关键词： 污水处理   高级氧化技术   过硫酸盐   光催化   TiO2  

摘要： 随着工业化的高速发展,水资源污染日渐严重,尤其是水中难降解有机污染物的去除是治理水污染的关键,如何高效降解水中难降解有机污染物成为当前亟需解决的问题。基于过硫酸盐体系的高级氧化技术以高效和环境友好的优点而被广泛应用。TiO2作为目前使用最广的光催化剂之一,具有成本低,环境友好等优点,但是存在禁带宽度大、光生载流子易复合且只对紫外光响应的缺点。为提高TiO2的光催化性能,拓宽其可见光吸收范围,TiO2的改性成为当前的研究热点。 本文分别对TiO2采用非金属掺杂和复合的方式对其进行改性,探究其在可见光下协同过硫酸盐降解有机污染物的效果。采用XRD、SEM、TEM、XPS、UV-vis DRS、PL、BET和EPR等方法表征测试所制备光催化剂的物相、形貌、元素组成和光学性能。分别采用单因素实验研究各条件对降解效果的影响,循环实验探究其循环稳定性,自由基猝灭实验探讨其光催化降解机理。主要研究成果如下: 对于S,N-TiO2催化剂的制备及其光催化性能研究,以硫脲为硫源和氮源,通过水热法和煅烧法制备结晶度良好的S,N-TiO2纳米材料,拓宽了光响应范围,使吸收波长拓展至551 nm,带隙降低至2.38 e V,提高了光催化活性。当硫脲掺入量为0.6g时所制备的S,N-TiO2催化剂具有较好的光催化活性。当p H=6,催化剂浓度为0.6g/L,过硫酸盐浓度为0.6 g/L时,在可见光下对10 mg/L的Rh B作用80 min时的降解率可达到93.35%。该催化剂对亚甲基蓝、甲基橙、罗丹明B（Rh B）、二甲酚橙都具有优异的降解性能且具有较好的循环稳定性。在过硫酸盐的作用下,通过协同作用生成的超氧自由基、羟基自由基、光生电子和空穴,无选择性攻击有机污染物,其中主要活性物质为空穴和超氧自由基。 对于S,N-TiO2/B-TiO2催化剂的制备及其光催化性能研究,以硼酸为硼源,通过溶胶凝胶法制备B-TiO2,再通过煅烧与S,N-TiO2复合制备出结晶度良好的S,N-TiO2/B-TiO2纳米催化材料。S,N-TiO2/B-TiO2的比表面积高于S,N-TiO2比表面积,为光催化反应提供了更多的活性位点。S,N-TiO2/B-TiO2的吸收波长拓展至663 nm,增强了可见光的吸收范围,带隙降低至2.06 e V,使催化剂的光催化性能大幅提高。当催化剂浓度和过硫酸钾浓度均为0.6 g/L,p H=6时,对10 mg/L的Rh B作用80 min时的降解率可达到97.92%。该催化剂具有较宽p H的适用范围且循环稳定性较好。在过硫酸盐的作用下,通过协同作用生成的超氧自由基、羟基自由基、硫酸根自由基、光生电子和空穴,无选择性攻击有机污染物,其中主要活性物质为空穴、硫酸根自由基和超氧自由基。 对于S,N-TiO2/Fe-TiO2催化剂的制备及其光催化性能研究,以三氯化铁为铁源,通过水热法制备Fe-TiO2,再通过煅烧与S,N-TiO2复合制备出结晶度良好的S,N-TiO2/Fe-TiO2纳米催化材料,使吸收波长拓展至719 nm,增强了可见光的吸收范围,带隙降低至1.89 e V,催化剂的光催化性能提高。S,N-TiO2/Fe-TiO2的平均孔径大于S,N-TiO2/B-TiO2的平均孔径,为反应提供了更多的活性位点。当催化剂浓度和过硫酸钾浓度均为0.6 g/L,p H=6时,对10 mg/L的Rh B作用80 min时的降解率可达到98.95%。该催化剂具有较宽p H的适用范围且循环稳定性较好,对降解各种类有机物污染物都有较好的效果。该S,N-TiO2/Fe-TiO2纳米催化剂拓宽可见光的响应范围,抑制光生载流子复合。在可见光下,协同过硫酸盐生成的超氧自由基、羟基自由基、硫酸根自由基、光生电子和空穴,无选择性攻击有机污染物,其中主要活性物质为空穴、自由电子和超氧自由基。

