电化学沉淀/复合黏土吸附法回收黄水中的营养盐

为了回收黄水中的氮、磷营养盐,构建电化学鸟粪石沉淀反应装置,试验结果表明,当电流密度为2.5 mA/cm^2时,磷回收速率及总回收率都为最高,反应4 h时磷回收率达到97.2%,沉淀产物中鸟粪石晶体的纯度为95.7%;氨氮去除率随电流密度的升高而增加,但电化学沉淀法对氨氮的最大去除率仅为21.6%。利用改性凹凸棒-膨润土复合黏土对电化学沉淀后黄水中的氨氮进行吸附,发现其对氨氮的吸附过程更符合拟二级动力学模型,对氨氮的平衡吸附量可达到15.30 mg/g。扫描电子能谱分散显微镜(SEM-EDS)分析表明,从实际黄水中回收的产物多为棱柱状晶体,晶体表面杂质较多,且含有一定量的钾型鸟粪石。     

动态中温厌氧消化液进行鸟粪石回收磷的试验研究

磷元素是一种十分宝贵的矿产资源,面临着日益短缺的局面,而采用活性污泥法工艺会产生大量富含氮磷的剩余污泥。通过在实验室搭建连续式进泥的动态中温厌氧消化处理污泥系统,探究利用鸟粪石结晶法回收系统产出的厌氧消化液中氮磷的优化反应条件,可为实际生产中厌氧消化液的氮磷资源化工艺参数设计提供理论依据。动态试验分为第Ⅰ阶段(氮磷物质的量之比为5.4∶1)和第Ⅱ阶段(氮磷物质的量之比为7.8∶1),当镁磷物质的量之比为1.1∶1时,初始消化液(不加碱液)p H值在7.7以上,鸟粪石纯度可以达到84%。通过投加碱液调节p H值后,消化液的氮磷去除率会随着p H值上升而增高,而鸟粪石纯度并没有明显变化。     

超声强化污泥释磷及MAP法磷回收优化研究

为提高剩余污泥的磷释放与回收效果,采用超声强化EDTA-厌氧处理后的剩余污泥释磷,并以鸟粪石(MAP)结晶法回收上清液中的磷,探究超声对磷释放的影响,同时确定了最佳超声工作参数,采用响应曲面法构建MAP法磷回收的二次多项式模型并验证了模型的适用性。结果表明,超声可以强化污泥中磷的释放,最佳超声工作参数如下:声能密度为1.0 W/m L、超声时间为40 min,在最佳工作参数下可向液相释放60%的TP,TP、PO34--P浓度分别达到未超声处理的1.6倍和1.4倍;经超声后污泥上清液中TP增加量与MLSS、MLVSS减少量呈正相关关系,每溶解1 mg的MLSS向上清液中释放0.010 1 mg的TP;磷回收的最优工艺条件:nMg/nP=2、pH值=9、搅拌时间为21 min,此时磷回收率为89.29%,回收的晶体产物主要成分是磷酸铵镁,其纯度为77.56%,且相比未超声,该条件下的回收量提高了30%。     

活性污泥促进尿液水解回收鸟粪石研究

为了回收利用尿液和活性污泥中的氮、磷等营养物,首先对尿液中尿素的水解特性进行了监测,对脲酶和活性污泥促进尿素水解的效果进行了研究,发现当脲酶和活性污泥的投加量分别为4.0 mg/L和3.73 g/L时,可使尿液中尿素在2 d内完全水解。对两种方法水解后的尿液开展了以鸟粪石形式回收氮、磷的试验,发现当以Mg/P值(物质的量之比)=1.4投加镁源时可有效回收尿液中的磷,回收率达到99%。对所得沉淀物利用XRD技术和化学元素分析方法进行了检测,发现两种沉淀物中鸟粪石含量在95%左右,纯度均较高。利用活性污泥促进尿液水解并以鸟粪石形式回收氮、磷等营养物可同时作为剩余污泥处置的一种方法。     

