SPG膜微气泡曝气生物膜反应器运行性能——空气通量的影响

空气通量是影响SPG膜微气泡曝气生物膜反应器运行性能的重要参数。在不同空气通量条件下,考察了微气泡产生特性及氧传质特性,以及SPG膜微气泡曝气生物膜反应器运行性能。结果表明,当空气通量由31.85 L/(min·m2)降低至12.74 L/(min·m2)时,产生的微气泡平均直径由62.9μm减小到32.6μm,氧传质系数由0.31 min-1降低至0.19 min-1,但氧传质效率由67.7%提高至90.3%。生物膜反应器DO浓度随空气通量的降低而下降,导致生物膜好氧代谢活性下降,进而COD和氨氮去除效率降低;同时,在较低DO浓度下,可实现同步硝化反硝化过程去除TN。随着空气通量的降低,生物膜反应器氧利用率增加,空气通量为12.74 L/(min·m2)时,可接近100%;同时,曝气能耗降低,在相同条件下能耗低于传统大气泡曝气。     

多级生物膜反应器对煤气化废水的处理

采用4级生物膜反应器串联处理煤气化废水,分析了反应器的启动过程、污染物去除能力及沿程水质特征,考察了水力停留时间(HRT)、进水污染物负荷对处理效果的影响。结果表明:系统在16 d的培养时间内可快速完成微生物的驯化及固定化;在连续进水、持续曝气的运行方式下,各反应器均具备对NH_4~+-N、COD、TN及SS的同步去除能力,在HRT=55.6 h、ρ(NH_4~+-N)=245~363 mg·L~(-1)、ρ(COD)=761~1 764 mg·L~(-1)、ρ(TN)=262~377 mg·L~(-1)、ρ(SS)=121~143 mg·L~(-1)的进水条件下,反应器出水NH_4~+-N、COD、TN及SS的质量浓度分别为0.23~1.37、16.3~26.1、91.6~139和12.3~18.5 mg·L~(-1),平均去除率分别为99.8%、98.1%、65.8%和88.2%,同步硝化反硝化效率为70.1%;在HRT≥39.2 h、进水NH_4~+-N负荷≤0.203 kg·(m~3·d)~(-1)、进水COD负荷≤1.357 kg·(m~3·d)~(-1)的条件下,出水NH_4~+-N、COD浓度均能满足GB 31571-2015排放标准要求。     

臭氧微气泡曝气生物膜反应器深度处理校园污水运行性能

采用臭氧微气泡曝气生物膜反应器(MOABR)对实际校园污水二级生化处理出水进行深度处理,考察了臭氧投加量对MOABR运行性能和生物膜活性的影响,并与传统曝气生物滤池(BAF)深度处理工艺进行比较。结果表明,MOABR工艺中,臭氧微气泡曝气处理效果优于空气微气泡曝气,臭氧投加量对MOABR运行性能有明显影响。在臭氧投加量与进水COD比值(O/C)为0.007 1时,MOABR运行性能最优,COD去除率及去除负荷分别为61.7%、2.25kg/(m~3·d),氨氮去除率及去除负荷分别为17.4%、0.32kg/(m~3·d),臭氧投加量过高对生物膜活性有抑制作用。MOABR处理能力显著高于BAF,在最优臭氧投加量条件下(O/C为0.007 1),MOABR平均COD去除负荷为BAF的2.5倍,平均氨氮去除负荷为BAF的1.7倍。MOABR中微气泡臭氧氧化的作用为改善废水可生化性,COD的去除仍主要依靠生物降解实现。     

曝气生物流化床处理高氨氮粪便污水

应用好氧曝气生物流化床反应器处理动车集便器粪便污水,研究反应器同步硝化反硝化脱氮及去除COD效能,以及DO对处理效能的影响,通过镜检观察反应器内微生物特性,探究反应器同步硝化反硝化脱氮机理。结果表明,反应器维持DO在2.5 mg/L左右时,对粪便污水中氨氮、TN和COD的去除率分别达99.8%、84.1%和95.5%,在好氧曝气生物流化床反应器中,实现同步硝化反硝化脱氮并去除有机物。分析认为,反硝化脱氮主要发生在生物膜内的厌氧微环境,反硝化反应主要由厌氧反硝化菌完成,曝气生物流化床反应器同步硝化反硝化脱氮机理主要从微环境理论解释。     

