多种因素对除磷效果的影响。正交实验结果表明最佳反应条件为:pH为3,粒径1.98 mm,投加量8.0 g/L,吸附时间24 h。结合SEM/XRD和EDS等表征方法,对给水污泥的表面形貌和结构特征进行表征和分析。Langmuir、Freundlich和D-R等温吸附方程均能较好的拟合给水污泥对磷的吸附特征。在298、308和318 K温度下,Langmuir拟合得到的理论饱和吸附量分别为3.47、3.84和4.39 mg/g。由D-R方程计算的吸附自由能E为10.77~10.83 kJ/mol,表明吸附过程为离子交换吸附。     

入口速度对静电monolith过滤器通道过滤性能的影响

采用单通道理论模型分析了表面带有静电的monolith过滤器通道的过滤性能。重点研究了气流入口速度大小和方向对通道捕获效率的影响,为设计和制造高效率低能耗的monolith过滤器提供理论指导。结果表明:对于直径1 μm以下粒子气流入口速度大小u0的增加会降低通道的捕获效率,当u0>3 m/s时,通道的捕获效率接近于零,对于直径1 μm以上粒子随着气流入口速度u0的增加,通道的捕获效率先减小后增大,出现一个极小值;在保证过滤器流量下,气流入口角度的增大会增加通道对直径1 μm以上粒子的捕获效率,而对直径1 μm以下粒子的捕获效率几乎没有影响。     

改性陶粒对水中卡马西平去除的动态吸附实验及模型

用CTMAB(十六烷三甲基溴化铵)对陶粒进行改性,以卡马西平(CBZ)为目标污染物,研究了吸附去除饮用水中CBZ的性能并探讨了其应用的可行性。通过滤料吸附去除CBZ的动态实验,发现改性陶粒的去除效果优于陶粒。进水CBZ浓度为2 μg·L-1时,改性陶粒对CBZ的去除率最高为50%,陶粒最高的去除率为40%。研究了滤料再生对吸附性能的影响,发现陶粒和改性陶粒对CBZ的去除均随再生次数的增加而降低,改性陶粒的去除效果仍优于陶粒,改性陶粒的使用期限更长久。讨论了修正前后的Thomas模型,推导得到能更准确描述穿透曲线的Thomas模型取值范围。滤料穿透曲线用原始Thomas模型能很好地计算的速率常数kTh和平衡吸附量q0。利用原始Thomas模型也能较为准确地预测滤柱的穿透时间。     

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。     

华北农村水环境污染评价及源解析

近年来,国家相继发布多项重要文件要求整治农村人居环境、建设美丽乡村,但当前针对农村水环境问题研究相对较少,制约了农村环境治理工作开展。选取华北某镇农村河道坑塘,评价农村水环境污染水平、生态风险并进行污染溯源。结果表明,57处调查点位中有1处水体黑臭,但有多处调查点位水体溶解氧在2~3 mg∙L⁻¹、透明度在25~35 cm、氨氮在8~15 mg∙L⁻¹,接近黑臭阈值。仅有约9%的水体全部水质指标均能满足地表水V类要求 (检测指标为18项) ,超标指标主要为pH、COD_Mn、BOD、氨氮、总磷、总氮、粪大肠菌群等8项。底泥总磷、总氮标准指数分别处于中度、重度污染状态,营养盐综合指数属于重度污染状态。底泥存在不同程度的重金属富集,铜、锌、汞、镉、铬、铅、砷、镍等8项重金属的平均浓度是天津土壤背景值的0.45~2.73倍。汞的地累积指数平均值为0.64,为轻度污染;铜、锌、镉、铬、铅、砷、镍等其他7项重金属为清洁状态。汞的潜在生态风险指数约110,为较高生态危害;其他7项重金属生态风险指数均小于80,为轻微生态危害。综合Pearson相关性、主成分及PMF分析,研究区重金属最主要的污染来源是交通源和大气沉降,其次是工业源,最后是农业源。总体来看,研究区水体水质较差,沉积物有重金属轻度富集,其中汞是沉积物生态风险的主要贡献元素。     