污水强化除磷工艺的现状与未来

对强化生物除磷工艺的基本概念、外加碳源的作用、脱氮除磷的关系、环境影响参数进行了阐述,并介绍了聚磷菌菌群研究的最新进展。最后探讨了如何通过生产鸟粪石(MAP)实现磷元素回收,并围绕污水除磷和回收磷这一课题,提出了研究方向。     

纳米MnO_2在二价阳离子溶液中的沉积动力学

纳米MnO_2作为一种常见纳米锰氧化物对重金属有着良好的去除效果。为加深纳米MnO_2在水体中迁移和归趋的理解,采用耗散型石英晶体微天平技术(DQCM),考察了纳米Mn O_2在二价阳离子(Ca~(2+)和Mg~(2+))溶液中,在代表性水环境界面(SiO_2)上的沉积动力学以及大分子有机物对纳米MnO_2沉积的影响。结果表明,纳米MnO_2在两种二价阳离子溶液中的沉积行为均符合经典DLVO理论模型,沉积速率随着阳离子浓度的升高而加快,且Ca~(2+)比Mg~(2+)更能促进纳米MnO_2的沉积。大分子有机物对纳米MnO_2的沉积动力学有较大影响,牛血清白蛋白(BSA)可以增强纳米MnO_2在SiO_2表面的相互作用并抑制纳米MnO_2的凝聚,促进纳米MnO_2的沉积;海藻酸钠在纳米MnO_2表面的吸附层产生的位阻斥力可以增强其稳定性,大幅度降低纳米MnO_2的沉积速率。当有大分子有机物存在时,在较高的二价阳离子浓度范围内,纳米MnO_2的沉积速率会随着阳离子浓度的升高而降低,主要是由于分子架桥作用。这为理解纳米MnO_2在水环境中的迁移行为提供了理论基础,对其应用于实际饮用水工程具有指导意义。     

城市污水厂侧路回收磷技术研究与工程示范

针对污水厂生物除磷效率不高,普遍采用生物除磷辅以化学除磷的方式,研究采用二沉池污泥侧路厌氧释磷,释磷污泥重新回到曝气池,释磷后的上清液进行磷回收,不仅提高了生物除磷效率,同时回收了宝贵的磷资源。分别考察了释磷时间、p H值、反应时间、物料配比等因素对磷回收的影响,结果表明,厌氧释磷的最佳停留时间为4 h,回收磷酸铵镁的最佳药剂组合为Mg Cl2和氨水,物料的最佳配比n(N)∶n(Mg)∶n(P)=5∶1.6∶1,最佳p H值=10,最佳搅拌速率为400 r/min。在太原市2×104m3/d的开发区污水处理厂建立了侧路回收磷系统,通过对所得沉淀产物进行电镜扫描及能谱分析,可知斜方型晶体为目标产物鸟粪石,产物中夹杂无明显晶形的未知物质;示范工程的生物除磷效率提高了20%,回收磷酸铵镁量为400 kg/d。     

从部分水解尿液中同步回收磷资源与电能

部分水解尿液获取方便,而鸟粪石是一种优质的含磷缓释肥,具有较高的经济价值,故以部分水解尿液为研究对象,试图在镁空气燃料电池平台上实现高纯度鸟粪石回收并保留尿液中的大部分尿素。尿液水解度理论计算和磷回收实验的结果共同表明,10%的尿液水解度能够提供足够的铵盐、碱度和缓冲能力,有利于鸟粪石沉淀的生成。镁空气燃料电池经过60 min的反应后,收集到的沉淀产物中鸟粪石(包括钾型鸟粪石)占比为94.92%,此时对尿液中PO₄^3--P的去除率可以达到95.86%,尿液中95.74%的初始尿素得以保留,并且每处理1 m³的尿液能够同时回收0.044kW·h的电能。因此,部分水解尿液可在镁空气燃料电池中实现高纯度鸟粪石沉淀和电能的同步回收。     

