A/O生物脱氮工艺内循环回流和外碳源投加综合控制的优化

为了提高A/O工艺反硝化效果,应用COST/IWA-Benchmark基准对5种内循环回流量和外碳源投加综合控制策略进行了比较.结果表明,控制策略1无论从外碳源消耗量、出水水质,还是从控制器稳定性上都是最优的控制策略,它有2个反馈环路组成,一个环路控制外碳源投加量,从而维持缺氧区出水硝酸氮浓度处于最优设定值2mg/L,另外一个环路控制内循环回流量,维持好氧区出水硝酸氮浓度(根据排放标准确定,一般为8～12mg/L).该策略在低负荷时可以高效利用缺氧区反硝化容量,而在高负荷时通过控制外碳源投量保证出水硝酸氮满足排放标准.     

A/O脱氮工艺实时控制对策的试验研究

以人工合成废水为研究对象,系统研究了提高A/O(anoxic/oxic)工艺氨氮和硝酸氮去除效率的实时控制对策.氨氮控制的本质是通过控制DO设定值和好氧区体积大小使出水氨氮浓度达标排放.硝酸氮控制的本质在于高效利用缺氧区反硝化潜力,为此建立了以调节内循环回流量或(和)外碳源投加量维持缺氧区末端硝酸氮浓度处于设定值的实时控制对策.系统控制采用两级结构,高水平监控层用来选择低水平执行层的设定值,而低水平执行层对DO值、好氧区体积、内循环回流量和外碳源投加量进行直接控制,试验表明上述控制对策可以显著提高系统脱氮效率,降低出水氨氮和硝酸氮浓度,并最大程度节约运行费用.     

前置反硝化脱氮系统外加碳源在线控制基础

以低碳氮比(C/N)生活污水为研究对象,对连续流前置反硝化生物脱氮系统外加碳源的控制方法进行了研究,从而能使出水硝酸盐和亚硝酸盐(NO_x-N)的浓度在满足出水水质标准的情况下,尽可能减少外加碳源的投加量.试验结果表明:总回流比大于2碳源不足时,增加总回流比并不能提高脱氮效率;总回流比一定,缺氧区出水NO_x^--N的浓度达到2mg/L左右时,即使碳源投加量成倍增加,TN的去除率提高不多.在对总回流比与投加碳源量的相互关系分析的基础上提出了外加碳源量的控制方案:通过使缺氧区出水NO_x^--N浓度维持在2mg/L左右来控制外加碳源的投加量,总回流比由进水TN及出水NO_x^--N浓度的标准值来确定.该控制方案既容易判断碳源投加的最佳点又能节省碳源的投加量,易于在污水处理实践中实现.     

分段进水A/O工艺外碳源投加控制策略的比较研究

采用连续流分段进水A/O中试试验系统处理低COD/N生活污水,为获得高品质出水,投加外碳源(乙醇)强化反硝化效果.为合理、有效控制外碳源投量,针对不同控制参数(ORP和在线硝酸盐氮)及外碳源投加位置(D3和D4),提出5个外碳源投加控制策略,并从基建投资、处理效果、运行费用及维护等方面对控制策略进行比较.结果表明,控制策略Ⅰ和Ⅱ只选取D4为碳源投加控制点,控制结构最为简单,传感器数量最少,造价低,但由于缺氧停留时间过短,在高负荷、低COD/N时,控制参数无法达到预先设定值,而使得碳源投加持续过量,缺氧区D4平均COD浓度高达192.8 mg/L和158.9 mg/L,平均出水TN浓度高达17.42 mg/L和19.04 mg/L,碳源消耗量分别为92 mL/(m³·d)和84 mL/(m³·d).而控制策略Ⅲ～Ⅴ,同时在D3和D4投加外碳源,并采用不同的控制参数.结果表明,3个控制策略能充分利用D3和D4反硝化容量,较好地抵抗冲击负荷,保持出水TN浓度稳定,平均为7.30、 8.2和7.49 mg/L,碳源消耗量分别为29、 45和27 mL/(m³·d).最后,从传感器数量、运行效果稳定性及运行费用等方面对5个控制策略进行综合评价,结果表明,控制策略Ⅲ具有良好的动态品质,抗冲击负荷能力较强,出水效果较好,碳源投加量较低且在线仪器的投资较省,是较为优化的外碳源投加控制策略.     

