间歇曝气SBR处理养猪沼液的短程脱氮性能

采用间歇曝气序批式活性污泥法(intermittently aerated sequencing batch reactors,IASBR)处理养猪沼液,研究在控温30℃、分步进水条件下的短程脱氮性能.结果表明,进水化学需氧量(COD)与总氮(TN)的比值对脱氮性能影响很大,当进水COD/TN为0.8±0.2时,反应器内亚硝态氮浓度持续积累到高达800 mg·L~(-1),对TN、氨氮(NH~+_4-N)和总有机碳(TOC)的去除率仅分别为18.3%±12.2%、84.2%±10.3%、60.7%±10.7%;进水COD/TN提高到2.4±0.5后,亚硝态氮积累浓度迅速从800 mg·L~(-1)降低至10 mg·L~(-1)以下,TN、氨氮和TOC的去除率分别上升至90%、95%和85%以上.逐步缩短HRT以提高运行负荷,发现氨氮负荷是IASBR稳定脱氮的制约因素,体系耐受的氨氮负荷最大为0.30 kg·(m3·d)-1,当超过耐受负荷后,TN、氨氮和TOC的去除率将显著下降.整个运行阶段反应器内亚硝态氮积累率达74.6%~97.8%,运行稳定期实现TN去除率达90%以上,IASBR系统在低碳氮比下实现了高效稳定的短程硝化反硝化,且不需要额外添加碱度药剂,在处理高氨氮低碳氮比废水上具有优越性.     

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%.     

沼液SBR处理出水养殖螺旋藻

养猪沼液氮磷等营养物质丰富,可作为廉价的螺旋藻培养基,但其成分复杂,尤其是高氨氮等因素严重抑制螺旋藻的生长.采用序批式生物反应器(sequencing batch reactor,SBR)降低沼液中的氨氮浓度,通过改变进水中化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)与总氮(total nitrogen,TN)的比值,研究了沼液中的亚硝态氮及硝态氮的保留情况,为螺旋藻生长提供氮源.通过对比螺旋藻在不同工况出水中的生长情况,以及氮元素的保留情况,筛选出最佳SBR工况.摇瓶试验结果表明,当进水COD/TN=3.0,出水中氨氮、硝态氮、亚硝态氮浓度分别为51.2、91.6、213.1 mg·L~(-1),此时螺旋藻具有较快生长速率,产率达到0.084 g·(L·d)~(-1).在此基础之上,通过放大螺旋藻培养规模至120L,研究了螺旋藻在室外大棚中的生长情况及螺旋藻对沼液中氮、磷元素的去除,结果表明螺旋藻在室外依然生长良好,培养10 d后,产率为(0.075±0.003)g·(L·d)~(-1),螺旋藻蛋白含量达到60%左右,养殖出水中氨氮去除率达到99%.     

两种膜生物反应器处理养猪沼液的比较研究

养猪沼液有机物和氨氮浓度高,碳氮比低,生化处理难度大.本文对比研究了生物膜式膜生物反应器(biofilm membrane bioreactor,BF-MBR)和传统膜生物反应器(MBR)在进水化学需氧量(COD)和总氮(TN)比值分别为1.0±0.2和2.3±0.4条件下对养猪沼液的处理效果.结果表明,养猪沼液COD/TN为1.0±0.2时,两套反应器的出水水质都较差且波动较大.进水COD/TN比值提高到2.3±0.4后,两套系统的出水水质和运行稳定性均得到大幅度提高;BF-MBR对COD和氨氮的去除率分别为92.3%±2.4%和97.5%±4.1%,略优于MBR的91.9%±1.5%和91.2%±14.0%.与MBR相比,BF-MBR因生物膜的影响,对总氮和总磷去除率分别达36.7%±19.5%和54.0%±18.9%,显著高于MBR去除率19.2%±12.4%和29.0%±18.1%;BF-MBR系统比MBR减少了近40%的外加碱耗.BF-MBR比MBR有更好的污染物去除效果且消耗更少的外加碱剂,因此对处理沼液的适用性更好.     

