关键词： 餐厨垃圾   厌氧发酵   乙酸菌   挥发性脂肪酸   反硝化  

摘要： 2024年2月,国务院办公厅印发了“关于加快构建废弃物循环利用体系的意见”,资源化循环利用事业自此进入了快车道。餐厨垃圾作为城市大宗固废之一,具有来源广、产量大、有机物含量高、氮磷含量高、处理费用高等特点,其资源化处理及应用,为当前城市发展亟需。将餐厨垃圾厌氧发酵制备碳源,然后运用至实际污水处理厂解决目前原水中C/N比失调的难题,贯彻“变废为宝”“以废制废”的绿色环保发展理念。目前的研究主要集中在控制餐厨垃圾发酵产物类别和产率方面,但除了充分考虑到工艺优化问题,还应考虑餐厨垃圾发酵液中高氮磷引起二次污染问题。本文研究以制备经济效益好、氮磷含量低、安全、无二次污染的碳源为目标,以餐厨垃圾为原料,接种外源菌种进行厌氧发酵、发酵液经过脱氮除磷再进行反硝化实际应用。研究阐明了影响及提高发酵液中挥发性有机酸(VFAS)产量机制,研发了餐厨垃圾发酵液脱氮除磷及高反硝化性能的碳源制备新技术。本研究为餐厨垃圾高值化利用提供了新思路。 本文主要研究内容与结果如下: (1)以餐厨垃圾为基质,采用厌氧发酵方式,探明了关键运行参数对VFAS、氨氮及可溶性有机物浓度的影响规律。研究考察了添加不同菌种、发酵时间、菌种投加量、发酵液p H值对发酵液的水解和酸化影响规律,确定了最佳工艺条件:菌种为乙酸菌、发酵时间为3d、菌种投加量为0.5 g/L、p H约为7。在上述最佳工艺条件下,SCOD浓度高达可达50900 mg/L、VFAs浓度最高值为14375.4 mg/L、氨氮浓度最高值为333.5 mg/L,通过微生物多样性分析得出优化后的微生物中厚壁菌门类微生物相对百分占比高达95.8%,该类微生物有助于发酵液的水解和酸化,从而促进发酵系统中碳源有机物的产生。 (2)以聚四氟乙烯膜(PTFE膜)为膜组件装置为基础,研究了关键运行参数对氨氮和总磷的影响规律、分析了其脱氮除磷的作用机理。考察了膜污染中对膜损坏程度、吸收液浓度、发酵液p H值对脱氮除磷的影响规律。确定了运行的最优参数,当选择加入氧化钙除磷兼调节p H=10.97后的上清液、吸收液浓度为10%时为最佳工艺条件。在上述工艺条件下总磷和氨氮去除率分别达95%、88.57%。实验结果证实了该工艺对氮磷具有较高的脱除率。脱氨过程中过膜前和过膜后铵根离子基本守恒,没有释放二次污染物。 (3)为了验证实验最终制备的碳源具有实际应用价值,本章以最优工艺条件下发酵制得的发酵液脱氮除磷后的产品为碳源。与传统碳源乙酸钠、葡萄糖同步进行反硝化实验。实验结果显示乙酸钠、葡萄糖和发酵液的反硝化潜力值分别为0.09878g N/g COD、0.05127 g N/g COD和0.07125 g N/g COD。发酵液的反硝化能力值介于乙酸钠和葡萄糖之间。由于发酵液中COD主要由挥发性小分子有机酸构成,所以发酵液的COD利用率较高,证实了本研究制备的餐厨垃圾发酵液可以作为碳源替代物利用。 本研究以餐厨垃圾为基质,通过厌氧发酵工艺参数优化,制备出了高有机物含量和高VFA浓度含量的碳源,实现了资源化循环利用。发酵液通过PTFE工艺优化后,极大程度的降低了发酵液中氮磷含量,降低了新型碳源出现二次污染的隐患。最终制得的产物在废水反硝化实际应用中展现了代替传统碳源的潜力。本研究为餐厨垃圾厌氧发酵制备碳源工业化应用提供了技术支持。