有机碳源对一体化厌氧氨氧化反应器脱氮性能的影响

试验通过在进水中投加有机碳源(白糖),研究有机碳源对一体化厌氧氨氧化反应器脱氮性能的影响。试验结果表明:进水COD浓度对一体化厌氧氨氧化反应器脱氮性能产生明显的影响。当进水中COD浓度约为50mg/L时,即可导致系统总氮去除率大幅度下降,出水总氮去除率由不添加COD的87.8%降至76%,氨氮去除率由不添加COD的98.8%降至85%;当进水COD浓度上升至约100mg/L时,出水总氮的去除率由不添加COD的87.8%降至69%,氨氮去除率由不添加COD的98.8%降至77%;当进水COD浓度约为100mg/L时,并将调节槽曝气量由原来的0.4L/min增至0.6L/min,系统出水水质明显得到优化,总氮去除率恢复到未投加COD时的水平。有效地控制一体化厌氧氨氧化反应器内有机碳源的量,能明显地提高系统的脱氮效果。     

脉冲SBR处理城市污水深度脱氮的工艺特性

采用脉冲式SBR法,对城市污水进行了深度脱氮试验研究.从理论上分析了进水次数和进水量对脉冲式SBR工艺运行特性的影响,得出了脱氮效率公式,并通过试验研究了这些因素对工艺运行的实际影响.理论分析表明,在不投加外碳源的情况下,随着进水次数的增加,脱氮效率依次增加.根据进水C/N的高低,进水方式可分为不等量递增进水、等量进水和不等量递减进水.试验表明,当原水中有机碳源充足时,不等量递减的进水方式相对于等量的进水方式投加较少的外碳源就能实现深度脱氮;随着进水次数的增加,外碳源的投量依次减少,但操作变得复杂,对于普通的城市污水建议采用3次等量的进水方式.采用脉冲式SBR只需投加少量外碳源就可以使处理后的城市污水出水TN低于2mg/L,TN平均去除率达到97.3%.     

三种反硝化滤池深度脱氮中试

以污水厂实际二级出水为处理目标,通过中试试验研究了陶粒滤料反硝化生物滤池、固定床反硝化砂滤池和连续过滤连续反冲砂滤池的特性。以甲醇作为外加碳源,3种滤池均可实现出水平均总氮小于5 mg/L。不足量投加外碳源会出现出水亚硝态氮的积累。当进水TN为15 mg/L左右时,为达到出水TN小于5 mg/L,生物滤池、固定床砂滤池和连续过滤砂滤池建议滤速分别为不大于8,5.2,6.2 m/h;滤池反硝化碳源投加比例分别为4.28,3.0,3.2 g甲醇/gTN;对应的反硝化容积负荷平均值分别为1.1,0.8,1.2 kg/(m3·d)。进水组分分析发现,有机氮不是出水总氮小于5 mg/L的限制因素。     

基于短程反硝化厌氧氨氧化的低碳源城市污水深度脱氮特性

短程反硝化厌氧氨氧化是一种新型生物脱氮技术,应用于城市污水深度脱氮有望大幅降低外碳源投加量.本研究接种厌氧氨氧化污泥,考察了短程反硝化厌氧氨氧化的深度脱氮性能与污泥特性.结果表明,接种厌氧氨氧化污泥可迅速启动短程反硝化厌氧氨氧化系统,在进水COD/TN为2.19±0.08时,出水TN浓度为(4.82±1.84)mg·L~(-1),实现了低碳源污水深度脱氮.系统粒径大于0.20 mm的污泥占86.16%,污泥实现了颗粒化,有助于厌氧氨氧化菌在系统内的有效持留.将短程反硝化厌氧氨氧化深度脱氮应用于城市污水处理厂二沉池出水深度脱氮,可降低外碳源投加量,同时可降低污水处理厂硝化池耗氧量.     

