温度对城市污水厂尾水反硝化MBBR深度脱氮的影响

为解决城市污水厂尾水再生利用时ρ(TN)高的问题,采用反硝化MBBR(移动床生物膜反应器)对城市污水厂尾水进行反硝化脱氮,并重点研究不同温度下分别以聚乙烯和聚丙烯为填料的反硝化MBBR的运行效果. 结果表明:在HRT(水力停留时间)为12 h、温度分别为13、19、25和30 ℃时,NO₃--N去除率和反硝化能力变化不大,聚乙烯和聚丙烯反硝化MBBR的NO₃--N去除率分别为80.1%～85.0%和78.2%～84.0%,二者的反硝化能力分别为6.7～7.1和6.5～7.0 mg/(L·h);较长的HRT弥补了低温时反硝化速率低的不足;随温度增加,生物量逐渐增加,但COD_Cr和DOM(溶解性有机物)的去除率变化不明显. 三维荧光图谱表明,出水中主要的DOM(溶解性有机质)为类色氨酸和类富里酸,聚乙烯和聚丙烯反硝化MBBR对DOM总荧光强度的去除率分别为47.6%～52.5%和24.1%～35.8%. 填料上的微生物以杆菌、丝状菌和球菌为主. 综合考虑脱氮效能和有机物污染物去除效能,聚乙烯和聚丙烯反硝化MBBR深度脱氮的最佳温度均为25 ℃.      

响应曲面法在反硝化生物滤池运行参数优化中的应用

为预测反硝化生物滤池深度处理城镇污水处理厂二沉池出水的脱氮效果,优化工艺运行参数,以黏土陶粒反硝化生物滤池作为反应器,以人工合成污水模拟污水处理厂二沉池出水,采用中心组合试验设计,利用响应曲面法研究反应器NO₃--N去除率与HRT(水力停留时间)、进水中ρ(COD_Cr)和ρ(NO₃--N)之间的关系. 统计结果显示,NO₃--N去除模型极显著(P<0.000 1),并且模型预测值与试验值能很好地吻合. 方差分析结果表明,HRT及其与进水中ρ(NO₃--N)和ρ(COD_Cr)的交互作用对反硝化滤池NO₃--N的去除率影响不显著(P>0.05),而进水中ρ(NO₃--N)和ρ(COD_Cr)及其交互作用对反硝化滤池NO₃--N的去除具有显著影响(P＜0.05). 3个因素对NO₃--N去除率影响强弱的顺序为进水ρ(COD_Cr)>进水ρ(NO₃--N)>HRT. 在HRT为2.50 h的条件下,当进水中ρ(NO₃--N)＜11.00 mg/L及ρ(COD_Cr)＞43.00 mg/L时,反硝化滤池NO₃--N的去除率可以达到71.0%以上.      

硫磺和黄铁矿为填料的生物滤池自养反硝化强化处理二沉尾水

采用硫自养反硝化工艺处理模拟污水厂二沉尾水,分别以硫磺/白云石、黄铁矿/白云石为填料,考察不同填料下生物滤池的脱氮除磷效果.结果表明,在HRT(水力停留时间)为1 h的条件下,硫磺/白云石反应器在10 d内能迅速启动,出水ρ(NO₃--N)小于1.00 mg/L,去除率高达99%,反应器的最佳实际HRT为45 min.进水中的DO对硫磺/白云石反应器反硝化效果没有明显影响,但会对黄铁矿/白云石反应器的反硝化效果产生影响.去除进水中的DO后,在HRT为4 d下,黄铁矿/白云石反应器出水NO₃--N和TP的质量浓度分别为10.31和0.10 mg/L,其去除率分别为67.2%和90.7%.采用高速水流反冲洗后,两个反应器的脱氮效果均能在2 d内迅速恢复.在12 ℃的低温条件下,硫磺/白云石和黄铁矿/白云石反应器的处理效果均变化不大.去除一定量的NO₃--N时,硫磺/白云石反应器的SO₄2-生成量与理论值相符合,黄铁矿/白云石反应器的略高于理论值.研究显示,硫磺/白云石体系可有效去除二沉尾水中的NO₃--N,而黄铁矿/白云石体系具有同时脱氮除磷的功能.      