关键词： 家庭禀赋   村干可信度   生活污水   排放方式  

摘要： 2024年中央一号文件指出,深入实施农村人居环境整治提升行动,因地制宜推进农村生活污水治理。加强农村生活污水治理可以提高农村居民生活质量和健康水平。近年来,随着我国加强农村污水治理,农村生活污水处理设施覆盖率提高,农村居民生活环境日益改善。 已有研究表明,关于农村生活污水治理的文献主要关注点在发展中国家的农村地区,主要研究集中在由于对污水处理不当对人体健康造成负面影响等方面。针对我国农村地区的生活环境问题,为了达到“生态宜居”的目标,积极推行农村生活污水治理项目,可以有效改善农村居民的生活环境。本研究从家庭禀赋对农户家庭生活污水处理方式的影响入手,探究家庭禀赋对农户家庭生活污水处理方式的影响如何及其内在的作用,对于进一步推动农村地区污水处理设施建设和水环境改善有着重要的借鉴价值和参考意义。 本研究共分为六个章节研究家庭禀赋对农户家庭生活污水处理方式的影响,其中,第三章至第五章是本研究的核心部分,主要研究内容包括:(1)对研究方法、数据和计量模型进行阐述说明;对被解释变量、核心解释变量和控制变量进行描述性统计分析,从整体上了解农户家庭资源禀赋和农户家庭生活污水处理方式情况。(2)本研究使用辽宁乡村振兴追踪调查数据验证家庭禀赋对农户家庭生活污水处理方式的影响,并探究其内在的关系。首先,使用Logit回归模型检验家庭禀赋是否对农户家庭使用清洁污水处理方式产生影响;其次,使用工具变量方法解决研究中可能存在的内生性问题后证实家庭禀赋对农户家庭使用清洁污水处理方式的影响;最后,使用村干可信度,利用回归模型探究家庭禀赋和农户家庭使用清洁污水处理方式的内在关系,验证村干可信度在其中发挥的调节作用。(3)通过剔除非农业户籍和替换解释变量方法对回归结果进行稳健性检验,并从年龄、区域异质性、非农工作和家庭收入四个维度探究家庭禀赋对农户使用清洁污水处理方式的异质性。 研究发现:(1)基准回归结果表明,经济资本、社会资本和人力资本对农户使用清洁污水处理方式具有积极作用。家庭经济资本的边际系数为0.087,具有统计学意义,且在1%的水平上显著,说明经济资本使农户使用清洁污水处理方式的概率提高了8.7个百分点;社会资本回归系数为正,且均在1%的统计水平上通过显著性检验;人力资本的边际系数为0.122,并通过了1%的显著性检验,说明人力资本积累使农户使用清洁污水处理方式的概率提高了12.2个百分点。家庭禀赋与农户家庭使用清洁污水处理方式可能存在因果关系,运用IV-Probit解决内生性问题后,结果依旧表明家庭禀赋对农户家庭使用清洁污水处理方式有具有显著的正向影响。(2)村干可信度的调节效应分析结果表明,村干可信度对家庭禀赋和农户使用清洁污水处理方式有显著的正向调节作用。(3)运用样本稳健性检验和替换解释变量两种方式验证家庭禀赋影响农户家庭使用清洁污水处理方式的稳健性,并进行异质性分析。首先,剔除非农业户籍的样本,重新回归,回归结果与基准回归结果基本保持一致。其次替换解释变量进行重新回归,回归结果与基准回归结果基本保持一致。本文从受访者年龄、地区差异、非农工作经历和年龄四个维度检验家庭禀赋对农户使用清洁污水处理方式的异质性影响。 最后,根据上述结论提出提高农户家庭清洁污水处理方式使用、推动乡村振兴战略发展的政策建议。具体而言,建议发挥家庭禀赋的内在引导作用,通过丰富农村家庭资本、加强环保宣传教育、科学合理选择清洁污水处理方式等政策建议。

