机械转盘联合超声破解剩余污泥

采用自主设计并制造的机械转盘剩余污泥破解装置对污泥进行破解处理,并联合超声技术以提升破解效果,考察不同运行条件对污泥破解效果的影响,采用响应面法优化处理参数,通过扫描电镜观察破解污泥的细胞形态。实验发现:盘间距离(d)和转盘破解时间(Tm)是影响机械转盘剩余污泥破解液溶解性化学需氧量的增加值(SCOD+)和效能比(EDR)的重要因素;在d=1.5 mm,转速为2300 r·min~(-1)运行条件下破解25 min时SCOD+为3130 mg·L~(-1),破解效果良好。根据Central Composite Design实验设计原理,注重剩余污泥破解的能源利用效率,以SCOD+和EDR为响应指标对机械转盘联用超声破解参数进行优化,当优化条件为d=2.76 mm,Tm=10.89min,Tu(超声处理时间)=17.2 min时,剩余污泥破解液SCOD+=7871.78 mg·L-1,EDR=8.475 mg·L~(-1)·k J~(-1),在相同总处理时间下分别是单独机械转盘法(2610 mg·L~(-1),3.11 mg·L~(-1)·k J~(-1))的3.02倍、2.7倍,单独超声法(3170 mg·L~(-1),3.26 mg·L~(-1)·k J~(-1))的2.48倍和2.6倍。     

间歇低氧曝气下CANON工艺处理生活污水的启动

利用序批式反应器（SBR）接种短程硝化和厌氧氨氧化污泥处理实际生活污水,在间歇低氧曝气条件下实现了CANON工艺的启动。同时,保证适宜的温度和污泥浓度对处理效果及系统的稳定也很重要。该运行模式下,可实现对亚硝酸盐氧化菌（NOB）的抑制淘洗,短程硝化和厌氧氨氧化为主导反应,自养脱氮体系稳定。系统稳定运行后污染物去除效果良好：进水总氮和氨氮质量浓度为63.9 mg·L^-1和62.7 mg·L^-1,出水总氮和氨氮质量浓度为12.3 mg·L^-1和7.6 mg·L^-1,总氮和氨氮去除率为77.8%和86.7%,总氮去除负荷达0.16 kg N·（m³·d）^-1。试验研究为间歇低氧曝气运行模式推广应用于城市污水自养脱氮提供了参考。     

Fe(Ⅱ)活化过硫酸盐氧化破解剩余污泥

采用 Fe(Ⅱ)活化过硫酸盐,产生强氧化性硫酸根自由基(SO₄^-·),以污泥释放的溶解性COD(SCOD)、相对疏水性(RH)和污泥比阻(SRF)为表征,考察了SO₄^-·氧化破解剩余污泥强化脱水的影响因素,并解析了机理。结果表明:当初始pH为4.5,n(S₂O₈^2-)=2.2 mmol·(g VSS)^-1,n(Fe²⁺)=1.32 mmol·(g VSS)^-1,常温下反应3 h后,SCOD由66.5 mg·L^-1增加到472.3 mg·L^-1,RH由26.9%升高到41.1%,SRF由24.9×10⁸ S²·g^-1降低至4.5×10⁸ S²·g^-1;在此基础上利用响应面法,根据Box-Benhnken中心组合试验设计,以SRF为响应指标,优化条件为pH 4.27,n(S₂O₈^2-)=2.6 mmol·(g VSS)^-1,n(Fe²⁺)=1.59 mmol·(g VSS)^-1时,SRF为3.8×10⁸ S²·g^-1,泥饼含水率为72.7%。镜检发现,破解后污泥变为颗粒碎片状;傅里叶红外光谱显示污泥表面官能团对应的特征吸收峰强度有一定程度的减弱;热重分析表明无明显物理吸附水失重区。证实了在SO₄^-·作用下,污泥菌胶团结构破坏,溶胞释放了有机物,使表观疏水性更强,与水结合力明显减弱,脱水性得到了较大提高,有利于污泥减量化应用。     

