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铈改性水葫芦生物炭对磷酸盐的吸附特性

环境科学 2021年第10期42卷 4815-4825页

作者：王光泽曾薇李帅帅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

本研究通过共浸渍-热解法开发了一种铈改性水葫芦生物炭吸附剂(Ce-BC),用以去除实际废水中的磷酸盐,考察了Ce-BC投加量、废水pH值、反应时间及共存的竞争性离子对吸附过程的影响.结果表明,当Ce-BC投加量为0.4 g·L^(-1),初始磷酸盐溶液p... 详细信息

本研究通过共浸渍-热解法开发了一种铈改性水葫芦生物炭吸附剂(Ce-BC),用以去除实际废水中的磷酸盐,考察了Ce-BC投加量、废水pH值、反应时间及共存的竞争性离子对吸附过程的影响.结果表明,当Ce-BC投加量为0.4 g·L^(-1),初始磷酸盐溶液pH值介于3~10时,Ce-BC对磷酸盐的吸附性能最佳,最大吸附量达到35.00 mg·g^(-1).Ce-BC对磷酸盐的吸附过程符合准二级动力学模型,并能在1 h内达到98%的磷酸盐去除率,吸附速率快.此外,Ce-BC具有较高的抗阴离子干扰能力,且具有良好的再生性能,Ce-BC经过4次再生后仍能保持90%以上的初始吸附效率.场发射扫描电镜-能量色散光谱(FESEM-EDS)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射光谱(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等表征结果表明,Ce-BC对磷酸盐的吸附机制主要包括配体交换和内球络合.本研究制备的Ce-BC吸附剂,可以有效去除及回收实际生活污水中的磷酸盐,在避免水体富营养化的同时实现磷资源的回收利用.

关键词：水葫芦生物炭氧化铈磷回收固定床吸附再生

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污水源热泵换热器的污染与防护研究进展

环境工程 2023年

作者：王锴晗杨庆刘秀红王京凡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

污水中蕴含着丰富的热能，回收利用污水中的热能是节能领域的一个重要研究方向。污水源热泵技术是回收利用污水热能的重要技术手段，然而，污水源热泵在污水中长期运行会导致其换热器受到腐蚀结垢的影响，从而降低污水热能的转化效率和... 详细信息

污水中蕴含着丰富的热能，回收利用污水中的热能是节能领域的一个重要研究方向。污水源热泵技术是回收利用污水热能的重要技术手段，然而，污水源热泵在污水中长期运行会导致其换热器受到腐蚀结垢的影响，从而降低污水热能的转化效率和污水处理厂的资源利用率。因此，以城市污水处理厂水源热泵换热器为研究对象，深入探究影响其传热性能的关键水质因素，并综合评价其在复杂水质条件下所采取的防护措施效果。本研究为高效低成本解决水源热泵换热器在污水处理过程中长期存在的污染问题提供参考，以期更好地实现污水处理碳中和运行目标。

关键词：污水源热泵换热器腐蚀防护措施污水处理碳中和

温度对好氧颗粒污泥系统污泥膨胀的影响与微生物群落结构特征

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中国环境科学 2022年

作者：欧家丽高春娣韩颖璐杨箫阳程丽阳彭永臻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

为探究温度对好氧颗粒污泥系统污泥膨胀的影响以及微生物群落结构特征，采用序批式反应器，进水为人工合成废水，运行温度分别为10℃、18℃和25℃，利用Illumina测序技术分析不同温度下好氧颗粒污泥系统微生物群落结构及细菌的动态变化... 详细信息

