外加磷提高生物预处理效果的试验研究

利用国内研究较多的生物陶粒滤池预处理工艺,在我国北方某水库原水中添加微量的磷,考察磷对生物预处理的促进作用通过生物分析方法,发现在原水水样中添加50μg/L的PO₄^3--P(NaH₂PO₄)后,可以促进原水中细菌的生长,BDOC也有所增加,证明了原水中磷对细菌生长的限制因子作用陶粒滤池的实际运行结果表明,对于本试验所用原水,添加25μg/L的PO₄^3--P(H₃PO₄)后,生物陶粒滤池对水中CODMn的去除率平均提高4.7个百分点,UV254和TOC的去除率分别提高3.6和5.7个百分点.由此为提高生物预处理的运行效果提供了一个新的思路,也说明磷在饮用水中的作用需要引起重视.     

磷与水中细菌再生长的关系

利用细菌再生长潜力(Bacterial Regrowth Potential,BRP)的微生物分析方法,研究了水中的磷对其生物稳定性的限制因子作用.试验测试水样为经过净水工艺处理后的出水,净水工艺处理的原水取自我国北方某水库.结果表明,在测试水样中添加50pg/L的PO₄^3--P(NaH₂PO₄)后,水样的BRP增加了100%～235%.在水样中添加各种无机盐后得到的BRP同仅添加NaH₂PO₄得到的结果相差不大,而在水样中添加1mg/L的乙酸碳(NaAc)后BRP只增加了30%～40%,大大小于只添加磷的水样,这表明在该水样中磷是细菌生长的限制因子.本试验说明,有效地去除水中的磷可以作为限制饮用水中细菌再生长,提高饮用水生物稳定性的一个重要途径.     

低磷污水的HAP诱导结晶磷回收

为考察羟基磷酸钙（HAP）诱导结晶对低磷污水中PO₄^3--P的回收效果,以污水厂尾水为研究对象,采用方解石为晶种,首先全面对比了HAP诱导结晶与均相结晶的PO₄^3--P去除效果,然后通过改变晶种粒径和投加量,研究了晶种对PO₄^3--P回收的影响,并探讨了结晶反应条件对PO₄^3--P回收和产物晶型的影响.结果表明：HAP诱导结晶除磷效果要优于均相结晶,当结晶体系pH不超过9.0且残余Ca²⁺为100 mg·L^-1时,前者可将PO₄^3--P浓度降至0.5 mg·L^-1左右,后者则为5.0 mg·L^-1左右.构晶离子的扩散过程是HAP诱导结晶的控速步骤,减小晶种粒径和增加晶种投加量有利于构晶离子的扩散,可提高结晶反应速率,进而提高HAP诱导结晶对低磷污水的适应性,使PO₄^3--P回收率得到提高.对PO₄^3--P浓度为1.0 mg·L^-1的模拟废水,晶种投加量为10 g·L^-1、粒径为45 μm、Ca²⁺投加量为50 mg·L^-1和pH=9时,在10 min的反应时间内HAP诱导结晶可获得80%以上的PO₄^3--P回收率,出水PO₄^3--P和pH满足GB 3838—2002的Ⅱ类标准（0.1 mg·L^-1）.实验条件下,HAP诱导结晶产物晶型主要为HAP及其前驱物无定形态羟基磷酸钙（ACP）,产物结晶度随着pH的提高和晶种粒径的减小而提高.     

采用厌氧发酵和冷冻微波联合处理剩余污泥并回收氮磷

为了实现从剩余污泥中高品位回收鸟粪石（MAP,MgNH₄PO₄·6H₂O）,本研究考察了厌氧发酵、冷冻+微波两种污泥预处理方式促进污泥中氮、磷的释放及回收效果.试验结果表明：污泥厌氧发酵在温度30℃、pH=12、发酵时间4 d时,PO₄^3--P和HN₄⁺-N的最大释放量分别为224.50 mg·L^-1（即7.24 mmol·L^-1）和278.17 mg·L^-1（即19.87 mmol·L^-1）,PO₄^3--P物质的量浓度远小于HN₄⁺-N物质的量浓度.冷冻+微波联合预处理在冷冻温度-20℃、冷冻时间48 h、微波初始pH=3、微波时间9 min时,PO₄^3--P和HN₄⁺-N的最大释放量分别为1011.84 mg·L^-1（即32.64 mmol·L^-1）和220.82 mg·L^-1（即15.77 mmol·L^-1）,PO₄^3--P物质的量浓度高于HN₄⁺-N物质的量浓度.根据污泥上清液中的氮、磷含量,将厌氧发酵与冷冻+微波两种污泥预处理后的上清液按体积比1：9进行混合,使Mg：N：P物质的量比为1.6：1.4：1时,PO₄^3--P的最高回收率为99.11%,HN₄⁺-N的最高回收率为73.46%.X射线衍射（XRD）结果显示,回收的沉淀物主要为鸟粪石晶体.将两种污泥预处理后的上清液进行混合,有效地解决了污泥上清液中由于氮、磷比例失衡所导致的回收率下降的问题,从而实现以鸟粪石的形式高效回收剩余污泥中的氮、磷.     