溶解氧对长距离输水管道水质影响

为保证长距离输水管道输送水水质,采用管道模拟反应器考察了溶解氧（DO）对输水管道水质影响以及曝气充氧后水质恢复情况。结果表明：DO降低影响氨氮（NH₄⁺-N）的去除,DO浓度越低越不利于NH₄⁺-N的去除,且曝气充氧后恢复越缓慢,DO=0.5 mg·L^-1和DO=1.5 mg·L^-1的反应器在运行95 h后,NH₄⁺-N去除率分别由90%降到21%和85%,曝气充氧54 h和3 h后恢复;DO浓度降低导致亚硝酸氮（NO₂^--N）积累明显增加,DO浓度越低,NO₂^--N的积累越严重,且曝气充氧后恢复越缓慢,DO=0.5 mg·L^-1的反应器在运行95 h后,出水NO₂^--N由0.02 mg·L^-1增加到0.354 mg·L^-1,曝气充氧54 h后恢复,DO=1.5 mg·L^-1的反应器在运行32 h后,出水NO₂^--N达到最大值0.112 mg·L^-1,曝气充氧4 h后恢复;DO浓度降低使水中UV₂₅₄升高,DO=0.5 mg·L^-1和DO=1.5 mg·L^-1的反应器在运行2 h后,出水UV₂₅₄分别增加了70.8%和20.8%,均在运行32 h后恢复,且曝气充氧后保持稳定。因此,DO对长距离输水管道水质具有重要影响,可采用DO实现对水质的调控。     

EGSB处理中药废水过程中厌氧颗粒污泥特性变化

通过分析厌氧颗粒污泥粒径分布、机械强度、二价金属含量、胞外聚合物含量等,探讨了EGSB反应器处理中药废水过程中颗粒污泥特性变化。结果表明,在中药废水COD浓度为2000～5000 mg·L^-1、HRT为12 h、T为30℃的条件下,颗粒污泥粒径分布在500～1000 μm之间,完整系数（integrity coefficient,IC）小于20,颗粒污泥EPS总量、蛋白含量、多糖含量分别为85.59、63.67和21.92 mg·（g VSS）^-1,此时颗粒污泥絮凝性良好,机械强度高。当HRT减少为6 h时,IC为30.03,蛋白与多糖的比值增大到6.86,但多糖含量仅为18.11 mg·（g VSS）^-1;而当T降低为20℃时,颗粒污泥粒径分布在250～750 μm之间,IC增大到32.11,Ca²⁺、Mg²⁺、Mn²⁺含量减少 为20.78、4.79和0.94 mg·L^-1,颗粒污泥EPS显著降低,其总量、蛋白含量、多糖含量仅为69.04、58.87和10.17 mg·（g VSS）^-1,在此运行条件下,出现了颗粒污泥的解体、流失,同时出水水质变差。     

生物除磷颗粒污泥去除Pb2+的效能机制

以好氧颗粒污泥的吸附作用和磷酸盐对重金属的螯合作用为基础,采用富含磷酸盐的生物除磷颗粒污泥作为吸附剂来处理含铅废水,考察了不同吸附条件（pH、Pb²⁺的初始浓度、吸附反应时间）下,颗粒污泥对Pb²⁺的去除效果。结果表明,除磷颗粒污泥在pH为4,初始Pb²⁺浓度为150 mg·L^-1时,对铅的去除率最高（为99.9%）;在吸附反应20 min时即可达到吸附平衡。生物除磷颗粒污泥对Pb²⁺的吸附可以用Langmuir模型拟合（R²=0.993）,最大吸附量为49.5 mg·g^-1。其中离子交换和磷酸盐与Pb²⁺的螯合作用对除磷颗粒污泥去除Pb²⁺起到重要作用;傅里叶变换红外光谱（FTIR）测定表明-COOH、-OH、磷酰基等多种官能团也参与了除磷颗粒污泥除Pb²⁺过程。     

