多级垂直流人工湿地对北方农村生活污水的处理分析

文章采用多级垂直流人工湿地处理北方农村生活污水,考察了稳定运行期水力负荷、植物收割以及季节对COD、NH~+_4-N、TN和TP的去除影响。结果表明:COD、TN和TP去除随水力负荷增加呈递减趋势,在0.15 m~3/(m~2·d)时去除最佳,出水浓度分别为18～30、9～25和0.4～0.5 mg/L。NH~+_4-N去除随水力负荷增加呈先增后减趋势,在0.25 m~3/(m~2·d)时去除率最佳,出水浓度为0～6 mg/L。在水力负荷为0.15 m~3/(m~2·d)时,植物收割后COD、NH~+_4-N、TN和TP的去除均有所降低。不同季节时,夏季湿地处理效果最佳,冬季最差。同时对比实验表明,夏季水力负荷为0.15 m~3/(m~2·d)时,多级垂直流人工湿地对COD、NH~+_4-N、TN和TP的去除效果优于单级水平流人工湿地,其出水达到城镇污水处理厂污染物排放一级A标准。     

不同结构的人工湿地系统对溶解性有机物去除效率的研究

为研究溶解性有机物在生态修复系统中的降解与残留,构建石英砂、焦炭及曝气焦炭系统的人工湿地,比较填料及强化曝气对DOM代谢的影响,研究结果表明:填充焦炭的反应器处理COD、NH~+_4-N、DOC、蛋白质、多糖和UV_(254)的效果明显优于填充石英砂的反应器;表层连续曝气能有效地提高对COD和NH~+_4-N的去除效果,平均最优去除率分别为89.58%和51.15%,与未曝气组相比分别平均提高了4.22%和14.79%,COD和NH~+_4-N的去除与DOC中HPI组分的降解成相关性;系统表层进行曝气大大提高了系统对TPI-A中溶解性蛋白质的降解,降解率为65.9%,而对多糖中TPI-A组分的降解与未曝气相比无明显差异.     

曝气量及COD浓度对SBBR同步硝化反硝化效能的影响

采用悬浮球形填料,以人工模拟生活污水为原水,研究了曝气量及进水COD浓度对序批式膜生物反应器(SBBR)内同步硝化反硝化(SND)效能的影响。试验结果表明,在0.025~0.070 m3/h的曝气量范围内,SBBR的COD及NH4+-N去除率都能达到90%左右,COD和NH4+-N的降解过程具有时序性,即曝气初期以COD降解为主,待COD降解基本完成后,NH4+-N降解速率才明显提高。SBBR内同步硝化反硝化效率与曝气量成反比,即曝气量越低,TN去除率越高;当曝气量为0.025 m3/h时,TN去除效率最高,达到73.26%。在200~700 mg/L的进水COD浓度范围内,COD去除率始终维持在90%左右,TN去除率随着进水COD浓度增加呈现先升高后降低的变化趋势。     

HRT对改良式A2/O-BAF反硝化除磷脱氮的影响

研究HRT(水力停留时间)对改良式A~2/O-BAF双污泥系统反硝化除磷脱氮的影响.进水COD、NH~+_4-N和TP分别为189.6、 60.4和5.1mg·L~(-1),HRT分别为9、 8、 7和6 h时,COD出水平均浓度均小于42mg·L~(-1),NH~+_4-N出水平均浓度分别为2.4、 2.8、 3.3和6.5mg·L~(-1),TP出水平均浓度分别为0.3、 0.4、 0.7和0.8mg·L~(-1);系统缺氧段反硝化聚磷菌占聚磷菌的比例(DPAOs/PAOs)从76.8%递减到48.8%;HRT为8 h时,通过数理统计方法得出反硝化除磷脱氮比(ΔPO~(3-)_4/ΔNO~-_3-N)的概率密度高达37.5%,缺氧段ΔPO~(3-)_4/ΔNO~-_3-N为1.24(理论值1.41),此时反硝化脱氮除磷效果最佳;在整个试验过程中SVI值均低于100 mL·g~(-1),而MLVSS/MLSS从0.74逐渐下降到0.63,表明污泥活性逐渐降低.     