不同碳源模式下酵母菌PNY2013同步脱氮除磷的应用研究

针对首次分离得到的一株具有同步脱氮除磷新功能的热带假丝酵母（Candida tropicalis） PNY2013,通过生理及动力学特征,连续流运行操作及其在含糖类工业废水中的应用3个环节,探讨了不同碳源模式下PNY2013同步脱氮除磷的特性.结果表明：PNY2013以葡萄糖、乙醇及乙酸为唯一碳源时均生长良好,其最大比增长速率μ_max分别为0.1327、0.1252及0.1115 h^-1,其同步脱氮除磷率分别可达100%、80%、100%（NH₄⁺-N）及93%、95%、98%（PO₄^3--P）.3种碳源下PNY2013同步脱氮除磷的最佳条件基本接近为：温度30℃,pH=8.0,溶解氧0~2 mg·L^-1,C/N=200∶5左右.PNY2013同步脱氮除磷的长期连续运行条件下的实验进一步表明,以葡萄糖为碳源条件下,进水NH₄⁺-N及PO₄^3--P浓度分别达400及80 mg·L^-1时,两者去除率均接近100%.与这种超强能力相比,以乙醇及乙酸为碳源条件下,进水NH₄⁺-N及PO₄^3--P浓度分别达100及20 mg·L^-1时,两者的去除率也可达60%~80%（NH₄⁺-N）及40%（PO₄^3--P）,显示出相当的同步脱氮除磷能力.在以模拟制糖废水、淀粉加工废水、啤酒废水、味精废水这4种典型含糖工业废水为碳源条件下,除淀粉加工废水外PNY2013均能有效去除COD、NH₄⁺-N和PO₄^3--P,其中,制糖、啤酒、制药废水中的COD去除率分别可达40%、89%、96%,NH₄⁺-N去除率分别为85%、94%、76%,PO₄^3--P去除率均为90%.即使在40000 mg·L^-1（制糖）及12500 mg·L^-1（啤酒）的高COD条件下,PNY2013也均具有稳定的NH₄⁺-N和PO₄^3--P去除效果,显示出良好的同步脱氮除磷应用前景.     

曝气-电解生态浮床的净化效果与机理分析

为强化生态浮床对重污染河道水体的净化能力,采用曝气-电解生态浮床联合技术增强生态浮床的净化功能.试验考察了电流密度、曝气量和处理时间对模拟的高氮磷重污染水体的净化潜力,分析了电解反应对填料细菌群落结构组成和浮床水生植物黄菖蒲（Iris pseudacorus）生长的影响.结果表明：在进水NH₃-N浓度为10 mg·L^-1,PO₄^3--P浓度为0.8 mg·L^-1,电流密度为0.74 mA·cm^-2,水力停留时间为3 d的条件下,相比于电解生态浮床和传统的生态浮床,曝气-电解生态浮床有利于水体中NH₃-N的去除（p<0.001）,其NH₃-N浓度下降至（0.92±0.24）mg·L^-1,而电解生态浮床处理的水体NH₃-N浓度为（6.85±0.17）mg·L^-1,传统生态浮床处理水体中NH₃-N浓度高达（8.09±0.40）mg·L^-1,曝气促进了水体中NH₃-N向NO₂^--N和NO₃^--N的转化.电解有利于水体中PO₄^3--P的去除,电解生态浮床处理水体中的PO₄^3--P浓度下降至（0.43±0.02）mg·L^-1,曝气-电解生态浮床处理的水体中PO₄^3--P下降至（0.46±0.02）mg·L^-1,可见,电解促进了PO₄^3--P的去除.从对I.pseudacorus生理生化指标变化分析可知,曝气有利于减弱电解反应对I.pseudacorus的损伤;对基质生物膜的16S rDNA分析可知,电解反应增加了浮床基质中自养反硝化微生物数量.因此,曝气-电解生态浮床是一种有效的净化重污染水体的方法.     

