以玉米芯为外加碳源的SBBR脱氮特性

针对低碳氮比生活污水总氮去除效果不佳的问题,以玉米芯作为SBBR生物载体和外加碳源,开展同步硝化反硝化脱氮特性研究。主要考察了碳源投加比及曝气时间对脱氮效果的影响。在最佳碳源投加比为1∶80、最适曝气时间为5.5 h时,出水COD、TN、NH_3-N分别为48.95、6.25和1.01 mg/L,满足城镇污水厂一级A排放标准。研究表明,采用玉米芯为外加碳源,可实现固体碳源释碳与反硝化需碳的平衡,有效增强低碳氮比污水的脱氮效果,同时能够保证出水COD满足排放标准。     

5种植物材料的水解释碳性能及反硝化效率

碳源在硝酸盐去除过程中起电子供体的作用,是生物反硝化反应的关键物质之一。为解决污水处理脱氮时碳源不足抑制反硝化反应造成脱氮效率低的问题,本研究选取风车草、甘蔗渣、芦竹、美人蕉和稻草秆5种植物材料作为反硝化碳源,探讨不同植物材料的水解释碳能力和释放规律;并进一步以其水解液作为外加碳源,探讨其对反硝化脱氮效率的影响。研究结果表明,植物材料水解释碳过程符合二级动力学反应规律,不同植物材料的释碳能力具有显著性差异,以甘蔗渣在固液比1∶80时COD释放当量最大,为45.45 mg/L;添加植物水解液可显著提高反硝化脱氮效率,以芦竹水解液脱氮效果最好,达到71.9%。此外,碳氮比是影响脱氮效率的重要因素之一,以碳氮比为9时反硝化脱氮效果最佳。     

某污水处理厂A2/O工艺冬季生物反硝化过程的影响因素研究

针对污水处理厂冬季反硝化脱氮效率不佳的问题,以常州市某污水处理厂A~2/O工艺为研究对象,模拟探讨了不同外加碳源、碳源投加量、溶解氧(DO)和硝态氮浓度对生物处理系统反硝化脱氮能力的影响。结果表明,外加有机碳源对系统的反硝化效能有明显的强化效果。3种外加有机碳源(乙酸、乙醇和乙酸钠)中,乙酸为最佳碳源。当乙酸投加量为40mg/L时,系统反硝化脱氮效率最高,比反硝化速率可达1.964mg/(g·h),反硝化碳耗最少,为7.14 mg/mg。DO与比反硝化速率成反比,DO≤0.20mg/L时,反硝化能力最强。硝态氮初始质量浓度为20mg/L左右时,反硝化能力最强。在实际工程应用中,可以通过提高硝化效果或直接调整回流比实现反硝化脱氮最优条件,将有助于提高系统的冬季脱氮效果。     

水力停留时间对天然纤维素类固体碳源反硝化滤池处理效果的影响

为了有效去除低C/N(质量比)生活污水中的TN,考察了水力停留时间(HRT)对以稻秆、玉米芯和大豆壳等天然纤维素为填料和固体碳源(以下简称碳源)的反硝化滤池的脱氮效果的影响,从COD、TN、TP去除规律和不同阶段释碳速率的变化,分析和比较不同HRT和碳源种类下反硝化滤池的脱氮性能,获得了不同碳源对应的最佳HRT,并探讨了最适碳源种类。以稻秆、玉米芯、大豆壳为碳源时,反硝化滤池的最佳HRT分别为2.0、2.0、4.0h,出水TN分别为0.3、0.2、0.4mg/L,TN去除率均为97.8%以上,此时出水COD、TP分别为37.6～44.9、0.4～0.6mg/L。玉米芯释碳速率低,释碳持久稳定,投加玉米芯为碳源的反硝化滤池在4个月后仍可保持高效、稳定的反硝化脱氮性能。     