酒精废水消化液生物硝化和脱氮试验

酒精糟液厌氧消化液CODCr浓度为3500～4300mgL,BOD5浓度为1500～2100mgL,TN浓度为400～700mgL,NH3N浓度为300～600mgL。采用SBR反应器对该消化液进行生物脱氮试验,对反应器的有机负荷、氨氮负荷、脱氮效果、脱氮过程中氮形态的变化以及碳源提供等进行了研究分析。试验结果表明,当消化液碳源充足,SBR充水比λ=0.35,缺氧时间3h以及BOD5污泥负荷0.26～0.32kgkg·d条件下,SBR处理出水CODCr598～632mgL,BOD560～100mgL,氨氮6～9mgL,总氮200～216mgL,总氮去除率为60%左右。该处理系统中缺氧段反应时间仅为3h,却承担70%～75%的CODCr总去除负荷,显著提高了该系统的有机负荷和氨氮负荷。在消化液碳源不足的条件下,可投加乙酸钠作为生物脱氮的外碳源,投加量宜为500mgL。     

氨氮负荷波动对城市污水短程硝化-厌氧氨氧化工艺硝态氮的影响

亚硝酸盐氧化菌(NOB)增长是导致城市污水短程硝化-厌氧氨氧化(partial nitrification/anammox,PN/A)工艺脱氮效率降低的主要原因之一.采用SBR反应器研究了周期性的进水氨氮负荷变化对城市污水PN/A工艺出水硝酸盐的影响.结果表明:恒定曝气量和曝气时间,进水氨氮负荷周期性降低时,PN/A工艺出水硝态氮逐渐增长,导致系统脱氮性能下降.在硝态氮增长之后,保持进水氨氮负荷稳定,系统的脱氮性能未恢复.进一步分析表明:低氨氮浓度下,NOB对于溶解氧的竞争是出水硝态氮增长的主要原因.因此,在城市污水PN/A工艺中,为了维持稳定的脱氮性能需要控制溶解氧和出水氨氮浓度.     

Study of control strategy and simulation in anoxic-oxic nitrogen removal process

The control strategy and simulation of external carbon addition were specially studied in an anoxic-oxic(A/O) process with low carbon: nitrogen(C/N) domestic wastewater. The control strategy aimed to adjust the flow rate of external carbon dosage to the anoxic zone, thus the concentration of nitrate plus nitrite(NOx^- -N) in the anoxic zone was kept closed to the set point. The relationship was studied between the NOx^- -N concentration in the anoxic zone(SNo) and the dosage of external carbon, and the results showed that the removal efficiency of the total nitrogen(TN) could not be largely improved by double dosage of carbon source when SNO reached about 2 mg/L. Through keeping SNO at the level of about 2 mg/L, the demand of effluent quality could be met and the carbon dosage could be optimized. Based on the Activated Sludge Model No. 1 (ASM No. 1), a simplified mathematical model of external carbon dosage was developed, Simulation results showed that PI controller and feed-forward PI controller both had good dynamic response and steady precision. And feed-forward PI controller had better control effects due to its consideration of influent disturbances.     

含硝氮废水的好氧反硝化处理及其系统微生物群落动态分析

利用好氧反硝化细菌强化生物陶粒反应器处理含硝氮废水,探讨了生物陶粒反应器中好氧反硝化生物脱氮的实现过程,并运用变性梯度凝胶电泳技术(DGGE)对微生物菌群结构稳定性进行了分析.结果表明,在水力负荷0.75 m/h,气水比5∶1～10∶1,水温15～23℃,进水COD负荷1.92～5.98　kg/(m³·d),硝氮负荷0.60～1.34 kg/(m³·d)的条件下,生物陶粒反应器在稳定运行阶段可以基本实现对硝酸氮的完全去除,对总氮的去除率最高可达95.73％,出水中亚硝酸盐一直保持在较低水平.PCR-DGGE指纹图谱显示,微生物多样性与废水的处理效果出现协同变化的特征.在整个运行阶段,好氧反硝化菌群X31在反应器中稳定存在,并始终是优势菌群.     

反硝化微生物燃料电池的基础研究

在启动双室型反硝化微生物燃料电池的基础上,研究了阴极溶解氧及外电阻对其产电性能和污染物去除效果的影响.结果表明,以乙酸钠为阳极电子供体,硝酸钠为阴极电子受体,在25℃的环境温度下,采用先间歇后连续培养的方式,42d内成功启动了反硝化微生物燃料电池.在阴极进水含氧的情况下,氧和硝酸盐可共同用作阴极电子受体.在较小电流密度区域内,氧是阴极的主要电子受体,相应的最大功率密度为26.0W/m3NC;电流密度增加到一定程度后,硝酸盐逐步变为阴极的主要电子受体,相应的最大功率密度为20.9W/m3NC.外阻变化对COD去除及反硝化程度影响较小,阳极COD去除负荷维持在1.2kg/(m3NC·d)左右,出水NO-2-N保持在0.05mg/L以下;但外阻减小有利于提高阴极脱氮效果,外阻为5 Ω时NO-3-N去除负荷达0.111kg/(m3NC·d).     

