关键词： 污水收集   污水处理厂   现状分析   污水管网模型   水泵集水池液位  

摘要： 近年来,各地积极推进污水处理提质增效工作,城市污水收集效能得到提升,但城市污水处理厂进水浓度偏低的问题依旧严峻。在全国5500多座污水处理厂中,25%的进水化学需氧量不足150 mg/L,低污水处理厂进水浓度、高管网运行水位和高溢流污染负荷,污水处理厂低效运行是城市排水系统面临的最突出问题。污水收集率低是污水管网的系统性难题,目前缺乏长期科学有效的应对方法。Y市T污水处理厂服务区域内排水体系复杂,污水管网存在多处破裂、变形等结构性缺陷,造成外水入侵及雨污错接等一系列问题,导致污水处理厂进水水质浓度低,水量变化大,如不及时解决,容易造成更严重的水环境危害。本文针对污水收集源头-管网-泵站-污水处理厂全过程,先对研究区域的居住小区、公共设施及工业企业等源头排水户采样分析,再对污水管网各一级泵站进行连续监测采样,计算各泵站及污水处理厂的污水收集率,构建工业废水排放百分比、外水/雨水量占原生污水水量百分比与管网进水COD浓度的关系函数,最后建立研究区域的污水管网模型(SWMM),对该区域污水收集系统的问题分析并探讨提升方法,具体研究内容及结果如下: (1)根据研究区域的调研结果及数据统计,该区域污水管网体制包含合流制,截流过渡区以及雨污分流区三种,以雨污分流区为主。污水管网存在多处破裂及变形等结构性缺陷,部分管道出现较多沉积物,管道流速慢,还有外水入侵、雨污错接等问题。这些问题导致污水处理厂进水水质浓度低、进水水量波动大,影响污水处理厂的稳定运行。 (2)通过对源头排水户取样分析,研究区域小区及工业企业浓度较高,在进行整改后,整体水质浓度显著提升。小区内污水浓度经化粪池处理后均有不同程度的下降,但无法直接归因于化粪池对各污染物的降解作用。在市政管网接口处,居住小区污水浓度出现大幅度下降,说明同时存在外水入侵/雨水入流等问题。即便在雨污分流较为彻底的小区,从检查井、管道裂缝等位置进入雨水也会对居住小区污水浓度造成较大的影响。研究区域工业企业的用水量主要由少数用水量较大的企业贡献。工业企业废水的平均COD浓度为606mg/L,较高的COD浓度与该区域主要企业为食品产业,且COD为可溶解性COD有关。同生活污水浓度相比,工业企业排水氨氮浓度偏低。在扣除工业企业COD浓度影响后,污水处理厂进水COD浓度由280 mg/L下降为248 mg/L,污水处理厂COD浓度有所降低。 (3)对研究区域泵站的连续取样分析显示,各泵站水质浓度无明显规律且普遍较低,主要与泵站所处地理位置、收集水源类别有关。如E泵站的整体水质浓度较高,因为其位于食品工业产业园且主要收集水源为工业废水。调研发现,泵站集水池液位调控依靠经验,缺乏定量化、系统化的调控方法。通过计算,泵站污水收集率普遍较低,7个一级泵站中仅2个一级泵站污水收集率大于70%。污水处理厂半年内的平均收集率均小于70%,污水收集率在50%以内的占36.11%。由构建的外水/雨水量占比与入侵后污水处理厂进水COD浓度之间关系可知,污水处理厂均存在不同程度的外水入侵/雨水入流,半年内月均外水入侵量达41.22%。 (4)使用SWMM模型,模拟出T污水处理厂在不同比例外水下进水COD浓度变化,结果与实际情况吻合。基于SWMM模型,对排水管网入侵25%外水时的一级泵站进行运行调控。液位调控后,水泵启闭次数有效减少,泵站出水COD浓度有所提高,T污水处理厂进水COD浓度得到小幅提高。选取典型泵站——D泵站进行雨污错接分析,设置截流管可以有效缓解降雨对管网的冲击负荷,减少降雨对污水处理厂进水COD浓度的稀释影响。

