响应面法优化CANON工艺处理猪场沼液脱氮性能研究

为了得到全程自养脱氮（completely autotrophic nitrogen removal over nitrite,CANON）工艺处理猪场沼液脱氮性能的最佳工艺条件,以处理实际猪场沼液的连续流CANON工艺为研究对象,采用BBD响应面法优化其关键运行参数,探究了HRT（水力停留时间）、温度和进水ρ（NH₄+-N）各因素的交互作用.结果表明:①HRT、温度和进水ρ（NH₄+-N）对反应器脱氮效率均有显著影响,且数学模型拟合度良好,各因素对TN、NH₄+-N去除率的影响程度由强到弱依次为进水ρ（NH₄+-N）> HRT >温度.②通过BBD响应面法获得最佳脱氮条件为HRT 1.35 d、温度34.4℃、进水ρ（NH₄+-N）415 mg/L.在接近响应面优化后的条件下进行验证试验,得到出水ρ（NH₄+-N）平均值为74.68 mg/L,NH₄+-N去除率为83.05%;出水ρ（TN）平均值为108.28 mg/L,TN去除率为73.91%,与模型预测值较接近.研究显示,BBD响应面法能在较少的试验次数下检验影响因素之间的交互作用,可科学地优化CANON工艺处理猪场沼液的脱氮性能.      

UASB1-A/O-UASB2深度处理垃圾渗滤液

针对传统垃圾渗滤液生物处理TN去除率低、投加碳源成本高的问题,采用UASB1-A/O-UASB2(单级上流式厌氧污泥床+缺氧/好氧+后置上流式厌氧污泥床)工艺处理实际垃圾渗滤液,实现NH₄+-N和TN的同步深度脱除,并且定量解析了A/O反应器实现并维持稳定短程硝化的影响因素. 结果表明:以V(垃圾渗滤液)∶V(生活污水)为1∶5的混合液作为进水,其ρ(COD_Cr)、ρ(TN)和ρ(NH₄+-N)分别为1 700~1 800、660~700和650~680 mg/L,最终出水COD_Cr、TN和NH₄+-N去除率均在95%以上,出水ρ(TN)为38 mg/L,满足GB 16889—2008《生活垃圾填埋场污染控制标准》的排放要求. 在好氧反应器中,FA(游离氨)与FNA(游离亚硝酸)对NOB(硝化细菌)的联合抑制作用是实现NO₂--N积累率稳定在80%以上的主要原因,而产生的NO₂--N和NO₃--N可在UASB2中以难降解的有机物为碳源,通过反硝化途径被去除. 研究显示,组合系统可实现对TN的深度去除.      

去除预处理生活污水的潜流人工湿地中试除氮性能

为研究人工湿地除氮机制,构建并考察了中试潜流人工湿地对不同形态氮的去除效果,并通过分析出水各种形态氮的分布和湿地系统内部不同形态氮的二维分布特征研究了人工湿地的除氮机制. 结果表明,进水ρ(TN)为30～115 mg/L,ρ(NH₄+-N)为25～60 mg/L,ρ(COD_Cr)为90～190 mg/L,水力停留时间为4 d条件下,氮素被有效去除,TN去除率为32%～70%,NH₄+-N去除率为33%～73%;试验系统脱氮的主要方式为硝化/反硝化作用;湿地上部主要进行硝化反应,中下部主要进行反硝化反应;湿地下半部对NH₄+-N去除贡献有限,硝化作用受限;欲提高系统除氮效率,需提高溶解氧水平并改善有机氮矿化条件.      

