利用工业园区酒糟固废制备复合缓释碳源及其性能评估

我国工业园区污水厂进水碳氮比(C/N)普遍较低,常需补充碳源以提高脱氮效果。酒糟富含蛋白质、碳水化合物等有机组分,可生物利用性好,但目前缺乏其作为缓释碳源的研究。本研究以工业园区酒糟固废为原材料,以聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)为骨架材料,利用低温冷冻化学交联法制备复合缓释碳源,并进行释碳性能和反硝化性能评估。结果表明：通过骨架材料配比以及乳化剂优化研究,缓释碳源的快速释放期可延长到3 d,此阶段释碳过程为骨架溶蚀机制,单位质量缓释碳源的累积释碳量(以化学需氧量,即COD计)可达到1 089 mg·(g·L)^-1。在酒糟用量为10 g·L^-1,骨架材料配比为PVA:SA=8:1,乳化剂为1.0%span80条件下制备的缓释碳源在投加量为0.19 g·L^-1,初始硝态氮(NO3--N)为(41.53±0.1) mg·L^-1时,反硝化出水溶解性有机物(DOM)的腐殖化程度最低、分子质量最小、芳香环取代基种类和取代基程度最低,总氮去除率为99.2%,反硝化速率达到4.08 mg·(L·h)^...     

新型缓释碳源的制备及其性能

为了提高淀粉/聚乙烯醇(PVA)缓释碳源的反硝化速率,并有效控制碳源的释放速率,采用添加醋酸酯淀粉、疏水性乳化剂(SPAN80)以及二次包裹、表层交联等方法,制备了新型缓释碳源,通过释碳和脱氮实验考察了缓释碳源的最佳材料配比、脱氮效率以及碳源的释放规律。结果表明:缓释碳源中淀粉比例越高,反硝化效率越高,但释碳速率过快,容易造成出水COD偏高;当淀粉含量为58.2%时,能够获得适宜的脱氮效率和释碳速率,其反硝化滤柱的硝态氮去除率达100%,平均反硝化速率和出水COD分别为11.67 mg/(L·h)和27.65 mg/L,碳源释放与利用基本达到平衡。制备的新型缓释碳源其脱氮效率高、使用周期长、碳源释放得到有效控制,具有良好的工程应用前景。     

湿地植物作为低C?N比生活污水反硝化碳源的研究

以风车草、香根草、再力花、芦荻、美人蕉5种湿地植物作为低C/N比生活污水的反硝化碳源材料。静态碳源释放实验中,5种湿地植物释碳能力为风车草再力花芦荻香根草美人蕉,风车草COD释放量最高,可达(129.2±6.2)mg/(g·L),其TN、TP的释放量相对较低。静态反硝化脱氮实验中,风车草和再力花脱氮效果最好,反硝化出水中硝态氮质量浓度均降低至3mg/L左右,硝态氮去除率均达88%左右,出水COD均在100mg/L左右,COD去除率均达到84%左右。在低C/N比生活污水反硝化脱氮中试实验中,以风车草为反硝化碳源,出水中TN、COD去除率可分别达到73%、75%左右,说明风车草是一种良好的低C/N比生活污水深度处理的反硝化碳源材料。     

某污水处理厂A2/O工艺冬季生物反硝化过程的影响因素研究

针对污水处理厂冬季反硝化脱氮效率不佳的问题,以常州市某污水处理厂A~2/O工艺为研究对象,模拟探讨了不同外加碳源、碳源投加量、溶解氧(DO)和硝态氮浓度对生物处理系统反硝化脱氮能力的影响。结果表明,外加有机碳源对系统的反硝化效能有明显的强化效果。3种外加有机碳源(乙酸、乙醇和乙酸钠)中,乙酸为最佳碳源。当乙酸投加量为40mg/L时,系统反硝化脱氮效率最高,比反硝化速率可达1.964mg/(g·h),反硝化碳耗最少,为7.14 mg/mg。DO与比反硝化速率成反比,DO≤0.20mg/L时,反硝化能力最强。硝态氮初始质量浓度为20mg/L左右时,反硝化能力最强。在实际工程应用中,可以通过提高硝化效果或直接调整回流比实现反硝化脱氮最优条件,将有助于提高系统的冬季脱氮效果。     

