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我国区域差异性水质标准制定的关键问题和挑战

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环境科学 2024年

作者：唐英才魏东斌巫寅虎陈卓陆韻高桦楠廖安然黄南徐红卫廖梓童丁仁闫晗张倬玮胡洪营中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室国家环境保护环境微生物利用与安全控制重点实验室环境前沿技术北京实验室北京工业大学城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室

我国环境管理的目标正在从污染控制向生态质量改善转型，制定区域差异性水质标准可以更好适应不同区域的生态环境特点和发展需求. 从现行水质标准的不足和科技发展的需求出发，分析引起区域性水质标准差异的原因及其影响因素，总结我国... 详细信息

我国环境管理的目标正在从污染控制向生态质量改善转型，制定区域差异性水质标准可以更好适应不同区域的生态环境特点和发展需求. 从现行水质标准的不足和科技发展的需求出发，分析引起区域性水质标准差异的原因及其影响因素，总结我国在受纳水体特征和社会属性、气候条件、水质理化性质、水生生物种群等方面的区域差异特征，解析区域特征对生物毒性测定的影响. 在此基础上提出了我国区域差异性水质标准制定时可能面临的关键科学问题，并梳理出未来该领域的关键研究方向，包括排水稀释系数的确定理论与方法、区域关键水质指标的确定方法及其对水质标准的影响、区域特征物种的确定方法及其对水质标准的影响、全国范围内差异性区域的划分理论与方法等，以期为我国水质标准的科学制定提供参考.

关键词：水质标准区域差异环境要素稀释系数生物毒性

集成电路废水的达标排放、资源回收和再生处理

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工业水处理 2024年第4期44卷 1-9页

作者：肖卓远黄南巫寅虎张倬玮徐雨晴吴乾元王文龙熊江磊罗嘉豪廖翔胡洪营清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室生态环境部环境微生物利用与安全控制重点实验室环境前沿技术北京实验室北京100084 北京工业大学城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室北京100124 清华大学深圳国际研究生院生态环境部环境微生物利用与安全控制重点实验室广东深圳518055 中国电子系统工程第二建设有限公司江苏无锡214135 清华苏州环境创新研究院江苏苏州215163

集成电路产业是支撑经济社会发展的战略性、先导性产业,其用水量和排水量均较高。分析了集成电路废水的水质特征,主要包括各生产环节产生的含氨、含氟、酸碱、有机、含铜和研磨废水。针对含不同物质废水,总结了废水达标排放、资源回收... 详细信息

集成电路产业是支撑经济社会发展的战略性、先导性产业,其用水量和排水量均较高。分析了集成电路废水的水质特征,主要包括各生产环节产生的含氨、含氟、酸碱、有机、含铜和研磨废水。针对含不同物质废水,总结了废水达标排放、资源回收和再生处理技术的应用现状与研究进展。在废水达标排放方面,实际工程中常采用混凝沉淀、过滤和吸附等处理含氟、含铜和研磨废水;采用活性污泥法、膜生物反应器、水解酸化和内循环厌氧反应器等处理含氨和有机废水;近年来磁混凝和高级氧化等技术也备受关注。在资源回收方面,目前主要采用超滤和电渗析等技术回收氟、铜和四甲基氢氧化铵等。废水回用方面,主要采用混凝沉降,膜生物反应器和膜过滤技术;反渗透技术是废水再生处理的核心,其目标是制备工业纯水用于集成电路制造。最后针对集成电路废水处理系统现存的问题,建议完善废水分类分质收集系统;强化去除重金属和难降解有机物,降低废水的生物毒性;使用预处理、污堵监测、膜清洗、开发新型膜材料等方法控制反渗透膜的污堵。

关键词：集成电路废水达标排放资源回收再生处理处理技术和工艺

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硫酸盐还原产物对EBPR系统影响的研究进展

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北京工业大学学报 2022年第8期48卷 898-906页

作者：高春娣侯春艳李悦王传德韩颖璐程丽阳杨箫阳北京工业大学环境与能源工程学院城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室北京100124

温暖沿海地区的污水中含有大量硫酸盐,而其在厌氧条件下的还原产物--硫化物及聚硫颗粒(polymeric sulfur compound, poly-S)会对强化生物除磷(enhanced biological phosphorus removal, EBPR)过程产生重要影响.综述了硫化物对传统强化... 详细信息

