3种生物滞留设计对城市地表径流溶解性氮的去除作用

城市地表径流溶解性氮(N)的有效控制具有挑战性.2015构建了3种不同设计的生物滞留设施:壤砂种植紫穗狼尾草(CB)、壤砂种植紫穗狼尾草设置饱和带(MB1)、壤砂种植紫穗狼尾草设置饱和带并添加10%木块(MB2).在模拟城市地表径流水文、水质变化条件下,研究3种生物滞留种植植物、设置饱和带以及添加碳源对城市地表径流溶解性N(NH_4~+-N、NO_3~--N)的去除作用.通过为期1年试验监测表明,在进水NH_4~+-N浓度平均值为(5.45±2.21)mg·L-1情况下,3种生物滞留对NH_4~+-N均具有显著的去除作用(去除率95%).基质吸附、硝化与植物吸收是生物滞留有效去除城市地表径流NH_4~+-N的主要途径.在进水NO_3~--N平均值为(5.88±2.32)mg·L-1情况下,CB、MB1和MB2出水NO_3~--N浓度的平均值分别为(4.04±2.64)、(0.84±1.18)和(0.26±0.48)mg·L-1,相应去除率分别为31.3%、85.7%和95.6%.生物滞留种植紫穗狼尾草、设置饱和带以及添加碳源均可显著降低出水NO_3~--N浓度,减少NO_3~--N淋溶输出,提高NO_3~--N去除率.植物吸收和微生物反硝化是生物滞留去除NO_3~--N的主要途径.进水NO_3~--N浓度、水量、间隔天数是影响生物滞留出水NO_3~--N浓度的主要因素.生物滞留种植紫穗狼尾草、设置饱和带并添加碳源,在水文、水质变化情况下,仍可有效去除城市地表径流溶解性N.     

生物滞留设施对城市地表径流低浓度磷吸附基质研究

城市地表径流是淡水水体磷的重要来源之一.国际上生物滞留设施被广泛应用于城市地表径流污染的控制,其中基质组成是影响生物滞留设施除磷效果的主要因素.本研究探讨了紫色土与河砂混合作为生物滞留设施基质吸附去除城市地表径流低浓度磷的可行性.结果表明:山地城市重庆不透水地表(包括居住区道路、商业区道路、停车场以及交通干道)径流TP浓度变化范围为0.04~7.00 mg·L-1,均值为(0.75±1.08)mg·L-1;TDP浓度变化范围为0.02~0.46 mg·L-1,均值为(0.15±0.10)mg·L-1.根据重庆降雨特征与不透水地表径流磷污染特征,生物滞留设施规模为10%不透水面积,预期服务时间10a,基质对城市地表径流P的预期吸附量需达到7.5 mg·kg-1.中、酸性紫色土草酸浸提态Fe、Al含量影响P吸附能力,紫色土P吸附能力与草酸浸提态Fe和Al含量与磷含量之比(OR)呈显著正相关,20%紫色土与80%河砂混合基质可以满足重庆生物滞留设施基质对城市地表径流P的预期吸附量要求.20%紫色土与80%河砂混合基质(厚度60 cm)对P浓度0.30mg·L-1的进水长期模拟运行,出水P浓度均低于0.05 mg·L-1.利用紫色土和河砂混合基质吸附去除水文过程与水质变化情况下的城市地表径流低浓度P是可行的.     

给水厂污泥改良雨水生物滞留系统填料层最优设计深度研究

生物滞留系统的基质组成与填料层的深度对污染物去除有重要影响。利用给水厂污泥改良砂土作用生物滞留系统基质,研究了污染物在生物滞留系统内不同深度的去除情况,以确定改良填料层的最优设计深度。结果显示:进水ρ(SS)平均为198.14 mg/L,下渗通过20 cm改良基质后出水为15.96 mg/L,平均去除率高达92.34%;进水ρ(COD)平均为178.29 mg/L时,40与60 cm深度改良基质区间对溶解性COD的平均去除率分别为55.3%、78.7%;进水ρ(NH~+_4-N)平均为3.67 mg/L,经过40 cm改良基质后出水为0.12 mg/L;进水ρ(NO~-_3-N)与ρ(TN)平均分别为7.78,11.54 mg/L,通过15 cm种植土层和20,40,60 cm改良基质后,对NO~-_3-N平均去除率依次为5.0%、6.8%、15.1%、24.9%,对TN平均去除率分别为9.4%、16.6%、24.8%、32.8%;进水ρ(PO~(3-)_4-P)平均为5.31 mg/L时,经过40 cm改良基质后出水平均为0.09 mg/L。对实测雨水径流污染物浓度和形态进行分析表明,给水厂污泥改良砂土基质填料层深度为40 cm时,雨水生物滞留系统出水中各项污染物浓度均可满足GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅱ-Ⅲ类水质标准。     

