两级自养反硝化实现垃圾渗滤液的深度脱氮

针对目前生物工艺难以解决垃圾渗滤液深度脱氮的问题,探究了短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化(两级自养)工艺处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液的脱氮效果。结果表明,当进水垃圾渗滤液中氨氮平均浓度为2 560 mg·L~(-1),COD值为4 000～5 000 mg·L~(-1)时,经过短程硝化反硝化-厌氧氨氧化处理后,总氮去除负荷可达1.19 kg·(m~3·d)~(-1)、总氮去除率可达93.1%(出水TN=176.3 mg·L~(-1))、COD去除率可达52.2%。但是,厌氧氨氧化反应器出水中NO_x~--N浓度为154.5 mg·L~(-1),仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L~(-1))。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水NH_4~+-N、NO_2~--N、NO_3~--N平均浓度分别为1.9、0.6、9.7 mg·L~(-1),TN≤15 mg·L~(-1),进水总氮去除率为99.5%。在短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化两级自养深度脱氮反应系统中实现了垃圾渗滤液深度脱氮。     

微量元素Fe、Ni对污泥厌氧消化优化调理

当今社会消耗了大量的化石能源,使得环境和能源问题十分突出。污泥厌氧消化产沼气是解决能源问题一种具有潜力的方法。然而,传统污泥厌氧消化存在效率低以及污泥停留时间长等问题,严重地阻碍了其优势的发挥。探究了添加不同浓度微量元素Fe和Ni对污泥厌氧消化产气和有机物去除的影响。结果表明,当FeCl_2投加量小于400 mg·L~(-1)时均能促进产气,FeCl_2投加量为25 mg·L~(-1)时,产气率取得最大值414.6 m L·g-1(VSadded),比对照组高28 m L·g-1(VSadded)。当NiCl_2投加量小于5 mg·L~(-1)时均能促进产气,在NiCl_2投加量为5 mg·L~(-1)时,产气率取得最大值389.5 m L·g-1(VSadded)。在最佳投加浓度下,添加Fe对产气的促进效果比添加Ni对产气的促进效果好。对有机物去除而言,当FeCl_2投加浓度为25 mg·L~(-1)时,有机物去除率轻微提升,而后随着FeCl_2添加量的增加整体呈下降趋势,FeCl_2最佳投加浓度为25 mg·L~(-1)。有机物去除率随着NiCl_2添加量的增加整体呈下降趋势。在水解产酸实验中,最优FeCl_2投加条件下(25 mg·L~(-1))能使污泥溶解态化学需氧量和挥发性脂肪酸浓度分别提高15.3%和39.2%,为后续的产气提供了更好的基质条件。     

磷酸盐对高基质厌氧氨氧化反应器脱氮性能的影响

采用模拟废水,在UASB反应器中研究磷酸盐对厌氧氨氧化(Anammox)工艺的长期影响,考察了厌氧氨氧化反应器处理高磷酸盐、高浓度含氮废水的可行性。结果表明:当磷酸盐在进水中的浓度低于750 mg·L~(-1)(25.8 mmol·L~(-1))时,Anammox工艺的脱氮效果较好,且磷酸盐浓度对废水中氮的去除及转化效果影响不大,当磷酸盐浓度增至800 mg·L~(-1)(25.8 mmol·L~(-1))时,Anammox工艺的脱氮性能被抑制,NH+4-N的去除率从96.5%降至74.1%,NO-2-N从97.8%降至75.6%,NRR(nitrogen removal rate)从5.7 kg·(m3·d)-1降至4.4 kg·(m3·d)-1。停止投加磷酸盐后,反应器的脱氮性能得到快速恢复。     