套筒式反应器处理实际污泥水的试验研究

采用曝气吹脱提高碱度法促进鸟粪石在套筒式反应器中结晶以去除实际污泥水中的氮和磷,分析了其效果及存在的问题。连续188 d的运行结果表明,在气水比为30∶1条件下套筒式反应器可同步去除实际污泥水中的氮和磷,但去除效果有限,对NH+4-N和PO3-4-P的平均去除率分别为26.8%和55.7%,且其去除率呈现逆向的变化趋势。其原因在于套筒式反应器中存在大量的悬浮和附着态氨氧化菌(AOB)。尽管如此,采用该反应器仍可从每吨污泥水中回收232g纯度为92%的鸟粪石,因此可在一定程度上达到回收资源的目的。     

除磷系统剩余污泥中营养元素的快速释放及回收

除磷系统的剩余污泥在浓缩、储存及后续的处理过程中均可能引起磷的释放,释放的磷往往导致正在运行的污水处理厂的磷负荷超标,最终引起出水磷的不稳定排放。针对此问题,在分析生物除磷系统剩余污泥化学特性的基础上,探讨除磷剩余污泥中营养元素的快速释放条件及磷回收效果。采用两个平行反应器,其中一个作为控制反应器,另一个添加表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS),在中温厌氧条件下对剩余污泥进行水解,并对水解产物中的营养元素在室温、pH值为9.5、搅拌转速为400 r/min的条件下进行鸟粪石回收。结果表明:生物除磷系统的剩余污泥具有磷含量高、磷释放快速、氮释放缓慢的特点;添加SDS不仅可以促进污泥水解过程中磷和氮的释放,而且对回收鸟粪石有积极作用;综合考虑水解产物中的氮、磷浓度及其比值和水解的时间成本,建议快速水解条件为添加SDS且水解24 h。     

脱水滤液中Mg2 、PO43-和NH4 浓度对鸟粪石形成的影响

以污泥脱水滤液为研究对象,考察了按照等化学计量比改变Mg2 、PO43-和NH4 的初始浓度、单独改变NH4 初始浓度和单独改变Ca2 初始浓度对鸟粪石回收效果的影响.结果表明在按照等化学计量比改变Mg2 、PO43-和NH4 初始浓度的条件下,对Mg2 、PO43-和NH4 的回收率均随其初始浓度的增大而提高;保持Mg2 和PO43-浓度均为5.00 mmol/L,当NH4 的初始浓度提高到12.00 mmol/L时,约有90%的PO43-参与了鸟粪石的生成;Ca2 不仅可与Mg2 争夺PO43-而占据鸟粪石晶体赖以继续生长的活性位,而且还能与H2PO4-争夺OH-,抑制H2PO4-向PO43-转化并参与生成鸟粪石,同时造成对NH4 的回收率降低.     

脱水滤液中Mg2+、PO43-和NH4+浓度对鸟粪石形成的影响

以污泥脱水滤液为研究对象,考察了按照等化学计量比改变Mg^2＋、PO4^3-和NH4^＋的初始浓度、单独改变NH4^＋初始浓度和单独改变Ca^2＋初始浓度对鸟粪石回收效果的影响.结果表明：在按照等化学计量比改变Mg^2＋、PO4^3-和NH4^＋初始浓度的条件下,对Mg^2＋、PO4^3-和NH4^＋的回收率均随其初始浓度的增大而提高;保持Mg^2＋和PO4^3-浓度均为5.00 mmol/L,当NH4＋的初始浓度提高到12.00 mmol/L时,约有90%的PO4^3-参与了鸟粪石的生成;Ca^2＋不仅可与Mg^2＋争夺PO4^3-而占据鸟粪石晶体赖以继续生长的活性位,而且还能与H2PO4^-争夺OH^-,抑制H2PO4^-向PO4^3-转化并参与生成鸟粪石,同时造成对NH4^＋的回收率降低.     