聚丙烯酸钠包覆Fe3O4磁性交联聚合物的制备及其对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附性能

采用溶液分散聚合和Ca²⁺表面交联制备了聚丙烯酸钠包覆Fe₃O₄的磁性交联聚合物（CPAANa@Fe₃O₄）,对其进行了XRD、FT-IR、SEM和TGA等表征。以CPAANa@Fe₃O₄为吸附剂研究了CPAANa@Fe₃O₄对水溶液中Pb²⁺、Cd²⁺的静态吸附,考察了溶液pH、吸附剂投加量、金属离子初始浓度对吸附的影响。结果表明：CPAANa@Fe₃O₄在pH 2～6范围内均具有较好的吸附性能,当吸附剂投加量分别为1.0 g·L^-1和1.6 g·L^-1时对初始浓度分别为200 mg·L^-1的Pb²⁺和100 mg·L^-1的Cd²⁺的去除率达到最大,可使Pb²⁺实现达标排放（GB 8978-1996）;CPAANa@Fe₃O₄对Pb²⁺和Cd²⁺的吸附动力学符合准二级模型,吸附等温线符合Langmuir模型,对Pb²⁺和Cd²⁺的最大吸附量分别为454.55 mg·g^-1和275.48 mg·g^-1。将CPAANa@Fe₃O₄用于处理实际电解矿浆废水,发现能有效吸附其中的Pb²⁺和Cd²⁺,具有潜在实用价值。     

介孔Cr(OH)3的制备及其对钒(Ⅴ)离子的吸附性能

以CrCl₃·6H₂O作为铬源,通过添加强碱制备出大比表面积（312.70 m²·g^-1）、高孔隙率（0.48 cm³·g^-1）的介孔Cr（OH）₃,并研究了其对溶液中钒（V）离子的吸附性能,考察了溶液pH、吸附剂用量、吸附温度、吸附时间等条件对吸附效果的影响。结果表明,当溶液pH在2.0~9.0、钒离子浓度为100~500 mg·L^-1时,采用该吸附剂均可实现溶液中钒离子的高效去除。在最优实验条件下,钒去除率接近100%,钒离子浓度可由500 mg·L^-1降至0.81 mg·L^-1。吸附热力学的研究结果表明,Cr（OH）₃对钒离子的吸附过程遵循Langmuir等温吸附;吸附过程符合拟二级反应动力学方程,反应级数为拟二级。     

低有机质污泥投加药剂联合低温热水解及后续厌氧发酵研究

污水厂污泥量日益增加,所含的有机物可用于厌氧发酵产甲烷,但目前多数污水处理厂多为低有机质污泥。本文围绕低有机质污泥投加不同药剂联合低温热水解对污泥溶解性物质变化及厌氧发酵规律的影响情况进行研究。结果表明,投加药剂联合低温热水解不仅有助于有机物[可溶糖、可溶蛋白和TVFA（挥发性有机酸（]的溶出与生成,而且有助于后续厌氧发酵产甲烷。在本实验所研究的低温热水解（污泥含固率为8%,热水解处理温度为90℃,处理时间为24 h）及药剂投加量[NaOH：0.018 g·（g DS（^-1、Ca（OH（₂：0.016 g·（g DS（^-1、CaCl₂：0.0375g·（g DS（^-1]的条件下,有机物溶出与生成的效果为NaOH> Ca（OH（₂> CaCl₂,其中热水解联合NaOH中可溶糖、可溶蛋白和TVFA浓度分别达到3051 mg·L^-1、10686 mg·L^-1和5740 mg·L^-1。对于产甲烷促进效果为NaOH> CaCl₂> Ca（OH（₂,其中投加NaOH后最大累积产甲烷量可达到101.9 ml·（g VS（^-1。     