关键词： 污水处理   堆肥发酵   随机森林   结构方程模型   Transformer时间序列模型  

摘要： 随着我国城市化进程的发展,城镇污水处理厂所处理的污水量在不断增加。因此,污水处理与处置一直是国家重点关注的问题,同时也是污水处理领域内的难题。如果这些污水没有经过合理的科学处理,就很容易对环境造成二次污染。由于污水中含有丰富的可供植物生长的营养元素,因此具有非常高的再利用价值。本研究以城市周边某养殖场剩余污水为主要原料,探究玉米秸秆混合微生物菌剂在发酵堆肥中的作用。通过机械+人工方式制成条剁式发酵堆,监测各项指标（如含水率,温度,O2含量和CO2含量）的变化趋势,并绘制变化趋势图,结合图形定性分析各个指标的变化过程并解释产生这种变化的主要原因。采用随机森林模型对发酵堆肥含水率作影响因子重要性评估,并采用结构方程模型对各个指标之间的联系与影响机制作相关性分析,利用Transformer模型对于时间序列的长期依赖性,深入监测并分析堆肥发酵过程中各项监测指标的动态变化趋势,并将模型的预测结果实时反馈到堆肥发酵过程,实现对发酵条件的精准调控,从而优化堆肥管理水平,提升堆肥效率和腐熟质量。通过本文研究与分析,主要得出以下结论: （1）堆体的温度,含水率,O2值和CO2值在堆肥发酵过程中有着不同的变化规律,其中温度从初期的缓慢升高到升温期的快速上升,达到高温峰值后维持一段时间,最后逐渐降低至常温;O2浓度开始逐渐下降,然后有所回升并最终趋于稳定;CO2含量先上升达到峰值后保持平稳,后又逐渐下降并最终趋于稳定;而含水率则呈现逐渐下降的变化趋势。且各指标之间紧密联系,相互影响。 （2）温度对发酵堆体中水分含量的重要性程度最高,各变量的重要性程度由高到低的排列顺序依次为温度,O2值,CO2值。 （3）通过构建发酵堆肥结构方程模型可以得出以下结论:CO2含量对O2含量有强烈的直接负影响;CO2含量,O2含量,温度对含水率有直接负影响;并且CO2含量和温度有强烈的正向直接影响,O2含量对温度也具有正向直接影响;O2含量与CO2含量对含水率都产生间接显著影响。 （4）用Transformer模型对堆体的各项指标基于时间序列预测,通过Transformer与LSTM模型对堆肥发酵过程中各影响因子的不同评价指标的分析对比,结果发现:Transformer模型在分析堆肥发酵中长时间序列的参数具有明显的优越性能。且均方根误差RMSE平均值为0.5935,模型拟合优度MAPRE为4.31%。对温度,O2含量和CO2浓度表现出较高的预测精度（R2≥0.9096）,其中温度最高达到0.9949,预测精度由高到低依次为温度,含水率,CO2值,O2值;并且在各参数的评价指标中,Transformer在RMSE和MAPE的平均值明显小于LSTM模型。但基于Transformer模型对堆肥发酵中各参数的评价指标MSPE平均值低于LSTM,如果Transformer在处理时间任务中对少数极端值预测不准确,可能会显著增大MSPE的值,此时基于短期记忆的LSTM模型可能更加适用。所以,使用Transformer模型通常需要考虑与特定任务的数据特性相匹配。