生物滞留设施去除城市道路径流中邻苯二甲酸酯的效果评估

上海市区道路径流中存在邻苯二甲酸酯(PAEs)污染,平均浓度达到171.71μg·L~(-1),高于欧洲和澳大利亚道路径流浓度近一个数量级,直接排放会对地表水体造成污染.为了从源头控制道路径流中PAEs污染,在上海内环高架道路下建造了应用规模生物滞留设施,研究城市绿色基础设施对道路径流中6种美国EPA优先控制PAEs污染物的控制效果及机理.生物滞留设施表面积为20 m2,汇水面积约为400 m2,底部带有防渗膜,适用于高地下水位地区.结果表明,8场监测降雨事件中,设施出水∑6PAEs平均浓度为10.23μg·L~(-1),显著低于道路径流∑6PAEs平均浓度171.71μg·L~(-1)(p0.05).沉淀预处理对PAEs无显著去除效果,生物滞留池对DEHP的去除率与TSS的去除率呈显著正相关,主要通过基质层截留作用去除;DEP、DBP、DMP等低分子量PAEs的去除率与设施水力负荷呈负相关,主要通过生物滞留池基质的吸附作用去除.DEHP、DBP为我国《地表水环境控制标准》控制污染物,生物滞留池出水DBP浓度低于标准值3μg·L~(-1),达标率100%;出水DEHP浓度大多情况下低于标准值8μg·L~(-1),达标率为71%,生物滞留设施可以有效控制道路径流PAEs污染.本研究的结果适用于我国东南部地下水位较高的地区,可为绿色基础设施控制地表径流PAEs提供设计理论指导.     

生态沟渠-生物滞留池组合控制农村径流污染

生态沟渠和生物滞留池因其良好的径流污染控制能力和生态效益,日益受到广泛关注和应用,但单一的生态沟渠或生物滞留池在农村径流污染控制中常存在氮磷去除效果不稳定和基质易堵塞等问题.将两者串联构建组合系统,利用生态沟渠预处理去除部分污染物,可降低生物滞留池污染负荷和减轻基质堵塞;同时在生物滞留池中设置淹没区并添加天然载体碳源提升系统脱氮效果.研究了载体碳源、降雨强度和干湿交替等条件对生态沟渠-生物滞留池组合系统控制农村径流污染的影响.结果表明,投加稻草和木屑两种天然载体碳源分别将生物滞留池段的TN去除率提升19.9%和20.4%.模拟降雨强度从小雨增至大雨时,外加碳源组合系统COD、 NH⁺₄-N、 TN和TP去除率平均下降17.0%、 16.8%、 20.4%和17.2%,其中生态沟渠段对4种污染物的去除贡献平均降低16.3%、 13.0%、 24.2%和22.1%.干湿交替运行可提高系统的污染物去除效果,相较连续进水,干旱3周后木屑组TN平均去除率提升12.3%.微生物群落分析结果显示,木屑组和稻草组生物滞留池样品的α多样性高于对照组;投加载体碳...     

复合生物反应器低溶解氧同步脱氮除磷

利用复合生物反应器(HBR)中同时存在的活性污泥和悬浮生物膜混合生物体系,进行了同步脱氮除磷的试验研究.结果表明,溶解氧浓度和进水COD/TN对系统脱氮除磷效果有重要影响.当曝气量(Qair)控制在0.07m3/h时,系统的同步脱氮除磷效果较好,最大释磷率(释磷结束时溶液中PO3-4-P浓度与初始PO3-4-P浓度百分比)为249%,TN平均去除率为80.0%,PO3-4-P去除率为92.2%.曝气量升高或降低,TN、PO3-4-P去除率均降低.随着COD/TN的升高,系统TN、PO3-4-P去除率也逐渐升高,COD/TN从3.2升高至10.5,系统TN平均去除率从70.3%升高至84.9%,PO3-4-P平均去除率从82.2%高至96.0%.整个试验过程中污泥体积指数(SVI)均小于90 mL/g,污泥的沉降性能良好.实验采用复合反应器进水后未经过传统脱氮、除磷理论认为所必须的缺氧、厌氧段而直接曝气,仍然取得较高的TN、PO3-4-P去除率.     

