关键词： 污水处理厂   出水水质   CEEMDAN   CNN-LSTM   直接碳排放  

摘要： 在双碳背景下,减少污水处理厂碳排放对我国碳中和目标的实现具有促进作用。污水处理厂通过精准曝气及精准加药等有助于节能减耗,从而减少污水处理的碳排放。准确预测出水水质是实现精准曝气及精准加药的基础,目前相关的水质预测模型在预测精度上仍有提升空间。本文旨在搭建噪声自适应完备集合经验模态分解-卷积长短期记忆网络（CEEMDAN-CNNLSTM）以提高预测污水处理厂出水水质的精度;同时,基于出水水质预测结果,结合排放因子法实现直接碳排放预测。本文以陕西省某污水处理厂为研究对象对模型预测性能进行了验证。 采用皮尔逊相关性分析和基于随机森林的特征排序对预测出水水质时的模型输入特征进行分析,确定了预测出水水质时模型的输入特征。利用CEEMDAN分解出水水质数据得到若干个本征模函数（IMFs）以提取原始出水水质数据中的波动趋势等潜在信息,然后搭建卷积-长短期记忆网络（CNN-LSTM）对IMFs子序列进行预测,对IMFs预测结果进行叠加即得到最终出水水质预测结果。通过设置对比实验探究参数对CNN-LSTM预测IMFs子序列的影响,基于对比实验的结果,确定参数空间,进一步采用贝叶斯优化算法对CNN-LSTM模型参数进行优化。结果表明,参数优化后的模型预测出水总氮（TN）和出水化学需氧量（COD）时的精度指标平均绝对百分比误差（MAPE）分别提升了3.26%和5.21%。同时,对比CEEMDAN-CNNLSTM、CNN-LSTM、LSTM和人工神经网络（ANN）模型预测出水水质的精度,结果表明,预测出水TN时,CEEMDAN-CNNLSTM、CNN-LSTM、LSTM和ANN模型在测试集上的平均预测误差绝对值分别为0.46mg/L、0.52mg/L、0.59mg/L和0.60mg/L;CEEMDAN-CNNLSTM模型在测试集上的MAPE较CNN-LSTM、LSTM和ANN模型分别提升20.25%、23.98%和29.41%。当预测出水COD时,CEEMDAN-CNNLSTM、CNN-LSTM、LSTM和ANN模型在测试集上的平均预测误差绝对值分别为0.64mg/L、0.90mg/L、0.90mg/L和1.05mg/L;CEEMDAN-CNNLSTM模型在测试集上的MAPE较CNN-LSTM、LSTM和ANN模型分别提升28.35%、28.46%和39.66%。 采用排放因子法核算污水处理厂的N2O排放量、CH4排放量和直接碳排放量,结果表明,N2O排放量占直接碳排放的76.37%～93.39%。2018年～2021年,污水处理厂的月均直接碳排放量呈增长态势并达到稳定,2021年月均碳排放量为1.09×10～6kg CO2。相关性分析结果表明,影响污水处理厂直接碳排放量的主要因素为进水水量和进出水TN浓度差。基于出水水质预测结果,采用排放因子法实现直接碳排放量预测。模型预测精度对比结果表明,预测直接碳排放时,CEEMDAN-CNNLSTM模型在测试集上的MAPE较CNN-LSTM、LSTM和ANN模型分别提升了11.86%、21.80%和22.39%。本模型能够有效预测出水水质和直接碳排放,为污水处理厂减少污水处理过程碳排放提供指导。

关键词： 除磷失效   污染物溯源   金属络合物   单宁酸   管网排查  

摘要： 湖北一污水处理厂污水水源中含有某种污染物，导致该厂生物除磷与化学除磷同时失效，造成污泥膨胀出水总磷（TP）超标，需要对这些污染物进行识别，并采取应对措施保证水质。分析水质数据和潜在污染物（氟离子、硫离子、金属络合剂、有机酸等）与铁矾反应的实验现象，通过污染物特征分析实验，判断污染物为既具有生物毒性又具有铁络合性的单宁酸。单宁酸抑制混凝，在含有80 mg/L单宁酸水样中，使用正常投加量的铁矾混凝剂对TP去除率不足10%，铁矾需要达到正常值的6倍才能保证TP去除效果，与除磷失效期间的去除率吻合。为溯源污染物，提出了一套快速简易检测方法，可在短时间内对污水处理厂进水管网水质进行分析，筛查可能的排污节点，为污水处理厂运行提供指导。