为探究温度对好氧颗粒污泥系统污泥膨胀的影响以及微生物群落结构特征，采用序批式反应器，进水为人工合成废水，运行温度分别为10℃、18℃和25℃，利用Illumina测序技术分析不同温度下好氧颗粒污泥系统微生物群落结构及细菌的动态变化.结果表明，18℃条件下好氧颗粒污泥沉降性能良好SVI值维持在40mL·g左右.而10℃和25℃条件下好氧颗粒污泥均发生膨胀现象，SVI值分别为194.67mL·g和100mL·g.通过qPCR分析可知，10℃条件下，特定的丝状菌里Sphaerotilusnatans丰度值最高，该菌大量繁殖导致SVI值极高.Illumina测序结果表明，温度导致好氧颗粒污泥系统的优势菌属具有显著差异性，18℃条件下，好氧颗粒污泥优势菌属为Tsukamurella和unclassified＿f＿Comamonadaceae，系统具有良好的污染物去除能力;10℃条件下，其优势菌属为Sphaerotilus，该菌属不能利用复杂的有机物;25℃条件下，优势菌属为Tsukamurella和unclassified＿f＿Microbacteriacea.从微观角度分析AGS系统脱氮性能，利用FAPROTAX数据库预测不同温度下细菌的代谢功能差异性，在18℃中，nitratereduction 和 nitrate respiration型氮循环功能菌细菌相对丰度分别为7.81%和7.78%均高于其它两个好氧颗粒污泥系统，这与18℃下好氧颗粒污泥系统有较好的氮去除效果相符合.

关键词：好氧颗粒污泥温度丝状菌微生物群落结构细菌代谢功能

GO/PDA/CNT双层低压膜去除腐殖酸及抗污染性能

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膜科学与技术 2023年第6期43卷 61-70页

作者：吴曜辰曾嘉王宇飞魏娜刘秋杉刘国涵郭瑾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

腐殖酸(Humic acid,HA)是水体中常见的膜污染物质和消毒副产物前驱体.通过真空抽滤将碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)和氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)负载于基膜表面,结合聚多巴胺(Polydopamine,PDA)的交联黏合功能,制备了GO/PDA/CNT... 详细信息

腐殖酸(Humic acid,HA)是水体中常见的膜污染物质和消毒副产物前驱体.通过真空抽滤将碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)和氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)负载于基膜表面,结合聚多巴胺(Polydopamine,PDA)的交联黏合功能,制备了GO/PDA/CNT双层低压膜.采用ATR-FTIR分析证实了PDA在GO膜表面的聚合,通过超声破碎验证了双层膜的稳定性.结果表明,GO/PDA/CNT双层膜性能稳定,渗透通量达到1238 L/(m^(2)·h·MPa),高于GO膜的279 L/(m^(2)·h·MPa).该膜对HA的去除率达到88.5%,均高于GO膜(85.8%)和CNT膜(38.9%).GO膜和CNT膜的比通量在过滤HA过程中分别降至0.314和0.697,GO/PDA/CNT双层膜的比通量下降幅度最小(0.753).提高搅拌速率有利于双层膜对HA的去除并进一步缓解膜污染,但搅拌速率过高会加剧膜污染;酸性条件下双层膜对HA去除率最高(94.5%),膜污染相较于中性和碱性条件更为严重.GO/PDA/CNT双层膜的制备,有助于提高膜滤效率和强化腐殖质类有机物的去除,减少消毒副产物的产生.

关键词：碳纳米管氧化石墨烯低压膜腐殖酸膜污染

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镧改性赤泥对废水中磷酸盐的吸附特性

水处理技术 2022年第1期48卷 49-53,58页

作者：李延龙崔有为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

针对氧化铝工业产生的废物赤泥在环境中的堆积问题,研究利用镧改性赤泥(La-RM)制备用于废水中磷酸盐的吸附材料。结果表明,La-RM吸附磷酸盐符合Langmuir等温吸附模型,吸附反应为单层表面化学吸附,自发吸热反应。La-RM对磷酸盐的吸附容... 详细信息

针对氧化铝工业产生的废物赤泥在环境中的堆积问题,研究利用镧改性赤泥(La-RM)制备用于废水中磷酸盐的吸附材料。结果表明,La-RM吸附磷酸盐符合Langmuir等温吸附模型,吸附反应为单层表面化学吸附,自发吸热反应。La-RM对磷酸盐的吸附容量与温度和初始磷酸盐含量呈正相关,与溶液的pH呈负相关,实际最大吸附容量为42.8 mg/g。废水中共存的SO_(4)^(2-)和F-对磷酸盐的吸附有显著的竞争作用。La-RM可能通过静电吸引和镧的氢氧化物的配位作用来实现对磷酸盐的吸附。研究为赤泥综合用于环境污染治理材料提供可能。