温暖沿海地区的污水中含有大量硫酸盐,而其在厌氧条件下的还原产物--硫化物及聚硫颗粒(polymeric sulfur compound, poly-S)会对强化生物除磷(enhanced biological phosphorus removal, EBPR)过程产生重要影响.综述了硫化物对传统强化生物除磷(conventional enhanced biological phosphorus removal, CEBPR)系统营养物去除、沉降性能和聚磷菌(polyphosphate accumulating organisms, PAO)的影响及作用机理,硫循环协同强化生物除磷(sulfur cycle-associated enhanced biological phosphorus removal, S-EBPR)系统的创建及特征(主要包括其生物转化过程、优势功能菌及除磷效果的影响因素),以及poly-S在S-EBPR系统中的功能作用.发现了硫化物和poly-S在硫循环参与的生物除磷过程中发挥着重要的积极作用,并且通过适当调控,或许能实现生物除磷系统对低ρ(C)/ρ(P)且含硫废水处理效果的强化;提出了当前研究存在的不足以及未来的研究方向,以期为EBPR系统的稳定高效运行及低ρ(C)/ρ(P)含硫污水的处理提供理论基础.

关键词：硫化物聚硫颗粒传统强化生物除磷硫循环协同强化生物除磷聚磷菌低ρ(C)/ρ(P)含硫废水

不同外碳源对尾水极限脱氮性能及微生物群落结构的影响

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环境科学 2022年第9期43卷 4717-4726页

作者：王伟赵中原张鑫由志鹏黄子晋彭永臻黑龙江工程学院土木与建筑工程学院哈尔滨150050 哈尔滨工业大学环境学院哈尔滨150090 北京工业大学城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室北京100124

投加外碳源是污水厂尾水深度脱氮的重要手段.为充分对比多种碳源在极限脱氮条件下的性能及经济性,以及碳源对微生物种群结构的影响,选取甲醇、乙醇、葡萄糖和乙酸钠这4种单碳源,并采用反应速率较高的乙酸钠和乙醇与价格便宜的葡萄糖配制... 详细信息

投加外碳源是污水厂尾水深度脱氮的重要手段.为充分对比多种碳源在极限脱氮条件下的性能及经济性,以及碳源对微生物种群结构的影响,选取甲醇、乙醇、葡萄糖和乙酸钠这4种单碳源,并采用反应速率较高的乙酸钠和乙醇与价格便宜的葡萄糖配制成4种复合碳源进行研究.结果表明,所有系统均能满足出水ρ(NO_(x)^(-)-N)≤1.0mg·L^(-1)的要求.单碳源系统,乙醇反应速率最快,投加量最省,费用最低.复合碳源系统,乙酸钠/葡萄糖(1∶1)在COD/ρ(N)为6时,与乙酸钠/葡萄糖(1∶3)、乙醇/葡萄糖(1∶1)和乙醇/葡萄糖(1∶3)在COD/ρ(N)为9、10和10时的效果相当,且乙酸钠/葡萄糖(1∶1)系统反应速率最快且经济性最好.Illumina MiSeq高通量测序显示,经70 d左右的运行,微生物群落结构发生根本性变化.在与葡萄糖相关的系统,常规脱氮系统不常见的菌门Candidatus Saccharibacteria,丰度从种泥的1.16%提高到47.37%;相应地,在属水平Saccharibacteria_genera_incertae_sedis成为绝对优势菌种.研究结果可为污水厂尾水极限脱氮的碳源选择提供更全面的对比,也为碳源在微生物菌群驯化方面的作用提供更多参考和借鉴.

关键词：碳源反硝化尾水微生物群落 16S rRNA

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城镇污水处理过程的多角度综合评价研究进展

过程工程学报 2024年第1期24卷 1-16页

作者：崔晗王玉亭李华杰张笛吕龙义任芝军孙峙王鹏飞刘晓阳孙丽张光明高文芳河北工业大学能源与环境工程学院天津300401 中国科学院绿色过程制造创新研究院中国科学院过程工程研究所绿色过程与工程重点实验室北京市过程污染控制工程技术研究中心国家基础学科公共科学数据中心北京100190

污水处理行业快速发展,各种治理技术层出不穷,在很大程度上解决了环境污染问题,但也不可避免地会造成环境影响。在“双碳”背景下,为选择更高效的污水处理技术,各种评价方法相继在污水处理行业中应用。本综述总结了城镇污水处理过程中... 详细信息