关键词： 载铁活性炭   污水处理厂   溶解性有机物   吸附   二级出水  

摘要： 再生水回用是解决我国水资源短缺的重要措施之一,经处理后的二级出水水质相对稳定,并且受环境地域等因素影响较小,因此是常用的优质再生水水源,但由于二级出水中含有一定量的有机物和氮磷等元素,会对水体造成污染,并且对人体健康造成潜在风险。因此需要对城镇污水处理厂二级出水进行深度处理。活性炭作为一种优秀的吸附材料,因其吸附性能力强且价格低廉被广泛应用于水处理领域,为了进一步提高活性炭对二级出水有机物的吸附能力,本文以污水处理厂二级出水有机物为研究对象,分别采用煅烧法和超声水浴法制备载铁活性炭,利用正交实验优化载铁活性炭制备方案,通过静态吸附实验探究其对有机污染物的吸附性能,引入吸附模型对载铁活性炭吸附有机污染物过程进行机理分析,同时采用活性炭滤柱的形式模拟实际滤池处理青岛某污水处理厂二级出水。主要研究成果如下: 活性炭投加量为10g,FeCl3溶液投加量为200m L的条件下,制备Fe2O3-AC的最优方案为FeCl3溶液浓度0.15mol/L、煅烧温度300℃和pH为9;制备FeOOH-AC的最优方案为FeCl3溶液浓度0.15mol/L、水浴温度70℃和pH为7。改性后,铁元素分别以Fe2O3和FeOOH的形式负载到活性炭表面,相比于活性炭（AC）,Fe2O3-AC、FeOOH-AC的总孔体积均增加,Fe2O3-AC的BET比表面积增大了27.86 cm2/g,FeOOH-AC的BET比表面积减少了61.39cm2/g。通过改性,Fe2O3-AC、FeOOH-AC零电荷点分别增加了2.4和3.1。碱基官能团分别增加了10.8%、32.6%。 静态实验结果显示,相同条件下活性炭对有机物的吸附效果:Fe2O3-AC>FeOOH-AC>AC,对TOC的饱和吸附量分别为4.88mg/g、4.31mg/g、3.90mg/g.增加投加量可以提高吸附剂对有机污染物的去除效果,当二级出水在弱酸环境下时,有机物的去除效率最高。温度的降低也有利于提高活性炭的吸附效果。吸附等温线模型结果表明,Langmuir和Freundlich模型都能较好的拟合实验数据,但Freundlich模型的拟合数据与实际数据更为接近,拟合精度更高。热力学分析表明,吸附过程为自发放热反应,以物理吸附为主。吸附动力学模型拟合结果显示,活性炭吸附有机物的过程更符合准二级动力学模型,表明吸附有机物的过程不仅存在物理吸附,还存在化学吸附。 青岛某污水处理厂二级出水小试实验结果表明,Fe2O3-AC、FeOOH-AC滤柱对出水污染物的去除效果要高于AC滤柱,Fe2O3-AC、FeOOH-AC分别对有机物污染和磷酸盐展现出优越的吸附性能,Fe2O3-AC对有机污染物的平均去除率79.0%,FeOOH-AC对磷酸盐的平均去除率为93.5%。 综上所述,载铁活性炭对污水处理厂二级出水污染物展现出良好的去除能力,以上研究结果可为再生水回用工程应用时的工艺选择和优化提供技术参考和指导。

关键词： 黑臭水体治理   城镇污水处理   系统优化   环境改善  

摘要： 当前，我国黑臭水体分布广泛，治理任务艰巨。若没有选择科学的处理措施，将对我国生态环境构成严重威胁，无法满足现代化发展需求。本文旨在探讨黑臭水体治理技术集成与城镇污水处理系统优化策略，通过分析黑臭水体的成因及现状，指出了当前治理中存在的瓶颈问题，并提出针对性的技术集成与系统优化对策。文章详细阐述了多种治理技术的原理、优缺点及适用性，并紧密结合城镇污水处理系统的实际情况，提出了一系列创新路径和实施方案，以期为改善城市水环境、提升居民生活质量提供科学依据和技术支持。

摘要： 举创新提升超越引领纲；铸爱党爱国敬业爱岗魂；立企业强寓行业兴盛本；树诚信和谐公平竞争德；筑美丽建材员工富裕梦。发改办环资[2024]531号 各省、自治区、直辖市、新疆生产建设兵团发展改革委、住房和城乡建设厅（建设局、建委、水务局），海南省水务厅：为落实《关于推进污水处理减污降碳协同增效的实施意见》（发改环资[2023]1714号），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。现就有关工作通知如下。