关键词： 好氧颗粒污泥   纤维素多孔材料骨架强化   微生物群落演替   污水处理   氮磷去除机理  

摘要： 好氧颗粒污泥技术（Aerobic granular sludge,AGS）是一种由多种微生物通过自絮凝形成的多菌体系,具有较高的沉降性和较好的污染物去除效率等优点。尽管AGS具有很大的潜力,其实际应用中仍面临诸多挑战。首先,颗粒污泥的形成过程通常较为缓慢,培养周期长,限制了其在污水处理中的应用。其次,颗粒污泥的稳定性受到微生物内源呼吸和丝状菌扩增的影响,容易导致颗粒解体,从而降低污水处理的效果。此外,适应不同污水特性的能力较弱,可能导致在面对毒害性污染时,处理效果不尽如人意。因此,提升AGS的稳定性和形成速度,是进一步推动其在有毒有害污水处理中应用的关键。本研究旨在通过引入纤维素多孔材料作为骨架,构建多菌体系,以实现AGS的快速构建,同时提供有效的支撑结构,增强颗粒的机械强度和稳定性。采用纤维素材料,有助于降低对非可再生资源的依赖,推动绿色污水处理技术的发展。研究的核心是基于骨架强化AGS体系的快速构建,并通过宏基因组等解析探究微生物群落结构的演替规律,以揭示氮磷等有机污染物去除的机理。主要研究结果如下: （1）纤维素多孔材料快速构建AGS性能及形成机理研究。针对AGS形成条件苛刻、培养周期长、稳定性差等问题,提出纤维素多孔材料载体强化AGS的构建策略,实现了高稳定性的纤维素多孔材料基好氧颗粒污泥体系（Cellulose porous material-AGS,CP-AGS）的快速构建。在约30天的运行后,成功初步培养出以CP为骨架的AGS,生物量达到14.85 g/L。在稳定阶段,CP-AGS表现出优异的沉降性能（沉降比为23%）和较高的污染物去除效率,其中化学需氧量（Chemical oxygen demand,COD）、氨氮（Ammonia nitrogen,NH4+-N）、总氮（Total nitrogen,TN）和总磷（Total phosphorus,TP）的去除效率分别为92.5%、82.5%、60.4%和74.6%。通过分析污泥表面特性、溶解氧、胞外聚合物（Extracellular polymer substances,EPS）的分泌以及微生物群落结构差异,发现不同尺寸的颗粒为微生物群落提供了不同的微环境,导致污染物去除性能的显著差异。尺寸为2—4mm的CP-AGS（MCP-AGS）在空间微环境上更有利于保持稳定性和提升污染物去除效果。MCP-AGS的微生物多样性和丰富度最高,其微环境适宜于污染物去除功能菌的生长。 （2）阿特拉津毒性对CP-AGS污染物去除及氮循环影响的机理研究。针对阿特拉津（Atrazine,ATZ）生物降解速度慢且效率低的问题,基于逐步提高污染物浓度实现微生物耐受性的强化策略,本研究利用CP-AGS处理高浓度ATZ污水,深入解析了CP-AGS应对高浓度ATZ胁迫的代谢途径和调控网络的复杂响应机制。研究发现,CP-AGS的有序空间结构以及骨架结构的保护作用显著提高了微生物群落对ATZ的耐受性和生物降解效率。结果显示,在ATZ胁迫下,CP-AGS的细菌多样性和丰富度有所下降,导致微生物群落结构和组成发生显著变化。其中,Proteobacteria、Actinobacteria、Burkholderia等耐ATZ细菌为AGS的稳定性、高效污染物去除及ATZ降解提供了重要的生物学支撑。宏基因组分析结果显示,随着ATZ浓度的增加,反硝化酶（nar,nor,nos）的丰度逐渐增加。 （3）不同类型农药胁迫对AGS颗粒化、稳定性及微生物群落演变的影响研究。针对农药易引发水体污染且具有半衰期长、难处理等问题,基于农药胁迫对AGS微生物群落定向进化的原理,本文利用CP-AGS进一步验证了三种不同农药——除草剂阿特拉津（ATZ）、杀虫剂二嗪磷（DIZ）和杀菌剂嘧菌酯（AZ）对CP-AGS胁迫机制的普适性。研究结果表明,农药种类和浓度均会影响AGS的形成。随着浓度的增加,对污泥浓度和EPS的分泌影响显著增大,微生物群落通过消耗和分泌EPS及混合液悬浮固体浓度（Mixed liquor suspended solid,MLSS）来适应外部的毒性环境。实验表明,随着农药浓度的增加,EPS的分泌量显著上升,与对照组相比,DIZ、ATZ和AZ组的EPS分别增加了1.55倍、1.04倍和1.25倍。CP-AGS对含氮污染物表现出较高的处理效率,NH4+-N与TN的去除率分别达到94.66%、93.85%、94.14%和98.52%、99.53%、99.21%。此外,研究还发现,在农药胁迫下,脱氮、耐农药的微生物群落实现了定向富集,包括Methyloversatilis、Beijerinckiaceae、Sphingopyxis等菌群。 （4）金属氧化物修饰载体对AGS形成的促进及氮磷去除强化机理的研究。针对现有