UASB-MBR组合工艺处理模拟黄连素废水

采用升流式厌氧污泥床-膜生物反应器(UASB-MBR)组合工艺处理模拟黄连素废水,模拟废水中有机污染物由葡萄糖和黄连素配制,以葡萄糖作为初级能源物质,通过微生物协同降解作用去除废水中的黄连素.在水力停留时间(HRT)为24 h,进水ρ(COD_Cr),ρ(NH₄+-N)和ρ(黄连素)分别为1 717～4 393,91.8～158.7和64.4～276.8 mg/L,废水中黄连素的ρ(COD_Cr)贡献率为7.5%～25.0%的条件下,组合工艺可实现ρ(COD_Cr),ρ(NH₄+-N)和ρ(黄连素)的去除率分别为92.5%～95.9%,67.0%～98.9%和99%以上,废水中黄连素主要通过UASB去除,去除率为95.2%～98.9%.在进水COD_Cr负荷为0.54～1.88 kg/(m3·d),黄连素负荷为0.71～12.42 g/(m3·d)的条件下,MBR可保证出水ρ(COD_Cr),ρ(黄连素)和ρ(NH₄+-N)分别低于50,1.0和2.0 mg/L;随着MBR进水ρ(黄连素)升至3.45～12.42 mg/L,在黄连素的微生物毒性胁迫作用下,MBR中污泥呈由分散态向聚集态的转变.      

连续流分段进水短程反硝化-厌氧氨氧化耦合工艺的反硝化脱氮特性

采用连续流分段进水短程反硝化-厌氧氨氧化（partial denitrification-anaerobic ammonium oxidation,PD-Anammox）耦合反硝化工艺处理低C/N生活污水,研究了污染物去除、典型周期COD及氮素沿程变化特征、短程反硝化-厌氧氨氧化和反硝化对TN去除贡献。结果表明:在平均进水ρ（COD）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）为193.1,58.6,60.3 mg/L的条件下,系统出水平均ρ（COD）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）分别为46.3,1.5,13.4 mg/L,低于GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。采用NO₃--N预缺氧和进水点后置,可实现缺氧区NO₃--N→NO₂--N转化,同时完成厌氧氨氧化过程;缺氧区设置厌氧氨氧化悬浮填料,可提高系统TN去除率。通过缺氧区物料衡算,缺氧1区厌氧氨氧化对TN去除贡献率（ΔPD-Anammox/ΔTN）均值为54.37%,缺氧2区的ΔPD-Anammox/ΔTN均值为64.17%。     

功能分区型人工湿地处理养殖废水厌氧消化液的性能

针对养猪废水厌氧消化液高ρ(NH₄+-N)的特点,构建了上层填充沸石强化硝化、下层填充砖渣强化反硝化的功能分区型人工湿地,考察其启动阶段运行性能、硝化区及反硝化区污染物去除性能. 结果表明,湿地以间歇方式运行(饱和液位无变化),启动后NO₃--N的产生速率为0.014 6 kg/(m3·d),湿地底部出水的ρ(NO₃--N)平均值为14.94 mg/L,明显低于沸石层的21.77 mg/L. COD_Cr主要在湿地上层硝化区被去除,平均去除率为64.82%. 随着湿地启动,下层由于反硝化作用消耗的有机物增至56.67 mg/L. 在进水期的前15 min,COD_Cr、NH₄+-N、TP的去除率最大,NO₃--N溶出量(以ρ计)最高,达42.30 mg/L. 沸石层10、20和30 cm处硝化速率基本稳定,沸石层的E_h均在400 mV以上. 与间歇方式相比,湿地以潮汐流方式(进水期与落干期时间比为1 h∶23 h)运行时,COD_Cr和TN去除率分别由78.45%和41.99%升至82.62%和53.41%. 研究显示,功能分区型人工湿地通过上层硝化、下层反硝化方式可有效去除养殖废水厌氧消化液中的NH₄+-N.      

不同填埋结构渗滤液中的氮动态变化特性

建立了准好氧和厌氧的垃圾填埋模拟试验装置,研究了渗滤液中ρ(NH₄＋-N),ρ(NO₃－-N),ρ(NO₂－-N)和ρ(TN)的动态变化特性. 结果表明:装入模拟装置的城市生活垃圾,经过12个月的降解后,准好氧填埋结构渗滤液中的ρ(NH₄＋-N)和ρ(TN)显著下降,分别降至945和986 mg/L,下降率(分别为79.2%和77.3%)远远大于厌氧填埋结构;ρ(NO₃－-N)和ρ(NO₂－-N)变化波动较大,在第25～31周时,NO₃－-N与NO₂－-N都有一个累积的过程;厌氧填埋结构中,ρ(NH₄＋-N)由初始的4 599 mg/L降至2 812 mg/L,ρ(TN)则降至2 859 mg/L,其降解效果远不如准好氧填埋,而ρ(NO₃－-N)和ρ(NO₂－-N)较低,波动不大.      