后置短程反硝化AOA-SBR工艺实现低C/N城市污水的脱氮除磷

为了解厌氧/好氧/缺氧(A/O/A)运行的序批式反应器(SBR)中,强化生物除磷(EBPR)与同步短程硝化反硝化(SPND)耦合,并后置短程反硝化的脱氮除磷特性,以低C/N(≤4)城市污水为处理对象,通过优化曝气量和缺氧时间,实现了低C/N城市污水的深度脱氮除磷.结果表明,当好氧段曝气量由1.0 L·min-1降至0.6 L·min-1,缺氧时间为180 min时,出水PO3-4-P浓度由0.06 mg·L~(-1)降至0,出水NH+4-N、NO-2-N和NO-3-N浓度分别由0.18、18.79和0.08 mg·L~(-1)逐渐降低至0、16.46和0.05 mg·L~(-1),TN去除率由72.69%提高至77.97%;随着曝气量的降低,SPND现象愈加明显,SND率由19.18%提高至31.20%;此后,当缺氧段时间由180 min逐渐延长至420 min,出水PO3-4-P、NH+4-N和NO-3-N浓度分别维持在0、0和0.03 mg·L~(-1)左右,出水NO-2-N低至3.06 mg·L~(-1),SND率达32.21%,TN去除性能逐渐提高,TN去除率高达99.42%,实现了系统的深度脱氮除磷.     

间歇曝气连续流反应器同步硝化反硝化除磷

采用连续流反应器处理生活污水,保持厌氧段格室为3格,将缺氧段格室从2格减少至0格,好氧段格室由5格逐渐增加至7格,Run1时对好氧段格室采用连续曝气,Run2~Run4时采用间歇曝气,曝/停比分别为40min/20min、40min/30min、40min/40min,硝化液回流比从150%逐渐减少至0%。Run4时,平均进水COD、NH4+-N、TN、PO43--P浓度分别为259.34、60.26、64.42、6.10mg·L-1,出水COD、NH4+-N、TN、PO43--P分别为26.40、1.03、5.84、0.30mg·L-1。反应器对氮素的去除量从Run1时的192.30mg·h-1逐渐增加至Run4时的244.00mg·h-1,相应的去除率从65.40%逐渐增大至95.30%;从Run1至Run4,反硝化聚磷菌和聚磷菌的活性分别从36.05%和38.20%增大至140.50%和133.40%;通过间歇曝气在连续流反应器中实现了同步硝化反硝化除磷脱氮,为污水处理厂提标改造提供参考。     

人工湿地组合工艺削减山地城市地表径流污染

采用前置生态塘-表流人工湿地-卵石过滤带组合工艺处理山地城市地表径流,研究了各单元在COD、TN、TP和NH4+-N方面的去除效果,以及径流中COD浓度和氮素形态对污染物去除的影响。结果表明,针对COD、TN、TP和NH4+-N,生态塘可以达到82%、53%、45%和32%的去除,表流人工湿地可以达到82%、83%、80%和61%的去除。COD由60 mg/L升至500 mg/L时,整个组合工艺的TP去除率由61%升至82%后下降至64%,TN去除率由50%提高至82%,NH4+-N去除率由67%降至41%。氮素组成对TN和COD的去除影响较大,NH4+-N∶NO3--N由3∶1变为1∶3时,COD去除率从73%提高到85%,TN去除率从53%提高到86%,NH4+-N去除率变化不大,为45%~51%。该组合工艺能够有效去除和削减城市地表径流中的COD、TN和TP的污染。     

曝气气水比对人工湿地处理效果的影响

从溶解氧角度出发,考察了曝气气水比对人工湿地处理效果的影响。选取气水比为0、2、4、6、8、10、12七种工艺参数进行试验。结果表明,曝气可明显改善整个湿地的溶解氧水平及湿地的处理效果,尤其是脱氮效果。在气水比为6时,人工湿地各污染物的去除率达到最大,COD去除率为85.6%,TP去除率为70.9%,TN去除率为83.1%,NH3-N去除率为84.2%,出水NO3--N浓度最低,为6.32 mg/L。     