关键词： 辽宁地区   城镇污水处理厂   碳排放核算   低碳运行   Sumo  

摘要： 污水处理行业产生的碳排放仅占全社会总排放量的1～2%,但因其发展迅速且与人们的生产生活紧密相关,正逐渐被社会所重视。当下辽宁省城镇污水处理设施建设快速发展,但针对污水处理系统产生的碳排放研究较少。因此,本文基于辽宁省内城镇污水处理系统数据,使用排放因子法结合相关指南对其进行碳排放核算。根据核算结果,总结出辽宁省城镇污水处理系统碳排放特点,借助Sumo软件探讨该地区污水处理厂低碳运行策略,最后提出相应的减排措施。主要研究内容和结论如下: （1）根据核算结果,2006～2021年辽宁省污水处理系统碳排放共计1552万tCO2-eq,2013～2021年沈阳市污水处理系统共计排放227万tCO2-eq,沈阳市某污水处理厂年碳排放量为5.245万tCO2-eq。辽宁省内污水处理系统中电力消耗碳排放占比最高,污泥处置产生的碳排放量总体均呈上升趋势;沈阳市某污水厂碳排放主要因素是电力消耗、聚合氯化铝的使用以及污水处理造成的N2O排放。 （2）对比污泥处置中碳排放量,2006～2021年辽宁省污泥处置方式中碳排放量顺序为:填埋>建材>土地利用>焚烧,其中CH4是主要碳排放来源。2020年辽宁省污泥处置碳排放量为12.332万tCO2-eq,大连市产生的碳排放量最高,沈阳市次之。2013～2021年沈阳市污泥处置共产生了34.95万tCO2-eq,其中利用堆肥方式产生的碳排放量占比最高,其次是污泥填埋,占比最低的是污泥焚烧;N2O是沈阳市污泥处置中主要的碳排放来源。 （3）使用Sumo软件对沈阳市某污水厂主要碳减排参数进行分析得出,溶解氧可由原来的6.51 mg/L降至1～4 mg/L;聚合氯化铝投加量为原有的76%时,能减少该水厂0.223万tCO2-eq的排放;乙酸钠年消耗量可由原来的3710 t减为2672 t,碳排放量比原来减少了28.14%。在电耗方面可对鼓风曝气单元及水泵机组进行优化;应减少剩余污泥在厂区内堆放时间;还可通过水源热泵技术实现污水厂碳减排目标。 （4）基于辽宁省内碳排放情况,提出可能的减排路径:加强保温措施降低污水处理电能消耗,优化高能耗设备;可在污水厂未开发区域内安装光伏系统,补充传统电力的供给。在污泥处置方面,地级市中沿海地区大城市污泥可与垃圾进行混合焚烧,污水处理规模较大的城市可建设集中式污泥厌氧消化处理;对于县级市和县城来说,可采用好氧堆肥方式。

关键词： 农村剩余污泥   就地处置   好氧堆肥   资源化利用   工艺及装置设计  

摘要： 我国农村生活污水处理设施产生的剩余污泥量逐年增加,传统的收集转运和处置方式难以在农村广泛应用。考虑到农村剩余污泥的重金属含量远低于国家标准临界值,以及其中富含的有机质及氮磷钾营养物质,就地处置及资源化利用是能合理处置农村剩余污泥并提升资源利用效率的方式。本研究通过农村剩余污泥就地组合过滤-生物干化-好氧堆肥实验（FDACOS实验）和就地生态稳定化实验（ESTOS实验）,得出以下结论: FDACOS实验表明,农村剩余污泥经过组合过滤使用20 g/m2规格滤布、并辅助EM菌液生物干化后好氧堆肥（最优堆肥条件是稻草与污泥质量比1:2.5、菌剂S菌）后堆肥产物的各项指标均符合《城镇污水处理厂污泥处置园林绿化用泥质》（GB/T23486-2009）,可用于绿化或土壤改良; ESTOS实验则显示,农村剩余污泥基质不适宜铜钱草种子萌发,但铜钱草在污泥基质中分株、整株、去叶栽培的生长指标均显著优于土壤基质,以1 L～1.5 L/天的进泥量序批式栽培铜钱草生长良好,栽培后污泥得到了一定的脱水与稳定,该条件下种植铜钱草56天后的污泥含水率达到了61.8%,比处理前农村剩余污泥下降了34.5%;GI值为58%,比处理前提高了45%;经铜钱草生态稳定56天后污泥的p H值、有机质、含水率、总养分能够满足《城镇污水处理厂污泥处置土地改良用泥质》,但蛔虫卵死亡率和粪大肠菌值无法达标。 综合比较分析FDACOS与ESTOS实验结果,本研究提出了一套针对10 t/d农村污水处理站的污泥就地处置及资源化利用优化工艺,进行优化工艺和配套装置设计,经分析,该工艺的处理成本为20.3元/t,比运输至污水处理厂进行处置节省424.7元/t,并会产生196～272元/t的经济效益,并且对环境友好,具有良好的环境、社会效益,为农村剩余污泥的处置和资源化提供了新途径。

