多级流化床-曝气生物滤池中试处理高氨氮废水

采用多级流化床-曝气生物滤池组合工艺,以高氨氮工业废水为处理对象,研究了中试系统的启动方法、稳定运行阶段对污染物的去除效能及与传统活性污泥法相比的优势。结果表明:采用控制进水流量和逐步增加进水负荷的运行方法,历时近50 d,可实现中试系统的启动;启动阶段,系统对COD和NH_4~+-N的平均去除率分别为68.74%和97.92%,出水COD和NH_4~+-N的质量浓度平均分别为176.35 mg·L~(-1)和13.52 mg·L~(-1);稳定运行阶段,系统在进水流量为2.0 m~3?d~(-1)的工况下,对COD和NH_4~+-N的平均去除率分别为92.66%和99.32%,出水COD和NH_4~+-N的质量浓度平均分别为152.24 mg·L~(-1)和1.32 mg·L~(-1),其中,出水的NH_4~+-N可以稳定达到地表水IV类水标准。与传统活性污泥法工艺相比较,该中试系统可以实现对COD的去除率从85.37%增加到92.66%,对NH_4~+-N的去除率从72.53%增加到99.32%。     

电子束辐照结合低温热水解协同提高污泥破解率

以城市污水处理厂脱水污泥为供试材料,通过比较电子束辐照、热水解及组合工艺对污泥破解率的影响发现:随着热水解温度从90℃提高到120、140和160℃,污泥破解率分别从14.82%升高至19.97%、23.16%和33.28%。当热水解温度低于140℃时,氨氮/溶解性总氮的比值(NH_3-N/TSN)在0.14~0.17之间波动,而温度达160℃时,NH_3-N/TSN升高至0.22。另一方面,当污泥吸收剂量由5 k Gy增加至10、15、20 kGy时,污泥破解率分别由3.77%缓慢上升到4.87%、5.01%、5.42%。但是,NH_3-N/TSN维持在0.32~0.33之间,比热水解处理约提高1倍。在组合工艺中,15 kGy+90℃热水解30 min污泥破解率最高,达25.1%,NH_3-N/TSN≈0.22。实验证明:热水解对污泥破解效果显著,但电子束辐照可进一步将大分子有机物质降解为小分子物质。     

新型生物强化A2/O系统在苯胺废水处理中的应用

针对常规A~2/O系统中污泥菌群泥龄不平衡、易受有毒物质毒害而难以有效处理苯胺类废水的问题,采用经驯化并固定的包埋菌对A~2/O系统进行强化。考察了常规A~2/O系统和生物强化A~2/O系统对氨氮(NH_4~+-N)、总氮(TN)、化学需氧量(COD)的去除效能,且研究了强化前后系统微生物的响应情况。结果表明:随着常规A~2/O系统随进水中苯胺组分的提高,脱氮能力明显下降,TN去除率由76.46%下降到34.28%,NH_4~+-N去除率由97.63%下降到31.82%;在包埋菌强化后,A~2/O系统TN和NH_4~+-N去除率分别恢复至73.09%和93.30%,同时能有效处理60 mg·L~(-1)苯胺。污泥微生物响应结果显示,生物强化A~2/O系统中活性污泥的比好氧呼吸速率(SOUR)和胞外聚合物(EPS)含量明显上升,说明污泥活性增强,抵御有毒物质能力提高。污泥微生物在属水平上,Zoogloea(动胶菌属)、Flavobacterium(黄杆菌属)和Brevundimonas(短波单胞菌属)等具有硝化和反硝化功能的菌属在强化后的相对丰度增加,这表明系统脱氮能力得到增强。生物强化A~2/O系统实现了苯胺类工业废水的有效处理,可为工程应用提供参考。     

原位洗脱技术对凉水河底泥中氮、磷释放特征的影响

为探讨新兴底泥原位修复技术—原位洗脱技术对城市河流凉水河底泥中氮、磷释放的抑制作用,于现场采集洗脱前后样品并设计室内静态模拟实验,分析了实验期间洗脱组和对照组上覆水中NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、PO_4~(3-)-P、TP浓度和释放速率变化特征。结果表明:洗脱组释放第30天时,NH_4~+-N由底泥向上覆水中平均NH_4~+-N平均浓度为0.52 mg·L~(-1),较对照组下降了89.4%;PO_4~(3-)-P和TP平均释放速率较对照组降低了78.1%和83.0%,上覆水中TP平均浓度为0.22 mg·L~(-1),较对照组下降了68.1%。原位洗脱技术对底泥中NH_4~+-N、PO_4~(3-)-P释放的抑制作用主要通过对有机氮、磷物质的削减和水-沉积物界面还原环境的改善来实现。     