3DBER-S反硝化脱氮性能及其菌群特征

针对污水处理厂尾水TN去除问题,采用16S rDNA克隆文库法,探究了3DBER-S(三维电极生物膜耦合硫自养脱氮工艺)的强化脱氮机制及其菌群特征. 结果表明,I(电流)和HRT(水力停留时间)对3DEBR-S中氢自养和硫自养反硝化作用所占比例的影响较大,但对脱氮效率影响不显著. 当进水C/N〔ρ(COD_Cr)/ρ(TN)〕为1、ρ(NO₃--N)为35 mg/L、I为300 mA、HRT为4 h时,NO₃--N和TN去除率可分别稳定在80%和74%以上. 16S rDNA克隆文库结果显示,反应器中β变形菌纲为优势菌群,占47.89%〔以OUT(操作单元)计〕. 在β变形菌纲中,与具有反硝化功能的陶厄氏菌属(Thauera)相似的细菌所占比例最大,为52.94%;与可分别利用硫和氢为电子供体进行反硝化脱氮的硫杆菌属(Thiobacillus)和食酸菌属(Acidovorax)相似的细菌分别占17.65%和14.71%. 3DBER-S中存在异养联合氢自养和硫自养反硝化协同去除硝酸盐氮的作用,可为反硝化脱氮提供充足的电子供体,节约了有机碳源消耗,并保证了稳定高效的脱氮效果.      

BBFR-IVCW工艺对微污染水体的脱氮效果

以BBFR(biomass bio-film reactor, 生物质生物膜反应器)和IVCW(integrated vertical-flow constructed wetland,复合垂直流人工湿地)构成小试系统,由改性水草塘、生态塘和IVCW构建中试系统,对高碳低氮水的脱氮效果及其影响因素进行了研究. 结果表明,小试系统中CW2(2#湿地)出水ρ(TN)低于CW1(1#湿地);中试系统对TN的去除率为52.49%,出水达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ级标准. C/N〔ρ(COD_Cr)/ρ(TN)〕对BBFR中TN去除率的影响较大,但对NO₃--N去除率的影响并不明显. 从经济成本和反硝化效果来看,小试系统最优C/N为4.9,中试系统最优C/N为4.8. C/N为2.8时,CW1对NO₃--N的去除率为71.88%±15.70％,与C/N>2.8时相比,差异显著(F₃,6=21,P<0.05);C/N为4.1时,CW2对NO₃--N的去除率为92.83%±11.26％,与其他C/N下NO₃--N去除率的差异显著(F₃,6=4.34,P<0.05). 小试系统中BBFR对COD_Cr的去除贡献率高于TN,但各单元作为一个有机整体优势互补,共同保证系统出水水质.      

污水厂尾水MBBR反硝化深度脱氮填料比较

针对污水处理厂尾水中NO-3-N含量高的特点,采用移动床生物膜反应器(MBBR)对其进行反硝化深度脱氮,并对填料效能进行比较.结果表明:在p H值为7.2~8.0、温度为24~26℃、HRT为12 h、甲醇投加量为25.5 mg·L-1、填料填充率为30%、进水TN浓度为7.5~13.3 mg·L-1、NO-3-N浓度为2.2~12.4 mg·L-1的条件下,MBBR采用聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯泡沫体和陶粒4种填料,均有较好的脱氮效能,其中,聚丙烯填料MBBR的脱氮效能最优,其TN、NO-3-N平均去除率分别达45.3%和76.3%,出水TN、NO-3-N最低为2.4 mg·L-1和0.2 mg·L-1,最大反硝化速率可达10.6 g·m-2·d-1(以NO-3-N计).三维荧光图谱分析表明,各填料MBBR进水和出水中均含有SMP和BOD5,陶粒和聚丙烯填料MBBR对其去除效能较优.     

异养-自养耦合深度脱氮系统的生物脱氮性能研究

为探究低C/N[ρ（COD_Cr）/ρ（NO₃--N）,下同]水体的脱氮技术,分别以火山岩、火山岩/铁碳颗粒、火山岩/硫磺颗粒、火山岩/铁碳颗粒/硫磺颗粒作为填料构建R1、R2、R3和R4反应器,考察反硝化系统在不同C/N下的脱氮效果.结果表明:①随着进水C/N的降低,R1、R2和R3反应器的NO₃--N去除率逐渐降低,R4反应器则是先升后降;在C/N为1.5~2.0、系统温度为30℃、进水pH为7.0±0.2、HRT（水力停留时间）为4.0 h、进水ρ（NO₃--N）为30 mg/L时,R4反应器中NO₃--N去除率最高,平均值为90.1%.②在R2反应器中,随着反应器的运行,铁碳颗粒自身氧化表面形成氧化膜,使得铁自养反硝化作用不断减弱,脱氮效率与R1反应器相近.③运行前期,R2和R4反应器保持着较高的ρ（NH₄+-N）,随着反应器的运行,4个反应器的ρ（NH₄+-N）相当.④与R3反应器相比,R4反应器中不存在NO₂--N的累积情况,同时铁自养过程产生的碱能被硫自养过程所消耗,系统pH更适合反硝化菌生存.研究显示,C/N为1.5~2.0时,异养-铁-硫自养反硝化系统可提供充足的电子供体,减少对有机碳源的依赖,保证了稳定高效的脱氮效果.      