膜生物反应器(MBR)处理干法腈纶废水

针对干法腈纶废水污染物种类多且难以生物降解的特点,以及抚顺石油化工公司腈纶化工厂废水处理工艺脱氮效果差、出水ρ(COD_Cr)高的现状,采用填料式缺氧-好氧膜生物反应器(MBR)工艺处理干法腈纶废水,考察该技术对干法腈纶废水COD_Cr,NH₄+-N和TN的去除率,以及处理效果的稳定性. 结果表明:MBR处理干法腈纶废水的出水水质稳定,对进水水质、水量的变化有较强的耐冲击性;采用缺氧-好氧工艺不仅可去除97%以上的NH₄+-N,还可去除60%以上的TN;但是由于干法腈纶废水可生化性差,且ρ(NH₄+-N)高,缺氧段反硝化作用及好氧段硝化作用存在缺少碳源和碱度的现象.      

生物循环流化床工艺自养反硝化研究

对城市污水厂排水进行深度处理时,生物循环流化床提供的兼性环境有利于好氧硝化细菌和兼性厌氧自养反硝化细菌的生长,自养反硝化细菌可以在低有机碳源的情况下,以硫为电子供体进行自养反硝化从而去除NO₃--N. 试验以硫作为反硝化的电子供体引入自主研发的生物循环流化床中进行脱氮,试验进水各项指标参照北京市水污染物排放标准(DB11 307-2005)二级限值. 在6个不同的工况下运行,工况5出水水质可达到国家再生利用景观环境用水的水质,出水ρ(NO₃--N)为9.23 mg/L,去除率为70.61%;出水ρ(NH₄+-N)为2.36 mg/L,去除率为77.54%;出水ρ(TN)为13.53 mg/L,去除率为68.91%;出水ρ(SO₄2-)为245.15 mg/L,去除的NO₃－-N与生成的SO₄2－质量比为1∶7.7.      

潮汐流人工湿地的除氮效果及影响因素

为研究TF-CW(tidal flow constructed wetland,潮汐流人工湿地)的除氮效果及其主要影响因素,以连续流模拟装置(A组)为对照,设置3种潮汐进水方式〔RAT(闲置时间∶反应时间)分别为1∶1、1∶2、2∶1,依次记做B组、C组、D组〕,运行175 d,分析不同进水方式下TF-CW模拟装置对TN、NH₄+-N、NO₃--N、TOC的去除效果及其在不同处理深度上的变化. 结果表明:A、B、C、D组TN平均去除率分别为82.41%±4.84%、84.82%±5.09%、86.09%±3.99%、90.23%±3.05%. A组TN和NH₄+-N的去除效果与B、C、D组均差异显著(P<0.05),其中D组TN和NH₄+-N的去除效果均最好;A组对NO₃--N的总体去除效果较优;RAT并不影响TOC的去除率. 不同进水方式下,NH₄+-N的去除率均在0~15 cm深度内最大,ρ(TOC)处于较低水平(0~20 mg/L),二者均随处理深度的不断增加而逐渐下降;ρ(NO₃--N)在0~15 cm深度内迅速上升. 随着闲置时间的增加,ρ(DO)逐渐升高. TN和NH₄+-N的去除率随着运行时间的增加基本保持恒定,主要影响因子有ρ(DO)、RAT、ORP(oxidation reduction potential,氧化还原电位)和ρ(TOC);而NO₃--N的去除率随着运行时间的增加而逐渐降低,其主要影响因子有pH、电导率和水温等.      