污水处理行业快速发展,各种治理技术层出不穷,在很大程度上解决了环境污染问题,但也不可避免地会造成环境影响。在“双碳”背景下,为选择更高效的污水处理技术,各种评价方法相继在污水处理行业中应用。本综述总结了城镇污水处理过程中应用较为广泛的评价研究现状,主要关注基于生命周期评价的环境影响评价,其中重点关注环境富营养化、全球变暖潜力等方面的影响;经济评价中通过对成本分析可发现在处理过程中能源成本很重要,由利润分析可发现回收利用沼气可以提高利润;此外,碳足迹和有机物毒性计算也逐渐成为研究重点。基于以上内容提出了“5E”评价系统,可切实解决城镇污水处理过程多角度综合评价问题,为行业可持续发展、“双碳”目标的实现提供支撑。要点:(1)简述了污水处理厂发展前景和优势。(2)综述了环境影响评价、经济评价、碳足迹分析、有机物毒性分析和技术分析在城镇污水处理中的应用。(3)提出了“5E”评价系统,对多角度综合评价的发展前景进行了展望。

关键词：城镇污水处理综合评价生命周期评价经济性评价碳足迹分析

上向流厌氧滤池(UAF)处理城市生活污水的运行效能

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环境科学 2019年第9期40卷 4121-4127页

作者：杨忠启刘秀红李海鑫刘智斌刘润雨杨庆北京工业大学环境与能源工程学院城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室

采用上向流厌氧滤池(UAF)处理实际生活污水,研究中温条件下水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对系统运行效果及优势产甲烷菌群的影响.结果表明,在35℃,HRT为24h条件下,系统启动28d后化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)... 详细信息

采用上向流厌氧滤池(UAF)处理实际生活污水,研究中温条件下水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对系统运行效果及优势产甲烷菌群的影响.结果表明,在35℃,HRT为24h条件下,系统启动28d后化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除率可达75%以上.HRT由24h降至2.5h的过程中,COD去除率呈现先上升后下降的趋势,在HRT为5h时最高,平均去除率为81.71%,最高可达87.18%,当降至2.5h后,COD去除率降至75.12%.甲烷产率(每消耗单位质量底物产生的甲烷的量,以CH4/CODre计)及甲烷体积分数随HRT的降低而增高,HRT为2.5h时为0.30L·g^-1,甲烷体积分数维持在73%左右,经能耗核算后可得系统产能可满足蠕动泵能耗需求.对系统内主要的产甲烷菌进行定量分析表明,乙酸营养型产甲烷菌Methanosarcinales丰度最高,为优势菌群,随着HRT的逐渐降低,乙酸营养型和氢营养型产甲烷菌的丰度都有大幅度提高.

关键词：上向流厌氧滤池(UAF) 生活污水水力停留时间(HRT) 甲烷产甲烷菌

从剩余污泥厌氧发酵上清液中以鸟粪石形式回收磷

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环境科学 2019年第9期40卷 4169-4176页

作者：畅萧曾薇王保贵许欢欢北京工业大学环境与能源工程学院城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室

为了实现以鸟粪石(MAP,MgNH4PO4·6H2O)的形式回收剩余污泥厌氧发酵上清液中的氮磷,研究了氮磷溶出的最佳条件及不同的反应条件对氮磷回收的影响.结果表明在pH为10.5,温度为35℃时,发酵液中溶出的氨氮与正磷酸盐质量浓度皆在第5d达到峰... 详细信息

为了实现以鸟粪石(MAP,MgNH4PO4·6H2O)的形式回收剩余污泥厌氧发酵上清液中的氮磷,研究了氮磷溶出的最佳条件及不同的反应条件对氮磷回收的影响.结果表明在pH为10.5,温度为35℃时,发酵液中溶出的氨氮与正磷酸盐质量浓度皆在第5d达到峰值;在添加磷源的条件下,磷回收的最佳条件为pH=9.5、N∶P=0.8、Mg∶P=1.8;未添加磷源的条件下,回收磷的最佳条件为pH=9.5、Mg∶P=1.6、转速200r·min^-1.此外,降低N∶P摩尔比对于鸟粪石的形态和纯度均有显著影响.利用扫描电镜(SEM)、X光微区分析(EDS)、X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)等手段对回收产物进行了表面相貌及物相组成分析,证实了沉淀物的主要成分为MAP.以鸟粪石形式回收剩余污泥中的氮磷,是实现污泥资源化的一种有效手段.