可生物降解塑料与沸石载体体系对硝酸盐氮污染地下水的生物修复研究

生物反硝化是修复地下水硝酸盐氮污染的一种有效途径。为进一步确定异养反硝化碳源与载体投加量的配比,取用污水处理厂活性污泥为微生物来源,以可生物降解塑料为新型固相碳源,沸石为微生物载体,设计了9组固相碳源与载体不同配比的柱实验,旨在遴选出可生物降解塑料和沸石的最优配比。同时考察在最优配比时,不同进水硝酸盐氮浓度下的硝酸盐氮去除率、填料降解率、生物膜附着量、生物膜附着效率、反硝化效率等反应特性。结果表明,可生物降解塑料∶沸石(质量比)=2∶1为最优配比。在最优配比下,进水硝酸盐氮质量浓度为40~100mg/L时,异养反硝化对硝酸盐氮具有很好的去除效果(最终去除率均在99%以上),且能够保持较高的反硝化效率,同时载体负载微生物的性能稳定。     

壳类生物质释碳性能研究

以核桃壳、夏威夷果壳、杏仁壳、花生壳、开心果壳和板栗壳6种壳类生物质作为反硝化碳源的备选材料,通过静态碳释放实验测定其释碳量和反硝化实验测定其对硝酸盐氮的去除效率,旨在优选出适于推广的反硝化固体碳源。结果表明,花生壳和板栗壳释碳量最高,但因质地疏松而持续力不足,导致脱氮效果差;开心果壳释碳速率缓慢但持续力强,可作为缓效碳源;核桃壳和夏威夷果壳释碳量较高,且结构稳定,释碳过程满足二级动力学方程,适合作为反硝化固体碳源。实验初步优选出核桃壳和夏威夷果壳可作为经济有效的具有支撑作用的固体碳源。     

玉米秸秆碳源释放特征及反硝化效果

通过静态和动态实验研究了玉米秸秆的碳源释放规律,并考察其浸出液作为反硝化碳源对高、中、低硝酸盐氮的去除效果。实验结果表明,玉米秸秆可有效地释放碳源物质,静态实验中,固液比为1∶30时单位质量碳源释放的COD最多达254 mg/g,释放速率最快为13.37 mg/(g·d);动态实验中,秸秆长度为3 cm、水力停留时间(HRT)为48 h时,单位质量碳源释放的COD最多达826.26 mg/g,COD的速率最快为26.65 mg/(g·d)。反硝化过程中p H变化不明显,在7.0~8.0范围之间浮动。以玉米秸秆浸出液为反硝化碳源对中、低浓度的硝酸盐氮具有较好的去除效果,去除率保持在80%以上,甚至高达94%,但对高浓度的硝酸盐氮去除率仅在60%~80%之间。研究表明,玉米秸秆有较强的持续供碳能力,是一种经济合适的碳源材料,采用玉米秸秆浸出液作为去除地下水中硝酸盐氮的生物反硝化碳源是可行的。     

温度及外加碳源对生物脱氮除磷过程的影响

针对污水处理厂普遍面临的进水碳源不足及冬季低温时出水氮磷不能稳定达标的问题,研究了温度(21、15和10℃)和外加碳源(乙酸)对活性污泥缺氧条件下反硝化及释磷过程的影响。结果表明,在缺氧条件下投加乙酸,释磷与反硝化反应可同时进行,且乙酸投量的增加仅延长快速碳源反硝化阶段及缺氧释磷阶段的反应时间;温度降低为15℃和10℃时,快速碳源反硝化阶段反硝化速率及缺氧释磷速率较21℃分别降低了约29.2%、42.2%和26.1%、32.3%。当硝态氮目标去除量与磷酸盐目标释放量之比超过5时,乙酸的最优投量以满足反硝化要求为准,计算得出21、15和10℃时常州某城镇污水处理厂乙酸最优投加量计算值约为30、39和46 mg/L。     

