基于微气泡曝气的生物膜反应器处理废水研究

微气泡曝气有助于强化氧传质过程,在废水好氧生物处理中具有潜在的应用优势;生物膜反应器是应用微气泡曝气的可行工艺形式.本研究在生物膜反应器中采用SPG膜微气泡曝气处理模拟生活废水,探讨反应器连续运行过程中,SPG膜空气通透性、溶解氧变化、污染物去除效果及氧利用情况.结果表明,基于SPG膜微气泡曝气的生物膜反应器能够实现长期连续稳定运行,是微气泡曝气与废水好氧生物处理结合的可行方式.SPG膜表面性质及膜孔径影响其空气通透性,疏水性膜的空气通透性优于亲水性膜;膜孔径越大,空气通透性越好.一定的SPG膜空气通量下,反应器内的溶解氧浓度主要受有机负荷影响.SPG膜微气泡曝气生物膜反应器较优的COD处理负荷(以SPG膜面积计算)为6.88 kg·(m2.d)-1.氨氮的去除主要受溶解氧浓度及生物膜内氧扩散传质的影响,在高有机负荷下生物膜内出现同步硝化反硝化.微气泡曝气的氧利用率显著高于传统曝气方式,在优化的运行条件下,氧利用率可以接近100%.     

微气泡曝气生物膜反应器同步硝化反硝化研究

同步硝化反硝化(SND)是废水处理中的新型生物脱氮工艺,和传统生物脱氮工艺相比具有显著的应用优势.本研究采用微气泡曝气固定床生物膜反应器,研究了SND过程中污染物去除效果并检测了生物膜功能菌群的变化情况.结果表明,在微气泡曝气固定床生物膜反应器内可以实现同步硝化反硝化,通过提高进水COD负荷和C∶N比,降低溶解氧(DO)浓度,同时增加填料床层孔隙率,可以改善SND效果.当进水COD负荷和总氮(TN)负荷为0.86 kg·(m3·d)-1和0.10 kg·(m3·d)-1,且填料床层孔隙率为81%时,COD和TN的去除率分别为97.6%和70.2%,实现了COD和TN的同步高效去除;同时,微气泡曝气对氧传质的强化作用使得氧利用率高达91.8%.此外,生物膜活性和硝化及反硝化功能菌群的变化,与反应器COD、氨氮和TN去除能力的变化基本一致.     

膜曝气-生物膜反应器生物强化处理阿特拉津废水运行性能

在疏水SPG(shirasu porous glass)膜表面形成基因工程菌生物膜,构建SPG膜曝气-生物膜反应器(MABR)生物强化处理阿特拉津废水,考察MABR反应器稳定运行过程中污染物去除性能及其影响因素.结果表明,增大SPG膜孔径和曝气压力,能够提高曝气供氧能力,改善COD和阿特拉津生物强化去除效能.1.5μm疏水SPG膜在70 k Pa曝气压力下的最大供氧能力约为22.4 g·(m~2·d)~(-1).曝气压力为70 k Pa、水力停留时间(HRT)为1.5 h时,1.5μm膜MABR反应器COD平均去除率为80.1%,平均去除负荷为1.86 kg·(m~3·d)~(-1);阿特拉津平均去除率为62.5%,平均去除负荷为0.18 kg·(m~3·d)~(-1).进一步缩短HRT、增加进水负荷后,MABR反应器DO浓度显著下降,COD和阿特拉津去除效率大幅降低.DO浓度对阿特拉津去除的影响更为显著.随着MABR反应器的稳定运行,SPG膜表面单一基因工程菌生物膜逐渐演化为复杂微生物群落,但基因工程菌可以较好地存在于生物膜内,从而保持阿特拉津生物强化去除能力.     

微气泡曝气对生物膜反应器启动运行性能影响

比较了微气泡曝气(MB)与传统气泡曝气(CB)流化床生物膜反应器启动运行性能,以及生物膜形成过程与组成特性.结果表明,启动运行中,MB反应器的COD、NH4+-N和TN平均去除率分别达到90.3%、92.7%和43.4%,而CB反应器的COD、NH4+-N和TN平均去除率分别为79.4%、86.3%和29.3%,MB反应器污染物去除性能优于CB反应器.同时,MB反应器的氧利用率高达94.3%,显著高于CB反应器.MB反应器中生物膜形成速率和稳定生物膜生物量均高于CB反应器,并且所形成的生物膜VSS/SS比值较高而EPS含量较低.因此,微气泡曝气能够加速生物膜形成并获得更高的活性生物量,从而提高生物膜反应器的启动运行性能.     