基于层次分析法-熵权法的污染地块异味污染物优先度评价方法——以农药类污染地块为例

土壤中异味污染物的风险管控已成为我国农药化工等行业污染地块环境管理的迫切需求。为筛查土壤优先控制异味污染物,研究基于土壤中挥发性异味污染物的迁移、暴露过程和危害效应的系统量化与分析,建立了污染地块异味污染物优先度评价指标体系;采用层次分析法-熵权法确定指标综合评价权重,分析了异味污染物优先度的影响因素,并选取3个农药类案例地块进行验证性评价。结果表明,构成地块异味污染物优先度排序指标体系第二层次的4个准则中,影响程度从高到低为：危害性、迁移性、防护性与暴露性;第三层次15个要素主客观综合权重范围为0.033 6~0.149 6,其中嗅阈值权重最高。案例地块异味污染物基于层次分析法-熵权法的优先度评价等级与基于实测数据通过异味活度值和健康风险影响评价的等级具有一致性。本研究结果可为异味污染地块优先控制异味污染物的筛查提供参考。     

曝气策略对膜面剪切力的影响机制及其优化

曝气冲刷是浸没式MBR工艺不同于常规活性污泥法工艺的关键特征,然而现行规范的曝气系统设计与运行比较粗放,缺乏气泡尺寸模拟优化方法。以可直接观测的工程规模 (500 m³·d⁻¹) 膜生物反应器为研究对象,对穿孔管角度进行了优化研究,并用群体平衡模型(Population Balance Model,PBM)模型模拟污泥混合液不同粘度下的内部气泡分布情况。结果表明：穿孔管角度垂直向下、60°、45°、30°、垂直向上在膜面产生的平均剪切力分别为1.74、1.46、1.19、1.38、1.67 Pa,这表明曝气角度最优为垂直向下。0.3%、0.5%和0.8%浓度的羧甲基纤维素钠(Carboxymethyl cellulose, CMC)下产生的平均剪切力分别是1.51、1.92、2.24 Pa,气泡直径逐渐增大。且气泡尺寸越大、流速越大,分布越均匀。基于0.3%、0.5% CMC的速度实验结果与 PBM模拟结果基本吻合。该研究结果可为MBR技术的工艺优化和系统控制方法提升提供参考。     

面向工业污染源排放的城市大气环境系统韧性评价及其时空演化

关中城市群是西部地区两大城市群之一。在该区域内有较多重污染企业。为探索关中城市群各市大气环境系统的韧性水平,将韧性理念应用于城市大气环境系统,并以工业污染源排放为视角,建立基于风险矩阵理论 (RMA) 与PSR的韧性评价模型,利用基于博弈论的组合赋权法确定PSR权重,并采用Sobol方法对模型进行敏感性分析,实现对关中城市群2018—2020年城市大气环境系统韧性时序演化及空间分布的实证分析。结果表明：非甲烷总烃、甲醇、氟化物及硫化氢属于敏感参数,其中甲醇为高敏感参数;从时间维度看,2019年关中城市群各城市大气环境系统韧性水平普遍高于2018年和2020年;从空间维度看,关中城市群各城市大气环境系统韧性水平呈现出“非均衡不稳定性”,3年中仅有西安、渭南及平凉3市达到高度韧性水平,中低韧性区域占绝大部分。提出相应的区域大气污染控制策略,如加强城市间的经验交流和分工协作、发挥西安的辐射带动作用、实施韧性区分类管理等。本研究可为关中城市群城市大气环境系统韧性建设提供参考。     

pH对BF-MBR工艺处理高强度生活废水的影响

受控生态生保系统中生活废水污染强度大,生物转化后回用于植物培养是废水资源化的有效途径,但面临氮素稳定转化难、碱度消耗较大的问题。以BF-MBR工艺(生物膜耦合膜生物工艺,biofilm-membrane bioreactor)为研究对象,研究了不同pH条件下的好氧硝化性能及硝化动力学,并考察了硝化过程的碱度消耗情况。结果表明,在pH=6.0~7.2内,好氧生物反应器均能获得良好的氨氧化效果,而在pH=6.0~6.5的条件下更有利于全程硝化的维持;氨氧化速率随pH的增加而增大,而亚硝氧化速率在pH 6.6时达到最高;酸性条件下的碱度消耗量远低于碱性条件,而氢氧化钾作为碱液时的消耗量比碳酸氢钾低3.28 g·g^-1。从物料损耗和工艺处理效果综合考虑,硝化系统中最佳的pH可调控在6.4~6.5,此时全程硝化率可达97.8%。以上研究结果可为受控生态生保系统中生活废水处理系统的设计和运行提供参考。