多级土壤渗滤系统处理低有机污染水的脱氮效果与机理解析

采用"微曝气+缺氧"的两段式多级土壤渗滤系统(multi-soil-layering system,MSL)工艺,建立了在缺氧段模块中添加不同碳源的MSL系统并进行脱氮效率对比.其中,MSL1系统添加了传统碳源木屑,MSL2系统添加了一种基于PHBV(聚羟基丁酸戊酸酯)的共混固相碳源(GC-4).通过10个月的连续运行,深入探讨碳源、水温、表面水力负荷等条件对该工艺脱氮性能的影响.整个运行过程期间不同条件影响下,添加新型固相碳源的MSL2比MSL1表现出更好的强化脱氮性能.在相同表面水力负荷(1.0 m3·m-2·d-1)条件下,水温的降低会直接降低系统的脱氮效率.当水温从平均19℃下降到15℃时,MSL1系统对NH+4-N、TN的平均去除率分别由91%、62%下降为81%、45%,MSL2系统对NH+4-N、TN的平均去除率分别由88%、72%下降为80%、55%,但MSL2系统仍然优于MSL1系统.水力负荷的降低会提高2个系统TN去除率大约20%,证明了低水力负荷利于系统的脱氮效果.在各个运行阶段,MSL系统添加固相碳源均没有出现碳源过度释放现象,表现出较好的COD去除效果.分子生物学研究揭示了两段式MSL系统中微生物、硝化菌、反硝化菌的功能分区及其丰度,在生物量和反硝化基因数量上MSL2均大于MSL1,硝化菌(amo A基因)集中分布在微曝气段,反硝化菌(nir S、nir K)集中分布在土壤模块层,比较好的解释了不同碳源类型条件下MSL系统的脱氮效果的差异性.     

基于BDPs的多级土壤渗滤系统处理受污染河水的试验研究

针对受污染的流入滇池的河流河水,采用具有曝气段和缺氧段的两段式多级土壤渗滤(multi-soil-layering,MSL)系统,开展了在缺氧段添加非水溶性可生物降解多聚物(BDPs)材料PBS颗粒的强化脱氮除磷研究.结果表明,添加PBS碳源可有效解决传统MSL系统因碳源不足而导致的脱氮效果不理想的问题.在河水污染较轻及较重两种情况下,系统对TN的平均去除率分别达到78%、85%,平均单位表面去除负荷分别为9.09g·m-·2d-1、24.55g·m-·2d-1;TP平均去除率分别达到92%、98%,平均单位表面去除负荷分别为0.76g·m-·2d-1、2.02g·m-·2d-1.此外,系统对COD的平均去除率可达到75%以上.     

固定化包埋颗粒对二级出水深度脱氮特性研究

采用包埋固定化颗粒对北京市某污水处理厂的二沉池出水进行深度脱氮处理,研究了驯化启动及稳定运行的条件和脱氮特性,对比了不同水力停留时间(HRT)、不同进水TN负荷的脱氮效能.结果表明,在水温为25℃、pH =7.2、水力停留时间为70 min、包埋颗粒填充率为30％时,投加碳源驯化一周后包埋固定化颗粒即能保持稳定高效的脱氮率,并具有良好的耐冲击负荷能力;进水TN负荷从0.5 kg·m-3· d-1逐渐提高至2.0 kg·m-3·d-1时,TN平均去除率达到86.6％.进水TN负荷为2.5 kg·m-3·d-1时,TN平均去除率仍能达到70％;在HRT为20 min时,出水硝氮＜1 mg·L-1,TN ＜5 mg·L-1;填充率由30％逐渐降低到20％时,TN去除率均能达到80％以上;填充率低于20％时,TN去除率随着填充率的减少而下降.试验确定包埋固定化菌的最佳填充率为20％.     