以聚乙烯醇为骨架材料的固相碳源反硝化脱氮试验研究

针对反硝化过程中液态碳源投加量难以控制的问题,研发了一种缓释固相碳源。对比了不同骨架材料、乳化剂及组分配比对固相碳源脱氮性能的影响,优化固相碳源制备条件,并分析其释碳规律。结果表明,以聚乙烯醇(PVA)为骨架材料,失水山梨糖醇脂肪酸酯(SPAN80)为乳化剂,PVA∶淀粉质量比为1∶1时制得的固相碳源释碳效果和脱氮效果更优,对于硝态氮为25～30mg/L模拟污水,其硝态氮去除率可以达到95%以上,出水COD保持在80mg/L左右。在连续流试验中,系统可在3d内迅速实现稳定反硝化脱氮,高效脱氮时间可维持在40d左右,在实际工程应用中,可以通过调节水力停留时间、反应器流态等参数,提高固相碳源的使用寿命。     

以剩余污泥水解酸化液为外加碳源的污水生物脱氮

为解决低碳氮比污水生物脱氮过程反硝化碳源不足的问题，利用剩余污泥水解酸化液为外加碳源，通过具有曝气段与非曝气段的一体化曝气生物滤池（BAF），研究低碳氮比污水生物脱氮的性能与工艺条件。实验结果表明，预处理后的水解酸化液VFAs为3134．9～5251．4mg／L、ThODVFAs／COD为59．87％～91．85％，适合作为生物脱氮的外加碳源；水解酸化液的投配量、进水TN浓度对系统生物脱氮效果的影响较大，气水比、曝气段与非曝气段比例对系统的硝化和反硝化性能有重要的影响；在温度为25±1℃，水解酸化液COD平均为7555．1mg／L，进水TN、NH4-N和COD分别平均为43．88mg／L、39．04mg／L和56．8mg／L，碳源与污水投配的流量比为1：75的条件下，当BAF水力停留时间（HRT）为8h、曝气段与非曝气段比例为3：3、气水比为10：1、回流比为2：1时，NH4-N和TN的去除率分别超过98％和75％，出水COD平均为28．6mg／L。研究指出，剩余污泥水解酸化液经过预处理后可用作低碳氮比污水生物脱氮的外加碳源，有效地提高了反硝化效果，并不会造成二次污染，同时又可以实现剩余污泥的减量化和资源化。     

基于BP和RBF神经网络的外加碳源量模型研究

碳源作为反硝化过程的电子供体,是影响生物脱氮过程的重要因素,低碳氮比污水需外加碳源以保证反硝化反应的顺利进行。为了优化控制碳源投加量,对实验室搭建的CAST工艺污水处理装置的进水条件和外加碳源量的非线性关系分别进行了基于BP和RBF神经网络的模型研究,并对外加碳源量进行了预测。结果表明,两种网络模型均能有效预测外加碳源量,RBF神经网络模型在训练速度和逼近能力方面优于BP神经网络模型,但在预测性能方面BP神经网络模型则有更高的预测精度。     

湿地植物作为低C?N比生活污水反硝化碳源的研究

以风车草、香根草、再力花、芦荻、美人蕉5种湿地植物作为低C/N比生活污水的反硝化碳源材料。静态碳源释放实验中,5种湿地植物释碳能力为风车草再力花芦荻香根草美人蕉,风车草COD释放量最高,可达(129.2±6.2)mg/(g·L),其TN、TP的释放量相对较低。静态反硝化脱氮实验中,风车草和再力花脱氮效果最好,反硝化出水中硝态氮质量浓度均降低至3mg/L左右,硝态氮去除率均达88%左右,出水COD均在100mg/L左右,COD去除率均达到84%左右。在低C/N比生活污水反硝化脱氮中试实验中,以风车草为反硝化碳源,出水中TN、COD去除率可分别达到73%、75%左右,说明风车草是一种良好的低C/N比生活污水深度处理的反硝化碳源材料。     

