碳中和趋势下数学模拟在污水处理系统中的发展与综合应用

数学模拟技术在污水处理方面被广泛应用,为了系统总结相关技术,本文回顾了污水处理系统中数学模拟技术的发展历程;综述了活性污泥模型(ASM)与机器学习(ML)在水质预测及参数工况优化领域中的应用;重点探究了污水处理系统中温室气体排放模型,以及多目标优化模型在污水处理系统中温室气体排放(GHG)、出水质量(EQI)和运行成本(OCI)的权衡问题;归纳了数学模拟技术在实现污水厂能量自给与资源回收的应用发展.研究结果表明数学模拟技术能准确预测出水水质、快速优化工艺参数、权衡温室气体排放、出水水质与运行成本之间的关系、以及提高资源回收效率等.因此,数值模拟技术可有效指导污水处理工艺的运行优化以及管理,为污水处理行业减污降碳协同增效提供技术支撑.     

液态水氢键结构的拉曼光谱研究进展

总结了近年来将拉曼光谱应用于液态水氢键结构的研究进展,分析了温度、压强和电解质对于水团簇氢键网络结构的影响。改变水的温度和压强或加入不同电解质,将会对水的氢键作用产生影响,并改变水分子团簇结构。通过拉曼光谱可以观察到水分子间振动频率的变化,从而推断液态水氢键结构的变化。     

基于文献分析的我国人工湿地植物配置路线优化

人工湿地由于投资费用低、净化处理效果好、景观性强被广泛应用于水环境污染修复中,但缺乏完整的针对不同条件的人工湿地植物配置的规范化路线。采用文献检索分析方法,对中国知网210篇人工湿地文献中的465个植物组合数据进行筛选与分析,并根据分析结果构建了人工湿地单物种确定、组合搭配、系统搭建、景观配置、空间配置的植物配置优化路线,提出了每个配置步骤的技术内容与供选植物清单。单物种确定中,提出将菖蒲、 美人蕉、 芦苇、香蒲、鸢尾5种水生植物作为主要功能植物;组合搭配中,根据进水营养盐浓度确定植物的组合方式;系统搭建中,补充不同类型水生植物或冬季水生植物;景观配置中,根据花色、花期、植株高度及观赏特性补充水生植物;空间配置中,从营养盐去除效果、景观效果、人工湿地系统生物多样性、抗水力冲刷能力4个角度配置水生植物。该植物配置路线可为人工湿地设计中植物配置的规范化提供参考。

     

生态湿地技术在非点源污染控制中的工程应用

内江包谷湾梯级湿地工程旨在示范利用生态湿地技术控制农村非点源污染.建设了三块梯级表流湿地,总占地面积4100 m2.旱季及水量较少时通过泵站循环补水,雨季停用泵站,收集周边径流雨水,泵站总循环补水量900 m3/d,湿地停留时间1 d.主要污染物设计去除率如下:NH3-N为20％～40％,COD为30％～50％,BOD...     

挺水植物浮岛水质净化模拟

针对地表水生态系统环境治理与生态保护的实际需求,植物修复技术作为成本较低和适用范围较广的生态修复技术,水生植物类型及配置模式对水质净化功能需系统探讨。为解决微污染水体人工湿地水质净化问题,以美人蕉、千屈菜、香蒲、鸢尾和慈姑5种挺水植物及不同配置模式开展水质净化功能研究,筛选水质净化优势植物基础上探讨不同温度下污染物去除效果。结果表明：水生植物在30 d试验周期内对氨氮 (NH₄⁺-N) 的去除率均大于95%;对总氮 (TN) 和总磷 (TP) 的去除率最高的为美人蕉和千屈菜,其中对TN去除率为60.2%、57.8%,对TP去除率最高为66.3%和73.2%;慈姑因植株枯萎掉落下来进入水体,导致植物向水体释放氮磷,释放率分别为18.7%和43.0%;鸢尾组出现根部腐烂状态,并出现反硝化和TP释放。组合植物试验中,鸢尾与美人蕉、千屈菜的组合对污染水体的净化效果要明显优于香蒲与美人蕉、千屈菜组合,适合运用到湿地等生态修复措施治理微污染水中。水质净化优势植物美人蕉在不同环境温度下净水效能研究表明,低温 (5~10 ℃) 条件下TN平均去除率显著降低,对COD的降解速率影响较小,环境温度20~25 ℃条件下美人蕉对微污染水体COD、NH₄⁺-N、TN和TP的去除效率显著高于低温环境;常温环境下复合浮岛植物根际填料样品的细菌群落多样性高于低温环境,常温环境样品中变形菌门 (Proteobacteria) 为优势菌门,低温环境中优势菌门为绿弯菌门 (Chloroflexi) 。     

腐殖质对人工湿地反硝化及功能微生物的影响

腐殖质广泛存在于人工湿地等环境中,研究典型腐殖质(腐殖酸、富里酸)对人工湿地反硝化性能的影响,对人工湿地脱氮性能的强化有重要意义。文章通过傅里叶变换红外光谱技术对2种腐殖质进行表征,测试腐殖质不同浓度(0 mg/L;FA=1、25 mg/L;HA=1、10 mg/L)影响下典型周期内NO₃^--N、NO₂^--N、TN随时间的变化规律,结合微生物群落组成,阐明腐殖质对人工湿地反硝化性能的贡献。结果表明,FA、HA均含有醌基,且FA中C=O、C=C特征峰面积大于HA;水质的时间沿程规律结果表明,FA、HA可显著提升NO₃^--N去除率,且TN去除率顺序为FA-1>HA-10>HA-1>FA-25>CG;微生物结果表明,加入FA、HA后,反硝化优势菌门变形菌门Proteobacteria与优势菌属陶厄氏菌属Thauera相对丰度均有所提升,结合FAPROTAX功能预测结果显示出更强的脱氮潜能。