利用可生物降解聚合物为碳源和生物膜载体脱氮及其动力学特性研究

以闭合循环养殖系统去除硝酸盐为目的,研究了以一种非水溶性可生物降解多聚物材料(BDPs)PBS颗粒作为反硝化碳源和生物膜载体的填料床反应器对于废水中硝酸盐的去除效果及动力学特征.结果表明,在温度为(29±1)℃,进水NO 3--N浓度为25～334 mg/L的条件下,进水NO 3--N负荷0.107～1.098 kg/(m3.d)为最适进水负荷.当进水负荷为1.098 kg/(m3.d)时,可达到最大NO 3--N体积去除负荷0.577 kg/(m3.d).进一步增加进水NO 3--N负荷则NO 3--N体积去除负荷开始下降.动力学研究结果表明,以PBS作为碳源和生物膜载体的反硝化速率遵循一级反应动力学.用Eckenfelder模型拟合,并求出常数n值和K值,建立的动力学模型采用该参数可以预测出水NO 3--N浓度.对模型的预测值与实际值采用统计软件SPSS16.0做方差分析表明,p0.05,分别为p=0.5530.05和p=0.6320.05,模型预测值与实际值无显著性差异.     

零价铁PRB修复硝酸盐和铬复合污染地下水

通过连续流动试验研究了Fe0(零价铁)-PRB(渗透反应格栅)修复受NO₃--N、Cr(Ⅵ)以及NO₃--N和Cr(Ⅵ)复合污染模拟地下水的反应特性,分析了Fe0对NO₃--N和Cr(Ⅵ)的氧化还原产物,并且对NO₃--N和Cr(Ⅵ)的相互影响进行了研究. 采用粒径为0.15～0.42 mm的Fe0和粒径为0.15 mm的活性炭作为PRB反应介质,二者的质量比为1∶1. 结果表明,Fe0单独与NO₃--N反应情况下,当进水中ρ(NO₃--N)为20 mg/L时,去除率达95%,NO₂-为还原过渡状态,NH₄+是主要产物,出水pH从原水的7.1升至9.0左右,出水中ρ(TFe)<0.60 mg/L. Fe0处理Cr(Ⅵ)情况下,对Cr(Ⅵ)有较高的去除效果,进水中ρ〔Cr(Ⅵ)〕为10 mg/L时,去除率达96%,反应产物Fe3+和Cr(Ⅲ)可以形成沉淀附着在反应介质上,不会迁移到“下游”水体中,出水pH从原水的7.0升至8.0左右,出水中ρ(TFe)<0.30 mg/L. Fe0去除NO₃--N和Cr(Ⅵ)复合污染时,共存的NO₃--N对Cr(Ⅵ)的去除效果没有影响,Cr(Ⅵ)的存在降低了NO₃--N的去除效果.      

基于全流程分析的低碳氮比进水污水处理厂运行调控

为使某污水处理厂出水达标排放,对该厂进行了全流程测试,分析其主要污染物沿工艺流程分布特征以及活性污泥特性,评估工艺运行现状,为该污水处理厂优化调控提供基础数据。研究发现,该厂进水ρ（BOD₅）/ρ（TN）仅为2.45,属于典型的低碳氮比进水。此外,通过活性污泥特性测试发现,反硝化潜力为9.0 mg/（g·h）,反硝化菌群相对丰度较高。进水碳源不足及外部碳源投加位点设置不合理是该厂无法实现TN达标排放的主要原因。在采取改变碳源投加位点、减小好氧池末端曝气量、增加碳源投加量等措施后,出水ρ（TN）由32.0 mg/L降至12.7 mg/L,实现了TN的达标排放;此外,厌氧释磷潜力由1.3 mg/（g·h）提升至2.6 mg/（g·h）,生物除磷能力也有了较大提升。研究提供了一种解决污水处理厂出水水质超标问题的思路,可为含低碳氮比进水的城镇污水处理厂运行调控及稳定达标提供参考。     

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.