聚己内酯与聚羟基丁酸戊酸酯的脱氮性能对比

以可生物降解聚合物聚己内酯(PCL)和聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)作为反硝化缓释碳源和微生物载体,利用清水释碳和批式反硝化试验选出适用于再生水反硝化深度脱氮生物滤池的可生物降解碳源滤料,通过比较与分析碳源滤料的表面形态及物质特性和附着微生物的群落特征揭示其性能优越的原因.结果表明,PHBV反硝化启动时间短,反硝化速率高,剩余有机物浓度低,相比PCL具有更稳定持续的反硝化效果.原因是其表面粗糙,且含有大量C—O和CO等亲水性基团,易于微生物附着和降解利用;其表面附着的微生物种类多样,其中发硫菌属(Thiothrix)、假单胞属(Pseudomonas)、菌胶团属(Zoogloea)、黄杆菌属(Flavobacterium)和脱氯菌属(Dechloromonas)等优势菌属均具有异养反硝化功能.因此,PHBV更适合作为再生水反硝化深度脱氮生物滤池的碳源滤料.     

农业废物反硝化固体碳源的优选

以甘蔗渣、玉米芯、稻草、稻壳、花生壳、木屑6种农业废物作为反硝化碳源和生物膜载体的备选材料,通过各物质浸出物质元素分析、含碳量以及脱氮效果、生物附着性能等方面的比较,意在优选出适于推广的反硝化固体碳源.结果表明,6种农业废物的浸出液中均未检测出铜、铅、铬及镉,安全性较好.甘蔗渣浸出液的有机碳含量和释放速率明显高于其他材料,木屑浸出液的有机碳含量则相对最低.其中,玉米芯、稻草及稻壳表现出较强的持续供碳能力.以稻草、稻壳和玉米芯为碳源和载体的实验组硝酸盐去除率均达80%以上,而木屑实验组由于碳释放量不足、生物附着性能较差等原因导致脱氮性能较差.试验初步优选出了玉米芯、稻草、稻壳可用做替代传统液体碳源的固体碳源.     

DNBF-O3-GAC组合工艺深度脱除氮磷及代谢产物

为提高污水厂尾水水质,本研究采用新型缓释碳源复配海绵铁、活性炭作为反硝化生物滤池的复合填料,分别以模拟二级处理出水和实际污水厂尾水为进水,考察了复合缓释碳源填料反硝化生物滤池-臭氧-活性炭(DNBF-O_3-GAC)组合工艺同步脱氮除磷及去除微生物代谢产物的性能,并借助Mi Seq高通量测序技术分析了反硝化生物滤池生物膜中的微生物群落结构特征.结果表明,组合工艺取得了较好的脱氮除磷及微生物代谢产物的效果:模拟配水阶段和实际尾水阶段NO_3~--N平均去除率分别达到88.87%、79.99%;TP平均去除率分别达到87.67%、65.51%;UV254平均去除率分别达到45.51%、49.23%.组合工艺各处理单元具有不同的功能:NO_3~--N、TN、TP、TFe的变化主要发生在反硝化生物滤池反应器中;UV254、三维荧光强度的变化主要发生在臭氧-活性炭反应器中.微生物在属水平进行聚类分析结果表明,反硝化脱氮系统存在硫自养反硝化菌和异养反硝化菌,当实际尾水阶段碳源相对不足时,硫自养反硝化作用有了显著加强,Thiobacillus(硫杆菌属)的占比由7.44%上升至29.62%,硫自养反硝化与异养反硝化形成的这种互补作用延长了新型缓释碳源的使用周期.     

后置固相反硝化滤池工艺沿程微生物特性

为解决现有低碳源污水处理工艺能耗高、工艺复杂和脱氮效果不佳等问题,提出一种新型的混凝沉淀/后置固相反硝化滤池工艺.为了从微生物角度来解释该工艺的宏观脱氮效果,采用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）技术研究了工艺中生物滤池沿程微生物群落结构的变化规律及脱氮功能菌的类型.结果表明,硝化滤池内生物膜中微生物的多样性和丰度沿上向流方向呈逐渐上升的趋势,且硝化细菌在顶端富集,而固相反硝化滤池呈先上升后下降的趋势,反硝化菌在中部富集.硝化滤池中的优势菌株为硝化细菌Nitrosomonas sp. Nm47和Candidatus Nitrospira defluvii;固相反硝化滤池中的优势菌株为反硝化菌Rubrivivas gelatinosus和固体碳源降解反硝化菌Myxobacteria.     