短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺深度处理垃圾渗滤液

为解决垃圾渗滤液中高浓度污染物对微生物的毒性抑制、生物处理出水有机物或氮不达标及投加碳源成本高的问题,采用UASB(上流式厌氧污泥床)-A/O(缺氧/好氧)反应器-ANAMMOXR(厌氧氨氧化反应器)工艺,通过短程硝化-ANAMMOX(厌氧氨氧化)深度处理实际垃圾渗滤液与生活污水混和液(体积比为1∶10),其ρ(COD_Cr)、ρ(NH₄+-N)和ρ(TN)分别为(750±30)(290±10)和(300±10)mg/L,试验共进行90 d. 结果表明:COD_Cr、NH₄+-N和TN的去除率分别为88%±1%、95%±1%和91%±1%,最终出水质量浓度分别为(67±5)(15±2)和(35±5)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. A/O反应器中的ρ(FA)(FA为游离氨)在0.21～1.38 mg/L之间,可抑制NOB(硝酸细菌),使AOB(氨氧化细菌)成为优势菌种,从而实现并维持NO₂--N积累率(70%～96%)较高的短程硝化,继而在ANAMMOXR中通过ANAMMOX去除残余NH₄+-N和NO₂--N,实现系统对氮的深度去除.      

微电解-电极生物膜法在污水深度处理中的应用

为考察微电解-电极生物膜法的污水深度处理效果,以受污染河水为处理对象,以碳素纤维作为微电解和电极生物膜的电极材料,研究微电解和电极生物膜的污水处理特点及运行条件. 结果表明:微电解可有效去除污水中PN(颗粒态总氮)、PP(颗粒态总磷)、DTP(溶解性总磷)和NH₃-N,去除率分别达到94%、95%、93%和98%;其中DTP的去除以与微电解产生的Fe2+的沉淀反应为主,NH₃-N的去除以硝化反应为主. 微电解提高了有机物的去除率,但对DTN(溶解性总氮)的去除率较低. 电极生物膜能有效去除污水中的NO₃--N,对不同进水水质的适应性较强,脱氮以自养反硝化为主,异养反硝化可有效去除剩余有机物,ρ(NO₃--N)低于45.0 mg/L的污水经过电极生物膜处理后,NO₃--N可被完全去除. 在HRT(水力停留时间)为8 h、电流密度为0.10 mA/cm2的条件下,微电解-电极生物膜法对各种污染物去除效果显著,工艺运行稳定,出水ρ(TN)和ρ(COD_Mn)平均值均低于0.5 mg/L,ρ(TP)低于0.05 mg/L,浊度小于1.0 NTU,可实现污水的深度处理.      

基于Fe0的地下水混养反硝化脱氮效能与机制

以含硝态氮(NO₃--N)的模拟地下水为研究对象,采用零价铁(Fe0)与生物耦合实现混养反硝化高效脱氮。结果表明:在C/N为2.78~3.08时,1号反应器(仅添加活性污泥)平均TN和NO₃--N去除率分别为39.6%和40.1%,而2号反应器(添加活性污泥+Fe0)中平均TN和NO₃--N去除率分别为80.7%和81.4%。2号反应器单批次物质转化结果表明,1个反应周期内包含2个阶段:0~12 h混养反硝化阶段及12~24 h自养反硝化阶段,且脱氮过程集中在前12 h;零级动力学结果表明,0~12 h的反硝化速率为2.38 mg/(L·h),是12~24 h反硝化速率的9.5倍;通过理论计算可知,4~12 h自养及异养脱氮贡献比例较稳定,两者比值约为4∶6,12~24 h自养反硝化作用贡献占比为100%。SEM和XRD分析结果表明,Fe0表面有明显的微生物腐蚀现象,FeOOH和含铁有机复合物是主要的腐蚀产物。微生物群落结构分析表明,Fe0可有效提高菌落多样性与丰富性,且动胶菌属(Zoogloea)作为优势菌属在反硝化过程中起主导作用。     

黄铁矿生物滤池氮磷同步深度处理特性及微生物群落结构

以黄铁矿为生物滤池的主要填料,对含低浓度NO₃--N和PO₄3--P废水进行同步脱氮除磷处理,探讨其启动过程中污染物转化特性及其功能微生物变化。结果表明:经过30 d的运行可实现生物滤池同步脱氮除磷,TN最大去除速率可达到70 g/(m3·d)。HRT控制在6 h以内,可避免NO₂--N的大量产生。出水ρ(TP)可降至0.2~0.4 mg/L,HRT对滤池中磷的去除几乎未产生影响。SEM-EDX和磷形态分析表明,废水中磷主要是以铁磷化合物的形式去除。功能微生物群落分析表明,硫自反硝化过程的主要功能微生物为Thiobacillus(27.6%)、Sulfurimonas(11.8%)、Thiohalobacter(10.9%)。在有机碳源缺少条件下,该系统是同时从废水去除NO₃--N和PO₄3--P的有效途径。     