给水厂污泥改良生物滞留填料除磷效果的研究

通过静态吸附实验研究了土壤、给水厂污泥对磷的吸附特性,采用生物滞留模拟柱,考察生物滞留技术对城市径流中磷的去除效果,评价以给水厂污泥改良填料的可行性.结果表明,给水厂污泥对磷的吸附能力远大于土壤.在进水磷浓度为1.0 mg·L-1条件下,传统填料模拟柱出水总磷随着进水量的增加浓度逐渐增大,而改良填料模拟柱表现出稳定的长期去除效果,经7个月的连续运行,改良填料模拟柱出水总磷的浓度仍小于0.050 mg·L-1,满足地表水Ⅲ类水质标准.根据静态吸附实验估算结果,相同的控制条件下,添加4%给水厂污泥的改良填料对磷的吸附能力约为传统填料的4倍.无定型铁铝的沉淀、吸附作用是改良填料截留进水中磷的主要机制,工程应用中可在填料中添加4%~5%比例的给水厂污泥以提高生物滞留设施控制受纳水体富营养化的效果.     

两种生物滞留系统脱氮除磷效果比较研究

为提升生物滞留系统的脱氮除磷效果,构建了折流式和直流式两种生物滞留系统,研究了径流流态与降雨强度对生物滞留系统脱氮除磷效果的影响.结果表明：①折流式系统可沿径流路径创造多个好氧、缺氧区块,相较直流式系统,总氮（TN）、硝态氮（NO₃^--N）去除率分别提升29.76%与159.30%.②折流式结构与降雨强度对系统下渗速率产生影响,进而影响系统脱氮除磷效果,低下渗速率（0.99 mm·min^-1）可提升系统脱氮效果（NO₃^--N：160.07%）,高下渗速率（2.96 mm·min^-1）可提升除磷效果（总磷（TP）：5.14%;磷酸盐（PO₄^3--P）：3.96%）.③在折流式系统中,氨氮污染负荷的81.02%通过植物吸收、微生物同化、硝化作用等途径去除,硝态氮污染负荷的52.33%被排出系统.     

基于ABR-MBR组合工艺优化反硝化除磷性能的研究

基于ABR-MBR一体化反应器,以低C/N比生活污水为研究对象,结合厌氧折流板反应器(ABR)微生物相分离的特性,通过优化与ABR优质供碳和脱氮除磷相耦合的膜生物反应器(MBR)硝化液回流比以实现高效反硝化除磷,并对ABR-MBR污泥回流比进行优化.结果表明,在ABR段有机负荷为2.0 kg·(m3·d)-1、系统的水力停留时间(HRT)为9 h、泥龄(SRT)为15 d,系统获得最优的处理效果时的硝化液回流比和污泥回流比分别为300%和100%.其中TN和溶解性PO3-4-P平均去除率分别达84%和94%,ABR中反硝化除磷量可达系统总去除量的87%,平均出水TN和溶解性PO3-4-P浓度分别为12.98 mg·L-1和0.43 mg·L-1.     

基于ABR-MBR组合工艺不同进水C/N比对反硝化除磷性能的影响机制

基于厌氧折流板反应器(ABR)微生物相分离及膜生物反应器(MBR)高效截留的特性,通过加设硝化液回流与污泥回流实现了ABR-MBR一体化反应器的循环联动,对连续流条件下调控进水COD浓度及COD/TN比条件下的反硝化除磷影响机制展开了研究.结果表明在5个不同进水C/N比下,ABR-MBR组合工艺最终出水溶解性PO_3-4-P平均浓度分别为0.22、0.34、0.39、0.42和2.45 mg·L~(-1),低C/N比可获得更好的除磷效果,而C/N为4.8~6.0时,工艺对COD、TN和溶解性PO_3-4-P去除率分别在87%、76%和93%以上.此外,在C/N为3.6~6.0时,ABR缺氧吸磷量与工艺对TN去除量呈良好的线性关系,提高进水C/N比有助于系统对TN的去除.最终获得进水C/N比为6时最有利于氮和磷的同步去除.     