三种反硝化滤池深度脱氮中试

以污水厂实际二级出水为处理目标,通过中试试验研究了陶粒滤料反硝化生物滤池、固定床反硝化砂滤池和连续过滤连续反冲砂滤池的特性。以甲醇作为外加碳源,3种滤池均可实现出水平均总氮小于5 mg/L。不足量投加外碳源会出现出水亚硝态氮的积累。当进水TN为15 mg/L左右时,为达到出水TN小于5 mg/L,生物滤池、固定床砂滤池和连续过滤砂滤池建议滤速分别为不大于8,5.2,6.2 m/h;滤池反硝化碳源投加比例分别为4.28,3.0,3.2 g甲醇/gTN;对应的反硝化容积负荷平均值分别为1.1,0.8,1.2 kg/(m3·d)。进水组分分析发现,有机氮不是出水总氮小于5 mg/L的限制因素。     

缓释碳源滤料滤池用于二级出水的深度脱氮

以聚己内酯(PCL)为反硝化电子供体和生物载体,开发出具有脱氮和过滤功能的缓释碳源滤料滤池,并以城市污水处理厂二级出水为原水进行深度脱氮试验,结果表明,在20.1～22.0℃的条件下,进水总氮(TN)质量浓度30.0 mg.L-1,HRT为0.5 h,反硝化负荷达54.0 mg.(L.h)-1时,TN的去除率最高可达98.9%;出水总有机碳(TOC)为6.5～8.4 mg.L-1,比进水增加了2.0～3.0 mg.L-1;出水SS低于4.0 mg.L-1;反硝化过程所需有机碳主要是在微生物作用下缓慢释放,其占到有机碳总释放量的84.2%;对碳源滤料进行扫描电镜观察,发现在其表面形成了致密的生物膜,其中微生物以杆菌和丝状菌为主.     

复合碳源填料反硝化脱氮及微生物群落特性

为探讨低碳氮比污水厂尾水的深度脱氮技术,以碱处理玉米芯、零价铁和活性炭组成的复合碳源作为填料,考察反硝化生物脱氮滤柱的运行效果,并借助Miseq高通量测序技术对滤柱生物膜的微生物群落组成和结构进行解析.结果表明,复合碳源填料进行反硝化脱氮时,能有效的被微生物利用并获得较高的TN去除率.在温度为28℃左右,反硝化滤柱进水NO3--N浓度为20~30mg/L、HRT=7.7h时,TN去除率可达到95%以上,出水TOC在15mg/L左右;微生物在属水平进行聚类分析结果表明,生物膜中与反硝化作用有关的菌属和与纤维素降解有关的菌属分别占已知菌属的40.35%和29.04%.因此,污泥中反硝化作用菌属和纤维素降解有关的菌属的大量存在,为复合碳源填料高效反硝化作用提供了可能.     

新型反硝化固体碳源释碳性能研究

碳源在生物硝酸盐去除过程中起着重要的提供电子供体的作用,因此是生物反硝化的核心物质之一.选出玉米芯、稻壳、稻草、木屑4种农业废弃物做为反硝化碳源和生物膜载体,研究了4种碳源物质的释碳规律及外界因子对其释碳能力的影响.结果表明,4种碳源材料的释碳过程均满足二级动力学方程;比较而言,稻草的有机物释放量最大,释放速率也最快,...     

A2O缺氧池添加天然碳源玉米芯的脱氮特征

基于低碳源污水易硝化难反硝化的问题,构建了在A²O缺氧池添加天然碳源玉米芯的中试系统,采用物料衡算、反硝化速率测定和微生物群落分析等方法,研究了该系统的脱氮效能和反硝化体系特征.结果表明,TN去除率提升13%,出水从16.2降至10.0mg/L;同时不会造成出水氨氮和色度超标的风险.物料衡算表明,COD碳源的氧化消耗量和出水排放量降低,更多的碳源用于反硝化和污泥增殖,从而提升了氮素的去除量,其中反硝化的提升贡献更大.缺氧池形成了悬浮污泥加生物膜的复合型脱氮体系:在污水自身碳源存在时,生物膜和悬浮污泥的反硝化速率分别为24.89和32.42mg/(L∙h),可实现快速脱氮;当自身碳源消耗殆尽,二者的反硝化速率分别是4.71和1.73mg/(L×h),单位生物量反硝化速率分别是1.58和59.1mg NO₃^--N/(g VSS×h),表明玉米芯主要被生物膜利用以维持反硝化进行.该体系的主要反硝化菌属为Azospira,此外在生物膜表面还富集了能够附着生长的Iamia和Haliangium,以及能够降解玉米芯木质素的Sulfuritalea等反硝化菌属.     