移动床膜生物反应器同步硝化反硝化特性

采用挂膜填料代替传统膜生物反应器(MBR)的活性污泥,构建一种新型的移动床膜生物反应器 (MBMBR),考察其处理模拟生活污水的效果及同步硝化反硝化(SND)特性.结果表明,移动床膜生物反应器运行67 d,对模拟生活污水表现出良好的去除有机物及同步硝化反硝化能力.进水COD浓度为573.5～997.7 mg/L时,膜出水COD去除率为88.3%～99.2%.进水氨氮浓度为45.5～99.2 mg/L时,膜出水氨氮去除率为72.1%～99.8%,总氮去除率为62.0%～96.3%.批式实验结果表明,生物膜去除总氮的最佳溶解氧浓度为1 mg/L,其中氨氮和总氮去除率分别为100%和60%.生物膜系统内可能存在好氧反硝化现象.DO为3 mg/L且有机碳源充足时,生物膜总氮去除率为99.0%,SND率达到99.8%.扫描电镜对生物膜的观察发现生物膜内部存在着明显的孔隙,有利于溶解氧和有机基质从外界向生物膜内部传递.     

中试规模微气泡曝气生物膜反应器运行性能评估

运行中试规模微气泡曝气生物膜反应器处理校园生活污水,对其运行性能进行评估,并与传统生物处理工艺比较.结果表明,采用中试系统处理校园生活污水原水时,平均COD去除率和去除负荷分别为57.0%和2.68 kg·(m~3·d)~(-1),平均氨氮去除率和去除负荷分别为17.4%和0.17 kg·(m~3·d)~(-1),平均TN去除率和去除负荷分别为15.8%和0.21 kg·(m~3·d)~(-1),平均氧利用率达到100%.采用中试系统处理可生化性较差的生物接触氧化池出水,平均COD去除率和去除负荷分别为46.0%和1.53 kg·(m~3·d)~(-1);平均氨氮去除率和去除负荷分别为17.1%和0.32 kg·(m~3·d)~(-1);平均TN去除率和去除负荷分别为14.1%和0.28 kg·(m~3·d)~(-1);平均氧利用率高于50%.由于微气泡曝气能够加速氧传质过程并提高氧利用率,因此相同进水条件下,中试系统污染物去除能力显著优于传统生物接触氧化工艺和传统曝气生物滤池工艺.     

微气泡曝气生物膜反应器处理低C/N比废水脱氮过程

微气泡曝气生物膜反应器是微气泡曝气技术与好氧生物处理相结合的新型处理工艺.本研究采用微气泡曝气生物膜反应器在低气水比下处理低C/N比废水,考察了生物脱氮过程和性能,并分析了脱氮功能菌群变化.结果表明,通过低气水比(小于1∶2)控制DO浓度并降低进水C/N比,可以实现生物脱氮过程从同步硝化-反硝化向同步短程硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)过程转变,并可获得较高的低C/N比废水生物脱氮性能. DO浓度低于1. 0 mg·L-1、进水C/N比为1∶2. 8时,SNAD过程成为生物脱氮的主要途径,TN平均去除率可达到76. 3%,TN平均去除负荷为1. 42 kg·(m3·d)-1,厌氧氨氧化过程对TN去除的贡献率为86. 0%.随着进水C/N比降低,生物膜中亚硝化菌群和厌氧氨氧化菌群的相对丰度逐渐增加,而硝化菌群和反硝化菌群的相对丰度逐渐降低.生物脱氮功能菌群变化与脱氮过程转变为SNAD过程相一致.     

微气泡曝气生物膜反应器处理低C/N比废水脱氮过程

微气泡曝气生物膜反应器是微气泡曝气技术与好氧生物处理相结合的新型处理工艺。本研究采用微气泡曝气生物膜反应器在低气水比下处理低C/N比废水,考察了生物脱氮过程和性能,并分析了脱氮功能菌群变化。结果表明,通过低气水比(小于1:2)控制DO浓度并降低进水C/N比,可以实现生物脱氮过程从同步硝化-反硝化向同步短程硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)过程转变,并可获得较高的低C/N比废水生物脱氮性能。DO浓度低于1.0 mg·L-1、进水C/N比为1:2.8时,SNAD过程成为生物脱氮的主要途径,TN平均去除率可达到76.3%,TN平均去除负荷为1.42kg·(m3·d)-1,厌氧氨氧化过程对TN去除的贡献率为86.0%。随着进水C/N比降低,生物膜中亚硝化菌群和厌氧氨氧化菌群的相对丰度逐渐增加,而硝化菌群和反硝化菌群的相对丰度逐渐降低。生物脱氮功能菌群变化与脱氮过程转变为SNAD过程相一致。     

内循环移动床生物膜反应器的研究与应用

对传统移动床生物膜反应器进行改进,开发了内循环移动床生物膜反应器,通过处理模拟生活污水的研究,考察了反应器去除有机物和脱氮的能力。结果表明,在填料投加率为35%、进水COD为200～800mg/L、HRT为6h、有机负荷为0.8～3.2kg/(m.3d)的条件下,系统COD的去除率在89%以上;同时反应器具有良好的同步硝化反硝化脱氮能力,在DO为2.0mg/L、C/N为25、HRT为6h的条件下,NH4-N和TN的平均去除率分别可以达到98%和93%。另外,内循环移动床生物膜反应器与移动床生物膜反应器的对比实验结果表明,前者对COD和氮的去除效果都优于后者。     

