循环水养殖水处理系统中UVC-LED光反应器的CFD模拟及优化

为探究循环水养殖水处理系统中紫外发光二极管（Ultraviolet C Light Emitting Diode, UVC-LED）光反应器的合理结构,基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）的方法建立了UVC-LED光反应器消毒计算模型,并对该反应器进行了验证与优化。结果表明：该计算模型可以很好的预测反应器的消毒效果,模拟与试验得到的微生物对数灭活率误差在8%以内。通过对整流区圆柱流道的优化可以提升反应器的消毒效果,当反应器具有10个圆柱形流道时,等效还原辐射剂量较之于原反应器提升了19.6%;内壁反射系数的增加对辐射强度的提升具有显著的影响,在高透光率的水环境中表现更为明显。构建了两种不同内壁材料的反应器模型,在紫外光穿透率（Ultraviolet Transmission, UVT）80%、UVT85%和UVT90%透光率下,高反射率模型比低反射率模型的等效生物验证剂量（equivalent Reduction Dose, RED）分别提高了47.74%、55.02%和66.87%。本研究用CFD建模对 UVC-LED 光反应器进行表征、优化和消毒性能分析,为循环水养殖水处理系统中新型紫外消毒光反应系统设计提供理论参考。     

生物絮凝反应器对中试循环水养殖系统中污水的处理效果

试验设计了一种生物絮凝反应器,用作中试规模循环水养殖系统(recirculating aquaculture system,RAS)的唯一水处理装置,研究其在不同水力停留时间(hydraulic retention time,HRT,12、6、4.5、3 h)条件下的运行效果。试验结果表明,反应器可耐受最小HRT为4.5 h,当HRT降低至3 h,反应器发生不可逆的洗出现象而使试验不能继续进行。反应器絮体沉降性能一般,随着HRT的减小(12、6和4.5 h HRT),絮体体积指数(SVI-30)逐渐降低,但是始终大于150 m L/g,为丝状菌膨胀,主要的丝状细菌由TM7 genera incertae sedis逐渐演变为Haliscomenobacter和Meganema菌属,相对丰度逐渐降低。12 h HRT反应器污染物去除率最高。反应器亚硝氮(NO_2~--N)、硝氮(NO_3~--N)在4.5 h HRT出水质量浓度最低,分别为(0.02±0.01)、(1.70±0.06)mg/L;氨氮(total ammonium nitrogen,TAN)、总氮(total nitrogen,TN)、悬浮颗粒物(suspended solids,SS)出水质量浓度在12 h HRT时最低,分别为(0.48±0.05)、(4.47±1.00)、(14.20±8.14)mg/L,同时未造成有机污染。4.5 h HRT对RAS养殖区污染物的控制效果最佳,TAN、NO_2~--N、NO_3~--N、SS质量浓度分别被控制在0.76、0.10、2.95、60.00 mg/L以下。反应器在不同HRT条件下均以异养细菌为主,主要通过同化作用去除TAN,好氧反硝化细菌和厌氧反硝化细菌同时是反应器的优势菌属。反应器可获得较长的稳定运行状态和良好的水处理效果,具有用作RAS核心水处理装置的可行性,该研究可为其在RAS的进一步研究和应用提供参考。     

基于复合垂直流人工湿地的循环水养殖系统净化养殖效能与参数优化

该文对基于复合垂直流人工湿地(IVCW)的循环水养殖系统的净化效率、养殖效果和系统优化设计进行了研究.结果表明,在420 mm/d的水力负荷下,湿地可有效地去除循环水中的总悬浮物(去除率85%)、CODCr(去除率50%)、BOD5(去除率44%)、总氨氮(去除率53%)、亚硝酸盐(去除率83%)和硝酸盐(去除率54%),能够满足养殖用水的要求,整个试验期间系统实现了零污水排放.经过5个月的养殖,成功地将斑点叉尾鲴(Ictalurus punctatus)鱼苗(1.8 cm,0.08g)培育成鱼种(15.9 cm,33.9 g),成活率达到92.6%.在养殖容量、病害控制、成活率以及鱼体生长速度等方面均优于常规池塘养殖模式.建立了一个预测湿地与养殖池塘面积配比的数学模型,为实际应用和优化设计提供依据.     

半咸水人工湿地净化越冬养殖循环水的效果

为拓展人工湿地在水产养殖上的应用,该文研究了半咸水人工湿地的循环水越冬系统中暗纹东方鲀越冬养殖效果和净化效能。结果表明,经过166d越冬养殖,暗纹东方鲀越冬成活率(76.94±13.87)%,饵料系数5.49±1.77。在无任何外源能源加温的情况下,系统水温保持在暗纹东方鲀幼鱼的生存最低温度以上。在半咸水环境下(7.6‰～9.9‰),人工湿地对养殖水有良好的净化效果:总氮去除率为30.5%、总氨氮为69.6%、亚硝酸盐为96.1%、硝酸盐为9.7%、总磷为18.4%、COD为38.8%、总悬浮物为79.7%,循环水经过人工湿地后水质符合国家渔业用水标准;越冬期间,越冬养殖池水质状况良好;除TN和NO3-N在越冬期间的去除率比在夏季的明显低外,其他主要污染物的去除率与夏季比较没有明显变化。在试验负载范围内,系统去除量随进水污染负载量的增加而增加;通过建立预测模型预测出湿地养殖面积比值0.36～0.97,与实际值1.26相比,养殖密度尚有提高的空间。因此,人工湿地能持续有效地去除暗纹东方鲀越冬循环水养殖系统中的主要污染物,说明该系统能在越冬养殖生产实际应用。     