后曝气池HRT对改进型A_2N工艺脱氮除磷性能的影响

对A2N连续流工艺进行改进,在后曝气池中填加生物膜填料,以生活污水为处理对象,考察了后曝气池水力停留时间(HRT)对后曝气池内同步硝化反硝化(SND)以及对改进后的A2N工艺除磷脱氮性能的影响.后曝气池HRT为1.3h时,总磷(TP)平均去除率为90%,总氮(TN)平均去除率为75%,但平均出水氨氮浓度较高(为8.6 mg.L-1),后曝气池内基本未发现SND现象.后曝气池HRT为2.3h时,TN平均去除率达到80%,TP平均去除率高达95%,出水平均氨氮浓度较低(2.2 mg.L-1),后曝气池内同步硝化反硝化去除的TN量为2.42 mg.L-1.后曝气池HRT为4h、6h时,工艺TP平均去除率逐渐下降至60%,由于可利用的COD值较低,同步硝化反硝化去除的TN并未随HRT延长而有明显增长,TN去除率也逐渐降至接近60%.试验证明在后曝气池内填加生物膜并合理调控HRT,可强化工艺的脱氮除磷效果.     

同步硝化反硝化耦合除磷工艺的快速启动及其运行特征

以低COD/N生活污水(C/N为3∶1~4∶1)为进水基质,在序批式活性污泥反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS),通过逐步降低溶解氧(DO)浓度的方式快速实现同步硝化反硝化耦合除磷.反应器运行20 d后(DO浓度为0.50~1.0mg·L-1),系统出现同步硝化反硝化耦合除磷的现象.在随后运行的40 d里,反应器对废水COD、NH+4-N、TN和TP的平均去除率分别为84.84%、93.51%、77.06%和85.69%;出水NO-3-N和NO-2-N平均浓度分别为4.01 mg·L-1和3.17 mg·L-1.反应器启动运行后期,污泥体积指数(SVI)为55.22 m L·g-1,沉降性能良好,颗粒结构较完整.不同氮源的周期曝气阶段结果表明,对TN的去除率为NH+4-NNO-2-NNO-3-N;对TP的去除率为NO-3-NNO-2-NNH+4-N,反应器主要以同步硝化反硝化脱氮和反硝化方式除磷.     

A~2/O-曝气生物滤池工艺处理低C/N比生活污水脱氮除磷

以低C/N比实际生活污水为研究对象,重点考查了A2/O-曝气生物滤池生化系统的脱氮除磷特性.同时,考虑到A2/O工艺的主要功能是除磷及反硝化,而曝气生物滤池则以硝化为目的.因此,通过缩短A2/O的泥龄,可将硝化过程从A2/O中分离出去,让曝气生物滤池完成硝化,实现硝化菌和聚磷菌的分离,并解决了硝化菌和聚磷菌泥龄之间的矛盾.试验结果表明,该生化系统可实现有机物、氮和磷的同步去除.在平均C/N比为4.2,内回流比R为250%的条件下,平均进水COD、TN、TP分别为239.9、57.3和5.1mg·L-1,平均最终出水COD、TN、TP分别为34.1、13.3和0.1mg·L-1,去除率分别为85.8%、76.9%和98.3%.曝气生物滤池对氨氮几乎保持了100%的去除率.序批试验表明,反硝化聚磷菌占聚磷菌的比例为40.5%.     

生物炭对MSL污水处理及微生物群落结构的影响

为进一步提高多级土壤渗滤(MSL)系统对污染物的去除性能,通过对比不同形状土壤模块(方形结构和U形结构)的MSL系统,典型污染物去除率及微生物群落结构,探究生物炭对MSL系统污染物去除机理的影响.实验结果表明,在不同水力负荷下,生物炭可显著提高MSL系统对污染物的平均去除率(P<0.05),并表现出快速启动与抗冲击负荷能力,对COD_Cr、TP、NH₃-N、TN的平均去除率为87.74%、96.23%、97.65%、89.38%;U形结构可提高MSL系统对COD_Cr、TP、NH₃-N、TN的平均去除率,但与方形结构无显著性差异(P>0.05)(TP除外);生物炭提高了MSL系统中氨氧化细菌以及反硝化菌属的相对丰度,强化了系统对氨氮的去除;U形结构提高了亚硝酸盐氧化细菌的相对丰度,使脱氮过程更加顺利.因此,生物炭通过调节MSL系统的微生物群落结构特征、改善系统水分运动状态,增强了系统对典型污染物的去除能力与抗冲击负荷的能力.     