木屑生物炭对填料土的氮磷吸附及雨水持留改良影响

现阶段生物滞留系统的填料土存在氮磷营养盐净化效果不稳定、雨水持留能力下降等问题.为评估木屑生物炭作为生物滞留系统填料土添加剂的改良效果,选用对照填料土和施用了木屑生物炭的改良填料土进行对比研究,通过理化性质测试、等温吸附实验、土柱实验和土水特征曲线测定,研究木屑生物炭对填料土的改良影响与优化机制.结果表明,木屑生物炭孔隙率大、比表面积大、饱和含水率高和CEC高,可优化填料土的结构,提升填料土的离子交换能力;木屑生物炭对填料土的氮磷吸附改良效果突出,对NH4+-N的最大吸附量提高了 2.80倍,去除率由31.30％提高至64.10％,对PO43--P的最大吸附量提高了 1.28倍,去除率由61.90％提高至90.00％;经木屑生物炭改良后,填料土的饱和含水率提高1.63倍,渗透系数提高2.43倍,在各含水率下的基质吸力明显增加.木屑生物炭的添加可优化生物滞留系统填料土的性能,加强对雨水径流中氮磷营养盐的吸附,提高系统的渗透性和雨水持留能力.     

Nitrogen and phosphorus removal in an airlift intermittent circulation membrane bioreactor

A new airlift intermittent circulation integrated bioreactor was developed for simultaneous nitrogen and phosphorus removal of wastewater, in which, circulation of mixed liquid between mixing zone and aeration zone was realized by aeration power, alternately anaerobic/anoxic bio-environment in mixing zone was realized by intermittent circulation and simultaneous nitrogen and phosphorus removal was obtained through strengthened denitrifying phosphorus removal process. Removal performance of the reactor was investigated and pollutant removal and transfer mechanism in one operation circle was analyzed. The experiment results indicated that under the influent condition of chemical oxygen demand (COD) concentration of 642.1 mg/L, total nitrogen (TN) of 87.4 mg/L and PO₄^3--P of 12.1 mg/L, average removal efficiencies of COD, TN and PO₄^3--P reached 96.4%, 83.2% and 90.5%, respectively, with the hydraulic residence time of 22 hr and operation circle time of 185 min. Track studies indicated that the separation of aeration and mixing zones and intermittent circulation of mixed liquid between the two zones provided distinct biological environments spatially and temporally, which ensured the occurrence of multifunctional microbial reactions.     

生物质粒径对负载MgO生物炭吸附水体中磷的影响

为研究生物质粒径对负载MgO芦苇生物炭（MBC）去除水体中磷的速率和能力的影响,以0~0.5、1~2和6~8 mm这3种不同粒径的芦苇颗粒为原料、MgCl₂为改性剂制备MBC,用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等对MBC表征,开展MBC吸附溶液中磷酸盐（PO₄^3--P）动力学和等温线实验以及实验数据模型拟合.结果表明,MBC对溶液中PO₄^3--P的吸附速率随生物质粒径增大而增大,0~0.5、1~2和6~8 mm芦苇颗粒制备的MBC对PO₄^3--P的吸附量在2 h内分别达到平衡吸附量的15.4%、25.8%和80.8%,而生物质粒径对MBC的PO₄^3--P最大吸附量（249.0~254.7 mg·g^-1）无明显影响.6~8 mm芦苇颗粒制备的MBC保留了较完整的芦苇细胞壁结构,且含有丰富的微孔和中孔,形成多层次、规则的、连通性好的孔隙结构.0~0.5 mm和1~2 mm芦苇颗粒制备的MBC孔隙结构较差,孔隙连通性受损,影响了磷酸根离子在MBC内部的扩散速率,限制了对磷的吸附速率.因此,以人工湿地收割的废弃植物芦苇为原料制备MBC用于去除水体中磷时,将芦苇破碎至6~8 mm即可,过度破碎会破坏MBC的孔隙结构,减小MBC对磷的去除速率.     