基于ETS活性的有机物降解与硝化过程中微生物动力学

通过考察有机物生物降解和氨氮生物硝化过程中活性污泥电子传递体系（ETS）活性的变化规律,研究了ETS活性表征污泥生物活性的可行性,结合米门公式分析了有机物生物降解和硝化反应过程生物活性动力学。试验结果表明,活性污泥的ETS活性可以有效地揭示出有机物生物降解和氨氮生物硝化反应的进程,同时对系统受到的有机物和氨氮冲击负荷及硝化过程中碱度的变化有着灵敏的反映,这说明用ETS活性表征污泥的生物活性是可行的;有机物生物降解过程生物活性米氏常数K_s^T=368.9 mg·L^-1,U_m^T=90.9 mg TF·（g TSS·h）^-1,K_s^I=88.42 mg·L^-1,U_m^I=277.8 mg INTF·（g TSS·h）^-1;氨氮硝化过程生物活性米氏常数K_s^T=16.89 mg·L^-1,U_m^T=34.6 mg TF·（g TSS·h）^-1, K_s^I=6.0 mg·L^-1,U_m^I=196.08 mg INTF·（g TSS·h）^-1;生物活性动力学分析进一步验证了进行有机物生物降解的异养菌生长速率高于进行硝化反应的自养型硝化菌。     

木质框架土壤渗滤系统处理养猪废水厌氧消化液的效能

为处理高氨氮、低C/N比的养猪废水厌氧消化液, 构建了具有缓释碳源特性的木质框架土壤渗滤系统(WFSI), 并通过运行测试了进水浓度和表面水力负荷(SHL)对系统处理效能的影响。在SHL为0.2 m³·m^-2·d^-1条件下, 当进水COD和NH₄⁺-N平均浓度分别从152和175.5 mg·L^-1提高到421和788.7 mg·L^-1时, 系统对COD的去除率从52.3%提高到61.2%, NH₄⁺-N去除率从84.2%下降到61.5%, TN去除率从28.6%提高到了33.5%, NH₄⁺-N和TN去除负荷分别达到了75.5和41.7 g·m^-3·d^-1。当SHL提高为0.32 m³·m^-2·d^-1时, 系统仍能维持运行, 但处理效能受到显著影响。在进水COD 和NH₄⁺-N分别为265和465 mg·L^-1左右时, COD、NH₄⁺-N及TN的去除率分别平均为56.5%、53.3%和20.9%。木质填料及其附着层形成的NH₄⁺-N浓度梯度, 可使系统承受较高的SHL的同时获得缓释碳源, 并保护氨氧化细菌免受自由氨毒性。     

纳米腐殖酸基离子交换复合树脂动态吸附-脱附冶金镍镉废水

系统研究了纳米腐殖酸基离子交换复合树脂在多离子共存体系中对Ni²⁺/Cd²⁺的选择吸附性能。以此为基础,通过多柱串联、饱和吸附、洗脱液套用方法完成了对Ni²⁺、Cd²⁺冶金废水资源化治理研究,用扫描电镜(SEM)、红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TG-DTA)、X射线光电子能谱仪(XPS)及N₂吸附-脱附分析仪(BET)等物理手段对复合树脂的微观形貌、化学结构、耐热性、元素组分变化及孔径分布进行表征。研究结果表明:纳米腐殖酸基复合树脂对Ni²⁺、Cd²⁺离子具有吸附速度快[0.55～1.50 mg·(g·min)^-1]、交换容量高(Ca²⁺、Mg²⁺共存体系中对Ni²⁺、Cd²⁺吸附容量分别为139 mg·g^-1和148 mg·g^-1)、选择性能好等优点,回收溶液中镍和镉离子浓度和纯度高(分别为45.15 g·L^-1和 39.17g·L^-1,且C_Ni(Ⅱ)/C_total 0.989,C_Cd(Ⅱ)/C_total 0.994);吸附-洗脱200次后,其物理、化学结构性能稳定;断面形貌变化不明显,交换容量基本不变,可重复使用;比表面积、平均孔径及孔容分别为1189.85 m²·g^-1、30.2 nm 和0.96 cm³·g^-1,热稳定性能好;氮含量从16%降至12%、氧含量由26.49%升至29.96%,交换容量由5.38mmol·g^-1升至6.06 mmol·g^-1。     