HABR系统实现固相异养与单质硫自养集成反硝化试验

采用连续流运行方式,将含NO₃--N的原水依次通过HABR(复合式厌氧折流板反应器)内添加木屑(第1系统)和硫磺颗粒(第2系统)的2个系统,在温度为(25±1)℃的条件下,将NO₃--N容积负荷由72g/(m3·d)逐渐提高至80和96g/(m3·d),在不需投加传统型外加碳源的条件下实现了固相异养与单质硫自养的集成反硝化. 结果表明:进水NO₃--N容积负荷为96g/(m3·d)时,系统NO₃--N总去除率达到99.0％,第1系统和第2系统对NO₃--N的去除率贡献各为50.0％;系统出水ρ(COD_Mn)为5.74～10.05mg/L,ρ(SO₄2-)为405～870mg/L,并且没有NH₄+-N和NO₂--N的积累. 第1系统产生的碱度能部分中和第2系统内产生的酸,进水、第1系统、第2系统出水pH分别为7.5、7.5～7.6、6.5～7.2,使硫自养反硝化系统呈现出较强的pH平衡能力,不需外加石灰石调节碱度即可为反硝化细菌提供较适宜的中性生存环境. 系统在pH平衡能力和NO₃--N去除效果2个方面均表现出良好的协同作用,并且通过集成反硝化作用弥补了2个系统单独运行时反硝化过程效率低的缺点,较传统异养型生物反硝化降低了运行成本.      

硫自养反硝化过程中含硫副产物产生规律及微生物群落结构的空间分布

为探究硫自养反硝化过程中含硫副产物的产生规律,建立了上流式硫自养固定床生物反应器,考察HRT（水力停留时间）对水中NO₃--N去除的影响,运用零级和1/2级反应动力学模型对NO₃--N还原过程进行拟合,通过测定与理论计算分析含硫副产物的产生趋势及规律,利用高通量测序技术（high-throughput sequencing）测定微生物群落结构空间分布特征.结果表明:①当进水NO₃--N浓度为（30.45±0.38）mg/L,HRT为4和1 h时,NO₃--N去除率达到98%以上.硫自养反硝化过程符合1/2级反应动力学模型,1/2K_1/2V（1/2级反应动力学速率常数）为5.69 mg1/2/（L1/2·h）.②出水SO₄2-的产生量接近理论值,S2-在反应器中部出现微量的积累,在出水口处浓度进一步降低（< 0.5 mg/L）.③HRT的缩短改变了反应器内部微生物群落α多样性的变化规律;Proteobacteria成为了最主要的优势菌群,各阶段所占比例均大于59%,Sulfurimonas为最常见的反硝化菌,在HRT为1 h时,反应器中部其丰度达到36%,成为反应器中的优势菌属;Desulfurella为SRB（硫酸盐还原菌）,其丰度的增加与反应器内部S2-的积累一致.研究显示,硫自养反硝化过程中产生的SO₄2-与理论值接近,S2-产生量沿反应器高度方向呈现先增加后降低的趋势,微生物群落结构分布情况与反应器高度有关.      

城镇污水处理厂活性污泥反硝化速率的影响因素及优化运行研究

反硝化过程是影响污水处理厂出水总氮达标排放的重要环节之一,进水碳源、回流比、溶解氧（DO）和搅拌方式等均为影响活性污泥反硝化性能的重要因素。通过对太湖流域58座污水处理厂提标改造的运行效果进行评估分析,并对水质波动规律、工艺设计及设备设施等方面进行调研及优化分析,研究了不同条件对活性污泥反硝化速率的影响,探讨了污水处理厂在实际生产运行中反硝化脱氮过程主要存在的问题及对策。结果表明:各厂反硝化速率在0~5.18 mg NO₃--N/（g VSS·h）时,平均反硝化速率为1.40 mg NO₃--N/（g VSS·h）,进水碳源浓度较低为各个污水处理厂反硝化速率较低的主要原因。其中外加碳源的种类、投加点位对反硝化脱氮具有较大的影响,在各厂进水中投加易降解碳源并保持较高的搅拌速率后,发现反硝化潜力为1.16~20.80 mg NO₃--N/（g VSS·h）,表明改善进水水质并创造较好的反硝化条件,有利于整体反硝化水平的提升。此外,充分的搅拌条件也可增强污泥的反硝化性能。另外,选择合适的内回流比可以有效强化生物反硝化脱氮性能,但内回流中高DO对反硝化影响较大,降低回流DO可以有效提高NO₃--N去除量。