生物活性炭滤池修复地表水的研究

采用自行设计的生物滤池反应器去除地表水中的氮,考察了HRT、水力负荷和氨氮负荷对生物滤池出水水质的影响。结果表明:系统TN去除率随水力负荷的增加而下降,氨氮去除率无明显变化,水力负荷小于1.2 m3/(m2·d),TN去除率达到54%以上;在进水氨氮质量浓度为14.52~17.44 mg/L条件下,HRT为10 h时,生物滤池对氮去除效果较好;当HRT为6 h,进水氨氮负荷增加到0.048 kg/(m3·d)以上,氨氮和TN平均去除率分别为96%和31%。     

微气泡曝气生物膜反应器同步硝化反硝化研究

同步硝化反硝化(SND)是废水处理中的新型生物脱氮工艺,和传统生物脱氮工艺相比具有显著的应用优势.本研究采用微气泡曝气固定床生物膜反应器,研究了SND过程中污染物去除效果并检测了生物膜功能菌群的变化情况.结果表明,在微气泡曝气固定床生物膜反应器内可以实现同步硝化反硝化,通过提高进水COD负荷和C∶N比,降低溶解氧(DO)浓度,同时增加填料床层孔隙率,可以改善SND效果.当进水COD负荷和总氮(TN)负荷为0.86 kg·(m3·d)-1和0.10 kg·(m3·d)-1,且填料床层孔隙率为81%时,COD和TN的去除率分别为97.6%和70.2%,实现了COD和TN的同步高效去除;同时,微气泡曝气对氧传质的强化作用使得氧利用率高达91.8%.此外,生物膜活性和硝化及反硝化功能菌群的变化,与反应器COD、氨氮和TN去除能力的变化基本一致.     

间歇曝气式膜生物反应器对养猪沼液中兽用抗生素的去除特性

研究了间歇式膜生物反应器在不同进水碳氮比和有机负荷下对养猪沼液中11种兽用抗生素的去除特性,以及污泥中抗生素的含量变化.结果表明,水力停留时间(HRT)≥5 d、化学需氧量(COD)/总氮(TN)=2.1时,该膜生物反应器对抗生素和COD的去除率均较高,分别达到(79.1±0.7)%和(88.4±1.4)%;当HRT缩短至3 d时,虽然COD去除率不受影响,但抗生素的去除率明显下降;COD/TN从2.1降至0.7后,抗生素去除效率不受影响,但COD去除率明显降低.长污泥龄(SRT)下污泥中出现四环素类和喹诺酮类抗生素的持续积累,积累量随污泥龄的缩短而降低.污泥中的抗生素含量与组成受进水影响较大.     

中试规模微气泡曝气生物膜反应器运行性能评估

运行中试规模微气泡曝气生物膜反应器处理校园生活污水,对其运行性能进行评估,并与传统生物处理工艺比较.结果表明,采用中试系统处理校园生活污水原水时,平均COD去除率和去除负荷分别为57.0%和2.68 kg·(m~3·d)~(-1),平均氨氮去除率和去除负荷分别为17.4%和0.17 kg·(m~3·d)~(-1),平均TN去除率和去除负荷分别为15.8%和0.21 kg·(m~3·d)~(-1),平均氧利用率达到100%.采用中试系统处理可生化性较差的生物接触氧化池出水,平均COD去除率和去除负荷分别为46.0%和1.53 kg·(m~3·d)~(-1);平均氨氮去除率和去除负荷分别为17.1%和0.32 kg·(m~3·d)~(-1);平均TN去除率和去除负荷分别为14.1%和0.28 kg·(m~3·d)~(-1);平均氧利用率高于50%.由于微气泡曝气能够加速氧传质过程并提高氧利用率,因此相同进水条件下,中试系统污染物去除能力显著优于传统生物接触氧化工艺和传统曝气生物滤池工艺.     

高氮渗滤液短程深度脱氮及反硝化动力学

采用单级UASB-SBR生化系统处理实际高氮晚期渗滤液,重点研究了系统的有机物和氮去除特性,同时考察了SBR短程生物脱氮系统内微生物的反硝化动力学特性.试验结果表明,该生化系统能够高效、深度去除渗滤液内高浓度有机物和氮.UASB反应器的平均COD负荷为6.5 kg/(m3.d),去除速率为5.3 kg/(m3.d).在进水COD平均为6 537 mg.L-1,NH+4-N为2 021mg.L-1的条件下,出水分别为354 mg.L-1和2.8 mg.L-1以下,去除率分别为94.6%和99.8%,尤其是该系统获得了99.2%的TN去除率,出水TN20 mg.L-1,实现了深度脱氮的目的.SBR反应器实现并维持了稳定的短程硝化,通过90%以上的亚硝化率实现高效的氨氮去除,同时SBR系统内微生物的反硝化特性符合Monod动力学方程.     