生活污水PVA生物处理工艺

采用PVA生物处理工艺对某高校生活污水(COD 140~270 mg/L,NH_4~+-N 20~50 mg/L)进行处理。结果表明:PVA生物系统(85 L)在容积负荷1.5 kg COD/(m~3·d)连续运行25 d,系统平均每天处理水量达到272 L,出水平均COD和NH_4~+-N浓度分别达到27.9 mg/L和1.3 mg/L,此外,经紫外消毒后最终出水菌落数降至1.0×10~4个/L以下;扫描电镜观察发现,PVA凝胶小球表面和内部均富含大量球菌、丝状菌和杆菌;该系统25 d连续运行过程中污泥产率仅为0.08MLSS/COD_(removed),无污泥外排。     

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。     

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。     

CANON工艺中不同NH_4~+-N浓度条件下N_2O释放特征

在温度为(30±1)℃,以人工配置无机高氨氮废水为进水的条件下,采用序批式生物膜CANON反应器(陶粒为填料),研究了不同NH_4~+-N浓度条件下,CANON工艺脱氮过程中N_2O的释放特征。研究表明:通过控制NH_4~+-N浓度分别为200、300、400和500 mg·L~(-1),获得了84.69%、80.58%、78.16%和90.09%的TN去除率,对应的TN去除负荷分别为1.42、1.48、1.52、1.82 kg·(m~3·d)~(-1),CANON反应器脱氮性能非常稳定;反应过程中,对应的N_2O释放总量分别为6.44、10.34、13.45、19.53 mg,即随着初始NH_4~+-N浓度的增加,N_2O的释放总量逐渐增加;而N_2O的释放率虽然也有增加,但增加幅度并不显著,占TN损失的比例分别为6.06%、7.00%、7.06%、7.15%;在一个反应周期内,N_2O与NO_2~--N均呈现先升高后降低的变化趋势,但无因果关系。CANON反应器产生大量N_2O的主要原因,并非源于NO2--N的积累,也与FNA无关,而是羟氨积累造成的。     

雨季冲击条件下活性污泥呼吸图谱的变化

通过模型实验考察了雨季合流污水水量冲击以及冲击过后恢复初始状态过程中活性污泥的呼吸图谱变化规律。结果表明:雨季冲击下好氧池污泥浓度降幅较自、异养菌呼吸速率大;异养菌呼吸速率降幅较自养菌大。而COD去除率降幅小,NH_4~+-N去除率降幅大,与自养菌、异养菌呼吸速率的降幅不一致。表明异养菌虽受冲击影响较大,但因其所占污泥比例仍较大,COD处理的缓冲能力大;自养菌占污泥比例较小,虽受冲击的影响较小,但对NH_4~+-N处理的缓冲能力较小;另一方面,大雨冲击下自养菌呼吸比例上升10%,异养菌呼吸比例下降6%,表明在冲击过程中污泥中微生物结构有小幅变化。     

脉冲曝气活性污泥胞外聚合物的产生特性及其与脱氮效率的关系

为探讨脉冲曝气活性污泥胞外聚合物(EPS)的产生特性及其与脱氮效率的关系,研究了在脉冲曝气装置中曝气时间5 min及停曝时间10 min的条件下,松散结合型胞外聚合物(LB-EPS)与紧密结合型胞外聚合物(TB-EPS)的变化规律,并分析EPS与脱氮效率之间的关系。结果表明:脉冲曝气活性污泥LB-EPS的含量低于TB-EPS含量,且随着脉冲驯化的进行,EPS的含量持续增长。三维荧光图谱(3D-EEM)分析表明脉冲曝气的LB-EPS的色氨酸荧光峰产生红移,TB-EPS的色氨酸荧光强度增大,说明了脉冲曝气驯化过程导致了活性污泥胞外聚合物中色氨酸蛋白类物质含量呈增加趋势。对比研究表明:脉冲曝气氨氮(NH_4~+-N)去除率在80%左右,与连续曝气相近;而总氮(TN)去除率在50%左右,高于连续曝气20%。脉冲曝气下,EPS对于脱氮有抑制作用,EPS与NH_4~+-N及TN的去除率之间呈负相关的关系,LB-EPS与TN去除率之间负相关;TB-EPS与NH_4~+-N去除率负相关且关系显著。     