低温UASB处理青霉素综合废水及动力学分析

采用逐步降温法启动上流式污泥床反应器(UASB)并对其过程做动力学分析。UASB反应器采用逐渐提高进水COD负荷的方式在25℃进行启动,当COD去除率达到70%完成启动。启动完成后,降低温度运行反应器,在20℃时COD的去除率达到65%左右。在25℃条件下,出水氨氮浓度增加,总氮浓度有增加趋势,随后出水总氮浓度降低;在20℃负荷提高和稳定时期,出水的氨氮浓度逐渐降低,总氮浓度逐渐升高。建立低温条件下厌氧处理高浓度有机废水的动力学模型,分析结果看出20℃运行阶段的基质比降解速度高于25℃阶段基质比降解速度,在20℃条件下厌氧污泥活性最大,污泥性能最佳。推测原因,可能是由于25℃时进水浓度较高,且废水中含有大量抑制性物质(1.1 mg·L~(-1)),较大影响了微生物的降解速率、而在20℃时进水浓度降低,废水中的抑制性物质也有所降低,为0.75 mg·L~(-1)。     

零价铁强化城市污泥与垃圾焚烧厂渗滤液协同厌氧消化

针对城市污泥(初沉污泥、剩余污泥)和垃圾焚烧厂渗滤液2种市政废物的协同厌氧消化产气量不足的问题,采用投加零价铁的方式,探究零价铁对厌氧消化过程中产酸和产甲烷阶段的强化作用,并研究消化前后COD、VSS、氨氮以及上清液离子的变化。以初沉污泥与剩余污泥体积比4∶1、渗滤液添加量为15%的基质作为底物,投加不同浓度零价铁进行厌氧消化。结果表明:零价铁能有效提升协同厌氧消化系统中总挥发性脂肪酸产量、促进丙酸分解、进一步降解复杂有机物;当零价铁投入量为4 g·L~(-1)时,累计产甲烷量最高达189.65 mL·g~(-1)(以VSS计),相比对照组提升了30.1%,其产气速率符合一次函数和Scholl Canyon模型指数衰减规律;在25 g·L~(-1)和40 g·L~(-1)的高投加量零价铁条件下,产气高峰提前,但累计甲烷产量低于对照组;随着零价铁的投加量增加,COD降解率呈下降趋势,VSS降解率提升,氨氮变化不大;此外,消化液上清液中,正磷酸盐、硫酸根浓度明显减少,这与亚铁离子的混凝沉淀作用相关,同时也是削弱零价铁强化作用的原因之一。研究结果可为城市污泥和垃圾焚烧厂渗滤液协同厌氧消化提供参考。     

联合生物反应器处理农村生活垃圾渗滤液中Fe的变化规律

以厌氧(AN)-准好氧(SA)联合生物反应器中渗滤液pH、COD、UV254、NH3-N以及铁离子浓度的监测结果为依据,研究了厌氧-准好氧联合生物反应器处理农村生活垃圾产生的渗滤液中Fe的变化规律。结果表明,渗滤液中Fe的浓度随时间变化规律为先上升后下降,在填埋第76天左右,厌氧和准好氧单元中Fe的浓度先后达到最大值73.44和78.71mg·L~(-1);在第350天,厌氧和准好氧单元中Fe的浓度分别降至17.84和8.52 mg·L~(-1)。Pearson相关分析显示渗滤液中铁离子的浓度与COD之间存在显著的正相关关系;与pH、NH3-N之间存在负相关关系;而与UV254之间的相关关系较弱。     

2种启动方式下CSTR厌氧甲烷发酵系统的运行特性比较

厌氧产甲烷菌生长缓慢,对生境环境尤为敏感,其富集难且慢,所以厌氧反应器的快速启动一直是热点研究问题。为摸清连续流搅拌槽式反应器(CSTR)处理糖蜜废水的适宜启动条件和调控方法,比较了两种启动方式下CSTR厌氧甲烷发酵系统的运行特性。结果显示,以啤酒废水污水处理车间的剩余污泥为种泥,在HRT为18 h、温度35℃条件下,进水COD为4 000 mg·L~(-1)时直接启动CSTR厌氧反应器,系统因挥发酸积累,产甲烷菌群活性受限,难以富集培养,经过近103d的运行,系统未形成高效的厌氧甲烷发酵微生物菌群结构体系;而当采用保持HRT18 h不变,进水COD阶段性提升至4000 mg·L~(-1)的启动方式时,产甲烷菌群活性较高,能在较短时间内得到有效富集和培养,CSTR能成功培养具有完整甲烷发酵功能的微生物菌,COD去除率可在65 d内达到56%,反应器成功启动。     