天然有机物氯消毒副产物的生成及影响因素研究

根据台湾自来水厂现场操作现状,以水体中典型天然有机物腐殖酸为研究对象,研究有机物性质、加氯量、溴离子、反应时间、温度等因素对氯消毒副产物生成的影响。结果表明,腐殖酸经臭氧氧化(投量为6 mg/mg C)后,富里酸和类腐殖酸的荧光强度均呈现下降趋势,A_(200-400)值下降、SR值增加,表征芳香族不饱和结构的减少及有机物分子质量的下降。对于含二溴或含二氯以上的三卤甲烷(THMs)的生成量,溴离子与反应时间的交互作用影响非常明显。CHBr_3和THMs的生成量与FIX和BIX指标均呈极显著相关性(p0.01),与A_(200-400)值呈显著相关性(p0.05),这意味着以光谱特征位置的讯号强度可进行自来水厂出水THMs或CHBr_3浓度的监控。     

PP纤维接枝聚丙烯酰胺/海藻酸钙蛋白质印迹水凝胶的制备

以PP纤维为载体,牛血清白蛋白(BSA)为模板,丙烯酰胺为单体,N,N′-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,在海藻酸钠的存在下,采用紫外辐射引发,制备了PP纤维接枝BSA印迹聚丙烯酰胺/海藻酸钙水凝胶(PP-g-PAM/CA MIP)。研究了单体浓度、交联剂浓度和海藻酸钠浓度对BSA吸附量和印迹效率的影响,结果表明,单体质量分数为10%,交联剂质量分数为3%,海藻酸钠质量分数为0.5%时,PP接枝的印迹水凝胶对BSA有最大吸附量。     

折流反应器中鸟粪石类共沉淀法对脱氨尿液的处理

在折流式反应器中,考察了磷酸钾镁、磷酸铵镁等鸟粪石类物质共沉淀法对稀释5倍的脱氨尿液废水的资源化处理效果。结果表明,钾回收率为87%~92%,磷回收率为75%~80%,氨氮回收率为80%~85%,COD去除率约为30%。出水中的COD、总氮和磷浓度能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)中的一级A标准;出水氨氮约为7 mg/L,能满足一级B标准。结合SEM-EDS和XRD的分析认为,沉淀产物为磷酸铵镁、磷酸钾镁和磷酸钠镁的混合物,每升稀释5倍的脱氨尿液废水沉淀物产量约为(8.8±2.0)g,平均粒径为60~100μm,沉淀物表面的负电性阻碍了团聚大颗粒的生成,产品性质优于《钙镁磷钾肥行业标准》(HG2598—94)中一等品的品质标准。     

污泥热水解过程中磷的释放规律与影响因素

剩余污泥中富含磷物质,具有较大的回收利用价值。从污泥中高效回收磷最重要的步骤是将磷尽可能地释放到溶液中。以含固率为5%的剩余污泥(干污泥中磷占比为1. 1%)为研究对象,进行了热水解磷释放规律研究。结果显示:当采用低温水解与投加酸联合处理剩余污泥时,污泥絮体被破坏,磷的释放量显著增加。当温度为75℃、加热时间为1 h、pH值为3时,TP和IP的释放量可达到最大,分别为311. 9 mg/L和293. 8 mg/L,是原污泥液相中TP和IP含量的7. 9倍和8. 4倍。将经上述条件处理的污泥混合液在35℃下静置24 h,污泥液相中NH+4-N浓度由96. 0 mg/L提高到318. 7 mg/L,同时伴随着SCOD浓度的明显减小。因此,通过低温短时热水解联合酸处理可显著提高污泥中磷和氨氮的释放量,可为后续以鸟粪石沉淀法回收磷创造有利条件。     