基于优质碳源提供的CAMBR复合工艺短程硝化-反硝化除磷研究

挥发性脂肪酸(VFA)是反硝化除磷过程可以利用的优质碳源,为此本研究结合厌氧折流板反应器(ABR)微生物相分离和膜生物反应器(MBR)出水水质优良的特性,构建了CAMBR复合工艺,并通过优化ABR水力停留时间(HRT)等运行条件以提供优质碳源,实现高效反硝化除磷.研究表明,当ABR的HRT为4.8 h时,可获得充足的VFA作为优质碳源,并实现消耗VFA的量为56.1 mg·L~(-1)的同时获得10.43 mg·L~(-1)的释磷,即释放1 mg磷需要的VFA量为5.38 mg,同时实现12.35 mg·L~(-1)的吸磷,而MBR池的吸磷为1.33 mg·L~(-1).短程硝化除磷过程中,缺氧消耗1 mg PO_4~(3-)-P需要0.62 mg的NO-x-N,吸收1 mg PO_4~(3-)-P所需NO_2~--N的量为1.67~2.04 mg.系统出水水质稳定,COD、TN和溶解性PO_4~(3-)-P的平均去除率分别为91%、84%和93%,出水平均浓度分别为30、7.15和0.55 mg·L~(-1),表明CAMBR复合工艺生在处理生活污水过程中可获得稳定高效的反硝化除磷效果.     

木屑生物炭在雨水径流中的氮磷淋出和吸附特性

现阶段生物滞留系统的填料存在氮磷营养素淋出及吸附净化效果不稳定的问题.为评估木屑生物炭作为生物滞留系统过滤层填料的可行性,选用传统填料（椰糠、堆肥、陶粒和火山石）作为对比材料,通过理化性质测试、批量淋洗实验、等温吸附和解吸实验,研究木屑生物炭的基本性质、淋出特性和吸附特性,探究木屑生物炭对生物滞留系统的优化效果与改良机制.结果表明,经高温热解生成的木屑生物炭具有疏松和多孔的特性,饱和含水率为195.65%,持水效果好;热解后木屑生物炭表面的氮磷元素转换为稳定的化合物,在批量淋洗实验中其氮素淋出量低、淋出速度快,磷素淋出滞缓但在人造雨水径流的淋洗中保持线型负值增长,吸附效果稳定;在典型雨水径流浓度（2mg·L^-1的NH₄⁺及2mg·L^-1的PO₄^3-）下,木屑生物炭可吸附34.6mg·kg^-1的NH₄⁺和59.5mg·kg^-1的PO₄^3-,具有突出的综合吸附能力;NH₄⁺及PO₄^3-吸附平衡后的木屑生物炭在去离子水中的平均解吸率为21.23%和17.43%,吸附效果稳定.综上所述,木屑生物炭的施用可解决填料营养盐过剩淋出的问题,且具有较好的氮磷吸附效果,可用作生物滞留系统的填料解决雨水径流污染问题.     

巢湖十五里河水花生生长区沉积物及间隙水中营养盐的基本特性

为揭示十五里河水生植物(水花生)生长区沉积物及间隙水营养盐的基本特征,在河道上选择3个具有代表性的采样点位(SP1、SP2和SP3)和1个对照点位(SP4),采集15根沉积物柱状样,并按2 cm厚度现场分层,得到样品80个.在对沉积物TN、TP、NH4+-N、NO3--N、Fe/Al-P、Ca-P、有机质含量及间隙水TN、TP、NH4+-N、NO3--N、PO34--P浓度分析测试基础上,解析沉积物及间隙水的氮磷垂直剖面分布特征,并进行氮磷相关性分析.由间隙水氮磷剖面分布发现,水花生生长区孔隙水氮磷浓度具有大致相似的垂直变化特性;除PO34--P浓度存在差异外,不同采样点位表层沉积物-上覆水界面的营养盐源汇关系,也具有很好的一致性.研究表明,在沉积深度0～18 cm内,水花生生长区的间隙水NH4+-N和NO3--N垂直浓度剖面,基本上都可以由Origin软件提供的Exp2PMod2或Exp3P2指数函数拟合,而PO34--P则不具备这一特点,暗示着间隙水PO34--P扩散的规律性弱于NH4+-N和NO3--N.     