关键词： 人工湿地   污水处理   脱氮除磷   抗生素和抗性基因   层叠回流组合湿地   黄铁矿  

摘要： 随着现代化与城市化的快速推进导致污水排放量持续增加,由此引发了巨大的污水处理需求,使水环境污染问题成为限制我国经济和社会发展的重要障碍。在过去数十年的治水实践中,我国主要关注于“灰色系统”即污水处理厂的建设和技术改进。然而,这些传统处理系统存在物耗/能耗高、资源/能源回收率低等问题,因此,迫使我国寻求改变目前的污水处理模式,发展高效、生态友好的污水处理新技术。相较之下,以“绿色系统”(如人工湿地(Constructed wetlands,CWs)等)为代表的自然生态系统,凭借其自然净化能力和景观价值逐渐成为主流污水处理工艺之一,以实现绿色、可循环、低能耗的可持续污水处理工艺。随着对污水处理标准的日益提高,CWs系统需要不断升级工艺,以实现更为高效的污水处理。主要的湿地工艺,如垂直流人工湿地(Vertical flow constructed wetland,VFCW)和水平流人工湿地(Horizontal flow constructed wetland,HFCW),分别具有好氧、缺氧和厌氧的环境特征,通过充分利用这两种污水处理工艺各自的优势,以强化CWs的处理性能。然而,CWs占地面积较大,这在实际应用中成为一个主要的制约因素。为解决这一问题,本论文提出了增加CWs系统深度或采用多级层叠设计的方法,通过优化垂直空间来减小占地面积。并增加污水再循环(Effluent recirculation,ER)促使废水与生物膜之间充分接触,引起湍流,增加溶解氧(Dissolved oxygen,DO)。通过适当调整氧气水平,提高系统效率并减少其占地面积。污水中长期存在氮磷营养盐污染,且具有抗生素的源和汇的双重作用,CWs通过适当强化的配置和运行方式,在去除不同形式的氮磷营养盐、抗生素和抗性基因(Antibiotics resistance genes,ARGs)方面表现出较高的效率。然而,CW在工艺设计、性能优化和去除机理等方面仍存在许多需要深入研究和解决的问题。本论文创新性地构建了层叠回流组合湿地系统(Recirculation stacking hybrid constructed wetland,RSHCW),并通过化学计量学等分析手段揭示了RSHCW工艺中污染物质转化和降解规律。同时,通过微生物分子生态学的方法识别了人工湿地污染物降解代谢的关键过程。最后,基于运行参数回流时间和设计参数基质装填进行优化调控,从经济和环境效益的角度综合分析了RSHCW系统的运行能效,为生态污水处理技术的推广应用提供了有效的理论依据和技术支撑。 本论文主要从四个方面展开研究,得出的主要结论如下: (1)首先,探讨了不同回流时间(Recirculation time,RT)下RSHCW的处理性能、环境影响和脱氮机理。结果表明,较低的RT(RT为0.5h)对有机物的快速处理是有效的。在RT0.5条件下,进水COD浓度为105±25.6 mg/L时,RSHCW在2 h的出水COD可以达到城镇污水处理厂污染物排放标准一级A标准(GB 18918-2002),水力负荷率为6m/d,大大节省了土地面积(0.26 m2/PE)。然而,较高的RT(RT2),在去除总氮(TN)方面显示出显著的优势,提供厌氧条件并降低能耗。不同RT对流出物总磷(TP)无显著影响,但对基质磷的分布有影响。在较高的RT(RT2)时,基质上的磷在VFCW上层的浓度更高,而在较低的RT(RT0.5)时,基质上的磷分布更均匀。此外,RT已被证明可以显着改善环境因素,如水的DO和氧化还原电位,导致除氮途径的改变。高RT(RT2)可诱导产生厌氧氨氧化(ANAMMOX)脱氮过程。 (2)本研究以不同含量黄铁矿为RSHCW的基质(ZCW,HPCW和PCW),利用可改变氧环境的ER运行,探究脱氮和除磷的潜在机理。结果表明:随着黄铁矿比例的增加,出水TP的去除率也随之增加(25%→58%),显著增强了在基质上P的沉积,使CW成为了P的储存库,主要以铁磷(Fe-P)形态固定;提高了氮的去除率,即使在没有碳源的情况下,PCW中的TN去除率仍增加20%,这可归因于硫自养反硝化细菌的富集驱动黄铁矿的自养反硝化作用。此外,黄铁矿的加入使CW系统中的电子转移系统活性(Electron transfer system activity,ETSA)显著提高了约6.14倍,并通过硫铁电子循环促进了“充电和放电”功能。由于黄铁矿基人工湿地(PCW)中的回流运行,环境p H被调节,微生物选择性富集,增强了微生物群落之间的协调和功能基因之间的相互作用。本研究为黄铁矿影响下CWs脱除N、P的机理提供了新的思路。 (3)对污水抗生素和ARGs在RSHCW不同RTs下的响应研究,探讨了RTs对微生物群落的影响,并揭示了影响ARG