自动控制实现两级混合床反应器处理垃圾渗滤液的短程硝化

采用两级混合床反应器(分别命名为 Hybrid Ⅰ和 HybridⅡ).对垃圾渗滤液中的COD和氨氮去除进行了试验研究,混合床由颗粒悬浮载体和固定组合软性填料相结合.试验以反应器的 DO、pH、ORP、SS等作为在线控制参数,研究了该反应器在固定温度(28～33℃)、不同进水负荷、DO 和 pH值下的运行效果,最后在 Hybrid 反应器的优化控制条件(DOHrbrid Ⅰ=(2.0±0.2)mg·L-1,DOHbrid Ⅱ=(1.5±0.2)mg·L-1,pHHybrid Ⅰ=8.0±0.2,pHHybrid Ⅱ=8.5±0.2,周期进水量为50L)下,实现了COD的高效去除以及氨氮的短程硝化去除.垃圾渗滤液进水 COD和氨氮分别为2300～5700mg·L-1和580～1150mg·L-1.两级混合床反应器工艺的COD和氨氮的去除率分别为93%和95%左右,总氮(TN)的去除率在82%以上.连续运行过程中 Hybrid Ⅰ和 Hybrid Ⅱ反应器的COD最大去除速率分别为 1.91 kg·m-3·d-1和0.75kg·m-3·d-1,氨氮亚硝化速率最大分别为 0.54kg·m-3·d-1和0.33kg·m-3·d-1.运行结果表明,该工艺耐冲击负荷强,处理效果稳定.     

基质浓度对ABR厌氧氨氧化反硝化脱氮除碳效能影响及动力学特征

采用厌氧折流板反应器(ABR)为研究对象,以一定COD、NH+4-N和NO-2-N比例增加进水基质浓度,以明确基质负荷提高对ABR厌氧氨氧化和反硝化协同体系脱氮除碳的影响,并通过基质去除模型获得反应器对基质的耐受程度.研究表明,ABR反应器能够实现厌氧氨氧化反硝化耦合脱氮除碳,当进水基质COD、NO-2-N和NH+4-N浓度从220、168和60 mg·L~(-1)提高至420、270和110 mg·L~(-1)时,反应器脱氮效能下降,COD、NO-2-N、NH+4-N和TN去除率分别为97%、94%、30%和78%,厌氧氨氧化对TN去除的贡献率从43.08%骤降至16.49%,反硝化脱氮贡献率从53.81%增至82.07%.动力学模型拟合发现,Stover-Kincannon模型(R2=0.937,TN;R2=0.975,COD)较一级基质去除模型(R2=0.314,TN;R2=0.016,COD)更适合评价反应器对基质的承受力;Stover-Kincannon模型表明,反应器对TN和COD的最大基质利用率分别为1.43 g·L-1·d-1和3.33 g·L-1·d-1,饱和常数(KB)分别为1.2和3.79,研究认为ABR协同脱氮除碳体系理论上还有继续提升基质负荷的潜力.     

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.     

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.     

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.     

不同曝气强度下SBMBBR和SBR脱氮除磷性能对比研究

对比考察了不同曝气强度下序批式活性污泥反应器(SBR)和序批式移动床生物膜反应器(SBMBBR)的脱氮除磷效果,并分析了反应器单个周期内有机物、氮和磷的转化过程.实验结果表明,SBMBBR和SBR脱氮主要是基于好氧段发生的同步硝化反硝化(SND)及进水、搅拌阶段发生的缺氧反硝化途径实现的,而除磷是基于常规生物除磷和反硝化除磷过程而完成.曝气强度会影响SBR和SBMBBR好氧阶段SND发生的程度,最佳曝气强度下两者通过SND作用去除的TN量分别达到去除总量的47.7%和79.0%.在采用先行厌氧的运行方式,保持系统内高浓度微生物,使反应器在进水C/N比只有2.2～3.5的条件下均取得了良好的脱氮除磷效果.两者相比,SBMBBR和SBR在COD和NH4-N去+除方面没有差异,而SBMBBR的反硝化、除磷效果更优,TN、TP去除率分别达到95.4%和93.5%,较SBR分别高出10.9%和4.1%.     