5种植物材料的水解释碳性能及反硝化效率

碳源在硝酸盐去除过程中起电子供体的作用,是生物反硝化反应的关键物质之一。为解决污水处理脱氮时碳源不足抑制反硝化反应造成脱氮效率低的问题,本研究选取风车草、甘蔗渣、芦竹、美人蕉和稻草秆5种植物材料作为反硝化碳源,探讨不同植物材料的水解释碳能力和释放规律;并进一步以其水解液作为外加碳源,探讨其对反硝化脱氮效率的影响。研究结果表明,植物材料水解释碳过程符合二级动力学反应规律,不同植物材料的释碳能力具有显著性差异,以甘蔗渣在固液比1∶80时COD释放当量最大,为45.45 mg/L;添加植物水解液可显著提高反硝化脱氮效率,以芦竹水解液脱氮效果最好,达到71.9%。此外,碳氮比是影响脱氮效率的重要因素之一,以碳氮比为9时反硝化脱氮效果最佳。     

以玉米芯为外加碳源的SBBR脱氮特性

针对低碳氮比生活污水总氮去除效果不佳的问题,以玉米芯作为SBBR生物载体和外加碳源,开展同步硝化反硝化脱氮特性研究。主要考察了碳源投加比及曝气时间对脱氮效果的影响。在最佳碳源投加比为1∶80、最适曝气时间为5.5 h时,出水COD、TN、NH_3-N分别为48.95、6.25和1.01 mg/L,满足城镇污水厂一级A排放标准。研究表明,采用玉米芯为外加碳源,可实现固体碳源释碳与反硝化需碳的平衡,有效增强低碳氮比污水的脱氮效果,同时能够保证出水COD满足排放标准。     

曝气生物滤池多孔释碳填料的研制及其对氨氮废水的处理研究

以核桃壳、水泥、沸石为原料制备新型多孔释碳填料(WZ填料),并用其装填搭建曝气生物滤池(BAF)处理氨氮废水。结果表明:WZ填料中沸石∶核桃壳∶水泥的最佳配比(质量比)为1.00∶0.02∶0.30,制得的WZ填料比表面积大,适合微生物生长,可长时间稳定释碳,20d内的释碳量稳定保持在80mg/L左右,WZ填料有助于缩短BAF挂膜启动时间,延长水力停留时间(HRT)可提升BAF对污染物的去除效果,BAF对进水氨氮浓度适应范围较广,在进水氨氮为30～50mg/L时,BAF稳定运行期对氨氮的平均去除率达95%以上,COD平均去除率达76%左右。可见,WZ填料释碳量高且持久性强,有助于解决城市污水处理中反硝化碳源不足问题,提高脱氮效率。     

游离和聚乙烯醇包埋门多萨假单胞菌好氧反硝化脱氮的研究

以从采自温州西片污水处理厂的活性污泥样品中分离的好氧反硝化门多萨假单胞菌(Pseudmonas mendocina)WZUF20为受试对象,以聚乙烯醇(PVA)-海藻酸钙-活性炭包埋固定化,研究游离和固定化细胞在人工硝态氮污水中好氧反硝化去除硝态氮的条件,以及它们对人工氨氮、硝态氮和亚硝态氮污水的氨氮、硝态氮和亚硝态氮的去除能力。结果表明:(1)游离细胞和固定化细胞去除硝态氮的适宜条件是相似的,适宜碳源为丁二酸钠、乙酸钠和柠檬酸钠,适宜碳源和KNO3质量比为10∶1,适宜温度、转速和pH分别为20~35℃、100~200r/min和6.0~9.5;(2)在适宜条件下,游离细胞和固定化细胞对人工氨氮污水氨氮的去除速率分别为8.79、1.67mg/(L·h),对人工硝态氮污水硝态氮的去除速率分别为8.17、4.54mg/(L·h),对人工亚硝态氮污水亚硝态氮的去除速率分别为16.42、7.67mg/(L·h);(3)在人工硝态氮污水中连续5批次的去硝态氮试验表明,PVA-海藻酸钙-活性炭固定化细胞是稳定的。说明门多萨假单胞菌(Pseudmonas mendocina)WZUF20以及PVA-海藻酸钙-活性炭包埋制备的固定化细胞具有应用于实际废水脱氮的潜力。     