双污泥/诱导结晶工艺的脱氮除磷特性研究

针对传统脱氮除磷技术在处理低碳源生活污水上的不足及回收污水中磷的必要性,开发了一种双泥系统与诱导结晶相结合的脱氮除磷工艺。为考察工艺的运行特性,开展了连续流试验,装置进水流量为15 L/h,采用人工模拟生活污水。分析了连续流工艺对氮、磷的去除效果与机制,结果表明:系统实现了对大部分碳源的"一碳两用",对TN、TP均表现出了稳定且良好的去除效果,出水TN、TP浓度符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级A标准;结晶单元的引入使出水TP浓度的稳定达标得到了进一步保证,同时实现了磷的回收,平均回收率达到74.9%,该单元对TP的去除起主要作用。     

基于XDLVO理论的亲疏水组分对超滤膜污染的影响

天然有机物的亲疏水性对膜污染的影响较大，但目前对其缺乏深入理解。以东江水为超滤原水，从界面作用角度探究不同亲疏水组分对超滤膜污染的影响。结果显示：原水中强疏水性和弱疏水性组分主要为腐殖类和蛋白类物质，而亲水组分主要为多糖类物质；相比疏水性组分，亲水性组分对超滤膜的污染较为严重。进一步采用腐殖酸（HA）、牛血清白蛋白（BSA）、海藻酸钠（SA）作为亲疏水组分的代表，研究各类污染物在不同pH条件下的污染行为。对于SA和HA，随着pH的增加膜通量衰减趋缓，对于BSA来说，在pH远离零电荷点（pH=4.7）时膜通量衰减较为缓和；整体来看，三者对膜污染的严重程度排序为SA>HA>BSA。采用XDLVO理论从界面作用能角度来理解膜污染，结果发现：不同pH条件下三类污染物对膜污染的影响与界面能垒呈现正相关性，能垒越大，膜表面对污染物的抵抗作用越强，越有利于缓解膜污染；此外，膜过滤后期的相对平稳通量值与“污染物-污染膜”界面能垒呈线性正相关。研究结果对原水预处理及水化学调配控制污染具有重要的启发。     

海藻酸微球的制备及结构与性能间相互关系

采用高压静电液滴法制备海藻酸钙微球(AGS)。首先通过改进高压装置中电场环境,形成均匀电场,制备单分散AGS;在此基础上,以牛血清白蛋白、血红蛋白为药物模型,系统地研究载药微球的表面形貌、内部结构、溶胀比以及载药释药性能。实验结果表明:在电场中加入直径为17cm的圆形铁环,可有效减少子液滴的形成,制得粒径为(219±6)μm的单分散AGS;另外,海藻酸钠包载不同的药物将形成不同的AGS内部结构,进而影响AGS强度及载药释药性能。释放液中牛血清白蛋白的聚丙烯酰胺凝胶电泳显示,该制备方法并未对被包埋蛋白的相对分子质量产生影响,为AGS在蛋白类药物缓控释载体领域中的应用奠定了基础。     

反洗水组分对超滤膜污染的影响

超滤反洗如同短时间的"死端过滤",反洗水组分对超滤膜污染进程有重要影响,以腐殖酸(HA)、Na~+和Ca~(2+)模拟反洗水中的小分子有机物、一价和二价金属阳离子,将海藻酸钠(SA)作为典型污染物,通过死端过滤的方式分析了反洗水中的不同组分对PVDF超滤膜污染的影响。同时借助质量守恒定律对膜的反洗效率和反洗后污染物的去除情况进行了定量分析。结果表明,反洗水中单独存在的小分子有机物对膜污染的影响并不显著,但小分子有机物协同金属阳离子对膜污染产生了较为明显的不利影响;一方面Ca~(2+)、Na~+等阳离子能够与带负电的HA小分子吸附结合,形成尺寸较大的聚集体,导致膜内壁污染以及反洗膜孔的堵塞,从而降低反洗效率,加剧膜面污染物的积累;另一方面,通过Ca~(2+)、Na~+等阳离子的"架桥作用"与电荷屏蔽效应,强化了膜表面污染物与膜壁之间的静电吸附作用,导致了更为严重的不可逆污染。