关键词： 纤维素   纳米纤维膜   功能化   吸附   污水处理  

摘要： 重金属离子污水对生态环境和人类健康造成严重危害。本文通过静电纺丝和化学改性工艺相耦合，在再生纤维素纳米纤维膜中键合引入对金属离子具有强配位作用的羧基基团。FTIR、XPS测试结果证明了羧基基团的存在和化学反应的完成；SEM测试表明改性过程导致纳米纤维出现部分卷曲，但没有破坏其典型的纤维结构和大比表面积吸附特性；水接触角（WCA）和机械性能测试结果表明羧基的引入赋予其超亲水特性和金属离子附着能力的同时，有利于膜产品综合机械性能的提升，从而赋予其良好应用特性；Cu2+离子吸附测试结果证明了改性膜优异的吸附特性，利用动力学对吸附作用机理进行探究，发现功能型纳米纤维膜主要通过化学吸附完成对重金属离子的净化去除，具有良好的高效性和稳定性。

关键词： 污水处理   电化学氨氧化   电子受体   脱氮行为  

摘要： 在污水处理的生物脱氨氮（NH4+-N）环节中，硝化-反硝化法是应用最为广泛的方法，其分为好氧硝化和厌氧反硝化两个过程，在硝化过程中需要大量的曝气，在反硝化阶段需要有机物作为电子供体，使得其面临能耗高、运行成本高、易产生二次污染等缺点。与硝化-反硝化法相比，厌氧氨氧化（Anammox）具有无需有机碳源、曝气量减少50~60%、几乎不产生N2O温室气体和污泥产量少等优势。但是，Anammox细菌为自养菌，其存在运行时间长，对氧气（O2）、重金属和温度敏感等不足。Anammox是以NH4+-N为电子供体，亚硝氮（NO2--N）为电子受体实现脱氮的，NO2--N可以外加或者部分硝化（Partial Nitritation, PN）获得。外加NO2--N容易造成二次污染;而PN工艺难以控制在NO2--N阶段，使得Anammox脱氮效率低。　　为了解决Anammox中NO2--N电子受体难以获得的难题，本论文首先提出以电极作为电子受体进行微生物电化学氨氧化（ME-Anammox），并探究了有机碳源（COD）对ME-Anammox菌的影响;随后，为了解决ME-Anammox需持续输入能耗的问题，在系统中引入Fe(Ⅲ)作为电子受体进行氨氧化，即铁氨氧化（Feammox）;最后，针对Feammox过程中需持续供给Fe(Ⅲ)的问题，提出铁介导的硝化-Feammox（Fe-nitro-ammox）耦合脱氮方案，即在硝化阶段利用DO氧化Fe(Ⅱ)来再生Fe(Ⅲ)，为Feammox持续供给Fe(Ⅲ)电子受体。　　（1）：有机碳源对微生物电化学氨氧化的影响　　探究了COD对电活性氨氧化微生物的影响。循环伏安（CV）结果表明， ME-Anammox菌成功附着在电极上，表现出催化NH4+-N氧化的微生物电催化特征。其中COD/N-0.6时的ME-Anammox菌的氧化还原电流最高，电催化活性最强。有机物浓度过高或过低都不利于NH4+-N的转化和总氮（ TN ）的去除， COD/N-0.6的NH4+-N的转化率和TN的去除率最高。群落分析结果显示，当COD/N-0.6 时其电活性菌 Thauera、氨氧化菌 AlicyclipHilus 和反硝化菌Moheibacter、Azoarcus的丰度最高。　　（2）：pH补偿强化铁氨氧化脱氮性能研究　　针对ME-Anammox需持续输入电能的问题，提出以Fe(Ⅲ)作为电子受体进行氨氧化，即Feammox。首先对其反应条件进行了优化，随后探究了pH补偿对Feammox脱氮的影响。曝氮气、Fe(Ⅲ)为1 g L-1且pH调至6.5时体系的NH4+-N转化效果和TN的去除效果最佳;且培养液CV的氧化还原催化电流也最大。调节pH有利于微生物的富集，当pH=6.5时，其铁还原微生物Geobacter和Clostridium以及反硝化微生物Pseudomonas的丰度最高，分别为29.42%、13.42%和29.4%。　　（3）：铁介导的硝化-铁氨氧化脱氮性能研究　　为了实现Fe(Ⅲ)的循环使用，提出Fe-nitro-ammox的策略进行脱氮。Fe(Ⅲ)为100 mg L-1、反应温度为35℃和初始pH值为6.5时有利于NO2--N的累积和Feammox ，碳纤维短纤（ CF ）和修饰的碳纤维短纤（ CF-mo ）能够显著提高Fe-nitro-ammox的脱氮效率。当CF-mo为20 mg时，其NH4+-N转化率和TN去除率分别提高了21%和18.5%。Fe、CF和CF-mo的加入有利于功能微生物的富集，其亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）和反硝化菌属：Thauera和Denitratisoma的丰度增加;Fe(Ⅲ)和CF的加入也能够有效的抑制硝化螺旋菌属（Nitrospira）的生长。