好/厌氧多级串联潜流人工湿地对COD的去除效果

为了调整传统潜流湿地内部溶解氧分布状态,提高其对生活污水水质净化的效率,对传统潜流湿地进行了不同区段的划分及功能强化,设计了不同结构的好氧/厌氧多级串联潜流人工湿地,研究了好氧/厌氧段比例、位置及人工曝气等因素对出水COD的影响,并与传统潜流湿地进行净化效果的比较。结果表明,传统潜流湿地对COD的去除率为70.3%,以好氧/厌氧/好氧段方式串联采用前部和后部曝气并作厌氧处理的潜流湿地(即O-A-O强化曝气组)对COD的去除率为90.1%,比传统潜流湿地提高了19.8%;O-A-O强化曝气组平均出水浓度为17.4mg/L,不曝气的O-A-O出水COD浓度基本维持在50.0～60.0mg/L;对O-A-O前部和后部曝气处理后COD的去除率分别提高了30.4%和20.8%。可见,在实验条件下O-A-O强化曝气组对COD的去除率最高,结构相同的湿地曝气处理后出水水质有显著改善,在湿地前部曝气对COD的去除效果尤为显著。     

好氧/厌氧潜流湿地结构工艺优化

前期研究表明在人工潜流湿地(SFCWs)中设置好氧段和厌氧段可显著提高SFCWs对COD、NH4+-N的去除率.然而曝气产生的富氧环境不利于NO3--N和NO2--N的去除,一定程度上抑制了反硝化反应的进行.反硝化程度较低是实验中仍需进一步解决的问题.本研究在前期研究的基础上,对好氧/厌氧多级串联潜流人工湿地结构及工艺进行了改进优化,采用多点进水的措施来强化反硝化过程,并设计相应的区段去除该部分污染物.结果表明,水力负荷约为0.06m3.(m2.d)-1时,进一步优化结构和比例的好氧-缓冲-厌氧-缺氧-好氧曝气多点进水湿地对COD、NH4+-N和TN的去除率可达到91.6%、100%和87.7%.在补充进水之后的区段,COD/N迅速升高到10以上,做到了补充碳源的同时最大限度地利用湿地去除污染物.改良后的湿地达到了净化工艺优化的目的,为提高人工湿地总氮去除效率提供了理论依据及应用基础.     

间歇式曝气生物滤池对焚烧垃圾渗滤液深度脱氮的研究

为了提高焚烧垃圾渗滤液深度处理的脱氮效率,构建并启动了间歇式曝气生物滤池(IABF).在曝气阶段停止进水、停曝阶段进水的运行方式下,考察了曝气停曝时间比、运行周期、水力停留时间、碳氮比和气水比对反应器脱氮效率的影响.结果表明,在曝气停曝时间比为1:1,运行周期为1h,水力停留时间8h,COD/TN为4:1,气水比5:1的条件下,IABF取得最佳脱氮效率,平均出水TN可达到19.39 mg·L-1,NH4+-N为9.48 mg·L-1.TN和NH4+-N的平均去除率分别为87.5％和84.1％,出水水质达到《生活垃圾填埋场污染控制标准(GB16889-2008)》.     

MBR与SMBR脱氮除磷特性及膜污染控制

为提高污水深度处理效能和工艺运行的稳定性,研究以序批式膜生物反应器(SMBR)与传统膜生物反应器(MBR)为对象,对比研究其脱氮除磷特性、缺氧时间对工艺效率的影响及膜污染控制策略,同时应用分子生物学技术对两种工艺中微生物群落结构和组成进行分析.结果表明,间歇曝气能强化系统脱氮,使SMBR工艺去除总氮效果优于MBR,而在氨氮、总磷、COD、浊度去除方面两者无明显差异,去除率分别为94%、78%、80%、97%.延长SMBR工艺缺氧时间对COD、氨氮去除无显著影响,降低了总氮、总磷的去除率,总氮去除率由61%下降到46%,总磷由74%下降到52%.采用间歇曝气和投加一定浓度的粉末活性炭(PAC)均有利于减缓膜污染.微生物群落分析发现,两种工艺中微生物群落结构和组成无显著差异,硝化螺菌属(Nitrospira)和脱氯单胞菌属(Dechloromonas)为系统中的高丰度功能菌群,为工艺高效运行提供了生物学基础.     