膜曝气生物反应器内DO分布变化及其对有机物和氮去除的影响

以模拟生活污水为研究对象,探讨膜曝气生物反应器在不同的曝气压力下溶解氧的分布特征,并分析了DO的分布对有机物和氮去除率的影响。研究结果表明,不同的曝气压力下,沿曝气膜径向位置DO值逐渐降低呈梯度分布,轴向位置的DO浓度变化随沿程氧分压减小逐渐降低;不同位置的DO分布差异影响反应器内微生物群落的分布情况,进而影响碳氮的去除效果。COD和NH_4~+-N去除主要依靠生物膜内的好氧异养菌,去除率随DO的上升而增大,当反应体系中DO浓度在1.71 mg·L~(-1)以上时,两者的最大去除率分别为84.4%和92.1%;TN的去除率随DO的上升而减小,在低DO的主体料液中,生物膜内侧依然保持高氧低碳环境,在保证硝化反应的同时反硝化作用进行较为充分,去除率可高达76.1%。     

MTF-CWs工艺对剩余污泥厌氧消化液的强化脱氮效果

采用多级潮汐流人工湿地(multi-stage tidalflow constructed wetlands,MTF-CWs)处理城市污水处理厂剩余污泥厌氧消化液(excess sludge anaerobic digester liquids,ES-ADL),以垂直潮汐流的运行方式强化硝化,并根据进水NH_4~+-N和TN浓度分为2种不同工况。实验结果表明:在进水COD、NH_4~+-N和TN浓度分别为(293.68±9.62)、(845.70±11.53)和(847.00±11.47)mg·~(L-1)的条件下(工况1),出水COD、NH_4~+-N和TN浓度分别为(84.47±8.10)、(8.81±1.74)和(351.50±7.78)mg·L~(-1),COD、NH_4~+-N和TN的平均去除率分别为72.45%、98.93%和56.48%;在进水COD、NH_4~+-N和TN浓度分别为(413.31±7.47)、(1 023.85±8.32)和(1 025.78±8.31)mg·L~(-1)的条件下(工况2),出水COD、NH_4~+-N和TN浓度分别为(51.60±6.05)、(9.58±3.13)和(359.92±7.68)mg·L~(-1),COD、NH_4~+-N和TN的平均去除率分别为87.34%、99.05%和64.68%。在上述2种工况条件下,可将城市污水处理厂ES-ADL回流引起的氮循环累积量分别降低58.50%和62.19%。溶解氧消耗计算结果表明:MTF-CWs并没有提供NH_4~+-N的氧化(全程硝化或短程硝化过程)所需要的溶解氧;氮平衡计算结果表明:2种工况条件下通过非传统硝化-反硝化途径(如厌氧氨氧化)去除的总氮负荷分别占据总氮去除负荷的86.30%和82.53%。采用Miseq高通量测序技术进行菌群分析,结果表明:在反硝化脱氮贡献最大的人工湿地单元存在大量的厌氧氨氧化细菌Candidatus Kuenenia,且其占比随着取样深度(0.05～0.20m)增加而增加(其丰度由5.08%增加到13.18%),表明MTF-CWs处理ES-ADL时存在厌氧氨氧化途径。     

多级潮汐流人工湿地对污泥厌氧消化液中氨氮及有机物的去除特征

针对城市污水处理厂污泥厌氧消化液回流而引起城市污水处理厂处理系统内氨氮累积的问题,采用多级潮汐流人工湿地(MTF-CWs),研究MTF-CWs对污泥厌氧消化液中氨氮和有机物的去除特征及其主要去除途径。经过260 d的运行,结果表明,NH_4~+-N和COD平均进水浓度分别为859.55 mg·L~(-1)和446.52 mg·L~(-1),MTF-CWs对NH_4~+-N和COD均有较好的处理效果,平均去除率分别为66.50%和47.10%。在MTF-CWs中,转化为NO_2~--N和NO_3~--N占被去除NH_4~+-N的73.21%,硝化反应是NH_4~+-N去除的主要途径,MTF-CWs的平均硝化速率为0.3 kg·(m~3·d)~(-1)。TN的平均去除率为17.63%,去除效果较差,其原因在于原水中缺少反硝化所需要的碳源。     