ACR在不同进水COD浓度下的产氢性能与菌群结构

以稀释糖蜜为底物,通过厌氧接触式发酵制氢反应器(ACR) 的启动和运行,考察了ACR在不同进水COD浓度下的运行特性。结果表明,当HRT= 6 h,进水COD浓度从 7000 mg·L^-1提升至11000 mg·L^-1时,反应器仍能稳定运行,并维持乙醇型发酵类型。随着底物浓度的增加,系统的比产氢速率从COD 7000 mg·L^-1时的2.43 m³·(m³·d)^-1提高到COD11000 mg·L^-1时的3.51 m³·(m³·d)^-1,而活性污泥的比产氢速率在COD 为9000 mg·L^-1时最高,为10.71 mol H₂·(kg VSS·d)^-1。聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)分析结果表明,产氢发酵产乙醇菌群为ACR系统中的主要产氢功能菌群,且随着进水COD浓度的增加,以Ethanoligenens harbinense YUAN-3为代表的产氢菌群的优势度显著增强,但丙酸发酵菌属Propionicimonas sp. F6也开始富集。     

氧化石墨烯-陶瓷复合纳滤膜的层层自组装制备及其性能

氧化石墨烯（GO）的片层边缘含有 COOH等含氧官能团,因而带负电荷,可以在带正电荷多孔基体上通过层层自组装实现快速沉积。以由3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）修饰的多孔氧化铝管式陶瓷膜为基膜,令GO和聚乙烯亚胺（PEI）以溶液形态在其表面交替沉积实现自组装,继以环氧氯丙烷（ECH）交联之,制备新型氧化石墨烯-陶瓷复合纳滤膜。最佳制备工艺是,PEI浓度5 g·L^-1、pH=9,NaCl浓度0.3 mol·L^-1,GO浓度0.6 mg·ml^-1、pH 4.5,层数2层,ECH用量6.25 ml·L^-1,50℃条件下处理70 min。层数为1～4层的自组装膜在0.6 MPa操作压力下对2 g·L^-1的MgCl₂的截留率分别为90.16%、93.71%、97.54%、92.93%,其中1层自组装膜的渗透通量为21.92 L·m^-2·h^-1。氧化石墨烯-陶瓷复合纳滤膜对4种无机盐的截留率大小为MgCl₂ >MgSO₄ > NaCl >Na₂SO₄,符合典型正电荷纳滤膜的特征。     

吡咯亚胺钒络合物催化制备含功能性乙氧基硅烷聚乙烯

通过二甲基乙氧基硅烷与1,7-辛二烯的硅氢加成反应,制备出一种含功能性基团的极性单体--7-辛烯基乙氧基二甲基硅烷（OEMS）,在吡咯亚胺钒络合物（VCIP）的催化作用下,该单体可与乙烯配位共聚制备含功能性乙氧基硅烷的乙烯共聚物（PE-co-OEMS）。通过高温核磁共振氢谱及碳谱（¹H NMR和¹³C NMR）、高温凝胶渗透色谱（HT-GPC）和热分析（DSC）等测试方法对共聚物的结构和热性能进行了表征。结果显示,当共单体OEMS的投料量增大至60 mmol·L^-1时,共聚反应活性仍可保持在1.2 kg·mmol^-1·h^-1,OEMS单体插入率为1.3%（摩尔分数）;此外,OEMS投料量对于共聚物的分子量（M_w）和分子量分布（PDI）均具有较大的影响,当OEMS投料量为30 mmol·L^-1时,共聚物M_w为16900,PDI为2.1;若继续增大共单体的投料量,共聚物分子量增大且分子量分布变宽。熔点（T_m）和结晶焓（ΔH_c）随着OEMS插入率的增大而降低。在三氟甲磺酸作用下,PE-co-OEMS交联后凝胶含量接近100%。