倒置A2/O-MBR处理城市污水的中试研究

针对城市生活污水,研究了两点进水倒置A2/O-MBR系统对COD、NH4+-N、TN、TP、出水SS、跨膜压差(TMP)的影响.结果表明,该系统对COD、NH4+-N具有较高的去除率,出水符合GB 18918-2002中一级A标准;当混合液回流比为200%时,系统出水TN浓度小于15 mg.L-1;正常排泥后,系统对TP的去除率达90%左右;在膜丝未大量断裂前,系统出水SS小于10mg.L-1;随着系统的运行,TMP逐渐增大,不正确的曝气方式会导致TMP迅速增加.膜截留对COD、TP、SS有直接去除作用,由于膜滤出水中没有固体损失,可以精确控制污泥龄,有利于世代周期较长的硝化菌和反硝化菌在反应器中生长;当污泥浓度增加到6 500 mg.L-1左右,进水量增加0.5倍对出水水质影响很小.     

添加原水改善SBR工艺处理猪场废水厌氧消化液性能

采用序批式反应器(SBR)工艺直接处理猪场废水厌氧消化液,处理系统的效率较低,COD去除率仅有10%左右,NH₄⁺-N去除率70%左右;处理出水水质较差,出水COD高于1 000mg/L,出水NH₄⁺-N在200mg/L左右;处理系统的工作不稳定,效能逐渐恶化.在猪场废水厌氧消化液中添加部分未经厌氧消化的猪场废水(原水),处理系统的处理效率明显提高,COD去除率高于80%,出水COD降到250～350mg/L;NH₄⁺-N去除率高于99%,出水NH₄⁺-N小于10mg/L;处理系统的稳定性也得到增强.添加原水后,猪场废水厌氧消化液的BOD₅/COD比值从0.19上升到0.54,BOD₅/TN比值从0.28上升到2.04,增加了微生物生长和反硝化所需的碳源,强化了反硝化作用,不仅提高了总氮去除效率,而且通过回补碱度,维持了处理系统的pH值稳定.     

Effect of artificial aeration on the performance of vertical-flow constructed wetland treating heavily polluted river water

Three lab-scale vertical-flow constructed wetlands (VFCWs), including the non-aerated (NA), intermittently aerated (IA) and continuously aerated (CA) ones, were operated at different hydraulic loading rates (HLRs) to evaluate the effect of artificial aeration on the treatment efficiency of heavily polluted river water. Results indicated that artificial aeration increased the dissolved oxygen (DO) concentrations in IA and CA, which significantly favored the removal of organic matter and NH₄⁺-N. The DO grads caused by intermittent aeration formed aerobic and anoxic regions in IA and thus promoted the removal of total nitrogen (TN). Although the removal efficiencies of COD_Cr, NH₄⁺-N and TN in the three VFCWs all decreased with an increase in HLR, artificial aeration enhanced the reactor resistance to the fluctuation of pollutant loadings. The maximal removal efficiencies of COD_Cr, NH₄⁺-N and total phosphorus (TP) (i.e., 81%, 87% and 37%, respectively) were observed in CA at 19 cm/day HLR, while the maximal TN removal (i.e., 57%) was achieved in IA. Although the improvement of artificial aeration on TP removal was limited, this study has demonstrated the feasibility of applying artificial aeration to VFCWs treating polluted river water, particularly at a high HLR.     

完全混合式曝气系统运行特性及微生物群落结构解析

利用某污水处理厂完全混合式曝气系统处理生活污水,探讨了系统同步硝化反硝化脱氮过程,解析了系统中污泥微生物群落结构.中试试验结果表明,系统运行稳定,且在无外加碳源的条件下,COD、氨氮和总氮平均去除率分别为93.2%、96.9%和75.2%,出水COD、氨氮和总氮均优于一级A排放标准.系统污泥具有较强的反硝化能力,其脱氮速率是污水处理厂污泥的2.86倍以上.通过对系统污泥周质硝酸盐还原酶聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)扩增和高通量测序结果,发现系统中存在好氧反硝化菌,污泥中优势菌为动胶菌属(Zoogloea)、陶厄氏菌属(Thauera)和Dechloromonas菌属.     