关键词：赤泥镧改性磷酸盐吸附

不同聚集形态短程反硝化耦合厌氧氨氧化系统脱氮性能与碳源利用特性

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环境工程 2023年第9期41卷 1-9页

作者：李聪杜睿彭永臻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

考察了微生物以生物膜和颗粒污泥两种聚集方式主导的短程反硝化耦合厌氧氨氧化(PD/A)系统启动与长期运行性能、功能菌活性变化与种群结构差异。通过批次试验研究了碳源类型和碳氮比(C/N)对不同聚集形态的PD/A污泥脱氮活性的影响。结果表... 详细信息

考察了微生物以生物膜和颗粒污泥两种聚集方式主导的短程反硝化耦合厌氧氨氧化(PD/A)系统启动与长期运行性能、功能菌活性变化与种群结构差异。通过批次试验研究了碳源类型和碳氮比(C/N)对不同聚集形态的PD/A污泥脱氮活性的影响。结果表明,PD/A生物膜与颗粒系统均实现了氨氮(NH_(4)^(+)-N)和硝态氮(NO_(3)^(-)-N)的同步高效稳定去除,其总氮(TN)去除率分别为90.6%和96.2%。碳源类型对PD过程实现亚硝态氮(NO_(2)^(-)-N)积累具有显著影响。当C/N为5.0时,生物膜系统比NO_(3)^(-)-N还原速率(μNO_(3))由大到小依次为乙酸钠、葡萄糖、乙醇和甲醇;在C/N为3.0时,生物膜系统比NH4+-N降解速率(μNH_(4))由大到小依次为葡萄糖、乙醇、乙酸钠和甲醇;在适宜C/N范围内,厌氧氨氧化活性随短程反硝化活性提升而提高;当乙酸钠为碳源时,颗粒污泥系统表现出较高的短程反硝化活性;但改变碳源后,颗粒污泥系统反硝化活性低于生物膜系统。因此,针对不同聚集形态活性污泥系统,选择适宜的碳源类型及C/N值对PD/A工艺稳定运行具有重要作用。

关键词：短程反硝化厌氧氨氧化生物膜颗粒污泥碳源类型

城市污水生物脱氮技术变革:厌氧氨氧化的研究与实践新进展

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中国科学：技术科学 2022年第3期52卷 389-402页

作者：杜睿彭永臻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 北京工业大学环境与生命学部北京100124

氮、磷营养素过度排放诱发的水体富营养化是当前全球性水污染问题,污水脱氮除磷势在必行.传统硝化/反硝化是最主要技术手段,而随着世界各国污水排放标准愈加严格,传统脱氮工艺效率不足、能耗巨大及其带来的二次污染问题日益凸显,经济、... 详细信息

氮、磷营养素过度排放诱发的水体富营养化是当前全球性水污染问题,污水脱氮除磷势在必行.传统硝化/反硝化是最主要技术手段,而随着世界各国污水排放标准愈加严格,传统脱氮工艺效率不足、能耗巨大及其带来的二次污染问题日益凸显,经济、高效与可持续的处理技术已成为污水处理领域的迫切需求.20世纪90年代发现的厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,Anammox)工艺无需曝气与有机碳源,是目前最经济高效的污水脱氮技术.然而,该工艺至今未在城市污水处理中实现规模化应用,其长期面临的瓶颈问题为反应基质亚硝态氮(NO_(2)^(−))难以稳定获取.短程反硝化(partial denitrification,PD)为破解上述难题提供了全新思路.我国学者在短程反硝化过程的发现、工艺研发与微生物学机理等方面率先开展探究与实践.基于短程反硝化与厌氧氨氧化协同耦合的新技术,为城市污水低碳高效脱氮开辟了新途径,已成为本领域研究热点和前沿.将城市污水与含硝态氮(NO_(3)^(−))废水同步处理时,该技术与传统硝化/反硝化相比,节省100%曝气能耗和80%有机碳源,大大减少剩余污泥产量与温室气体(CO_(2),N_(2)O)排放;基于短程反硝化的Anammox工艺受基质浓度、温度等环境因素影响小,且突破了Anammox理论脱氮效率上限(89%),理论上可达到100%,在实际工程中具有重要的研究意义与应用价值.