不同曝气参数下间歇增氧垂直流人工湿地脱氮的分层效应

以新型间歇增氧垂直流人工湿地(IA-VFCW)为研究对象,揭示了不同工况对人工湿地污染物去除的分层效应及去除效果的影响.结果 表明:不同曝气参数对细砾石层、煤渣层污染物去除的影响较小;对曝气区、湿地植物区污染物去除的影响较大.当进水NH4-N质量浓度为25 mg·L-1、COD为200 mg·L-1时,细砾石层、煤渣层对NH4+-N和TN平均去除率分别为10.8％、9.3％和13.3％、11.6％,两区域中均无NO2-N、NO3-N的积累;细砾石层对COD去除的贡献较大,COD平均去除率为67.2％.曝气区对NH4-N、TN去除贡献较大,NH4-N、TN的最大去除率分别达到69.3％、40.9％,COD平均去除率为25.4％.在低曝停比下,曝气量的增加将提高IA-VFCW对TN的去除性能;在高曝停比下,曝气量的增加会降低IA-VFCW对TN的去除效果,且会造成NO--N积累.在曝气量2 m3·h-1、曝停比1/3、曝停周期6h工况下IA-VFCW具有较好的污染物去除效果,NH4+-N去除率为94.9％、TN去除率为77.0％、COD去除率为90.0％.IA-VFCW脱氮性能明显优于传统垂直流人工湿地.     

生物处理组合工艺用于制革废水处理

针对制革废水高COD、高总氮的问题,提出了基于上流式厌氧污泥床(UASB)、上流式反硝化污泥床(UDNSB)、生物接触氧化池的生物处理组合工艺,进行了为期321 d的现场中试研究。研究结果表明,对于COD、TN、NH_4~+-N平均浓度分别为2 740、278和193 mg·L~(-1)的制革废水,在硝化液回流比R为300%,UASB反应器、UDNSB反应器、生物接触氧化池的水力停留时间(HRT)分别为11、22和57 h,平均容积负荷分别为5.63 kg COD·(m~3·d)~(-1)、0.30 kg TN·(m~3·d)~(-1)和0.11 kg NH+4-N·(m~3·d)~(-1)的条件下,该组合工艺处理出水COD、TN和NH_4~+-N的平均浓度分别为190、69.8和4.6 mg·L~(-1),其平均去除率分别达到92%、73%和97%以上。     

厌氧氨氧化耦合部分反硝化处理低浓度氨氮废水

通过接种厌氧氨氧化菌(Candidatus Brocadia)与部分反硝化菌(Thauera)形成厌氧氨氧化与部分反硝化耦合处理模拟城镇污水中的氨氮(NH_4~+-N)与硝氮(NO3--N),考察不同NO3--N/NH_4~+-N比对耦合系统脱氮性能的影响及最佳NO3--N/NH_4~+-N比下耦合系统的稳定性和脱氮的途径。结果表明:在COD/NO3--N为2.5、NH_4~+-N浓度为20~40 mg·L~(-1)的条件下,NO3--N/NH_4~+-N比在0.8~1.6的范围内均可实现部分反硝化与厌氧氨氧化协同脱氮,且当NO3--N/NH_4~+-N比为1.2时,耦合效果最佳,对应的NH_4~+-N、NO3--N及总氮(TN)去除率分别为92.85%、99.68%和96.42%;厌氧氨氧化菌在耦合系统中的活性稳定在(4.62±0.44)mg·(g·h)-1(以VSS计),且与反硝化菌存在协同竞争关系,进水NO3--N的84.3%由厌氧氨氧化途径去除,15.7%由异养反硝化途径去除。     