水力停留时间对天然纤维素类固体碳源反硝化滤池处理效果的影响

为了有效去除低C/N(质量比)生活污水中的TN,考察了水力停留时间(HRT)对以稻秆、玉米芯和大豆壳等天然纤维素为填料和固体碳源(以下简称碳源)的反硝化滤池的脱氮效果的影响,从COD、TN、TP去除规律和不同阶段释碳速率的变化,分析和比较不同HRT和碳源种类下反硝化滤池的脱氮性能,获得了不同碳源对应的最佳HRT,并探讨了最适碳源种类。以稻秆、玉米芯、大豆壳为碳源时,反硝化滤池的最佳HRT分别为2.0、2.0、4.0h,出水TN分别为0.3、0.2、0.4mg/L,TN去除率均为97.8%以上,此时出水COD、TP分别为37.6～44.9、0.4～0.6mg/L。玉米芯释碳速率低,释碳持久稳定,投加玉米芯为碳源的反硝化滤池在4个月后仍可保持高效、稳定的反硝化脱氮性能。     

壳类生物质释碳性能研究

以核桃壳、夏威夷果壳、杏仁壳、花生壳、开心果壳和板栗壳6种壳类生物质作为反硝化碳源的备选材料,通过静态碳释放实验测定其释碳量和反硝化实验测定其对硝酸盐氮的去除效率,旨在优选出适于推广的反硝化固体碳源。结果表明,花生壳和板栗壳释碳量最高,但因质地疏松而持续力不足,导致脱氮效果差;开心果壳释碳速率缓慢但持续力强,可作为缓效碳源;核桃壳和夏威夷果壳释碳量较高,且结构稳定,释碳过程满足二级动力学方程,适合作为反硝化固体碳源。实验初步优选出核桃壳和夏威夷果壳可作为经济有效的具有支撑作用的固体碳源。     

微电解强化微生物菌种对高氨氮低碳氮比黑臭水的脱氮研究

针对高氨氮低碳氮比(C/N)黑臭水进行脱氮研究，通过硝化菌和反硝化菌共同作用，并在后期耦合铁碳微电解(IC-ME)强化脱氮。单因素控制变量实验表明，硝化菌和反硝化菌在30℃硝化/反硝化效果较优，平均氨氮去除率为71.62%,硝态氮去除率可达到67.52%;在溶解氧(DO)为3 mg/L时硝化效果较好，平均氨氮去除率达到了70.08%;在后期投加150 g/L铁碳填料时，反硝化效果最好，2#和3#反应器硝态氮去除率最高分别提高到了81.78%和91.17%。长时间运行反应器后，氨氮去除负荷达到0.193 kg/(m³·d),化学需氧量(COD)去除负荷达到1.786 kg/(m³·d)。单独的微生物菌种针对高氨氮低C/N黑臭水脱氮还有一定的局限性，通过后期耦合IC-ME,脱氮效率明显提升，总氮(TN)去除率可从45.65%提升到58.91%。     

MFC强化同步短程硝化反硝化工艺的启动

微生物燃料电池(MFC)可在阴极实现反硝化、短程反硝化和同步硝化反硝化并产生电能,但在MFC阴极实现同步短程硝化反硝化的研究尚未见到报道。为了探讨MFC阴极同步短程硝化反硝化工艺的性能,将双室曝气阴极MFC与A/O脱氮工艺结合处理人工模拟低碳氮比废水。通过静置运行15 d使得MFC阴极室亚硝态氮得以积累,氨氧化菌得以富集。随即改为连续运行后第21天成功启动同步短程硝化反硝化MFC;阴极出水氨氮浓度为0.3 mg/L,亚硝态氮浓度为15.9 mg/L,硝态氮浓度为0.6 mg/L,亚硝化率达到95%以上,阴极电极自养反硝化去除率达到50%以上,COD去除率达到85%以上。结果表明,将MFC与同步短程硝化反硝化工艺结合,通过阴极室中氧气得电子获得高p H,可以强化同步短程硝化反硝化工艺,完成生物脱氮的同时回收电能,并具有减少外加碱度的优势。     