关键词： 环保污水处理   海洋生态保护   应用策略  

摘要： 随着全球经济的快速发展，环境问题逐渐成为制约人类持续发展的关键因素之一，而水资源污染与海洋生态保护问题更是其中的焦点。在经济全球化与快速工业化的双重推动下，海洋污染问题愈发严重，不仅威胁着海洋生物多样性的持续性，更影响着全球生态平衡与人类生存环境。在此基础上，本研究旨在深入探讨环保污水处理技术对于海洋生态保护的优势，提出一系列具有可行性和效果性的海洋生态保护策略和方法，以促进全球海洋生态系统的持续健康发展。

关键词： 污水处理   水质预测   曝气量优化   出水水质  

摘要： 污水厂进出水水质参数具有时变性和难实时获取的特点，导致基于原理模型或单一参数控制的污水厂的运行调控存在滞后性，增大污水处理成本。为了解决这一问题，本研究结合水质参数自身特性建立了基于长短期记忆神经网络(LongShortTermMemory,LSTM)的污水厂进出水预测模型，并据此提出了污水厂曝气量优化的思路。本文的研究工作主要包括以下几点:　　(1)数据预处理方法及进水水质模型:对汕头市潮阳区的污水厂进水水质分布动态特征进行了分析。对比了多种水质数据异常值筛选方法。为了提高模型的预测性能，避免过多参数输入会导致模型过于复杂，本研究对众多水质参数采进行了皮尔逊(Pearson)相关性分析，选择与预测变量相关性高的参数作为辅助变量，有效降低了数据维度。在此基础上分别建立了季节性差分自回归滑动平均模型(SeasonalAutoregressiveIntegratedMovingAverage,SARIMA)和LSTM模型对进水化学需氧量(ChemicalOxygenDemand,COD)、氨氮(AmmoniaNitrogen,NH3-N)和流量进行预测，并选择预测精度更高的LSTM模型作为污水厂进水预测模型。　　(2)高精度出水水质预测模型:为了构建高精度的出水水质预测模型，本文分别从优化模型结构、添加注意力(Attention)机制和优化算法的角度对LSTM模型进行改进。具有正反向传播结构的BiLSTM(Bi-directionalLongShortTermMemory)模型对水质数据中前后关系的学习能力更强，Attention机制能对模型不同状态量分配不同的权重值，鲸鱼优化算法(WhaleOptimizationAlgorithm,WOA)通过模拟鲸鱼种群捕食策略，对LSTM模型的关键参数寻优，获取模型的最佳参数组合。此后，建立WOA-BiLSTM-Attention模型对污水厂出水NH3-N、COD、总磷(TotalPhosphorus,TP)进行预测，与LSTM、BiLSTM和BiLSTM-Attention模型相比，WOA-BiLSTM-Attention出水水质预测模型具有最高的预测精度，模型评价指标值中平均百分比误差(MeanAbsolutePercentageError,MAPE)、均方根误差(RootMeanSquareError，RMSE)和平均绝对误差(MeanAbsoluteError,MAE)相比于其它三种模型具有不同程度的降低，模型的决定系数(R-Square,R2)最高达0.99。　　(3)针对目标污水厂存在生化池过量曝气、能耗较高的问题，本文在进出水水质预测模型研究基础上，以进出水的主要参数为变量，建立曝气量的回归预测模型，实现曝气量值的精确计量。从水质数据中选择七组进水波动数据作为验证曝气量优化思路可行性的样本，对比评价了精确曝气值对实际曝气值的优化效果。结果表明，这七组样本数据相比于原始曝气量均有着不同程度的优化效果，节约了5%～20％的曝气量，证明了所提出的曝气优化思路的可行性。