亚硝化/反硝化除磷同步发生的控制策略

针对碳源偏低城市污水采用厌氧/限氧的序批式活性污泥反应器(A/LOSBR),在连续(CA)和间歇曝气(IA)模式下研究了亚硝化/反硝化除磷同步发生所需的最适控制策略。实验结果表明,在CA模式下,恒定30 L·h~(-1)的气量,进行同步亚硝化/反硝化除磷的TN和PO_4~(3-)-P去除率分别为88.5%和95.9%;在IA模式下,恒定30 L·h~(-1)的气量,且曝气百分数(AF)和曝气频率(f_(IA))值为0.5和24时,曝气量比CA模式节省了23%,该工艺的TN和PO_4~(3-)去除率分别为91.1%和92.9%。由此可知同一气量下,IA模式比CA模式的更经济节能,且IA模式在低AF和高f_(IA)工况下进行的同步亚硝化/反硝化除磷过程更稳定持续。     

ANAMMOX与反硝化协同作用及氮素负荷研究

向成功启动并稳定运行630 d后的UASB生物膜反应器系统连续添加有机物,分析其对厌氧氨氧化反应脱氮效果的影响,并进行氮素浓度负荷试验.在厌氧氨氧化反应器系统中连续投加有机COD(葡萄糖),系统运行稳定,有机COD(葡萄糖)存在对系统去除氮素能力影响不大,有机COD去除率达到92.0%,仅用23 d,在同一反应器系统中成功实现了厌氧氨氧化与反硝化协同作用脱氮.氮素浓度负荷试验阶段,进水氨氮(NH 4-N)、亚硝氮(NO-2-N)以及总氮(TN)浓度负荷分别从0.063 kg/(m3·d)和0.063 kg/(m3·d)和0.126 kg/(m3·d)提升到了0.239 kg/(m3·d)、0.315 kg/(m3·d)和0.554 kg/(m3·d),相应去除率分别为84.0%、93.0%和85.0%,厌氧氨氧化工艺的UASB生物膜反应器对氮素浓度负荷仍有很大提升空间.     

up-BAF同步硝化反硝化工艺去除污染物的机理研究

阐述了同步硝化反硝化的原理,研究了上向流曝气生物滤池(up—BAF)同步硝化反硝化工艺对城市生活污水的处理效果及规律。研究结果表明,同步硝化反硝化工艺对COD、NH3-N的去除率随填料高度的增加而增加,最下层50cm厚滤料去除污染物的效果最好,该工艺脱氮效果不理想,TN去除率只有30％左右。当水力负荷在2．39m／h以下时,水力负荷对COD、NH3-N去除的影响较小。     

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)。     

硝化液循环比对DBF-BAF工艺处理焦化废水效能的影响

采用DBF-BAF工艺处理焦化废水,考察不同硝化液循环比条件下系统的脱氮除碳效果,通过分析循环比对各反应器内的氮赋存反应、COD去除特性的影响,探究其对DBF-BAF工艺处理焦化废水时脱氮除碳效能的影响机制。结果表明:适当增大循环比,有利于系统脱氮除碳,在300%的最佳循环比下,系统对COD、NH_4~+-N、有机氮和TN的平均去除率分别为87.57%、97.34%、99.18%和79.97%,出水NH_4~+-N稳定达到5.00 mg·L~(-1)以下;循环比通过改变各反应器进水COD、NO_3~--N、NH_4~+-N、有机氮和DO浓度来影响其内的碳氧化反应和氮素的转化与去除,进而影响系统的脱氮除碳效能。     

Fe3+对生物膜反应器去除模拟屠宰废水高氨氮的影响

为解决屠宰废水的高氨氮问题,在2 L SBBR中添加Fe~(3+)对模拟屠宰废水进行脱氮处理。在室温条件下,研究了不同浓度Fe~(3+)对NH_4~+-N、N O_2~--N、NO_3~--N、COD、同步硝化反硝化速率(ESND)、微生物群落分布的影响。结果表明,曝气量为0.6 L·min~(-1),HRT为12 h,Fe~(3+)质量浓度为10 mg·L~(-1)时,NH_4~+-N、COD和TN去除率分别为94%、97%和89.28%。N O_3~--N含量小于5 mg·L~(-1),NO2~--N含量接近0 mg·L~(-1),ESND平均值可达93.91%,比对照组高5.24%。Fe~(3+)提高了微生物抗低温冲击性,加快了同步硝化反硝化速率。高浓度的Fe~(3+)(30～50 mg·L~(-1))会产生生物毒性,抑制生物脱氮。SEM及显微镜观察发现,含有10 mg·L~(-1) Fe~(3+)的体系减少了生物质流失,微生物种类丰富,体系脱氮性能得到有效提升。     