长链脂肪酸对餐厨垃圾厌氧消化产甲烷的影响

为研究中温条件下长链脂肪酸(LCFA)的含量及代谢对餐厨垃圾厌氧消化过程的影响,考察了LCFA添加量分别为0、0.6、1.2、1.8、2.4、3和3.6 g·L~(-1)条件下产沼气量、累积甲烷产量以及代谢中间产物挥发性脂肪酸/乙醇的浓度和组成。结果表明:在中温餐厨垃圾厌氧产甲烷的过程中,虽然LCFA也能够被微生物代谢转化生成甲烷,但LCFA的存在会对产甲烷过程造成一定程度的抑制作用;当其含量较低时抑制作用较为微弱,当其含量较高(2.4 g·L~(-1))时,甲烷产量及产甲烷速率都会受到较大影响;特别是当LCFA含量高于3.6 g·L~(-1)时,体系出现较强的抑制现象。通过实验累积值与理论甲烷产率的对比可以发现,LCFA含量越高的反应器中实验累积值/理论值的比值越低,表明有机物的转化效率越低。通过对厌氧过程中间产物的检测可知,LCFA含量越多的反应器中初期累积的挥发性脂肪酸浓度越高,当反应体系的LCFA浓度超过2.4 g·L~(-1)时,累积的乙酸和丙酸浓度较高,丙酸降解过程和乙酸代谢产甲烷的过程受到一定程度的延滞和抑制作用,降解速率低于正常水平,厌氧发酵的能力和效率受到影响。     

低接种污泥量强化循环厌氧反应器(SCAR)处理生活污水

采用强化循环高效厌氧反应器(SCAR)处理生活污水研究反应器的启动过程和运行特性。在低接种污泥量、回流比R=0.5、HRT为16 h条件下经过65 d完成反应器启动,系统出水COD稳定在约80 mg·L~(-1),VFA浓度约240 mg·L~(-1),颗粒污泥性状良好,微生物活性增强。SCAR反应器对污染物的去除受水力停留时间和反应器外回流比影响,微生物生化反应时间和在反应器中的空间分布状态共同决定着反应器的运行效果。SCAR反应器脱氮作用明显,实验条件下反应器对总氮的去除主要是通过反硝化作用实现。     

无机碳强化处理焦化废水EGSB反应器运行效能

为实现处理焦化废水的颗粒污泥的快速培养,进而高效处理焦化废水,在22~27℃环境温度下,平行运行2个EGSB反应器,用焦化废水驯化处理啤酒废水颗粒污泥,对微氧运行(与厌氧对比),有机营养物添加(厌氧、微氧运行)、无机碳营养添加(厌氧、微氧运行)3种情况时的污染物质(COD)去除效果进行实验研究。研究结果表明:与厌氧相比,微氧运行能够明显强化焦化废水中毒性污染物质的去除。在焦化废水驯化初期,多次水质冲击(1 500 mg·L~(-1)COD,220 mg·L~(-1)氨氮→2 000 mg·L~(-1)COD,70 mg·L~(-1)氨氮→700 mg·L~(-1)COD,104~220 mg·L~(-1)氨氮),微氧运行时COD平均去除率为24.8%(厌氧运行时仅为5.16%)。微氧运行虽然保证了污泥床的有效膨胀,但COD去除率的提高仍然有限。有机营养物的添加并没有使得COD去除率大幅提高,厌氧时为22.8%,微氧时为37.5%。无机碳营养(碳酸氢钠)的添加能够大幅提高焦化废水中COD去除率,厌氧时提高到53.8%;微氧时提高到75.4%,增幅分别达到31.0%和37.4%。微氧运行条件与无机碳营养的耦合作用能强化焦化废水中COD的去除,快速驯化培养处理焦化废水颗粒污泥。通过给处理焦化废水微氧EGSB反应器内添加碳酸氢钠,40 d就能完成高活性颗粒污泥的培养,高效处理焦化废水中各种污染物质。进水COD、酚类、氰化物和硫氢化物分别为54.8—1 927 mg·L~(-1),10.1—154.3 mg·L~(-1),0.9—57.8 mg·L~(-1)和66.7—340.4mg·L~(-1)、进水流量1.2 L·h-1、HRT10 h时,COD去除率达到78%~86%,酚类、氰化物、硫氢化物的平均去除率分别高达98.9%、93.1%和97.5%。     

