传统的污水处理需要消耗大量的能耗换取清洁水,已是不可持续的处理方法.污水本身具有良好的资源化潜力,客观上污水中蕴含着大量有机物,转化为可利用资源.在双碳背景下,从污水中提取能源已成当前污水处理行业的热点.采用厌氧膨胀颗粒污泥反应器处理污水预处理浓缩碳源水解液,产生可利用的沼气.根据能源估算,当前污水厂进水低COD情况下,污水预浓缩碳源通过甲烷回收能量占污水处理能耗的61.8％,不能达到污水厂碳中和的目的;污水预浓缩碳源与餐厨垃圾协同厌氧消化,不仅能够实现污水厂碳中和,还可以向厂外输出额外的能量.市政污水预处理碳源浓缩-碳源水解-EGSB路线是完全可行的,是实现污水处理碳中和的重要途径,可为国家减污降碳协同增效贡献行业重要力量.
城市污水通过膜浓缩是一种截留有机物及减少能耗的有效方式.BMP实验研究了在膜池停留时间(SRT)为6 d、4 d、2 d的膜浓缩污泥含水率分别为96％、94％、92％时的厌氧消化性能.结果表明:膜浓缩污泥的总产甲烷量随含水率的降低而升高.单位VS产甲烷量随含水率的降低先升高后降低,含水率为94％时最高,为167.6 mL·g-1 VS～205.3mL·g-1 VS,比初沉污泥(155.7 mL·g-1 VS)提高了 7.6％～31.8％;比剩余污泥(159.1 mL·g-1 VS)提高了 5.3％～29.0％;COD 降解率(36.6％～48.7％)比初沉污泥(33.2％)、剩余污泥(29.6％)分别提高了 10.2％～46.7％、23.6％～64.5％.同一 SRT工况下的污泥,蛋白质去除率随着含水率的降低呈现增加的趋势,而多糖类碳水化合物去除率相反,呈现下降的趋势.膜浓缩工艺促进了蛋白质、多糖类碳水化合物等有机物的溶出降解,从而提高厌氧消化产甲烷潜能,为城市污水处理厂实现"能源中和"提供可能.
沼液富含植物生长所需的多种营养物质与活性物质,将沼液用于水培蔬菜,可以获得良好的经济效益与生态效益.较高的氨氮浓度以及不均衡的营养元素是制约沼液作为营养液用于水培植物的关键因素.针对该问题,以小葱为研究对象,探究了不同初始氨氮浓度与不同营养元素添加对小葱生长状况的影响,获得了以沼液为基质的小葱水培营养液配方.该配方为:氨氮浓度为850 mg·L-1的沼液稀释5～6倍,添加磷酸二氢钾120 g·m-3、氯化钾340 g·m-3、七水硫酸镁150 g·m-3、氯化钙180g·m-3、微肥0.1 mL·m-3.此配方下以沼液为基质的小葱水培营养液中含氮 150 g·m-3、磷42g·m-3、钾310g·m-3、钙80g·m-3、镁50g·m-3、硫65 g·m-3、铁4.5g·m-3、铜0.02 g·m-3、锌0.05 g·m-3、锰0.52 g·m-3、钼 0.005 g·m-3、硼 0.5 g·m-3.
基于磷酸铵镁(MAP)法回收厌氧消化液中氮磷的反应构建MAP-MINTEQ模型并优化.利用化学平衡模型Visual MINTEQ 3.1结合实验进行建模,取得拟合度较高的模型参数.首先,研究了碳酸盐对磷酸铵镁反应的影响,对比了两种活度系数方程中活度系数γ的影响因素和校正因子,扩展的德拜-休克尔方程更适用于本模型.其次,研究厌氧消化液中复杂缓冲体系对副产物MgCO3沉淀溶解平衡的影响,利用其ksp校正MAP-MINTEQ模型,优化其拟合结果.基于优化的模型,调整厌氧消化液氮磷回收的MAP实验配比,反应后残留的氨氮浓度最低降至41.2 mg·L-1,氮回收率达到98.0％;总磷最低降至5.5 mg·L-1,磷回收率达到99.2％,实现了氮磷的高效回收.
为了给市政污泥寻找一种合适的处理方法,以市政污泥为原材料,用热解和氯化镧改性两种方法制备生物质炭材料,用于处理含磷废水.探析了pH值、磷初始浓度以及干扰离子对污泥生物质炭除磷效果的影响,并讨论了污泥生物质炭磷吸附的热力学过程.结果表明:氯化镧改性污泥生物质炭对磷的最大平衡吸附量为58.76 mg·g-1,是热解污泥生物质炭磷最大吸附量(5.50 mg·g-1)的近11倍;热解污泥生物质炭磷吸附的最适pH值为6.0～10.0,而氯化镧改性污泥生物质炭磷吸附的最适pH值为4.0～6.0.Langmuir等温吸附模型能够很好地拟合热解污泥生物质炭吸附磷的热力学过程(R2=0.9436),Freundlich等温吸附模型能很好地拟合氯化镧改性污泥生物质炭吸附磷的热力学过程(R2=0.9652).氯化镧改性污泥生物质炭对磷吸附有较高的选择性,当干扰阴离子Cl-、NO3-和SO42-在很高浓度(0.5 mol·L-1)下时对氯化镧改性污泥生物质炭磷吸附的影响较弱.高浓度的HCO3-(5 mol·L-1)会显著增加水体的pH值,降低了氯化镧改性污泥生物质炭磷的吸附能力,但该生物质炭对磷仍保持着较强的吸附能力.氯化镧改性污泥生物质炭可以有效地去除污水中的磷,缓解水体富营养化,实现污泥的资源化利用.