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。     

剩余污泥超声预处理后水解酸化特性

为探讨剩余污泥超声预处理后的水解酸化特性,考察了0.6 W/mL、5 min和1 W/mL、5 min 2种超声预处理条件下污泥水解酸化过程有机质、氮、磷的释放情况。实验结果表明,2种超声预处理均可促进污泥水解酸化,并且0.6 W/mL比1 W/mL的超声预处理更有利于SCOD的释放、VFAs的产生以及氮和磷的释放;水解酸化初期,超声预处理比未经超声预处理的污泥在有机质、氮、磷释放率上差异非常明显,随着水解酸化的进行,有机质和氮释放率差异仍很明显,而磷释放程度逐渐接近;经0.6 W/mL超声预处理,污泥水解酸化3 d后,SCOD释放率、VFAs浓度、TN释放率和NH4+-N释放率分别是未经处理污泥的1.85、2.63、1.85和1.41倍,而TP和PO43--P释放率较未经处理污泥仅分别多2.44和1.23个百分点。研究表明,控制适宜的声能密度、超声时间和水解酸化进程是超声预处理强化剩余污泥水解酸化效果的关键。     

不同温度下曝气生物滤池运行效能与微生物群落结构

采用Biostyr曝气生物滤池(BAF)处理城市污水,研究了温度变化对其处理效果与微生物群落结构的影响。结果表明,温度低于18℃(低温)时,BAF对COD和NH_4~+-N去除率均低于60%;当水温在18~22℃(中温)之间变化时,BAF对COD和NH_4~+-N的去除效果稳定且明显高于低温时的去除率;当水温高于22℃(高温)后,BAF对COD和NH_4~+-N去除率与水温正相关,去除率随温度的升高而显著提高。PCR-DGGE分析表明,温度越高BAF内总细菌微生物群落多样性越好;定量PCR分析表明,BAF内总细菌、氨氧化细菌和硝化细菌的菌群密度均随温度升高而增大,与其对污染物的去除率变化趋势一致。BAF在低温环境下,滤池内的菌群结构变得简单、菌群密度降低,但出水水质仍能满足要求,表明BAF工艺具有良好的抗低温冲击能力。     

鱼类循环水养殖系统DO变动及污染物去除

为优化工厂化循环水石斑鱼养殖系统的运行管理,利用DO在线监测系统,跟踪监测了石斑鱼两次喂料期间(48 h内)养殖池DO的波动情况,考察了DO随养殖池内NH_4~+-N、NO_2~--N、溶解性COD的变化规律,并研究了该养殖条件下生物滤池对污染物的去除性能。结果表明:在该养殖条件下,NH_4~+-N、NO_2~--N和COD分别在28、36和44 h恢复至喂料前的水平,48 h内养殖池NH_4~+-N、NO_2~--N和COD维持在0.32、1.27和2.40 mg·L~(-1)以下;养殖池DO波动明显,随着污染物浓度的增加而降低,喂料2 h后DO低于安全浓度6 mg·L~(-1),养殖石斑鱼容易缺氧死亡;在该养殖系统中,弹性填料滤池对COD的去除能力较强,单个循环时间内最大去除率为61.84%;珊瑚砂滤池对NH_4~+-N、NO_2~--N去除能力较强,单个循环时间内最大去除率分别为38.17%、56.43%。可知,系统水处理效果良好,基本满足循环水养殖石斑鱼的相关水质要求;运用DO在线监控系统,跟踪监测DO变化情况,结合DO随污染物浓度变化的相关规律,可及时察觉养殖池水质变化,以便采取有效调控措施。     

废水中KMnO4对生物处理效果的影响

为减轻和消除含高浓度KMnO4的牛仔服加工废水对生物处理系统的毒害作用,采用模拟序批式活性污泥法,研究KMnO4对活性污泥微生物生长的影响及COD和NH4+-N的降解规律。结果表明,当处理进水COD浓度500 mg/L,NH4+-N浓度23.5 mg/L,污泥浓度为2 000 mg/L时,曝气时间为4 h,KMnO4质量浓度增加对COD和NH4+-N的降解影响很大;同样条件下曝气时间改为8 h,对NH4+-N的降解影响显著减小,但对COD的降解影响减少不多;并且,高浓度KMnO4对NH4+-N去除效果的抑制作用比对COD的大。因此,处理含高浓度KMnO4的废水需要延长一倍曝气时间,可以获得良好的COD和NH4+-N的降解效果。同时,KMnO4对活性污泥的抑制影响较好地吻合非竞争性抑制机理修正莫若特方程的规律。     