9种抗生素对污泥高温厌氧消化的急性抑制

通过急性抑制实验方法评价了9种抗生素(2种氨基糖苷类抗生素核糖霉素、链霉素,2种大环内酯类抗生素红霉素、螺旋霉素,2种四环素类抗生素四环素、土霉素,以及林可霉素、氯霉素和头孢唑啉)在2种浓度(25 mg·L~(-1)和50 mg·L~(-1))水平下对污泥高温(55℃)厌氧消化的急性抑制效果。结果表明,土霉素与链霉素在2种浓度水平下均未对高温厌氧消化产生急性抑制,而四环素与核糖霉素仅在50 mg·L~(-1)水平下导致甲烷累计产量分别下降了36.13%和17.50%。头孢唑啉、林可霉素、红霉素、螺旋霉素和氯霉素在25 mg·L~(-1)浓度水平下即表现出较强的急性抑制效果,其中25 mg·L~(-1)的林可霉素和氯霉素暴露系统中甲烷的累计产量分别下降了29.39%和19.88%,50 mg·L~(-1)浓度水平下进一步降低到51.27%和49.46%。而头孢唑啉、红霉素和螺旋霉素在25 mg·L~(-1)和50 mg·L~(-1)浓度水平下表现出相似的急性抑制效果,累计甲烷产量分别降低了43.03%~47.49%、40.60%~44.91%和54.61%~55.69%。高温厌氧消化前后挥发性有机酸的变化表明,林可霉素主要通过抑制丁酸互营氧化菌活性降低乙酸产量从而降低甲烷产量,50 mg·L~(-1)的核糖霉素主要抑制乙酸型产甲烷古菌活性,而红霉素、螺旋霉素、氯霉素、头孢唑啉和四环素可同时抑制产甲烷古菌和丁酸互营氧化菌活性。     

多生境膜生物反应器中活性污泥的流变特性

以多生境膜生物反应器运行过程中活性污泥的流变性能为研究对象,考察污泥浓度(MLSS)和剪切速率(γ)对活性污泥流变特性的影响,以期揭示其中活性污泥的流变学特性,从而为优化其运行提供理论及实验基础。反应器系统在不排泥的情况下运行,持续运行105 d,反应器内生物质浓度从刚开始驯化的3 200 mg·L~(-1)累积到最终的12 500 mg·L~(-1)。在运行过程中,在常温下同步测定了污泥的动力黏度、极限黏度和上清液黏度。结果表明:随着剪切速率的增大,污泥黏度均减小,表现出剪切稀化的特性,非牛顿流体的特征十分明显;活性污泥极限黏度随MLSS、EPS增加而增大,在低质量浓度(8 000 mg·L~(-1))下的活性污泥流变特性与Bingham模型十分吻合,而在高质量浓度(8 000 mg·L~(-1))下的则近似于Ostwald de Vaele模型。     

UASB处理硫酸盐有机废水的启动

为了考察上流式厌氧污泥床反应器(UASB)处理含硫酸盐有机废水的特性,采用有效容积为10 L的UASB,研究了启动运行过程中COD和SO2-4降解情况、出水VFA和pH值、产气量及颗粒污泥比产甲烷活性(SMA)变化状况。结果表明,接种厌氧颗粒污泥,保持进水COD为1 500 mg/L,SO2-4浓度为100 mg/L,将HRT由24 h缩短至12 h以提高负荷,经历55 d成功启动了UASB反应器;当HRT为12 h,进水COD和SO2-4负荷为3.0 kg/(m3·d)和0.20 kg/(m3·d),COD和SO2-4的去除率分别达到80%和89%,出水VFA为3 mmol/L,产气量达9.5 L/d,颗粒污泥的SMA为86.4 mL/(g VSS·d)。     