玉米秸秆碳源释放特征及反硝化效果

通过静态和动态实验研究了玉米秸秆的碳源释放规律,并考察其浸出液作为反硝化碳源对高、中、低硝酸盐氮的去除效果。实验结果表明,玉米秸秆可有效地释放碳源物质,静态实验中,固液比为1∶30时单位质量碳源释放的COD最多达254 mg/g,释放速率最快为13.37 mg/(g·d);动态实验中,秸秆长度为3 cm、水力停留时间(HRT)为48 h时,单位质量碳源释放的COD最多达826.26 mg/g,COD的速率最快为26.65 mg/(g·d)。反硝化过程中p H变化不明显,在7.0~8.0范围之间浮动。以玉米秸秆浸出液为反硝化碳源对中、低浓度的硝酸盐氮具有较好的去除效果,去除率保持在80%以上,甚至高达94%,但对高浓度的硝酸盐氮去除率仅在60%~80%之间。研究表明,玉米秸秆有较强的持续供碳能力,是一种经济合适的碳源材料,采用玉米秸秆浸出液作为去除地下水中硝酸盐氮的生物反硝化碳源是可行的。     

以聚己内酯作为生物反硝化固体碳源的研究

为解决水体因低碳氮比而导致脱氮效率差的问题,将颗粒聚己内酯(PCL)重新塑形为阶梯环状,研究其作为反硝化过程的生物膜载体与固相碳源的反硝化性能。结果表明,在静态实验中,平均反硝化速率为8.57 mg NO3-N/(L·h);反硝化过程为零级反应。连续填充床实验中,超过90%的硝酸盐可被去除,出水NO2-N质量浓度低于0.20 mg/L;出水NH3-N质量浓度略有上升;出水溶解性有机碳(DOC)先上升后降低至1 mg/L左右。电子扫描显微镜扫描显示,PCL阶梯环反应表面空隙率较高,表面生物膜以杆菌为主,反应后被明显腐蚀;液相色谱检测显示PCL阶梯环分子量反应前后略有下降,其结构未受到破坏;表明该材料适合作为反硝化反应的碳源的同时,又可以作为载体供微生物附着生长。     

可生物降解塑料与沸石载体体系对硝酸盐氮污染地下水的生物修复研究

生物反硝化是修复地下水硝酸盐氮污染的一种有效途径。为进一步确定异养反硝化碳源与载体投加量的配比,取用污水处理厂活性污泥为微生物来源,以可生物降解塑料为新型固相碳源,沸石为微生物载体,设计了9组固相碳源与载体不同配比的柱实验,旨在遴选出可生物降解塑料和沸石的最优配比。同时考察在最优配比时,不同进水硝酸盐氮浓度下的硝酸盐氮去除率、填料降解率、生物膜附着量、生物膜附着效率、反硝化效率等反应特性。结果表明,可生物降解塑料∶沸石(质量比)=2∶1为最优配比。在最优配比下,进水硝酸盐氮质量浓度为40~100mg/L时,异养反硝化对硝酸盐氮具有很好的去除效果(最终去除率均在99%以上),且能够保持较高的反硝化效率,同时载体负载微生物的性能稳定。     

碳源强化下的硫自养/异养反硝化协同作用

为强化硫自养反硝化过程,通过向连续稳定运行的硫自养反硝化反应器内投加少量碳源以进行强化,乙酸钠投加量分别为5.99、11.98、23.96 mg·L~(-1)。分析投加前后反应器内硝氮、COD、硫酸根和耗碱量的变化;研究了碳源强化下硫自养反硝化运行效能及反应机理。结果表明,投加少量碳源可增强自养反硝化过程硝氮的去除效果;在3种碳源投加量条件下,COD的利用率均大于85%,但硫酸盐生成量并未减少;在5.99 mg·L~(-1)碳源投加量下,系统实际耗碱量大于以硫酸根和COD计的理论耗碱量,而在11.98 mg·L~(-1)和23.96 mg·L~(-1)投加量下,实际耗碱量均介于2种理论值之间。在投加少量碳源后,自养反硝化脱氮效果明显提高,异养反硝化趋势随着碳源投加量的增加而增加。     