关键词： 污水处理企业   内部控制   经营绩效   环保管理  

摘要： 随着人们环保意识的日益增强和污水处理行业的快速发展，内部控制在污水处理企业中的作用日益凸显，对保障污水处理企业稳健经营和实现可持续发展具有重要意义。本文介绍了内部控制的基本概念与作用，通过对污水处理企业经营绩效评估体系的构建，明确了经营绩效评价的指标体系与特点，并深入分析了内部控制在污水处理企业中的具体应用，其内容涵盖财务管理、运营管理以及风险管理等，突出了内部控制与经营绩效之间的密切联系。本文旨在为污水处理企业提升经营绩效、实现可持续发展提供理论依据与实践借鉴。

关键词： 污水处理   控疫药物残留   铝材抛光废液   铝基纳米花材料   物理吸附   化学吸附  

摘要： 药物在水环境中的存在和积累，对生态系统和人类健康构成了严重威胁。特别是新冠疫情（COVID-19）以来，相关的控疫药物如洛匹那韦（LPV）和环丙沙星（CIP）的使用量急剧增加，水环境中的控疫药物浓度也急剧增加。水环境中的控疫药物残留具有持久性、生物累积性和潜在生态毒性，大多数药物及其代谢物在常规污水处理工艺中难以去除，环境中的控疫药物残留对环境保护提出了新的挑战，因此迫切需要寻求合适方法对其进行有效去除。吸附技术因其高效、成本低且环境友好的优点，被认为是去除水中控疫药物残留的技术中最具有前景的处理手段之一。铝材抛光废液是一种含高浓度酸的危险废物，若不被妥善处置，将会造成严重的环境污染和资源浪费。将铝材抛光废液里大量的铝离子加以利用，对节约地球资源、环境保护都具有十分重大的意义。资源化利用铝材抛光废液制备铝基材料是一种有前景且经济可行的分离低浓度药物残留的方法。　　本文以实现资源回收和污染控制为目的，秉承“以废治废”的理念，资源化利用铝材抛光废液为原料，成功制备了一种对水中控疫药物洛匹那韦（LPV）和环丙沙星（CIP）残留具有高效吸附性能的铝基纳米花材料（Al-NF），并对其进行了一系列表征技术（SEM、XRD、BET、TGA、FTIR和XPS）和吸附实验，以揭示Al-NF对LPV和CIP的吸附性能和吸附机理。为资源化利用铝材抛光废液制备铝基材料及其在去除含控疫药物（LPV和CIP）废水的应用提供参考。　　Al-NF由花状的纳米级薄片组成，具有粗糙的表面和许多致密、清晰的片状结构，其孔隙结构以介孔结构和大孔结构为主，在常温下具有足够的稳定性，能适用于常规水处理中。探究不同应用条件对Al-NF的吸附性能影响可知，Al-NF的最佳投加量为0.6 g/L，对LPV和CIP的吸附量随温度的降低而升高，Al-NF在溶液pH为3.0-9.0的范围内可对LPV和CIP保持较好吸附效果。采用 Langmuir 模型计算得出在 293.15 K下Al-NF对LPV和CIP的最大吸附量分别为32.62 mg/g和11.99 mg/g，吸附动力学更适合用拟二级模型来描述LPV和CIP的吸附。LPV和CIP在Al-NF上的吸附是自发的、放热的。Al-NF对LPV的吸附同时存在物理吸附和化学吸附的作用，而Al-NF对CIP的吸附主要是由化学吸附主导的。LPV和CIP在Al-NF上的吸附机理受多因素影响，吸附由氢键相互作用、静电相互作用以及π-π、n-πEDA键相互作用的共同驱动。Al-NF具有高效的吸附性能和良好的可循环利用性，是一种具有潜力的材料。本文希望能为资源化工业危险废物铝材抛光废液制备铝基材料及其在控疫药物废水的深度处理的应用提供新思路。

摘要： 为落实《关于推进污水处理减污降碳协同增效的实施意见》，国家发展改革委办公厅、住房城乡建设部办公厅近日发布通知，拟遴选建设一批污水处理绿色低碳标杆厂，发挥引领示范作用，推动行业绿色低碳转型，助力美丽中国建设。通知明确，采取“遴选一批、新改扩建一批”的方式，2025年年底前，建成100座能源资源高效循环利用的污水处理绿色低碳标杆厂，形成可复制可推广经验，推动污水处理行业减污降碳协同增效。