氨氮浓度对猪粪厌氧消化及产甲烷菌群结构的影响

氨氮抑制是影响高含固厌氧消化推广应用的主要因素之一。通过批式实验,采用外源氨氮投加方式,考察了厌氧消化过程中不同氨氮浓度对鲜猪粪产甲烷效果和产甲烷菌群结构的影响。结果表明:氨氮添加量为2 000 mg·L~(-1)(TAN≈3 596.7 mg·L~(-1))时,日产甲烷速率及累积产甲烷量均明显下降;添加量大于4 000 mg·L~(-1)(TAN≈5 618.7 mg·L~(-1))时,氨氮抑制加剧,出现VFAs累积、产甲烷高峰期后移、丙酸降解失败。不同氨氮投加量下猪粪中挥发性固体(VS)产甲烷率分别为(369.0±17.3)、(318.5±7.6)、(234.7±2.5)、(165.4±19.4)mL·g~(-1),产甲烷效率较对照组分别下降14%、36%和55%。超过4 000 mg·L~(-1)的外源氨氮投加促使产甲烷菌群结构发生显著变化,乙酸利用型产甲烷优势菌Methanosaeta逐渐被Methanosarcina代替,而氢利用型产甲烷菌属中Methanospirillum的优势性逐渐被Methanoculleus和Methanomassiliicoccus取代,说明后者均有较强的氨氮耐受性。主成分分析和冗余分析表明,高浓度氨氮会促使产甲烷途径由乙酸利用型为主向氢利用型为主转变。     

推流式反应器厌氧消化浮萍和猪粪混合物

使用带隔板的推流式反应器(体积约为4 m3),对浮萍与猪粪(干重比1:1,湿重比7:1)的混合物、猪粪进行为期50 d的中温厌氧消化产气性能比较研究,结果表明,在有机负荷为3.5 g(VS)/(L·d)时,浮萍与猪粪(干重比1:1,湿重比7:1)混合物的VS产气率为0.31 L/g,COD转化率为63.2％,反应器容积产气率为1.00 m3/(m3·d)；猪粪的VS产气率为0.28 L/g,COD转化率为57.1％,反应器容积产气率为0.71m3/(m3·d).进料COD和SS的平均浓度分别为19.19 g/L和14.28 g/L,推流式反应器对其平均去除率分别为59.7％和68.7％.由此说明,带隔板的推流式厌氧反应器对浮萍和猪粪的混合物有较好的厌氧消化能力,浮萍与猪粪混合物的厌氧消化性能优于猪粪.     

间歇曝气SBR处理垃圾渗滤液的脱氮性能

采用两级串联间歇曝气序批式反应器(intermittent aeration sequencing batch reactor,IASBR)处理高氨氮低碳氮比的垃圾渗滤液,研究在控温(25±2)℃,进水碳氮比(COD/TN)为3.0条件下的脱氮性能。进水氨氮(NH_4~+-N)和总氮(TN)浓度分别为(1 100±70)mg·L~(-1)和(1 520±65)mg·L~(-1),1级和2级IASBR的水力停留时间(HRT)分别为5 d和4 d。运行结果表明,经1级IASBR处理后,出水TN浓度降低至约250 mg·L~(-1),其中以有机氮(TON)为主,NH_4~+-N浓度约25 mg·L~(-1);经2级IASBR处理后,出水TN和NH_4~+-N浓度分别稳定在40 mg·L~(-1)和20 mg·L~(-1)以下,TON去除率高达90%以上。两级串联IASBR组合工艺表现出良好的深度脱氮性能,出水TN浓度稳定达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中TN≤40 mg·L~(-1)的排放标准;同时,1级IASBR出水COD浓度高达1 150 mg·L~(-1),经过2级IASBR处理后出水COD降至约770 mg·L~(-1)。     