进水C/N对SNEDPR系统脱氮除磷的影响

为了解同步硝化内源反硝化系统(SNEDPR)脱氮除磷性能,采用延时厌氧(180 min)/低氧(溶解氧0. 5～2. 0 mg·L~(-1))运行的SBR反应器,以人工配置的模拟废水为处理对象,先采用恒定进水C/N(为10),以实现SNEDPR的启动和聚磷菌(PAOs)的富集培养,再调控进水C/N值(分别为10、7. 5、5和2. 5),考察不同C/N对系统的脱氮除磷性能的影响.结果表明,当进水C/N为10,可实现SNEDPR的启动与深度脱氮除磷,出水PO3-4-P和总氮(TN)浓度分别平均为0. 1 mg·L~(-1)和8. 1mg·L~(-1),PO3-4-P去除率、TN去除率和SNED率平均值分别为99. 79%、89. 38%和58. 0%.当进水C/N由5提高至10时,系统维持良好的脱氮除磷性能,释磷量(PRA)和SNED率分别由16. 0 mg·L~(-1)和48. 0%提高至24. 4 mg·L~(-1)和69. 2%;当C/N为10时,TN和PO3-4-P去除率最高达94. 5%和100%;当C/N为2. 5时,系统失去脱氮、除磷性能,PRA和SNED率仅为1. 36 mg·L~(-1)和10%.在系统稳定运行阶段(C/N为10、7. 5和5),SNED率达85. 9%,出水NH_4~+-N、NO-x-N和PO3-4-P浓度平均为0、8. 1和0. 1 mg·L~(-1).     

Nitrogen and phosphorus removal in an airlift intermittent circulation membrane bioreactor

A new airlift intermittent circulation integrated bioreactor was developed for simultaneous nitrogen and phosphorus removal of wastewater, in which, circulation of mixed liquid between mixing zone and aeration zone was realized by aeration power, alternately anaerobic/anoxic bio-environment in mixing zone was realized by intermittent circulation and simultaneous nitrogen and phosphorus removal was obtained through strengthened denitrifying phosphorus removal process. Removal performance of the reactor was investigated and pollutant removal and transfer mechanism in one operation circle was analyzed. The experiment results indicated that under the influent condition of chemical oxygen demand (COD) concentration of 642.1 mg/L, total nitrogen (TN) of 87.4 mg/L and PO₄^3?-P of 12.1 mg/L, average removal efficiencies of COD, TN and PO₄^3?-P reached 96.4%, 83.2% and 90.5%, respectively, with the hydraulic residence time of 22 hr and operation circle time of 185 min. Track studies indicated that the separation of aeration and mixing zones and intermittent circulation of mixed liquid between the two zones provided distinct biological environments spatially and temporally, which ensured the occurrence of multifunctional microbial reactions.     

改性海绵铁深度除磷及其再生磷回收方法

为了从污染水体中去除磷并有效回收磷资源,本文研究了海绵铁改性前后吸附除磷特性,并构建海绵铁除磷渗滤床,考察了其连续流除磷特性及再生活化方法,并探究再生废液中磷回收生成鸟粪石的工艺条件.结果表明:硫酸改性后的海绵铁对磷的最大理论吸附容量从改性前4.17 mg·g~(-1)提升至18.18 mg·g~(-1).吸附饱和的改性海绵铁,采用1 mol·L~(-1)氢氧化钠解吸和6%硫酸再活化后,能够达到98%的活化率.海绵铁除磷渗滤床在长达约200 d的连续流运行实验中表现出良好的除磷能力,在进水TP=10 mg·L~(-1),HRT=1 h条件下,磷综合去除率达30%～89%,累积单位容积磷吸附量达到6.95 kg·m~(-3).海绵铁碱再生后的废液可以用于回收鸟粪石,其最佳生成条件为:pH=10,n(Mg~(2+))∶n(PO_4~(3-))∶n(NH~+_4)=1.3∶1∶1.1.在最优条件下,磷回收率可以达到97.8%.本研究提供的方法对于污染水体中磷营养元素的去除及回收利用具有理论与实践意义.