垃圾渗滤液补充反硝化碳源强化脱氮效果

垃圾渗滤液中含有大量易被微生物利用的挥发性脂肪酸,若其可以作为城镇污水处理厂的补充碳源,将对降低碳源投加成本和实现垃圾渗滤液的资源化利用有重要意义。在实际城镇污水处理厂考察了垃圾渗滤液补充进水碳源的脱氮效果,并进一步对比了传统碳源(甲醇、乙酸钠)、垃圾渗滤液及垃圾渗滤液在不同pH条件下产生的水解酸化液作为碳源时的反硝化效果。结果表明,实际城镇污水处理厂投加乙酸钠作为补充碳源时总氮去除率仅提高3%左右,而在进水中混合垃圾渗滤液后提高了约10%。垃圾渗滤液与乙酸钠作碳源时NO_3~--N去除率均97%,但垃圾渗滤液为碳源时最大比反硝化速率高达8.8 mg·(g·h)~(-1)(以MLSS计),是乙酸钠为碳源时的1.7倍;垃圾渗滤液中性和碱性水解酸化液为碳源时,反硝化效果相差不大,最大比反硝化速率为4.5～4.8 mg·(g·h)~(-1)(以MLSS计),NO_3~--N去除率仅为70%左右。垃圾渗滤液或其水解酸化液是否可以作为强化脱氮效果的补充碳源取决于基质本身的性质。     

固态碳源去除地下水硝酸盐的模拟实验

选取了5种研究较少的固体材料,棉花、丝瓜络、甘蔗渣、可降解餐盒、木屑作为去除地下水硝酸盐的外加碳源。在锥形瓶中进行反硝化对比实验,研究了不同固态碳源下NO3--N、NO2--N、NH4+-N及pH的变化情况,分析了NO3--N及总氮的去除率。研究结果表明,反硝化过程中pH呈升高趋势,在6.9～8.5范围内浮动。可降解餐盒和丝瓜络相对于其他的固态碳源来说,对NO3--N和总氮有较高的去除率,但丝瓜络的总氮去除率明显低于可降解餐盒。可降解餐盒的硝酸盐去除率达到98.28%,总氮去除率达到93.48%。可降解餐盒能够有效地去除地下水硝酸盐,达到以废治废的效果,是经济有效的最佳固态碳源。     

植物及其根系分泌物对污水净化效果的影响

为了弄清不同植物对污水的净化效率以及其根系分泌物对污水净化效果的影响,对植物根系分泌物与脱氮及COD去除之间的关系进行了研究。结果表明,在净化时间相同的情况下,茭白（Zizania cadaciflora）对污水COD的去除效果要好于美人蕉（Canna generalis）,美人蕉对污水TN的去除率要高于茭白,系统中N去除主要依靠硝化反硝化脱氮;美人蕉根系比茭白根系能分泌更多的溶解有机碳（DOC）,这些可溶性的有机碳可以为污水中微生物提供碳源,有利于氮的反硝化去除,但同时也会增加出水COD的浓度。而茭白比美人蕉具有更强的硝化能力,可促进其硝化反硝化作用。     

可降解餐盒去除地下水硝酸盐的砂槽模拟实验研究

采用室内砂槽实验装置,研究了以可降解餐盒(BMB)为反硝化碳源的生物反应器对于模拟污水中硝酸盐的去除效果及其影响因素。结果表明,以BMB为反硝化碳源的反应器启动时间短。当进水硝酸盐浓度为50 mg/L,水温为25℃,水力停留时间为1.15 d时,硝酸盐的去除率可达92.6%以上,实验过程中出现亚硝酸盐积累,出水TOC浓度上升,但反应稳定后亚硝酸盐浓度均低于0.1 mg/L,且TOC浓度有下降趋势;水力停留时间减小或者进水硝酸盐浓度增加均能使得脱氮效率降低,但当水力停留时间在0.57~1.15 d,进水硝酸盐浓度在50~80 mg/L范围变化时,反应器硝酸盐去除效率仍能达到80%以上;温度对反硝化作用影响较大,当温度为(20±1)℃时,硝酸盐的去除效率仅为62.0%、74.4%和97.5%。     