前置反硝化生物滤池深度脱氮效能与影响因素

前置反硝化生物滤池具有良好的脱氮性能,被广泛用于污水的深度处理。采用该工艺对城市污水处理厂尾水进行深度处理,通过调节硝化液回流比(50%、100%、150%)和水力负荷(1.0、1.5和2.0 m~3·(m~2·h)-1),考察前置反硝化生物滤池工艺对COD、TN、NH+4-N的去除效果。结果表明,当硝化液回流比为100%时,系统对污染物去除效果最好。在进水COD、TN、NH+4-N平均浓度为120、35和15 mg·L~(-1)的水质条件下,出水COD、TN、NH+4-N平均浓度可降到7.62、5.02和0.60 mg·L~(-1),去除率分别为93.65%、85.65%和96.00%。在水力负荷为1.5 m~3·(m~2·h)-1条件下,系统对COD、TN和NH+4-N的平均去除率达到了83.00%、90.14%和95.73%,出水可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准。     

厌氧+跌水曝气+人工湿地组合工艺处理农村生活污水

为研发适用于我国农村的分散式污水处理装置,采用厌氧+跌水曝气+人工湿地组合工艺对农村生活污水进行处理,考察组合工艺对COD、TN、TP、NH_4~+-N、SS 5个常规指标的去除效果及对各指标的沿程去除情况。结果表明,组合工艺对COD、TN、TP、NH_4~+-N和SS的平均去除率分别为74.5%、 57.2%、 59.5%、 59.00%和91.6%。人工湿地对COD、TN、TP和NH_4~+-N的去除率最大,分别为31.0%、36.7%、43.9%和30.0%;而厌氧反应池对SS去除贡献率最大,为40.3%。该组合工艺处理农村生活污水具有良好的处理效果,且装置运行能耗低,利于推广应用。     

微气泡曝气条件下仿生水草生物接触氧化池对污水的处理效果

采用仿生水草作为生物接触氧化池填料,在微气泡曝气环境下处理模拟生活污水。结果表明,微气泡曝气下,稳定期生物接触氧化池对COD、氨氮、TN的平均去除率分别为86.1%、78.7%、69.8%,明显高于传统曝气(COD、氨氮、TN的平均去除率分别为76.2%、60.9%、54.1%)。仿生水草具有较强的生物富集能力,微气泡曝气下仿生水草表面挂膜生物量达16.45μg/g,生物活性达81.16μg/g,硝化细菌数量达2.8×10~(10)个/g,硝化菌群的平均相对丰度达29.7%。微气泡曝气可以提高氧传质效率,仿生水草表面富集的高浓度硝化细菌可以强化硝化反硝化过程,两者均有助于提升生物接触氧化池的出水水质。     

亚硝化颗粒污泥处理低碳高氨氮废水的影响因素

稳定的部分硝化是新型脱氮工艺处理低C/N比高氨氮废水的关键环节。在SBR中,以放置超过30d的亚硝化颗粒污泥为接种污泥,考察反应器内快速启动亚硝化的可行性和污泥形态变化,探讨pH和C/N比对颗粒污泥性能和氮转化的影响。结果表明,通过提高进水负荷可快速启动亚硝化反应器,氨氮去除率和亚硝酸盐累积率均在90%以上,由同步反硝化引起的氮损失为20%左右。降低进水pH至7.0,SBR周期运行最高游离氨FA浓度为5.1mg·L~(-1),有利于NOB选择性抑制,提高氨氮去除率,出水NO_2~--N/NH_4~+-N比值从0.5提高到0.95左右。C/N比高于2,会引起异养微生物的快速增殖,COD去除负荷提高了1.45kg·(m~3·d)~(-1),AOB受显著抑制,出水NO_2~--N/NH_4~+-N由1.0降低至0.65左右,出现颗粒污泥破裂、解体。