关键词： 农村生活污水   厌氧折流板反应器   人工湿地   资源化与碳减排  

摘要： 以农村生活污水处理为研究对象，设计改良ABR+复合人工湿地污水处理系统，研究不同HRT下改良ABR和不同水力负荷下复合人工湿地对各项污染物的去除效果，并分析系统的碳排放量，结果表明：在筛选出的最优运行工况下，当进水CODCr=162.60～372.30 mg/L,SS=90.10～128.60 mg/L,HRT=18h时，改良ABR出水CODCr、SS的浓度分别是75.60～98.60mg/L、5.60～26.30mg/L,出水满足《农田灌溉水质标准》（GB 5084—2021）,改良ABR对TN、TP的去除率较低，“保留”的氮和磷随出水用于农灌，有利于促进农作物的生长。在非农灌季节，改良ABR出水后接复合人工湿地深度处理，筛选出复合人工湿地水力负荷为0.35m3/（m2/d）的较优工况下，出水CODCr浓度为18.06～34.62 mg/L,出水TN和TP的浓度分别为11.28～42.64mg/L、0.57～0.86mg/L,出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）。该系统碳排放量为0.396kgCO2-eq/m3,相比常规活性污泥法工艺，系统能有效减少6303.13 kgCO2-eq/d的碳排放量。

关键词： 污水处理   A2/O   过程建模   PSO-SCN   多目标优化  

摘要： 目前我国主要采用活性污泥法对城市污水进行生化反应处理,以去除其中的有害物质,实现污水的再利用。但由于进水水质不稳定、处理过程难检测、曝气调节难控制等原因,导致污水处理厂普遍面临预测困难和能耗高等问题。预测困难主要表现在:目前大多数污水处理工艺以活性污泥法为核心,其复杂多变的特性使得出水水质难以进行及时、准确的预测。能耗高主要表现在:活性污泥中微生物的繁殖需要氧气,为了保证水质达标,污水处理厂常采用过曝气的方式对好氧池进行持续曝气,这给企业带来了极大的经济负担,也造成能源的极大浪费。本文以污水处理工艺中应用最广泛的A2/O工艺为研究对象展开研究,以解决预测难和能耗高的问题,主要工作内容如下: （1）首先对A2/O工艺进行了机理分析,根据机理确定建立过程模型所需的输入输出变量,确定了9种需要采集的变量,根据需求搭建实验环境,设计数据采集点,最终获取500组有效数据。 （2）针对预测难的问题,本文提出了一种基于PSO-SCN的A2/O污水处理工艺过程建模方法,根据建立的模型,可以从进水数据预测出出水数据,从而判断污水排放是否超标,以便及时进行决策。通过使用粒子群优化算法（PSO）优化随机配置网络（SCN）的权重和阈值,建立了PSO-SCN预测模型。针对A2/O工艺厌氧段、缺氧段、好氧段和全过程进行机理分析,确定所需建立模型的输入输出变量,使用PSO-SCN方法进行过程建模。通过对模型预测的均方根误差（RMSE）、纳什效率系数（NSE）和预测耗时进行分析,证明了PSO-SCN预测模型的有效性,且准确度较高,预测耗时较少。 （3）针对能耗高的问题,本文从A2/O污水处理工艺的好氧段的曝气能耗着手,建立了以多目标粒子群优化算法（MOPSO）为基础,结合拥挤度、小生境法、偏好解的选择办法等方法,提出了一项以水质和能耗为优化目标,以好氧池内溶解氧为决策变量的优化方案。经多目标优化方案获取最优溶解氧值后,对溶解氧值进行48小时追踪验证,证明了在水质得到提升的同时,能耗累计下降14.67kWh,验证了方案的有效性。

摘要： 武水规[2024]1号2024年4月2日市管各城镇生活污水处理设施运维企业,各区(功能区)水行政主管部门,市水务局机关相关处室、局属相关单位:《武汉市市管城镇生活污水处理设施运行绩效考核办法(试行)》已经市水务局局务会审议通过,现印发给你们,请认真贯彻执行。