前置反硝化曝气生物滤池处理生活污水的动力学研究

实验推导了前置反硝化曝气生物滤池工艺处理生活污水的有机物、氨氮、硝态氮的去除动力学模型,研究该工艺有机污染物去除机理和脱氮效能。填加火山岩滤料的前置反硝化曝气生物滤池工艺对生活污水具有良好的处理效果,COD,NH+4-N和TN的平均去除率分别可达到85.1%,97.0%,63.8%。     

6种农业废弃物初期碳源及溶解性有机物释放机制

针对农业废弃物作为反硝化碳源初期有机物释放过多,N、P和色度物质释放以及溶解性有机物成分、释放机制及潜在影响不清楚等问题,选取水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、玉米芯、大豆秸秆和大豆壳作为反硝化碳源,研究其碳源、二次污染物及溶解性有机物的释放情况,并分析其可能产生的影响.结果表明,6种材料均可作为反硝化碳源,小麦秸秆中C元素含量最高,而玉米芯释放二次污染的风险最低;6种材料在1~120 h的碳源释放过程符合二级反应动力学和Ritger-Peppas方程,二级反应动力学拟合结果表明玉米芯因具有适中的c_m值和较大的t_1/2值更适合作为反硝化碳源,Ritger-Peppas方程拟合结果表明释放机制为扩散过程;水稻秸秆浸出液中NH₄⁺-N、TN和TP浓度显著高于其他5种材料,小麦秸秆和玉米秸秆在浸泡过程中释放色度严重,玉米芯释放的N、P和色度物质均最少;玉米芯和大豆秸秆浸出液的可生化性好,造成出水二次污染的风险较低;浸出液中DOM芳香性和分子量随时间逐渐增大,腐殖化程度较低;利用平行因子法分析出5种荧光组分,主要为以类酪氨酸和类色氨酸为主的类蛋白物质,类胡敏酸为主的类腐殖酸含量较少,对后续水处理过程可能存在不利影响.本研究结果能为农业废弃物作为反硝化碳源时对初期阶段的出水水质影响及风险评估提供理论支撑.     

玉米芯和稻草秸秆强化潜流人工湿地对低C/N污水的处理效果

人工湿地在处理低C/N污水时存在碳源缺乏而严重限制反硝化进行的问题.为了补充反硝化需要的碳源,选择了玉米芯和稻草秸秆作为外加碳源引入湿地系统,对比两种碳源对湿地脱氮的强化效果.结果表明,通过11 d的纯水浸提释放实验发现,碳素累积释放量：稻草秸秆［（145.17±9.44） mg·g^-1］>玉米芯［（57.41±5.04） mg·g^-1］;氮素累积释放量：稻草秸秆［（2.31±0.09） mg·g^-1］>玉米芯［（0.66±0.08） mg·g^-1］.在观测的时间内,玉米芯和稻草秸秆累积释放碳氮比平均值分别为94.78和63.64.相比于稻草秸秆,玉米芯更适合作为外加碳源.在为期58 d的潜流人工湿地实验中,发现除了第8~12 d,添加玉米芯和稻草秸秆人工湿地出水中ρ（COD）超过50 mg·L^-1外,其它时间都低于50 mg·L^-1.在观测期间,添加玉米芯人工湿地的NO₃^--N去除率为93%~99%,具有良好的反硝化性能.而添加稻草秸秆人工湿地在运行后期NO₃^--N去除率最低只有76.8%,反硝化速率明显下降.对照组NO₃^--N去除率只有76.2%~77.7%,出现了明显碳源不足的现象.碳源不足还造成了NO₂^--N的蓄积.添加稻草秸秆和对照组人工湿地中NO₂^--N的出水质量浓度分别是玉米芯人工湿地的2.5~6倍和6~26倍.与添加稻草秸秆比,添加玉米芯可以使人工湿地中NO₂^--N出水质量浓度得到更显著地降低（P<0.05）.玉米芯、稻草秸秆和对照组人工湿地TN去除率分别为83.75%~93.49%、76.59%~78.85%和67.85%~72.56%,三者之间存在显著性差异（P<0.01）.最后,通过对玉米芯进行了稀碱加热预处理,使玉米芯的碳素累积释放量提高到（93.73±17.49） mg·g^-1,累积释放的碳氮比提高至175.8,进一步提高了玉米芯的释碳性能,表现为更合适的外加碳源.     