关键词： 在线监测设备   生物污泥   呼吸速率   冲击负荷   氧利用率  

摘要： 废水排放标准日益严格,使得污水处理系统需要持续优化其运营条件,这为污水处理过程的监测设置了更高的标准。目前国内大多数污水处理厂仍采用传统实验室测定方法定期进行运行工况分析等工作,大多只关注一些常规的物理和化学指标,不能完整且及时的展现生物污泥活性状况。因此,本研究针对生物污泥活性开发设计了在线监测设备,以实时监测生物污泥活性指标。通过研究,得到以下结果: (1)本研究基于呼吸速率法开发设计了污水处理厂生物污泥活性在线监测设备,对其进行系统设计并搭建。通过Python编写程序算法实现了实现了对生物污泥呼吸速率实时监测,并开发设计了操作界面,软硬件结合,实现对设备的自动化控制。 (2)分别在实验室条件下和实际污水处理厂条件下利用冲击负荷对生物污泥活性在线监测设备的稳定性进行测试。研究表明,进水COD负荷变为原先的0.5倍,在线监测设备在40 min内监测到生物污泥实际呼吸速率(OUR)降幅为40%-50%;进水COD负荷变为原先的1.5倍,在线监测设备监测生物污泥实际呼吸速率变幅在5%左右,较为稳定;进水COD负荷变为原先的2倍,在线监测设备在40 min内监测到生物污泥实际呼吸速率涨幅为30%-40%;进水COD负荷变为原先的2.5倍,在线监测设备在40 min内监测到生物污泥实际呼吸速率涨幅为40%-45%。不同运行条件下实验结果均得到复现,验证了生物污泥活性在线监测设备的稳定性。使用毒性冲击进行研究时发现,在进水含有50 mg/L的毒性物质烯丙基硫脲(ATU)时,生物污泥呼吸速率受到抑制,在线监测设备在40 min内监测到生物污泥呼吸速率降幅大于30%,设备稳定性良好。 (3)使用生物污泥活性在线监测设备对两座污水处理厂的硝化活性进行了测定,与污水处理厂的实际硝化活性进行了对比,准确度在98%以上,验证了设备的可靠性。同时使用生物污泥活性在线监测设备对污水处理厂的氧利用率(EA)进行计算,与通过实际检测污水处理厂的氧利用率进行对比,均为15%。实验结果可为污水处理厂实际应用生物污泥活性在线监测设备及其参数设定提供基础数据支撑和参考。

摘要： 近年来，随着我国城市化发展，生活、工业污水排放量增加，导致污水处理厂负荷加大，需修建污水处理厂来解决各类污水处置问题。然而，传统的污水处理厂存在占地面积大、运行噪声扰民、散发臭气等环境问题，不符合我国现代化建设理念，因此全地埋式污水处理厂成为人们关注的热点。