新型后置反硝化工艺处理低C/N(C/P)比污水脱氮除磷性能研究

从内碳源有效利用角度出发,开发了新型连续流后置反硝化AOA工艺,将厌氧段混合液按一定比例分流至缺氧段,从而强化缺氧段反硝化除磷作用.进水NH₄⁺-N和PO₄^3--P浓度保持在(38.31±2.03) mg·L^-1和(5.74±0.13) mg·L^-1,在不同运行阶段进水COD分别控制在300 mg·L^-1和250 mg·L^-1,考察了AOA工艺处理低C/N(C/P)比污水过程影响因素.当进水C/N比和C/P比分别为7.41±0.26和52.36±1.25时,通过将SRT由10 d延长到16 d,系统TN和PO₄^3--P去除率分别稳定在65.86%±2.06%和90.00%±3.97%;当进水C/N比、C/P比降至6.14±0.32和43.40±1.37时,在SRT为16 d条件下,将A/O/A体积比由1/3/1调整为1/2/2,TN和PO₄^3--P去除率分别升至69.76%±3.36%和98.73%±1.82%.结果表明,采用控制SRT、调整好氧/缺氧HRT等策略,可保证处理低C/N(C/P)比污水AOA工艺高效稳定运行.     

基于CANON工艺的新型HABR反应器生物脱氮性能研究

采用新型复合式折流板反应器(HABR)启动及运行全程自养脱氮(CANON)工艺.通过缩短水力停留时间(HRT)的方式提高进水总氮负荷启动反应器,反应器运行成功后,考察反应器沿程氮素、电导率、p H值及MLSS的变化规律,并对反应器内微生物种群形态结构及空间分布进行分析.结果表明,当进水NH_4~+-N平均浓度为40 mg·L~(-1)时,经过89 d的连续运行,新型HABR反应器实现了快速启动,并能稳定运行至187 d,稳定运行期出水NH_4~+-N和TN浓度分别稳定在2 mg·L~(-1)和10 mg·L~(-1)以下,去除率分别达到96%和83%以上,NRR达到0.15 kg·(m~3·d)~(-1).稳定运行阶段,NH_4~+-N与TN浓度在反应器沿程逐渐降低,NO-2-N和NO-3-N的生成量一直维持在较低浓度.第1个单元格脱氮效率最高,通过SEM和FISH分析表明,在第1个单元格中存在丰富的功能菌种亚硝化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(An AOB).     

固定化硝化菌去除废水中氨氮工艺的研究

采用聚乙烯醇－硼酸包埋固定化法,选用ＰＶＡ为包埋载体,粉末活性炭作为无机载体,包埋固定Ａ／Ｏ生物脱氮系统中的再经驯化过的硝化污泥,制成固定化硝化菌颗粒。     

PN/A双菌层系统的构建及其脱氮性能

分别采用SBR反应器和MBR反应器驯化培养亚硝化污泥和厌氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX)污泥,并通过微生物包埋技术将两类污泥分别包埋,构建亚硝化-厌氧氨氧化(partial nitrification-ANAMMOX,PN/A)双菌层系统.短期实验证明该系统中亚硝化菌(ammonia oxidizing bacteria,AOB)和ANAMMOX菌在不同阶段分别起主导作用,维持系统的酸碱平衡,并实现NH+4-N的高效去除(98.8%).长期实验表明,在溶解氧受限时,PN/A双菌层系统能够有效提高系统对溶解氧的利用效率,并增强系统的稳定性和脱氮效能.在溶解氧为1.0 mg·L~(-1),进水NH+4-N质量浓度分别为200 mg·L~(-1)和400 mg·L~(-1)时,对照组脱氮效率仅为58.1%和61.4%,而PN/A双菌层系统脱氮效率均稳定在80%左右;溶解氧为3.0mg·L~(-1),进水NH+4-N质量浓度为400 mg·L~(-1)时,PN/A双菌层系统总氮去除率达87.9%,总氮积累负荷(NLR)为0.4kg·(m3·d)-1,总氮去除负荷(NRR)为12.8 mg·(g·h)-1.