关键词：剩余污泥厌氧发酵氨氮磷酸盐鸟粪石

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低温下丝状菌膨胀污泥的微生物多样性

环境科学 2020年第7期41卷 3373-3383页

作者：高春娣张娜韩徽任浩李悦侯春艳王传德彭永臻北京工业大学环境与能源工程学院城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室北京100124

为探究低温下丝状菌污泥膨胀过程中微生物多样性的变化特征,实验采用低温-SBR反应器成功诱发污泥膨胀,并借助Illumina MiSeq高通量测序技术,考察了不同沉降性能下活性污泥微生物群落的整体变化特征、各特定菌群及特定菌属的变化特征.结... 详细信息

为探究低温下丝状菌污泥膨胀过程中微生物多样性的变化特征,实验采用低温-SBR反应器成功诱发污泥膨胀,并借助Illumina MiSeq高通量测序技术,考察了不同沉降性能下活性污泥微生物群落的整体变化特征、各特定菌群及特定菌属的变化特征.结果表明,在系统运行温度降至(14±1)℃后可成功诱发丝状菌污泥膨胀,SVI可恶化至663.99 mL·g-1,且膨胀后COD去除率和TN去除率仍能维持在90%和86%左右.低温下污泥膨胀的发生不仅会导致系统内微生物整体多样性和均一性的降低,使特定菌群中丝状菌群的丰度由0.49%增至26.04%,还会使脱氮菌群的丰度由21.04%减少至13.99%、除磷菌群的丰度由4.25%减少至1.93%.发现的5种丝状菌属中,以Thiothrix为代表的3种菌属的丰度递增,仅Haliscomenobacter的丰度递减;发现的19种脱氮菌属中,以Nitrosomonas为代表的5种菌属的丰度递增,以Nitrospira为代表的7种菌属的丰度递减;发现的8种除磷菌属中,Pseudomonas和Tetrasphaera的丰度递增,以CandidatusCompetibacter为代表的5种菌属的丰度递减.虽然污泥膨胀对微生物菌群结构产生较大影响,但不同泥样中始终存在的477个OTUs和227个菌属说明膨胀过程中反应器内主体微生物仍呈相对稳定状态.

关键词：低温污泥膨胀生物多样性丝状菌功能菌

基于同位素技术的短程硝化过程N_2O产生途径

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环境科学 2018年第11期39卷 5051-5057页

作者：杨玉兵杨庆李洋周薛扬李健敏刘秀红北京工业大学环境与能源工程学院城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室北京100124

在常温条件下,采用批次试验结合同位素分析技术,研究不同溶解氧(DO)浓度下短程硝化过程N_2O的释放量及产生途径.结果表明,不同溶解氧条件下,N_2O的释放量与NO_2^--N浓度显著相关,当NO_2^--N浓度大于3 mg·L^(-1),短程硝化过程开始出现N... 详细信息

在常温条件下,采用批次试验结合同位素分析技术,研究不同溶解氧(DO)浓度下短程硝化过程N_2O的释放量及产生途径.结果表明,不同溶解氧条件下,N_2O的释放量与NO_2^--N浓度显著相关,当NO_2^--N浓度大于3 mg·L^(-1),短程硝化过程开始出现N_2O的释放,且随着NO_2^--N浓度的增加而增加.当溶解氧浓度分别为0. 5、1. 5和2. 5 mg·L^(-1)时,N_2O的释放量占进水总氮的比例分别为4. 35%、3. 27%和2. 63%,随着溶解氧的升高,N_2O的释放量占进水总氮的比例降低.短程硝化过程控制溶解氧在2. 5 mg·L^(-1),既可以提高比氨氧化速率,又可以减少N_2O的产生.同位素测定结果表明,当溶解氧为0. 5 mg·L^(-1)时,只有AOB反硝化过程生成N_2O.但当溶解氧升至1. 5 mg·L^(-1)时,有4. 52%的N_2O通过NH_2OH氧化过程生成,AOB反硝化过程生成的N_2O占95. 48%.继续升高溶解氧到2. 5 mg·L^(-1)时,NH_2OH氧化过程生成的N_2O比例增加至9. 11%,AOB反硝化过程生成的N_2O占90. 89%,溶解氧浓度的改变会影响短程硝化过程N_2O的产生途径,避免过高的NO_2^--N积累,可以减少N_2O的产生.

关键词：溶解氧短程硝化氨氧化菌 N2O 同位素