微气泡曝气生物膜反应器处理低C/N比废水脱氮过程

微气泡曝气生物膜反应器是微气泡曝气技术与好氧生物处理相结合的新型处理工艺.本研究采用微气泡曝气生物膜反应器在低气水比下处理低C/N比废水,考察了生物脱氮过程和性能,并分析了脱氮功能菌群变化.结果表明,通过低气水比(小于1∶2)控制DO浓度并降低进水C/N比,可以实现生物脱氮过程从同步硝化-反硝化向同步短程硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)过程转变,并可获得较高的低C/N比废水生物脱氮性能. DO浓度低于1. 0 mg·L-1、进水C/N比为1∶2. 8时,SNAD过程成为生物脱氮的主要途径,TN平均去除率可达到76. 3%,TN平均去除负荷为1. 42 kg·(m3·d)-1,厌氧氨氧化过程对TN去除的贡献率为86. 0%.随着进水C/N比降低,生物膜中亚硝化菌群和厌氧氨氧化菌群的相对丰度逐渐增加,而硝化菌群和反硝化菌群的相对丰度逐渐降低.生物脱氮功能菌群变化与脱氮过程转变为SNAD过程相一致.     

低温条件IASBR处理养猪沼液脱氮性能研究

以实际养猪沼液为研究对象,考察分步进水间歇曝气序批式生物反应器(IASBR)在低温条件下的脱氮性能.结果表明:IASBR反应器的硝化性能临界水温为10℃,水温低于10℃时硝化性能急剧下降,水温10℃以上时氨氮去除率达到90%以上,且水温15℃以上氨氮负荷极限可达到0.30 kg·m~(-3)·d~(-1);低碳氮比(COD/TN)1.7±0.3条件下,反硝化性能临界水温为20℃,20℃以上时TN去除率可保持在80%以上,最高达90%,20℃以下时脱氮效率明显降低,出现亚硝态氮积累现象.此外,IASBR反应器脱氮除磷效率高,温度对TOC和TP去除率的影响不敏感.不排泥条件下,进水COD/TN为3.1±0.4时,TN去除率高达90%以上,TOC和TP去除率分别高达83.6%±3.9%和58.5%±17.8%;随后COD/TN降低至1.7±0.3后,TN去除率仍高达80%以上,TOC和TP去除率仅略有降低分别为77.3%±4.6%、53.1%±10.1%.     

前置反硝化BAF工艺处理生活污水的脱氮试验研究

应用前置反硝化BAF工艺对生活污水进行试验研究,结果表明水力负荷对该工艺处理效果影响显著.在A段与O段体积比 1∶2、气水比3∶1、回流比200%的条件下,最佳水力负荷为2.80 m3/(m2·h),此时COD去除率在90%左右, NH 4-N去除率大于85%,总脱氮率大于70%;出水COD小于30 mg/L,NH 4-N小于5 mg/L,TN小于15 mg/L;同时发现回流比对系统TN去除效果影响较大.     

水耕植物过滤法去除氮磷的影响因素及途径

采用水耕植物过滤法(hydroponic bio-filter method,HBFM)净化富营养化地表水的试验表明,在水力负荷为3.0 m³/(m²·d)的条件下,TN、TP年平均去除率分别为16.8%、30.8%,年平均去除速率分别为1.0、0.1 g/(m²·d)．通过底泥沉积去除的氮、磷分别占系统氮、磷总去除量的62.2%和75.9%,是TN、TP最主要的去除途径．HBFM的最佳水力负荷为3.0～4.0 m³/(m²·d).西洋菜收割时的剪割强度影响其氮磷吸收速率,每次剪割长度不得超过10　cm.收割频率为1次/月时不会影响HBFM的氮磷去除效果.     