关键词： 集镇污水处理厂   新污染物   水产品加工业   去除效果   降解产物   生态风险评估  

摘要： 随着水污染治理的深入推进,水环境管理要求逐步提升,新污染物因具有广泛分布性、持久存在性和潜在生态毒性,其在污水中的归趋与治理日渐引起人们重视。我国集镇污水处理厂进水来源广泛、水质成分复杂,作为水循环的重要组成部分和污染控制的关键载体,是新污染物向环境迁移转化的主要来源之一。然而,我国目前针对新污染物的调查监测尚处于起步阶段,污水中新污染物赋存与降解规律相关研究缺位。为此,对我国集镇污水处理厂中新污染物的分布、去除及排放风险展开研究具有重要的环境价值。 本研究以生活、造纸、化工、水产品加工等不同类型的9处集镇污水处理厂为对象,摸排了污水厂中新污染物的来源与归趋,建立了高效液相色谱串联质谱（HPLC/MS-MS）的检测方法,明晰典型新污染物的浓度分布和去除情况。并引入了风险商（RQ）法,评估新污染物的出水生态风险。基于上述研究结果,选择新污染物检出频率最高的水产品加工污水处理厂为代表,研究不同处理工艺条件下新污染物的降解特征,同时采用高效液相色谱串联飞行时间质谱（HPLC/Q-TOF）法筛选识别了实际污水处理过程中新污染物的可能降解产物,为新污染物高效去除工艺的选择、污水厂出水生态风险的降低、新污染物相关政策法规的制定提供理论基础。主要研究结论如下: （1）基于HPLC/MS-MS的检测方法及RQ评估方法,探究了9处集镇污水处理厂中13种新污染物的分布情况、去除效果和出水生态风险。新污染物在进水中的分布情况显示,内分泌干扰物（Endocrine Disrupting Chemicals,EDCs）分布浓度最高（151-471,805 ng/L）,药品与个人护理用品（Pharmaceutical and Personal Care Products,PPCPs）次之（24-7,811 ng/L）,抗生素浓度最低（0.02-386 ng/L）。其中抗生素在水产品加工污水中检测浓度较高,检出类别丰富。大多数新污染物能达到较高的总体去除效率（>70%）,出水中EDCs的生态风险要高于PPCPs和抗生素,须引起重视。 （2）选择新污染物检出频率最高的水产品加工污水厂,探讨其中新污染物的发生、随产业淡旺季变化、去除规律和生态风险。新污染物进水浓度分布依次为:EDCs（1,877.85-15,398.02 ng/L）>>磺胺类抗生素（75.14-906.19 ng/L）>PPCPs（44.47-589.93 ng/L）≈氟喹诺酮类抗生素（54.76-434.83 ng/L）>其他抗生素（16.21-51.96 ng/L）。捕鱼旺季时,PPCPs在污水厂中的进水浓度较淡季下降55.33%-87.65%,而抗生素呈相反趋势,浓度上升44.99%,EDCs则受捕鱼季节性变化不大,一直处于较高水平。新污染物去除规律受污泥-水分配系数Kd值的影响,Kd值更高的污染物倾向于被污泥吸附而去除,更低的倾向于被生物降解而去除。序批式活性污泥法对部分污染物(如诺氟沙星、壬基酚（Nonylphenol,NP）)具有比厌氧-缺氧-好氧（A2/O）工艺更好的效果。NP和磺胺类抗生素在出水风险评估中分别显示高风险和低风险的水平,其潜在生态毒性值得关注。 （3）采用HPLC/Q-TOF法识别了3种特征新污染物在水产品加工污水厂中的降解中间产物,并进行机理推测,结果表明:NP的降解主要通过烷基链的断链、异构来实现。缺氧条件可以加速壬基酚类化合物的生物降解速率,出水中降解产物的毒性水平低于母药NP;ACE的乙酰胺部分首先被生物酶选择并降解转化,其中4-氨基苯酚在污水厂出水中呈现出低生态风险水平,其毒性高于母药ACE;SMX主要通过异恶唑环的断裂、苯环上氨基的修饰或者去除、异恶唑环及苯环的修饰这三种途径被降解去除。中间产物都在好氧阶段达到最高浓度,且在出水中均不呈现生态风险。

摘要： 污水处理是我国环境保护的一项重要措施。为加快污水处理设施建设，我国对污水处理实行了差别化水价政策，对城市污水处理费的征收标准和计征方式也进行了重大改革。但随着污水处理设施建设的进程，污水处理费征收标准仍偏低，远不能满足运营需要。随着水环境质量的不断恶化，人们对水环境保护和治理提出了更高的要求。为解决水环境治理中的资金问题，各地相继出台了污水处理收费政策，其中有一些城市实行了差别化水价政策。这些政策能否发挥预期效果，关键在于污水处理费定价机制是否合理。我国城市污水处理收费制度的改革起步较晚，