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。     

溶解氧浓度对石英砂滤料表面铁、锰氧化膜同步去除地下水氨氮和锰的影响

在实验室放大装置中,考察了溶解氧(DO)浓度对石英砂滤料表面铁锰复合氧化膜同步去除氨氮(NH_4~+-N)和锰(Mn~(2+))的影响。结果表明,DO是同步去除NH_4~+-N和Mn~(2+)的必要条件,当进水DO浓度大于(4.4±0.2)mg·L~(-1),低浓度NH_4~+-N和Mn~(2+)的去除率均可达94%以上。控制进水DO浓度相同,分别从滤柱顶端进水和滤柱底端进水并监测NH_4~+-N和Mn~(2+)浓度随滤层厚度的变化。结果表明,上下滤层对Mn~(2+)的去除效果一致,但上层对NH_4~+-N的去除速率略快于下层。对于含有较高浓度NH_4~+-N(3.2 mg·L~(-1))的进水,进行二次补氧是使出水NH_4~+-N达标的有效方法。     

铝锰复合氧化物负载沸石对氨氮和磷的同步吸附特性

采用氧化还原-共沉淀法将铝锰复合氧化物负载到沸石表面制成颗粒型吸附材料,探究了该吸附剂同步去除氨氮(NH_4~+-N)和磷(P)的吸附动力学和吸附等温线特征,并讨论了吸附剂投加量和溶液p H值对吸附效果的影响。结果表明:铝锰复合氧化物改性沸石(aluminum-manganese bimetal oxide coated zeolite,AMOCZ)对NH_4~+-N及P的吸附动力学曲线均符合拟二阶吸附动力学方程的特征;NH_4~+-N的吸附等温线数据可用Freundlich方程进行较好地拟合,而Langmuir方程更适用于描述P的吸附等温线特征。NH_4~+-N和P共存时,两者在AMOCZ表面的饱和吸附量分别从单独体系下的1.24和6.43mg·g~(-1)变为8.17和6.51 mg·g~(-1)。这说明P的存在可显著促进AMOCZ对NH_4~+-N的吸附,而NH_4~+-N的存在对P的吸附无显著影响。此外,复合污染条件下,P的存在在p H=3~10范围内均能促进AMOCZ对NH_4~+-N的吸附;NH_4~+-N在p H为3~8时对P的吸附起促进作用,p H大于8时则会抑制AMOCZ对P的吸附。     

温度对超磁分离初沉污泥水解酸化的影响

以超磁分离后初沉污泥作为研究对象,在维持初始pH在7.4～7.8的条件下,分别控制温度在20、25、30和35℃,探究温度对超磁分离初沉污泥厌氧水解酸化产物及产率的影响。结果表明,温度的升高加速了超磁分离初沉污泥的水解酸化。35℃时,SCOD在第3天即达到峰值970.32 mg·L~(-1),VFAs也达到峰值295.9 mg·L~(-1),此时,VFAs中含量最高的为乙酸217.1 mg·L~(-1),乙酸占比为73.3%;而25℃时,其占比为68%。超磁分离初沉污泥水解酸化获取内碳源的同时还伴随着N元素的释放,且温度越高,TN和NH_4~+-N的释放越明显。由于系统中聚合氯化铝((Al_2(OH)_nCl_(6-n))_m,PAC)的存在,所以并没有P元素的释放。在30℃的反应温度下,超磁分离初沉污泥水解酸化即可以获取更多的碳源,又可以避免产生过高的N、P负荷。     

接种比对碱超声波耦合溶胞污泥水解酸化的影响

以城市污水生物处理过程中的剩余污泥减量化为研究背景,通过实验研究了经碱超声波耦合溶胞后的剩余污泥在不同接种比下水解酸化的效果,分析了污泥上清液中pH、SCOD、VFAs、NH4+-N和PO34--P等参数随时间的变化趋势。结果表明,溶胞污泥经过72 h的水解酸化反应,20%接种比下的水解酸化COD溶出率和VFAs增长率最高,分别为75.5%和177%。蛋白质水解程度为16.9%,也高于50%和70%两组接种比。此外,COD、NH4+-N和PO34--P等主要溶出物均在12 h后达到基本稳定状态。