关键词： 污水处理厂   智能曝气   环境学知识   自动特征工程   机器学习  

摘要： 城市污水处理厂（Wastewater Treatment Plant，WWTP）碳排占总碳排的1-3%，其节能减碳将为双碳目标的实现提供强有力的推动。污水处理厂曝气过程的智能控制可以大幅降低能耗和温室气体排放，但是传统的手动模糊控制不够精确，机器学习（Machine Learning，ML）提供了一种前景广阔的解决方案。特征工程是机器学习中数据预处理的合集，目前阶段，污水处理厂数据集特征之间的关系通常并不明显，应用特征工程进行数据预处理时存在较多的问题。实际污水处理厂数据集还面临着大量空缺值和异常值，难以训练，因此需要一种自动化的方法处理污水处理厂实际数据集。　　本研究开发了一种基于变异滑动层（Variable Sliding Layer，VSL）的自动特征工程框架，基于VSL搭建ML模型，以精确控制曝气过程的鼓风机供氧量。具体研究通过总结特征工程典型步骤，结合环境学知识进行 VSL 框架开发，然后基于多类别 ML算法进行智能模型开发，最后在真实污水处理厂对所开发模型进行性能验证，可解释分析和评估。本研究主要内容总结如下：　　针对传统特征工程复杂无序的问题，本研究设计了自动特征工程方法VSL，来解决实际 WWTP 数据集大量缺失的问题。VSL 包括四层：离群点丢弃层（outlier discarding layer）、多变层（variation layer）、滑动层（sliding layer）和特征剔除层（feature discarding layer）。通过 8 个月的实地水厂数据采集获得了原始数据集，使用 VSL 方法对污水处理厂原始数据集进行了自动化处理。通过 outlier discarding layer 数据样本数量从 14208 减少到了 12712，通过variation layer将数据特征从原本的 18个维度增加到了 32个维度，为了捕捉更多信息，通过 sliding layer 进一步将特征数量从 32 个维度扩充到了 208 个维度。最后，通过 feature discarding layer 将这些维度精简为 166 个最具代表性的特征维度。经过 VSL处理后的数据集更加规范和可用，展现了 VSL的自动处理能力和可用性。　　针对机器学习模型通用性差的问题，本研究选取了包括经典机器学习、深度学习和集合学习 3 类 12 种不同的机器学习方法进行验证，来提高模型的泛化能力。本研究分别搭建了 12 个单独机器学习模型（ML-Ori 模型）和 12 个耦合 VSL机器学习模型（ML-VSL模型）。在 12个 ML-Ori模型中，贝叶斯模型的MAPE最低，为9.27%，同时RMSE也是最低，为1869.98，R2达到最高，为 0.4383。12个 ML-VSL模型中， VSL耦合贝叶斯模型的 MAPE最低，为6.28%， VSL 耦合LGBM模型的RMSE最低，为1296.07，VSL 耦合LGBM模型的R2最高，为0.7301。VSL优化了所有12种算法，优化效果最明显的是随机森林算法，三个指标的改进幅度接近 60%。结果表明，在经典机器学习、深度学习和集合学习中使用 VSL 可以显著提高污水处理厂曝气智能控制的效率。　　针对模型可解释性和应用局限性的问题，本研究通过SHAP方法和实际水厂应用，证明了所搭建模型的可用性。将性能较好的 VSL 耦合贝叶斯模型在真实污水处理厂中实施，通过 VSL 耦合贝叶斯模型实时控制，与传统的预设溶解氧和鼓风机反馈的模糊曝气控制相比，曝气空气需求量减少了 16.12%。单位 COD 去除量的需氧量从 1.08 kg-O2/kg-COD 降至 0.91 kg-O2/kg-COD，降幅达 15.74%。单位 TN 去除率的需氧量从 5.49 kg-O2/kg-TN 降至 4.88 kg-O2/kg-TN，总体下降了 11.11%。结果证明 VSL 方法具有降低污水处理厂能耗的能力，同时设计开发开源了以 VSL 为基础的 Python 三方库的软件包 wwtpai，可在 GitHub 和 CSDN 上免费访问，以消除人工智能技术在污水处理厂应用的技术障碍。　　综上所述，本研究开发并设计了一套基于环境学知识的自动特征工程方法VSL，并在 12 种机器学习算法上验证了方法的通用性，通过对比分析机器学习模型控制方法和模糊手动控制方法在实际污水处理厂的应用效果，展示了VSL方法在多种ML算法上的通用性。VSL在实际污水处理厂的应用能有效降低生化处理工艺曝气过程中的能源损耗，本研究对基于 VSL 的耦合模型进行了免费开源，为污水处理厂实际应用人工智能方法提供了更加便捷的自动数据处理方式，降低了机器学习大规模推广的技术瓶颈。