磷酸盐对土壤中外源钕交换态及生物有效性的影响

用放射性同位素¹⁴⁷Nd示踪法,以pH8.2的NaAe为土壤中交换态N的提取剂,研究了磷酸盐对土壤中外源Nd的交换态及生物有效性的影响.结果表明,无论磷酸盐存在与否,加入土壤中的Nd 99.5%以上均被吸附.磷酸盐对稀土离子具有较强的沉淀作用,能够降低土壤中交换态Nd的含量,在实验中发现,KH₂PO₄在0.3g·kg^-1～1.5g·^-1范围内土壤中交换态Nd含量无明显变化.另外实验表明磷酸盐还具有降低小麦对Nd吸收的作用,分析得出土壤中交换态Nd浓度与小麦幼苗中Nd含量存在显著相关性.     

原水生物预处理的轻质滤料滤池和陶粒滤池运行效果对比

以我国北方某水库水作为试验用原水,对比研究了采用biostyrene轻质滤料为填料的新型生物滤池和生物陶粒滤池对该原水进行生物预处理时的实际运行情况.结果表明,作为一种生物预处理工艺,轻质滤料滤池处理过程可以明显地改善原水水质.对于该试验原水而言,轻质滤料滤池对COD_Mn的去除在5%～20%之间,对NH₄⁺-N的去除则达到80%～95%,出水浊度也得到一定程度地降低,说明该滤池用于饮用水水源生物预处理是可行的.试验结果还表明,在相同的运行条件下,轻质滤料滤池对原水中的污染物,特别是对有机污染物和浊度的去除效率低于陶粒滤池,反冲洗过程对其运行效果的负面影响也比陶粒滤池显著.     

木屑生物炭在雨水径流中的氮磷淋出和吸附特性

现阶段生物滞留系统的填料存在氮磷营养素淋出及吸附净化效果不稳定的问题.为评估木屑生物炭作为生物滞留系统过滤层填料的可行性,选用传统填料（椰糠、堆肥、陶粒和火山石）作为对比材料,通过理化性质测试、批量淋洗实验、等温吸附和解吸实验,研究木屑生物炭的基本性质、淋出特性和吸附特性,探究木屑生物炭对生物滞留系统的优化效果与改良机制.结果表明,经高温热解生成的木屑生物炭具有疏松和多孔的特性,饱和含水率为195.65%,持水效果好;热解后木屑生物炭表面的氮磷元素转换为稳定的化合物,在批量淋洗实验中其氮素淋出量低、淋出速度快,磷素淋出滞缓但在人造雨水径流的淋洗中保持线型负值增长,吸附效果稳定;在典型雨水径流浓度（2mg·L^-1的NH₄⁺及2mg·L^-1的PO₄^3-）下,木屑生物炭可吸附34.6mg·kg^-1的NH₄⁺和59.5mg·kg^-1的PO₄^3-,具有突出的综合吸附能力;NH₄⁺及PO₄^3-吸附平衡后的木屑生物炭在去离子水中的平均解吸率为21.23%和17.43%,吸附效果稳定.综上所述,木屑生物炭的施用可解决填料营养盐过剩淋出的问题,且具有较好的氮磷吸附效果,可用作生物滞留系统的填料解决雨水径流污染问题.     