生物膜短程硝化系统的恢复及其转化为CANON工艺的过程

在温度为30℃±1℃条件下,以改性聚乙烯为填料,人工配置无机NH+4-N废水为进水,研究生物膜短程硝化系统的恢复过程.短程硝化首先通过过量曝气破坏,使NOB适应高浓度游离氨后,在连续曝气条件下,DO控制在0.5 mg·L~(-1)以下,FA控制在1.5 mg·L~(-1)以上,维持反应器运行83 d未实现短程硝化,84 d改连续曝气为间歇曝气,出现NO-2-N积累现象,142 d再次验证这一规律.随着反应器的运行,生物膜系统中为ANAMMOX菌提供了生存环境,厌氧氨氧化作用产生,短程硝化系统逐步转化为CANON工艺,并逐渐增加进水NH+4-N浓度和进水流量,反应器的TN去除率与TN去除负荷逐渐提高.当反应器运行至450 d,TN去除率达到64.03%,去除负荷为2.52 kg·(m~3·d)~(-1).因此,一旦NOB适应了高浓度的游离氨,生物膜系统的短程硝化恢复不易实现,但间歇曝气是一个有效的方法,随着反应器的连续运行,短程硝化工艺最终转化为CANON工艺,而且,这一转变进一步强化了短程硝化的稳定性.     

SPG膜表面润湿性对膜污染和化学耐受性的影响

SPG膜微气泡曝气系统可应用于废水好氧处理,SPG膜污染以及其对化学清洗的耐受性是影响其应用的重要因素.本研究在采用在线化学清洗的微气泡曝气生物膜反应器中,考察了SPG膜表面性质对膜污染及化学耐受性的影响.结果表明,在长期运行过程中,SPG膜表面润湿性对膜污染和化学耐受性具有明显影响.膜表面污染层主要是有机污染,而疏水性膜抗有机污染能力较强.使用在线化学清洗时,碱性次氯酸钠溶液对亲水性膜腐蚀严重,膜孔径和孔隙率显著增大.疏水性膜抗碱性次氯酸钠溶液化学腐蚀能力较强,膜孔结构仅有轻微改变,但是疏水性膜表面疏水官能团易被氧化,使得膜表面润湿性下降.同时,疏水性膜在氧传质、污染物去除和降低能耗等方面具有优势.因此,疏水性SPG膜适用于微气泡曝气废水好氧生物处理.     

MBBR处理制药废水的试验研究

采用二级移动床生物膜反应器(MBBR)处理呋喃铵盐制药废水。在填充比为40%,总水力停留时间为32h时,COD的去除率为88.6%,TN的去除率为25.7%,第二级反应器对NH3-N的去除率为56.2%。     

Evaluation of the effectiveness of horizontal subsurface flow constructed wetlands for different media

Two media bed (gravel and Filtralite NR) were tested in a mesocosm to evaluate the removal of organic matter (as chemical oxygen demand (COD)),ammonia (NH4-N),nitrite,nitrate and solid matter (as total suspended solids (TSS)) for a synthetic wastewater (acetate-based) and a domestic wastewater.The use of Filtralite allowed average removal rates (6–16.8 g COD/(m2·day),0.8–1.1 g NH4-N/(m2·day) and 3.1 g TSS/(m2·day)) and removal effciencies (65%–93%,57%–85% and 78% for COD,NH4-N and TSS,respectively),higher than that observed in the experiments with gravel.The applied loads of COD,ammonia,nitrate and TSS seem to influence the respective removal rates but only for the treatment of domestic wastewater with higher correlation coefficients for Filtralite.Regardless the type of media bed and the type of wastewater,nitrate was completely removed for nitrogen loading rates up to 1.3 g NO3-N/(m2·day).There was no evidence of the influence of nitrate loads on the removal of organic matter.     

微气泡臭氧催化氧化-生化耦合工艺深度处理煤化工废水

采用微气泡臭氧催化氧化-生化耦合工艺对煤化工废水生化出水进行深度处理,考察耦合系统处理性能及不同臭氧投加量和进水COD量比值的影响.结果表明,微气泡臭氧催化氧化处理能够有效降解废水中难降解含氮芳香族污染物,去除部分COD并释放氨氮,显著提高废水可生化性,臭氧利用率接近100%,无需进行臭氧尾气处理;同时为生化处理提供充足溶解氧(DO),实现生化处理对COD和氨氮的进一步有效去除,生化处理无需曝气.在系统出水回流比为30%、臭氧投加量和进水COD量之比为0.44 mg·mg~(-1)的运行条件下,耦合系统处理性能较好.微气泡臭氧催化氧化处理对COD去除率为42.5%,臭氧消耗量与COD去除量比值为1.38 mg·mg~(-1),臭氧利用率为98.0%;生化处理对COD去除率为42.3%;耦合系统整体COD去除率为66.7%,最终平均出水COD浓度为91.5 mg·L~(-1),估算整体臭氧消耗量与COD去除量比值为0.68 mg·mg~(-1),具有较优的技术经济性能.