碳源投加方式对SBR工艺脱氮速率的影响

为了提高生物反应器的脱氮效率,研究采用SBR处理模拟生活污水,利用醋酸钠作为碳源,考察碳源投加方式对脱氮速率的影响。结果表明,当温度为10~15℃,进水COD为330~550 mg/L时,采用不同的碳源投加方式,COD去除率均高于95%。进水一次投加2.4 g碳源,COD平均反应速率为5.3 mg/(g·h),平均反硝化速率为0.28 mg/(g·h)。进水、反应器运行3 h时分别投加1.2 g碳源,COD平均反应速率为6.89 mg/(g·h),平均反硝化速率为0.37 mg/(g·h)。进水、反应6 h时分别投加1.2 g碳源,COD平均反应速率为6.50 mg/(g·h),平均反硝化速率为0.52 mg/(g·h)。进水投加1.2 g碳源、反应器运行3 h和6 h时分别投加0.6 g醋酸钠碳源,COD平均反应速率为6.2 mg/(g·h),平均反硝化速率为0.39 mg/(g·h)。分次投加碳源能够提高COD反应速率和TN去除率,同时保持较高的硝化反硝化速率。     

碳源强化下的硫自养/异养反硝化协同作用

为强化硫自养反硝化过程,通过向连续稳定运行的硫自养反硝化反应器内投加少量碳源以进行强化,乙酸钠投加量分别为5.99、11.98、23.96 mg·L~(-1)。分析投加前后反应器内硝氮、COD、硫酸根和耗碱量的变化;研究了碳源强化下硫自养反硝化运行效能及反应机理。结果表明,投加少量碳源可增强自养反硝化过程硝氮的去除效果;在3种碳源投加量条件下,COD的利用率均大于85%,但硫酸盐生成量并未减少;在5.99 mg·L~(-1)碳源投加量下,系统实际耗碱量大于以硫酸根和COD计的理论耗碱量,而在11.98 mg·L~(-1)和23.96 mg·L~(-1)投加量下,实际耗碱量均介于2种理论值之间。在投加少量碳源后,自养反硝化脱氮效果明显提高,异养反硝化趋势随着碳源投加量的增加而增加。     

木屑-硫磺填充床反硝化生物滤池强化硝酸盐去除

针对污水处理厂二级出水深度脱氮的需求,设计了以木屑与硫磺颗粒为填料(质量比1:1)的反硝化生物滤池,对碳氮比失衡的污水处理厂二级出水进行深度脱氮处理。结果表明,木屑释放碳源速率在10 d之后趋于稳定,COD中(40.6±10.0)%是反硝化菌可直接利用的VFA。反硝化生物滤池运行的最佳HRT为10 h,在此条件下,进水硝酸盐(以N计)浓度为30 mg·L~(-1)时,出水硝酸盐浓度最低为11.5 mg·L~(-1),亚硝酸盐(以N计)浓度最低为1.4 mg·L~(-1),反硝化生物滤池内未发生硝酸盐异化还原(DNRA)作用,出水无氨氮积累。出水SO42-浓度最高为73.8 mg·L~(-1)。反硝化生物滤池运行稳定后,出水中COD未超过30 mg·L~(-1),木屑释放的碳源与异养反硝化过程消耗的碳源持平,经反硝化生物滤池深度处理的出水中无过量残留有机物。出水pH稳定在6.9～7.4范围内,反硝化生物滤池无需外加碱类物质。     

以聚己内酯作为生物反硝化固体碳源的研究

为解决水体因低碳氮比而导致脱氮效率差的问题,将颗粒聚己内酯(PCL)重新塑形为阶梯环状,研究其作为反硝化过程的生物膜载体与固相碳源的反硝化性能。结果表明,在静态实验中,平均反硝化速率为8.57 mg NO3-N/(L·h);反硝化过程为零级反应。连续填充床实验中,超过90%的硝酸盐可被去除,出水NO2-N质量浓度低于0.20 mg/L;出水NH3-N质量浓度略有上升;出水溶解性有机碳(DOC)先上升后降低至1 mg/L左右。电子扫描显微镜扫描显示,PCL阶梯环反应表面空隙率较高,表面生物膜以杆菌为主,反应后被明显腐蚀;液相色谱检测显示PCL阶梯环分子量反应前后略有下降,其结构未受到破坏;表明该材料适合作为反硝化反应的碳源的同时,又可以作为载体供微生物附着生长。