多级土壤渗漏系统处理农村生活污水

构建了多级土壤渗漏系统（MSL）以处理农村生活污水,主要研究了MSL的挂膜启动特征,进水水力负荷对MSL处理生活污水性能的影响,以及MSL运行过程中生物膜的特征.实验结果表明,采用连续进水的方式挂膜28d后,挂膜成功,MSL对生活污水中COD,氨氮,TN,TP的去除率分别达到84.5%,74.7%,66.7%,76.4%.MSL运行过程中,表现出对进水水力负荷变化较强的适应性,水力负荷为400L/（m²·d）时,生活污水中COD,氨氮,TN,TP的平均去除率分别达到93.4%,94.9%,80.4%,94.7%,系统出水水质能够满足城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级A标准.MSL对有机物和氮磷的去除途径结果表明,微生物降解和转化作用对污水中COD,氨氮,TN的去除贡献率最大,Fe³⁺与PO₄^3-的化学沉淀作用则是TP去除的主要途径.实时荧光定量PCR技术检测结果显示,生物膜中硝化功能菌占总菌群的35.5%.     

分流比对土壤渗滤系统脱氮效果的影响研究

针对污染物浓度较高的养猪废水,开展了不同分流比条件下土壤渗滤系统处理效果的对比研究,并分析了分流比对系统中脱氮微生物数量及氧化还原电位(ORP)变化的影响.试验结果表明,分流比对土壤渗滤系统的脱氮效果影响较大,而对COD、TSS和TP的去除效果无明显影响,当水力负荷(HLR)为0.01m3·m-2·d-1且分流比为1∶2时,系统对TN的去除效果最好,平均去除率达80.20%,而对其他污染物的平均去除率均可达90%以上;分流比可影响土壤渗滤系统中脱氮微生物的数量,分流比的增大可促进系统中反硝化细菌数量的增加,强化系统的脱氮效果;另外,分流比还可影响系统填料层中ORP的变化.因此,根据系统进水水质选择合适的分流比,是强化土壤渗滤系统脱氮效果的关键因素.     

微藻膜反应器处理海水养殖废水性能及膜污染特性

以海水养殖废水为研究对象,探究了微藻膜反应器的脱氮除磷效能及膜污染特性.采用青岛大扁藻（Platymonas helgolandica tsingtaoensis）作为生物源,经过60 d的运行,微藻膜反应器的TN和TP去除率分别为73.6%和77.9%,TN和TP去除速率达到15g·（m³·d）^-1和2.8g·（m³·d）^-1.反应器中的微藻能够较快富集,最大生长速率可达53.3mg·（L·d）^-1,最大生物量可达1.4 g·L^-1.第18d和38d分别对反应器中的微藻进行采收,未影响反应器的脱氮除磷效能,且可以在一定程度上缓解膜污染现象.微藻生物量的增加会显著提高膜污染物质的含量,三维荧光光谱结果表明,色氨酸类蛋白质和芳香类蛋白质是造成膜污染的重要因素.     

亚热带丘陵区绿狐尾藻人工湿地处理养猪废水氮磷去向

以亚热带丘陵区为研究区,采取野外定位观测的研究方法,选取耐高氮（N）、磷（P）的绿狐尾藻为湿地植物,建立稻草基质池+6级绿狐尾藻表面流湿地系统,湿地总面积1597 m²,水力负荷0.06~0.14 m·d^-1,水力停留时间31 d,研究此湿地系统对养猪废水（NH₄⁺-N：535.4~591.09 mg·L^-1、TN：682.09~766.96 mg·L^-1、TP：57.73~82.29 mg·L^-1和COD：918.4~1940.43 mg·L^-1）的治理效果,旨在为亚热带高负荷猪废水的生态治理提供参数依据.结果表明,湿地系统对NH₄⁺-N、TN、TP和COD的平均去除率为97.4%、97.1%、91.0%和90.2%,其中以CW1累积贡献率最大（37.3%、38.4%、43.3%和27.4%）.植物N、P吸收量在23.87~79.96 g·m^-2和5.34~18.98 g·m^-2之间,占湿地N、P去除量的19.1%和20.2%;底泥N、P吸附量在19.17~56.62 g·m^-2和10.59~26.62 g·m^-2之间,占去除量的19.8%和61.7%.湿地N、P去除率与影响因子间的关系表明,环境因子解释了湿地N、P去除率的79.9%和70.1%.其中,DO是湿地系统N去除的主要因子,底泥P吸附是P去除的关键.     