污泥龄及pH值对反硝化除磷工艺效能的影响

以SBR成功富集后的反硝化聚磷菌（DPBs）为研究对象,分别考察了污泥龄（SRT,35、25、15 d）及pH值（7.5、8.0、8.5）对反硝化除磷过程的影响.结果表明,SRT从35d缩短至25d,使活性污泥浓度（MLVSS）从2821 mg·L^-1降低为2301 mg·L^-1,而污泥负荷（F/M,以COD/MLVSS计）从0.256kg·（kg·d）^-1增加至0.312 kg·（kg·d）^-1,虽然净释磷量及净吸磷量有所下降,但是由于污泥活性的增加,此阶段厌氧释磷、缺氧吸磷及比反硝化速率均达到最高,分别为25.07、15.92及9.45 mg·（g·h）^-1,污泥含磷率从4.78%升为5.33%,出水PO₄^3--P浓度保持在0.5 mg·L^-1以下,即PO₄^3--P去除率稳定在95%以上;当SRT进一步缩短为15d时,MLVSS低至1448 mg·L^-1,污泥中DPBs占聚磷菌（PAOs）的比例从82.4%骤降为65.7%,表明过短的SRT使得DPBs逐渐从系统中流失,此阶段污泥含磷率降至3.43%,释磷、吸磷及比反硝化速率亦出现不同程度的降低.随着pH值的升高（7.5~8.0）,厌氧释磷及缺氧吸磷速率也升高,pH值为8.0时分别达到25.86mg·（g·h）^-1和16.62 mg·（g·h）^-1;当pH超过8.0后,除磷效率快速下降,推测为磷化学沉淀导致.     

Phosphorus limitation in biofiltration for drinking water treatment

Bacterial growth potential(BGP) method and two parallel pilot-scale biofilters were used to investigate phosphorus limitation and its effect on the removal of organic matters in biofiltration for drinking water treatment. Addition of phosphorus can substantially increase the BGPs of the samples. Its effect was equivalent to that of addition of a mixture of various inorganic nutrients including phosphorus.The biofllter with phosphate added into its influent performed a higher biological stability of the effluent and a higher CODM, removal than the control filter. Thesere sults suggested that phosphorus was the limiting nutrient in the biofiltration and the removal efficiency of organic matters could be improved by adding phosphate into the influent.     

Phosphorus limitation on bacterial regrowth in drinking water

Assimilable organic carbon(AOC) test and bacterial regrowth potential(BRP) analysis were used to investigate the effect of phosphorus on bacterial regrowth in the drinking water that was made from some raw water taken from a reservoir located in northern China. It was shown that AOC of the drinking water samples increased by 43.9%—59.6% and BRP increased by 100%—235% when 50 μg/L PO4^3--P(as NaH2PO4 ) was added alone to the drinking water samples. This result was clear evidence of phosphorus limitation on bacteria regrowth in the drinking water. This investigation indicated the importance of phosphorus in ensuring biological stability of drinking water and offered a novel possible option to restrict microbial regrowth in drinking water distribution system by applying appropriate technologies to remove phosphorus efficiently from drinking water in China.     

生物吸附/MBR/硫铁自养反硝化组合工艺运行特性及蛋白质源污泥增量研究

为实现污水处理的深度脱氮除磷及蛋白质源污泥增量,进行了生物吸附/MBR/硫铁自养反硝化组合工艺处理城镇污水的试验研究.结果表明,生物吸附池可以快速富集进水中的大部分有机物,COD平均去除率为55.1%,剩余污泥采用厌氧发酵方式处理,用于生产优质碳源.通过组合工艺系统中的硝化、硫自养反硝化及铁屑除磷作用,出水氨氮、总氮和总磷分别达到1、5和0.4 mg·L~(-1)以下.优质碳源投加到MBR工艺段,碳源环境的改善使得污泥增长率从0.17 g VSS/g COD提高至0.49 g VSS/g COD,进水中总氮的同化比例从40%提高至59%.此外,污泥中蛋白质及氨基酸含量也显著增长,增长率分别为18.3%和19.7%.组合工艺在获得高排放标准水质的同时,实现了高蛋白质源污泥的增量,可为污泥资源化利用提供优质原料.     

SBR中反硝化聚磷菌的培养驯化研究

以某污水处理厂活性污泥作为种泥、生活污水作为原水,采用间歇反应器进行反硝化聚磷菌的培养驯化研究。结果表明,以进水-闲置-厌氧-缺氧-沉淀-排水的运行方式运行40d后,出水PO43--P的浓度稳定在0.2mg/L以下,去除率达95%;出水NH4+-N浓度稳定在8mg/L以下,去除率达90%。NO3--N的消耗量和PO43--P的吸收量呈线性关系,表明采用间歇反应器进行反硝化菌的培养驯化是可行的。     