Nitrogen removal and simultaneous nitrification and denitrification in a fluidized bed step-feed process

For urban wastewater treatment, we conducted a novel four-stage step-feed wastewater treatment system combined with a fluidized bed laboratory experiment to investigate chemical oxygen demand (COD), NH₄⁺-N, and total nitrogen (TN) removal performance. The removal rates of COD, NH₄⁺-N and TN were 88.2%, 95.7%, and 86.4% with effluent concentrations of COD, NH₄⁺-N and TN less than 50, 8, and 10 mg/L, respectively. Biomass and bacterial activities were also measured, with results showing more nitrobacteria in the activated sludge than in the biofilm; however, bacterial activity of the biofilm biomass and the activated sludge were similar. Nitrogen concentrations during the process were also detected, with simultaneous nitrification and denitrification found to be obvious.     

基于厌氧氨氧化的城镇生活污水深度脱氮工艺研究

随着城镇生活污水排放标准的日益严格,现有城市污水处理厂普遍面临提标改造的挑战,较多污水处理厂采用三级脱氮工艺降低出水中氮素含量.本研究以磁混凝预处理后的生活污水为研究对象,采用厌氧氨氧化工艺作为三级脱氮工艺,构建含有生物膜和絮体污泥的UASB反应器,处理A/O（二级生化单元）出水,研究串联、分流进水以及回流等条件下系统的脱氮及有机物去除性能,并通过微生物群落分析揭示各阶段的菌群结构变化.结果表明,当UASB串联A/O时,系统出水氨氮、TN和COD分别为1.21、10.02和30.00 mg·L^-1.当进水分流比为15%时,提升了UASB的脱氮速率（从0.04升高至0.06 kg·m^-3·d^-1）,UASB分别贡献了系统TN、NH₄⁺-N和COD去除总量的23.4%、20%和20.7%,当系统出水回流到A区时,能进一步降低出水污染物浓度,NH₄⁺-N仅为1 mg·L^-1,TN为12.03 mg·L^-1.微生物群落结构分析结果表明,在A/O反应器内Proteobacteria为主要菌门,UASB内Planctomycetes门实现富集,生物膜中Planctomycetes丰度为1.93%~8.39%,厌氧氨氧化细菌（以Candidatus Kuenenia为代表）在生物膜和污泥絮体中丰度分别为0.77%~2.19%和0.01%~1.49%.本研究结果表明,基于厌氧氨氧化的三级脱氮工艺能够实现生活污水的深度脱氮,在不增加曝气与碳源投加成本的同时高效去除氨氮、总氮,可为城市生活污水处理厂改造升级提供技术支撑.     

厌氧膜生物反应器耦联部分亚硝化/厌氧氨氧化用于污水处理研究

本研究构建了厌氧膜生物反应器（AnMBR）-部分亚硝化/厌氧氨氧化（PN/Anammox）污水处理工艺,以探究AnMBR-PN/A工艺处理效果最佳的水力停留时间（HRT）.AnMBR将厌氧生物处理与膜分离技术相结合实现有机物去除,AnMBR出水NH₄⁺-N通过PN部分转化为NO₂^--N,最终通过NO₂^--N氧化剩余NH₄⁺-N去除.实验结果表明：在HRT=11.2 h时,AnMBR-PN/A工艺化学需氧量（COD）去除率稳定在97%以上,COD转化为CH₄效率超过77.5%,总氮（TN）去除率为78%,出水COD和TN浓度分别低于14和11 mg·L^-1.AnMBR段COD去除率达到95%,平均甲烷产率为0.39 L·L^-1·d^-1.PN段实现了NO₂^--N的高效积累,其出水中NO₂^-/NH₄⁺为0.91±0.11.Anammox段出水中的NO₂^--N、NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度分别低于1.0、4.9和5.1 mg·L^-1.高通量测序结果表明PN段氨氧化菌主要为Nitrosomonas,丰度为7.09%,Anammox段主要微生物为Candidatus Brocadia,丰度高达21.01%.本研究构建的AnMBR-PN/A工艺实现了污水处理过程的高效能源回收和深度自养脱氮,研究成果为工程应用提供了理论支撑.