NO2--N/NH4+-N及COD/NH4+-N对厌氧氨氧化耦合反硝化脱氮除碳的影响

采用序批式反应器-厌氧序批式反应器（SBR-ASBR）组合工艺处理常温低C/N比实际生活污水,通过调控SBR缺氧：好氧时间分别为80min：60min、120min：60min和150min：60min时,实现半亚硝化,将其出水直接泵入ASBR反应器中,考察不同进水NO₂^--N/NH₄⁺-N和COD/NH₄⁺-N对厌氧氨氧化耦合反硝化同步脱氮除碳的影响,并采用响应面法设计正交批次试验.结果表明：在NO₂^--N/NH₄⁺-N为1.55,COD/NH₄⁺-N为4.22时,出水NH₄⁺-N、NO₂^--N和COD的浓度分别为2.79,0.47,38.37mg/L,其去除率分别高达87.56%,98.45%和62.69%.ΔNO₂^--N/ΔNH₄⁺-N为2.23,生成的NO₃^--N的量比理论值小2.47mg/L,厌氧氨氧化和异养反硝化共同完成氮素去除,系统脱氮除碳性能最佳.当NO₂^--N/NH₄⁺-N和COD/NH₄⁺-N分别由0.84增加到1.55和3.24增加到4.22时,厌氧氨氧化和异养反硝化对脱氮贡献率分别由80.40%降至53.33%和19.60%增加到46.67%.NO₂^--N/NH₄⁺-N和COD/NH₄⁺-N对TN和COD去除的正交影响显著,均呈现正相关,R²分别为0.9243和0.9700.     

有机负荷冲击对微压反应器的影响及调控策略

通过单周期瞬时有机负荷（OLR）冲击试验,探究了OLR冲击对微压内循环反应器（MPR）去除效率的影响,采用提高曝气量的方式应对冲击,确定不同OLR冲击条件下的最适曝气量.结果表明,随着OLR的增加,出水COD低于50mg/L,出水TN低于10mg/L,但NH₄⁺-N和TP的去除效率随负荷增加而降低.OLR增加到0.26gCOD/（gMLSS·d）时出水TP高于0.5mg/L;OLR增加到0.46gCOD/（gMLSS·d）时出水NH₄⁺-N高于5mg/L.OLR分别为0.26,0.34,0.46gCOD/（gMLSS·d）时,相应最适曝气量分别为1.95,2.25,2.45L/min.在单周期OLR冲击下,通过调控曝气量的方式可以有效应对冲击,保证污染物去除效果.     

三价铁对有机物存在下厌氧氨氧化脱氮的影响

考察了三价铁（2.24~7.84mg/L）存在下厌氧氨氧化系统对有机物的耐受性能,并通过16SrRNA高通量测序技术和定量PCR探究其机理.结果表明,进水COD浓度为50和100mg/L时,4个反应器的氨氮和总氮去除率均较高（>90%）,三价铁的强化作用不明显;进水COD浓度继续升高（150和200mg/L）,厌氧氨氧化受到抑制,三价铁的强化作用逐渐增加;COD浓度为200mg/L时,添加三价铁（7.84mg/L）可将氨氮和总氮去除率由61.3%和79.8%（对照组）提升至71.2%和84.7%.16SrRNA高通量测序技术表明,有机物存在下,污泥微生物群落结构出现变化,主要表现为厌氧氨氧化菌丰度的降低及反硝化菌群的大量增殖,进水添加三价铁可提高浮霉菌（Planctomycetes）的丰度.定量PCR结果表明,三价铁能够提高厌氧氨氧化菌16S rRNA及功能基因hzsB的丰度.     

EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化

将膨胀颗粒污泥床(EGSB)和曝气生物滤池(BAF)集成,EGSB出水进入BAF进行短程硝化,BAF出水外回流至EGSB反应器为后者提供亚硝态氮,在不需外部投加亚硝态氮的条件下,实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化的耦合, 系统地处理ρ(氨氮)为50 mg/L和ρ(COD_Cr)为500 mg/L的合成废水.结果表明:当外回流比为200%时,系统CODCr,氨氮和总氮的去除率分别为92.4%,97.4%和80.6%;出水ρ(氨氮),ρ(亚硝态氮),ρ(硝态氮)和ρ(COD_Cr)分别为1.05,4.30,2.56和35.3 mg/L;COD_Cr,总氮和氨氮的去除负荷速率分别为1.770,0.137和0.164 kg/(m3·d). 与传统的活性污泥过程相比,EGSB-BAF集成系统回收甲烷1.03 　L/d,占系统COD_Cr去除量的37.0%;在系统总氮的去除过程中,厌氧氨氧化途径占35.9%,短程反硝化途径占47.4%,全程反硝化途径占16.7%.      

藻-菌颗粒污泥工艺在自然光昼夜交替条件下处理含复杂有机物生活污水的效能及机理研究

藻-菌颗粒污泥（MBGS）工艺是一种节能环保的新型污水处理工艺,当前关于该工艺的研究主要集中于连续光照、间歇式反应器及含简单有机物的模拟污水,对其在昼夜交替条件处理含复杂有机物污水的研究鲜有报道,从而极大地限制了MBGS工艺的进一步工程应用.该文采用连续流的管式光生物反应器（直径2.3 cm、管长50 cm、容积200 mL）,探究了在自然光昼夜交替条件下MBGS工艺处理含复杂有机物（蛋白胨、酵母提取物、淀粉和尿素）的模拟市政污水的效能及机制.结果表明:①在白天平均进水ρ（COD）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）和ρ（PO₄3--P）分别为219.4、20.0、41.4和3.0 mg/L,晚上平均进水ρ（COD）、ρ（NH₄+-N）、ρ（TN）和ρ（PO₄3--P）分别为237.0、21.2、43.7和3.0 mg/L的条件下,白天COD和PO₄3--P的平均去除率分别为77.1%和87.2%,其相应的夜晚平均去除率分别为88.0%和42.7%;TN在昼夜间的平均去除率均低于30%.②进一步分析表明,MBGS可在昼夜交替条件下调节系统DO浓度,从而实现MBGS系统的自我维持和COD的高效去除,COD在白天和晚上的平均去除速率分别约为0.34和0.42 kg/（m3·d）.③Miseq测序结果表明,拟杆菌纲（Bacteroidia）、热带单胞菌属（Tropicimonas）和四膜虫属（Tetrahymena）丰度增高,可促进复杂有机物的降解.研究显示,MBGS工艺可以在自然光昼夜交替条件下实现有机物的高效去除,适用于碳氮比约为5的生活污水的处理.      

IFAS工艺短程硝化过程中功能菌的动力学特性

实验采用生物膜-活性污泥复合工艺（IFAS）,探究了不同进水NH₄⁺-N负荷以及游离氨（FA）浓度下的好氧氨氧化细菌（AOB）和亚硝酸盐氧化细菌（NOB）的动力学特性,考察了不同微生物聚集体（悬浮污泥和载体生物膜）对于NH₄⁺-N去除的贡献,同时对其中的生物吸附和生物降解进行定量分析.利用荧光原位杂交（FISH）技术观察了总菌、AOB和NOB的数量以及空间结构的变化.结果表明,随着进水NH₄⁺-N浓度逐渐升高,出水NO₃^--N浓度逐渐下降,NO₂^--N得到大量积累,当进水NH₄⁺-N浓度为480mg/L时,NH₄⁺-N去除率和亚硝酸盐氮积累率（NAR）分别稳定在95%和80%以上,而FA由（2.77±0.07）mg/L增加至（16.35±0.3）mg/L时,NAR由9.42%增加至83.31%,实现了对NOB的抑制.在NH₄⁺-N的去除过程中生物吸附和微生物降解分别占NH₄⁺-N去除量的3.4%和88.1%,悬浮污泥和生物膜中AOB占比分别由27.4%和10.3%增加至41.3%和18.1%,表明悬浮污泥比生物膜更有利实现对于AOB的富集.