封闭循环海湾扇贝育苗系统水处理工艺与运行效果研究

为确定封闭循环海水育苗系统的水处理工艺流程,了解各水处理单元的运行效果及育苗水体的水质状况,建立了一套100 m³育苗水体的生产中试系统。以海湾扇贝为实验生物进行苗种循环水培育试验,试验过程中跟踪监测各水处理单元进出水口处目标污染物的浓度,并长期监测育苗池中各理化因子水质指标。监测结果说明生物滤池能有效去除氨氮、亚硝酸氮和COD,同时各水处理单元联合对SS的去除率达80%。育苗池中氨氮、亚硝酸氮和COD的长期统计平均值分别为0.023、0.004和1.43 mg/L,水质优良。这证明该系统水处理工艺可行,能有效去除目标污染物。     

CeO2/Al2O3催化剂的制备表征及在污水处理中的应用

为了提高臭氧催化氧化污水深度处理的效率,分别利用CeO_2和Al_2O_3作为活性组分和载体制备掺杂型CeO_2/Al_2O_3催化剂,通过X-射线衍射、透射电镜、N2吸附脱附曲线、X射线光电子能谱等方法对催化剂性能进行表征,考察CeO_2/Al_2O_3催化活性的变化,分析催化臭氧化去除有机物的作用机制。结果表明,制备的掺杂型CeO_2/Al_2O_3催化剂具有较大的比表面积、孔容和孔径,分别达到125 m2/g、0.242 2 cm3/g和7.777 8 nm。催化剂的活性组分主要为高度结晶化立方萤石结构的CeO_2,煅烧并未改变CeO_2的结构晶型。当进水化学需氧量(Chemical oxygen demand)为70~80 mg/L,催化剂用量为110 g/L,臭氧浓度为18 g/m3,p H值为7.8时,COD去除率最高42.8%。较高的催化效率归功于活性物质CeO_2中同时具有Ce3+和Ce4+,加速了臭氧生成更多的强氧化性?OH,催化剂的多孔结构为有机物的降解提供了充足的反应空间。催化剂使用寿命长,当催化剂重复使用5次后,COD去除率仍保持40%以上。     

闭合循环水产养殖系统中气/液混合装置的增氧效果

为了研究纯氧气/液混合装置在循环水养殖系统中的实际使用效果,对闭合循环水产养殖系统中气/液混合装置的氧气吸收效率(absorption efficiency,AE)及运行效果进行了研究。结果表明,气/液混合比(gas to liquid ratio,G/L)变化在0.333%~3.333%(O2流量0.57~5.70 g/min)之间时,气/液混合装置的平均氧气吸收效率变化在94.001%~36.049%之间。当G/L=0.667%(O2流量1.141 g/min),在30.5℃、26.3℃、22.9℃和19.2℃水温条件下,气/液混合装置的氧气吸收效率别为87.833%、90.451%、93.606%和94.001%;其中,试验水温为19.2℃时,AE达到最大(94.001%),混合器出水溶解氧浓度达13.36 mg/L。当G/L大于或小于0.667%时,AE均随G/L的变化而降低;各温度组AE值的方差分析表明,温度对AE值有显著影响。     

Fe2O3-TiO2/UV/O3+PSAF协同处理猪场废水效果及其除碳脱氮机制

为实现低碳高氨氮猪场废水深度除碳脱氮,该研究提出了Fe2O3-TiO2/UV/O3+PSAF组合处理工艺技术.应用响应面法确立了组合工艺的最优工况条件,采用三维荧光和紫外-可见吸收光谱分析了有机物的荧光和分子结构变化特征,并结合碳、氮形态变化探明了其协同处理特性及除碳脱氮机制.结果表明,Fe2O3-TiO2投加量为1....     

Water repellency reduction using soil heating in infiltration ponds of a wastewater soil aquifer treatment (SAT)

Reuse of treated wastewater (TWW) for irrigation in agriculture is a common alternative water source in arid regions suffering from fresh water (FW) shortage. Soil aquifer treatment (SAT) is frequently used for advanced TWW purification. Infiltration rates of water through the soil can decrease as a consequence of organic matter (OM) accumulation and the consequent induction of water repellency. In this research, soil heating to high temperatures was examined for its efficiency in OM content reduction and increased infiltration. In a laboratory experiment conducted using a hand burner and a combustion oven, water repellency was found to be reduced following increased heating temperature or heating duration, directly resulting in reduction of OM level. Chemical analysis of OM extracted from the heat treated soils revealed reduction in hydrophobic substances as a consequence of increased temperatures by soil heating and heating duration. In model ponds built to simulate large infiltration basins, OM content was reduced as a result of intensive and moderate soil heating in comparison to the untreated pond. However, no reduction in water repellency and only slight changes in infiltration rate were found as a consequence of soil heating. The differences in results obtained in the laboratory and the field experiments were probably related to the fact that the soil in the field experiment has been continuously reloaded with TWW containing OM.