载Ca磁性碳纳米管对水中腐殖酸的去除

采用化学共沉淀一步法以钙盐和铁盐对多壁碳纳米管(MWCNTs)改性以制备具有去除水中微污染物腐殖酸的磁性碳纳米管复合材料。X射线能谱分析表明改性MWCNTs上载有Ca和Fe元素。通过振动样品磁强计测得该复合材料具有较强磁性。改性后的MWCNTs 30 min对水中腐殖酸的去除率由改性前的63.89%提高到90.27%。研究了改性MWCNTs投加量、腐殖酸初始浓度、吸附时间、振荡速度、pH及温度对水中腐殖酸去除的影响。结果表明,腐殖酸去除率随着载Ca磁性MWCNTs投加量增大而提高。吸附量随着腐殖酸初始浓度的增大而增加,但去除率却减小。吸附初期腐殖酸去除速率快,0.5 g·L~(-1)的载Ca磁性多壁碳纳米管在腐殖酸初始浓度为20 mg·L~(-1)时,5 h达到吸附平衡,平衡吸附量为39.41mg·g~(-1)。腐殖酸去除率随着振荡速度的增大而增大,在225 r·min~(-1)时达最大,随后随着振荡速度的增大而缓慢下降。在弱酸性下,腐殖酸去除率较高,当pH为5时,腐殖酸去除率达到92.24%;当pH5时,酸性加强,腐殖酸去除率下降;当pH5时,腐殖酸去除率随pH增大呈下降趋势。腐殖酸去除率随着温度的升高而降低。     

温度对城市生活垃圾和厌氧颗粒污泥联合厌氧发酵的影响

针对无锡市垃圾填埋场堆体厌氧发酵所存在的产气率低、氨氮浓度高的问题,以无锡市生活垃圾为原料,在添加厌氧颗粒污泥的情况下,探讨了不同发酵温度下(25、35和45℃)对城市生活垃圾厌氧发酵过程中渗滤液的化学需氧量(COD)、氨氮、挥发性脂肪酸(VFA)、渗滤液产量和产甲烷量的影响。结果表明,25、35和45℃条件下氨氮的最终浓度分别为2 450、2 650和3 000 mg·L~(-1),COD的去除率分别为60.9%、85.2%和80.1%,最大产甲烷速率分别为67、552和397 mL·d~(-1),沼气中甲烷的平均体积分数分别为39.4%、66.9%和53.2%,累积产甲烷量分别为2 906、19 004和14 286mL。以上结果表明35℃条件在能够缩短发酵周期,提高甲烷产量的同时,还能在一定程度减小渗滤液氨氮浓度,有助于减轻后续渗滤液处理的压力。     

强化循环厌氧反应器(SCAR)处理碱减量废水的启动特性

强化循环厌氧反应器(SCAR)接种厌氧颗粒污泥后启动,在固定外回流比R=0.5、HRT=24 h条件下,研究SCAR处理碱减量废水的运行特性。经过6阶段60 d的启动运行,反应器对COD的去除率稳定在42%左右,反应器出水VFA浓度基本维持在约300 mg·L~(-1),反应器沿高度方向对污染物降解出现了较明显的功能区划。反应器2号取样口污泥脱氢酶活性最高、3号取样口浓度最低,脱氢酶活性最高为5.16 mg·(g·h)-1(以VSS计),系统污泥辅酶F420浓度基本为逐渐增加趋势,启动完成时辅酶F420浓度最高稳定在0.016 7μmol·g-1(以VSS计)。SCAR对碱减量废水中不同分子量有机物贡献的COD和UV254表现出不同的去除规律,实验条件下SCAR无法实现对苯系物的彻底降解。     

厌氧氨氧化工艺的启动及微生物群落结构分析

构建了2个装载不同填料的厌氧污泥床(UASB)反应器(R1:载活性炭的K3填料;R2:普通K3填料),对比研究了2种厌氧氨氧化系统的启动特征、脱氮性能,分析了R1反应器的微生物群落结构变化规律,并对R1不同高程的基质去除特征和微生物群落组分进行了解析。结果发现,R1在第86天启动成功,短于R2的100 d,长期运行后R1和R2的最大氮容积负荷(NLR)分别为2.156和2.122 g·(L·d)~(-1),最大氮去除负荷(NRR)分别达到1.855和1.815 g·(L·d)~(-1)。在R1中,内部基质浓度随高度增加而降低,进水NH_4~+-N浓度较低时(50、100 mg·L~(-1))和较高时(350、450 mg·L~(-1)),基质的去除分别集中在反应器高度0~7 cm和17~37 cm处,而且厌氧氨氧化菌含量与氮去除率间呈正相关关系。另外,R1运行过程中厌氧氨氧化优势菌种由Candidatus brocadia(20 d)变为Candidatus Jettenia和Candidatus Kuenenia的混合菌种(134 d)。