广玉兰叶用于生活污水的反硝化处理

目前,固体碳源常被用于低碳氮比地表水和地下水的修复研究,关于生活污水的应用较少。研究首先选用广玉兰、梧桐和香樟3种落叶作为反硝化外加碳源,分析了3种落叶的释碳性能和动力学,筛选出广玉兰叶,考察温度和固液比对其反硝化过程的影响,并最终将广玉兰叶作为外加碳源投入生活污水中,考察其在实际废水中的反硝化效能。结果表明:Logistic模型能更好地模拟落叶的释碳过程;温度和固液比都会影响到落叶的反硝化效能,实验过程中3组温度系统的硝酸盐去除负荷为30℃最优,不同固液比条件下,单位质量落叶硝酸盐去除负荷最大为208.49 mg·g~(-1),对应的固液比为1∶250,表明落叶的投加量并非越多越好;落叶投加到生活污水反硝化实验结果显示,当污水中可快速利用碳源消耗殆尽,落叶溶出的碳源能快速弥补反硝化碳源的不足,维持较高的反硝化率。     

植物作为反硝化碳源

研究得到一种新型的筛选反硝化碳源的方法:可以通过比较材料浸出液的C/N值,筛选出有效的反硝化碳源;对芦苇秸秆、梧桐黄叶、梧桐绿叶、橘树叶、玉米秸秆和玉米芯6种材料浸出液的C/N值进行了研究,其中当以叶片作为反硝化固相碳源时,应该选取新鲜叶片作为研究对象。橘树叶和玉米芯均属于良好的反硝化碳源。以驯化后的河泥作为反硝化污泥,可以利用橘树叶或者玉米芯作为反硝化固相碳源,进行持续脱氮除磷反应,其中橘树叶脱氮效果强于玉米芯,而玉米芯除磷能力强于橘树叶。扫描电镜实验表明,橘树叶和玉米芯均适合作为生物膜载体。     

缓释碳源净水基质吸附-生物协同脱氮的机理研究

以聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)、玉米芯(Y)为原料制备了PVA-SA(基质Ⅰ)和PVA-SA-Y(基质Ⅱ),研究了缓释碳源净水基质的释碳性能、吸附性能、脱氮性能及机理。结果表明,基质Ⅰ、基质Ⅱ的释碳量分别为0.30～1.00、0.30～1.60mg/g,平衡吸附量分别为0.317 8、0.907 9mg/g,总氮平均去除率分别为10.90%、32.40%,Y疏松多孔的结构特征是提高基质Ⅱ吸附、脱氮性能的关键,高通量测序结果表明基质Ⅱ中脱氮单胞菌属(Denitratisoma)、食酸菌属(Acidovorax)等与反硝化顺利进行相关的菌种比例较高。基于脱氮过程中COD、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮浓度的变化情况,提出了缺氧条件下基质的脱氮模型。根据模型计算,基质Ⅱ通过同化和反硝化削减的COD量与基质Ⅰ相似,通过吸附途径削减的氨氮比基质Ⅰ高11.2百分点,通过反硝化作用去除的硝酸盐氮比基质Ⅰ高43.0百分点。     

不同碳源添加量对垂直流人工湿地污水处理效果的影响

以垂直流人工湿地小试系统为研究对象,采用碱处理过的千屈菜(Lythrum salicaria)作为反硝化碳源补充材料,探讨了不同碳源添加量对系统COD及氮、磷去除效果的影响。结果表明,一定剂量经过碱处理的千屈菜材料可以为人工湿地系统脱氮提供反硝化所需要的碳源,而且具有缓效持续释放的特点。添加此碳源材料可明显提高系统的脱氮效率,最高可提升30.85%,但随着C/N比的增加,硝态氮去除率逐渐降低,C/N比为3、5、8时分别为91.20%、87.72%和84.19%。添加碳源量达到C/N比为3时系统能够发生最大程度反硝化,此时不仅人工湿地系统脱氮效果得到提高,同时人工湿地除磷能力也有所增强。碱处理过的千屈菜材料在本系统中的最适宜添加量为5 g,即100 g/m2(C/N=3),远低于在进水中为满足反硝化所需调控的C/N比(5～8),可以节约外加碳源成本。