移动床生物膜反应器净化模拟水产养殖废水的研究

采用移动床生物膜反应器（MBBR）净化模拟水产养殖废水.结果表明,MBBR净化模拟水产养殖废水效果良好.在水力停留时间（HRT）为8 h,DO为2.0~3.0 mg·L^-1的条件下,反应器启动迅速、运行稳定,能使COD和氨氮去除率均达到80%以上,TP去除率达到50%左右;有机负荷为（0.76±0.03）kg·m^-3·d^-1时,TN及氨氮去除效果最好,去除率分别达到71.73%及98.42%.为达到良好的TN去除效果,有机负荷不宜低于0.5 kg·m^-3·d^-1;DO为（3.00±0.25）mg·L^-1时,TN去除效果最好,最有利于同步硝化反硝化;为保持较高的氨氮去除效率,并减少亚硝态氮积累,DO浓度不应低于2.0 mg·L^-1;HRT过短会使氨氮去除效率降低,且可能出现亚硝态氮积累;采用序批式进水运行方式,对TP的去除效果优于连续进水方式,但运行周期后半段会出现亚硝态氮积累,对鱼类产生危害.     

北固山湿地虉草氮磷积累和转移能力的研究

通过研究镇江北固山湿地中优势种虉草(Phalaris arundinaces Linn)的生物量以及不同时期各器官总磷/总氮含量及氮/磷累计的动态变化规律,探讨了虉草对氮磷的转移能力.结果表明:1)虉草生物量呈先增加后减少的趋势,茎的生物量远大于叶和根.2)叶中的氮含量大于茎和根,在4月份时达到峰值33.02 mg·g-1;根中的磷含量远大于叶和茎,在8.94～9.83 mg·g-1之间.3)各器官对氮的累积以茎为最高,在5月份时达峰值,为16272 mg·m-2;根中的磷累积最高,茎其次,峰值分别为3196 mg·m-2、5097 mg·m-2.4)相关性分析结果提示氮/磷的去除量与植物的生物量成正相关,适时收割虉草可以从湿地中转移氮和磷.     

溶解氧对Biolak型A2O工艺脱氮除磷性能的影响

通过对Biolak型A2O工艺处理生活污水工程应用的研究,考察了好氧段溶解氧(DO)浓度对该工艺脱氮除磷的影响.试验结果表明,DO浓度变化对系统COD、NH+4-N处理效果的影响不大,而对系统总氮及总磷的去除效果影响显著.当DO浓度控制在0.80~1.50 mg·L-1之间时,系统总氮去除效果最佳,可以达到69.5%,系统好氧段可实现同步硝化反硝化除氮.通过对系统氮进行物料衡算发现,23.7%的总氮通过好氧段多级A/O反硝化脱氮去除.当DO浓度为1.00~3.00 mg·L-1时,总磷(TP)去除率较高,可以达到74.0%.DO浓度控制在1.00~1.50 mg·L-1之间时,系统脱氮除磷效果最佳,此时TN、TP的去除率分别为68.9%、73.7%,二级生化处理段出水TN、TP分别为12.02、0.95 mg·L-1.     

进水渗滤液总氮和BOD5/TN对填埋场反应器反硝化和厌氧氨氧化协同脱氮的影响

晚期垃圾渗滤液具有氨氮浓度较高、碳氮比(C/N)较低和可生化性差的特点,生物脱氮较困难.本文研究了改变进水总氮负荷和BOD5/TN比值对填埋场生物反应器处理垃圾渗滤液的脱氮效果的影响.结果表明,总氮负荷为15~25g·(m3·d)-1的范围内时,总氮去除负荷稳定为10~12 g·(m3·d)-1,但是总氮去除率随着负荷的增加从67.7%下降至60.2%,说明在一定范围总氮负荷的增加会降低总氮去除率,但不会影响去除负荷.当改变进水的BOD5/TN从0.3提高到0.4后,总氮负荷为9 g·(m3·d)-1时的厌氧、准好氧反应器,总氮去除率可从79.9%分别提高到89.9%和86.2%,表明提高BOD5/TN能够有效促进填埋场生物反应器对总氮污染物的去除,并且厌氧条件下效果更好.脱氮途径分析表明,填埋场生物反应器中厌氧氨氧化和反硝化作用可以协同脱氮.