关键词： 真空排水   农村   污水   处理   应用技术  

摘要： 目的：真空排水技术在农村生活污水处理中的应用。过程：建立真空排水系统，将单户或多户排水经排污管道重力自流至污水井，再通过负压收集箱作用，实现污水的有压收集与输送。综合考虑污水密度等实际因素，通过管道压降计算能耗，获得污水抽吸系统的能效水平。系统中具有重力收集管段和真空管道，采取混凝土浇筑或焊接钢管进行管道敷设。结果：在不同区域中，管网的2倍污水流量值在1.6～1.7L/s，满足当前污水流量的排放要求；在100min内漏坏率为5.51%，结果在标准范围内。结论：在应用中具有较好的负压保持能力，能够有效地进行污水收集和排放。

关键词： MXene   分离膜   智能膜   无机有机复合材料   pH响应性   水净化  

摘要： 二维Ti3C2Tx（MXene）材料具有可调的层间距和多样化的表面化学性质等特点,在水处理领域具有广阔的应用前景。研究人员对MXene分离膜进行化学修饰,赋予MXene分离膜特定的功能,取得了一系列进展。尽管这些改进提升了MXene膜的分离性能,但仍然存在调节能力不足的缺陷。因此,亟需开发具有性能可调的MXene分离膜,以适应未来复杂的应用环境。pH刺激响应性高分子能够实现膜性能的智能调控,从而提高膜的分离性能。本文着眼于pH响应性MXene基智能膜的构建,为开发新型智能分离膜提供了一条新的途径。本论文的研究主要内容和结论为: （1）设计并制备pH响应性MXene/PAA复合膜（MXA）用于水净化。利用聚丙烯酸（PAA）分子插层MXene纳米片,通过自组装成膜的方法,构建了MXA。MXA具有pH可调的分离性能。在pH为2时,MXA对带负电的氨基黑10B（AB）和刚果红（CR）有较高的去除效率,分别为93.4%和99.5%;在pH为12时,对带正电的亚甲基蓝（MB）和中性红（NR）有较高的去除效率,分别为96.2%和82.4%。 （2）设计并制备pH响应性MXene-MPS-PDEAEMA膜（MPDM）用于水净化。通过表面修饰甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（MPS）,接着聚合甲基丙烯酸二乙氨基乙酯（DEAEMA）制备MXene-MPS-PDEAEMA纳米片,并真空辅助自组装制备MXene-MPS-PDEAEMA膜（MPDM）。该膜分离水包油乳液的渗透性高达534.2±22.0L m-2 h-1 bar-1,分离效率高达99.0%。通过调节pH值,可以调节MPDM的通道尺寸和表面电荷,从而实现可调控的膜分离选择性。在pH为12时,MPDM对带正电荷的MB去除效率达到98.7%。相反,在pH为2时,MPDM对带负电荷的AB去除效率达到98.7%。在二氧化碳（CO2）的刺激下,MPDM对带负电荷的AB去除效率达到96.1%。此外MPDM还展现了结构稳定性。这种策略为制备高选择性的MXene二维分离膜提供新思路。