关键词：城市污水处理生物脱氮富营养化厌氧氨氧化短程反硝化短程硝化

A^(2)/O工艺Microthrix parvicella型微膨胀污泥微生物群落特征

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北京工业大学学报 2023年第8期49卷 906-915页

作者：高春娣程丽阳韩颖璐杨箫阳邢一言毕豪华彭永臻北京工业大学环境与生命学部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Microthrix parvicella引发的污泥膨胀微生物群落特征,采用A^(2)/O工艺并借助高通量测序技术,考察污泥膨胀中微生物群落整体、硝化菌群和丝状菌群的变化特征。结果表明,当系统运行温度由24℃降低为14℃并运行21 d后诱发了M.parvic... 详细信息

为探究Microthrix parvicella引发的污泥膨胀微生物群落特征,采用A^(2)/O工艺并借助高通量测序技术,考察污泥膨胀中微生物群落整体、硝化菌群和丝状菌群的变化特征。结果表明,当系统运行温度由24℃降低为14℃并运行21 d后诱发了M.parvicella污泥膨胀,污泥体积指数由81 mL/g升高至197 mL/g,系统中COD和NH^(+)_(4)-N的平均去除率分别为84%和98%。污泥膨胀使微生物群落结构发生变化,Actinobacteria门相对丰度由8%增大到20%,优势地位明显提升,Proteobacteria门和Nitrospirae门相对丰度降低。低温下AOB、Nitrospira丰度降低,Nitrobacter丰度升高,但系统内仍存在一定数量的硝化菌群,这维持了良好的硝化效果。丝状菌群中M.parvicella、Thiothrix和Flavobacterium相对丰度升高,其余8种丝状菌属相对丰度降低。升高温度后,污泥膨胀得到控制。

关键词： A~2/O工艺低温污泥膨胀微丝菌微生物群落硝化菌

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pH调控方法对剩余污泥厌氧发酵的影响

中国环境科学 2023年

作者：毕豪华高春娣刘奕伟邢一言彭永臻北京工业大学环境与生命学部城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室

剩余污泥厌氧发酵可产生大量挥发性脂肪酸(VFAs)，将其发酵液作为污水处理外加碳源，可解决城市污水处理厂生物脱氮除磷碳源不足的问题，其中调节pH的污泥处理方式因操作简单、效果显著而引起广泛关注。本实验以城市污水处理厂剩余污泥... 详细信息

剩余污泥厌氧发酵可产生大量挥发性脂肪酸(VFAs)，将其发酵液作为污水处理外加碳源，可解决城市污水处理厂生物脱氮除磷碳源不足的问题，其中调节pH的污泥处理方式因操作简单、效果显著而引起广泛关注。本实验以城市污水处理厂剩余污泥为研究对象，采用批次试验考察了pH为5/7/9/10的恒定调节方式和新型的分阶段pH调节方式对厌氧发酵过程中有机物溶出情况的影响，并利用高通量测序技术对不同pH调控方法下的发酵污泥进行微生物群落结构分析。结果表明，pH恒定调节方式下碱性和酸性条件可溶出更多的有机物，积累量在pH=10时达到最大，此时可溶性有机物(SCOD)浓度为323.77mg/gVSS，VFAs产量为183.38mgCOD/gVSS。在发酵初期，以前4天控制pH=10且后续使pH自然下降的阶段调节方式有利于产酸阶段产出更多的VFAs，其产量最高为208.78mgCOD/gVSS，比pH=10恒定调节下的VFAs总量最大值高出13.90%。采用不同pH调节方式后微生物丰度在门水平上有显著差异，但主要的优势微生物均为Firmicutes、Proteobacteria、Actinobacteriota和Chloroflexi。对于恒定调节方式，Firmicutes和Actinobacteriota的相对丰度在pH=10的条件下达到最高，为61.14%和15.57%，远高于其他pH恒定调节下的菌群丰度；对于分阶段pH调节方式，上述两类微生物较pH=10恒定调节方式的相对丰度又有较大提升，分别提升至68.46%和18.43%。从属水平上来看，与水解酸化有关的菌群（Proteiniclasticum、Bacillus、Acetoanaerobium、Proteocatella和Alkaliphilus等）丰度在pH=10恒定调节中占比为32.38%，在分阶段调中占比为51.62%。分阶段pH调节方式整体上提高了水解酸化菌的相对丰度，更有利于发酵过程中VFAs的积累。

关键词：厌氧发酵可挥发性脂肪酸 pH 高通量测序