基于污染物超低排放与蛋白质源污泥增量的污水处理工艺对比研究

为了实现污水处理的深度脱氮除磷及蛋白质源污泥增量,分别采用生物吸附/A~2O和生物吸附/MBR/硫铁自养反硝化工艺进行对比试验研究.结果表明,生物吸附工艺可以快速富集进水中的大部分有机物,剩余污泥采用厌氧发酵方式处理,用于生产优质碳源.两套污水处理工艺均获得了优质水质,出水氨氮、总氮和总磷分别达到5、7和0.4 mg·L~(-1)以下.优质碳源投加到A~2O和MBR工艺段,碳源环境的改善使得污泥增长率和氮的同化比例显著提高,第4阶段污泥产率分别达到0.59和0.49 g·g~(-1)(以每g COD产VSS量(g)计),氮的同化率分别达到66%和59%.此外,污泥中蛋白质及氨基酸含量也显著增长,A~2O工艺段增长率分别为34.7%和31.2%,MBR工艺段相应的增长率分别为19.7%和18.3%,实现了蛋白质源污泥的增量,为污泥资源化利用提供了优质原料.     

BAF/接触氧化沟对原水石油类的去除效果比较

在常规水处理工艺前增加生物预处理工艺,研究接触氧化沟和BAF分别作为混凝沉淀工艺的预处理工艺对石油类污染物的去除效果。原水石油类含量平均值为0.19mg/L,在三氯化铁投加量80mg/L时,接触氧化沟+常规混凝沉淀出水石油类含量平均值为0.07mg/L;BAF+常规混凝沉淀出水石油类含量平均值为0.039mg/L。结果表明,BAF作为给水生物预处理工艺对石油类污染物的去除能力优于接触氧化沟工艺,实验期间其后续混凝沉淀出水达标率为86.7%。     

多孔生物质基材用于城镇污水处理厂尾水深度净化的试验研究

为探讨城镇污水处理厂尾水的深度净化技术,以农林秸秆生物质发电后的废料制成的生物质基材为填料,考察填料对城镇污水处理厂尾水的处理效果,并借助Miseq高通量测序技术对移动床生物膜反应器（MBRR）中的悬浮填料,多孔生物质基材中生物膜的微生物群落组成和结构进行了解析。结果表明:多孔生物质基材能够深度净化市政污水处理厂尾水,对MBBR出水NH₄+-N、TN、COD和TP的平均去除率分别提高了0.9%、19.0%、7.1%和10.5%。此外,由于多孔生物质基材的微生物物种丰度和多样性高于MBBR,其微生物群落结构中反硝化相关菌属占优势（24.2%）,并含有一定比例的聚磷菌（4.6%）和自养硝化菌（1.3%）,因此多孔生物质基材更利于脱氮除磷等功能菌群的富集和生长,可对污水的强化处理起关键作用。该结果可为城镇生活污水处理厂尾水深度净化过程中强化脱氮除磷的工程化应用提供依据和参数。     

DPR-SNED系统处理低C/N城市污水与硝酸盐废水的运行特性

为实现低C/N城市污水与含硝酸盐废水的同步处理,采用SBR接种活性污泥,通过合理控制厌氧/缺氧/低氧时间和溶解氧(DO)浓度,实现了反硝化除磷耦合同步硝化内源反硝化(DPR-SNED)系统的启动,并对启动过程中系统的脱氮除磷特性进行了研究.结果表明采用厌氧/低氧的运行方式,控制厌氧时间为3 h,好氧段DO浓度为0. 5～1. 0 mg·L-1,60 d可实现同步硝化内源反硝化除磷(SNEDPR)系统的启动,出水PO_4~(3-)-P浓度0. 5 mg·L-1,系统氮磷去除率维持在90%以上,COD的去除率维持在80%以上,系统SNED率和CODins率分别维持在70%和95%左右;随后改变运行方式,采用厌氧/缺氧/低氧的方式运行,缺氧段前进含硝酸盐废水,45 d可实现DPR-SNED系统的启动,缺氧末PO_4~(3-)-P浓度1. 1 mg·L-1,出水PO_4~(3-)-P浓度0. 5 mg·L-1,系统磷、COD去除率均维持在90%以上,氮去除率维持在88%以上,系统SNED率和CODins率分别维持在62%和90%左右. DPR-SNED系统的成功启动后,厌氧段聚糖菌和聚磷菌对城市污水有限碳源的充分利用和强化储存,可为后续缺氧段及好氧段的脱氮除磷提供充足的内碳源.此外,DPR-SNED系统缺氧段内源短程反硝化的进行保障了系统在低C/N(4)条件下的高效脱氮.