预处理方法对玉米芯作为反硝化固体碳源的影响

分别用1.5%NaOH、1%H2SO4、1.5%H2O2和碱性双氧水(含有1.5%H2O2的NaOH溶液)并联合紫外照射对玉米芯进行预处理,将预处理后玉米芯作为反硝化固体碳源和微生物载体进行静态释碳和静态反硝化实验,考察预处理后玉米芯释碳、反硝化性能及微生物附着情况.结果表明,经过碱和碱性双氧水预处理后的玉米芯碳源可利用性和反硝化效率均有显著的改善,尤其是碱预处理方法,静态反硝化反应至41 d时,仍能保持90%以上的硝酸盐去除率.因此,碱预处理方法可以改善玉米芯释碳性能,有利于微生物的附着和碳源的利用.     

以10种农业废弃物为基料的地下水反硝化碳源属性的实验研究

为了选择理想的农业废弃物作为优质碳源,同时作为生物膜载体应用于可渗透反应墙(PRB),通过反硝化作用去除地下水中的硝酸盐.选择小麦秸秆、玉米秸秆、稻秆、大豆秸秆、玉米棒、稻壳、甘蔗渣、杨树枝、木屑、芦苇共10种农业废弃物进行元素分析实验、浸溶实验和长效浸出实验研究.元素分析实验结果显示,10种农业废弃物的C、N、H元素含量分别为38%~48%、5%~7%、0.5%~2.5%.短效浸出实验表明,甘蔗浸出液的总有机碳(TOC)浓度最高,均值可达38.66 mg·g~(-1),大豆秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、稻壳、杨树枝和小麦秸秆为8.04~15.30 mg·g~(-1),其他均值约为2.36~6.33 mg·g~(-1).但是,大部分农业废弃物均释放一定量的含氮物质.其中,硝酸盐及亚硝酸盐释放量均低于0.05 mg·g~(-1),氨氮释放量低于0.30 mg·g~(-1),凯氏氮除木屑、玉米棒、杨树枝释放量较低,其余均高于0.80 mg·g~(-1),最高可达1.65 mg·g~(-1).同时,秸秆类材料浸出液具有一定的色度,其中稻杆的色度最高,其值为1025.选择浸出液TOC浓度较高的甘蔗渣、玉米秸秆、稻壳、小麦秸秆及凯氏氮浓度较低的玉米棒和木屑作为理想碳源材料,进行长效浸出实验.结果表明,6种材料的TOC能迅速达到高位平衡状态,且溶出速率稳定,浸出液的高效液相色谱(HPLC)和气-质谱联用仪(GC/MS)分析表明,其主要成分为有机酸、糖类、含氮有机物和酯类等物质.其中,有机酸主要为甲酸、乙酸、草酸、富马酸等小分子有机酸、糖类主要为纤维二糖、葡萄糖、果糖和木糖.脱氮效能实验表明,6种农业废弃物硝酸盐去除率均达到80%以上,脱氮速率均达到1.00~2.00 mg·cm~(-3)·d~(-1)(以N计).综上,这6种材料均可作为地下水硝酸盐污染原位修复的理想碳源填充材料.     

以稻草为碳源和生物膜载体去除水中的硝酸盐

采用室内试验装置,研究了以农业废弃物稻草为反硝化碳源和反应介质的生物反应器对于污水中硝酸盐的去除效果及其影响因素.结果表明,以稻草为反硝化碳源和生物膜载体的反应器启动时间短,对污水中硝酸盐氮的去除效果好,且试验过程中未发现亚硝酸盐累积;进水硝酸盐浓度对装置的处理效果有一定影响,浓度过高会导致硝酸盐的去除率下降;装置对进水DO和ｐH变化有一定抗性,DO在1.0～3.5 mg/L,pH在6.5～8.5之间变化时,反应器硝酸盐的去除率变化很小,缓冲能力较强;反应器稳定性强,装置运行84 ｄ后,出水硝酸盐开始升高,硝酸盐去除率逐步降低,但去除率仍在50%以上.     

传统过滤器改造连续动态过滤器的研究

结合国外先进的连续过滤技术,针对原有的传统过滤器进行设备改造,过滤过程改为"上向流过滤",滤料清洗技术采用"气提洗砂"技术.与改造前相比,该滤塔结构简单,维护和检修方便,工艺处理效率增加50%,效果稳定,运行成本降低50%.在相关的滤料过滤器系统中,连续动态过滤器改造技术符合我国水处理过滤行业现状,并充分利用原有设备和设施,通过最小投资获得新技术革新,使过滤工艺简单化,更适用于小型再生水回用系统.