关键词： 污水处理   人工湿地   铵硝比   温室气体排放   水质净化  

摘要： 当前，河流、湖泊等水体富营养化现象严重，不仅破坏了水生生态系统，对工业、农业等领域的用水也造成极大威胁。据统计，当下生态系统面临的压力超过25%由地表径流中的氮贡献，水体中过量存在的含氮化合物是导致水生态风险问题的重要原因之一。与此同时，随着各领域碳排放量逐渐增多，气候面临挑战。因此，需要进一步探究氮和碳的协同管理措施。在城市水处理系统中，人工湿地作为连接污水处理厂和生态河流的深度水处理设施，控制着排入河流的氮的情况。然而在实际应用中，人工湿地出水中仍存在大量的含氮化合物，处理过程中也会释放大量温室气体，使其无法真正满足减氮降碳要求。　　针对以上，本研究提出了通过合理调控人工湿地进水铵硝比（氨氮/硝氮）的方法来实现人工湿地面临的减氮降碳双重目标。据此，研究通过实验探究，明确了能够使人工湿地达到减氮降碳目标的进水铵硝比条件;同时通过生命周期评价分析，阐明了人工湿地长期处理不同铵硝比的污水给环境带来的影响。此外，还建立了预测人工湿地出水水质及典型温室气体排放的模型。得出以下结论：　　针对铵硝比对人工湿地水质净化和温室气体排放的影响，本研究建立了六种人工湿地实验系统，其入水铵硝比分别0∶15、1∶20、1∶10、1∶5、1∶2、1∶1。结果发现，在铵硝比为 1∶5 的系统中，总氮去除负荷达到约 0.984 g/(m2?d)，相比其他系统提高了约11~22%;铵硝比为1∶10系统中N2O排放通量相对较低，约为 0.027 mg/(m2?h)，其次是铵硝比为 1∶5 和 1∶1 的系统，排放通量分别约为 0.037 mg/(m2?h)和 0.038 mg/(m2?h)。此外，通过对六个系统中微生物组成群落的分析，发现随着氨氮和硝氮分布的均匀性提升，在反硝化作用中起主导作用的细菌由变形菌（Proteobacteria）转变为拟杆菌（Bacteroidetes），这也是最终导致不同系统呈现出不同的水质净化效果的原因。　　为了揭示处理不同铵硝比下的水厂尾水对人工湿地工程建设运行的环境影响，本研究采用生命周期评价的方法，明确了在达到相同出水水质的前提下，处理不同进水铵硝比的污水对于人工湿地建设安装阶段和运营维护阶段产生的环境影响。结果显示，相比于其他人工湿地，铵硝比为 1∶5 条件下建成的人工湿地可以降低 0.4~15.6%的环境总影响，同时在所有环境影响中，对海洋生态毒性的影响最大，约占72%。此外，研究基于生命周期评价清单进行了人工湿地处理工程经济成本核算，结果表明，在达到相同出水水质的前提下，铵硝比为1∶5条件下建成的人工湿地相较于其他可减少约26~62%的建设运行成本，表现出明显的经济优势。　　为了在人工湿地工程运行中更好的预测系统水质净化和气体排放情况，本研究基于支持向量机算法、K最邻近算法、随机森林算法和XGBoost算法建立了四种机器学习模型对人工湿地运行过程中的水质和气体排放情况进行拟合预测。结果显示，随机森林算法在预测人工湿地系统上具有明显优势，对于COD、氨氮、硝氮、总氮和N2O的拟合R2分别达到了0.910、0.982、0.819、0.894和0.932，其中对氨氮的拟合效果最好。此外，基于随机森林算法的预测，本研究分析了铵硝比对于出水水质和气体排放的影响贡献，发现铵硝比对总氮出水浓度的影响超过15%，这表明，合理控制入水铵硝比，对降低人工湿地出水氮含量有重要意义。　　本研究结果不仅为人工湿地管理提供了依据，也为污水处理厂控制尾水中氨氮和硝氮分布提供了理论支撑，为今后“污水处理厂-人工湿地”联合污水处理系统工程建设管理减氮降碳提供了参考。

关键词： CAST   MBBR   提标改造   稳定性  

摘要： 温州某城市污水处理厂在面临用地紧张的情况下，在原有的CAST工艺基础上采用了“CAST+MBBR+磁混凝沉淀”工艺的提标改造方案，目前已运行5年多，总出水可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准。对运行过程中的水质稳定性进行分析，总结了运行过程中遇到的问题以及所采取的解决方法，为同类工艺运行调试提供参考。