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.     

软性填料用于膜法生物消化的性能研究

本文着重研究软性填料用于膜法生物硝化的性能。试验结果表明,软性纤维用于膜法生物硝化,是一种理想的填料。它适宜于微生物生长,生物膜活性强,填料比表面积大,生物膜浓度高达3.41g/l。仅需半个月的挂膜时间。用于硝化的效果好。在容积负荷为0.24kg NH_3-N/m~3·d时,NH_3-N去除率达到87％。     

不同C/N对半悬浮生物填料的同步硝化反硝化过程的影响

研究了不同的C/N比对半悬浮生物填料同步硝化反硝化(SND)过程的影响,并尝试找出能够实现完全脱氮的最佳C/N比.半悬浮生物填料生物膜反应器采用一种新颖的DO微电极技术展开试验,其结果从物质传递和分子生物学角度来阐明SND效率的差别.结果表明,物质传质和微生物的因素对SND效率有联合作用,生物膜的生物量、生物膜的结构和厚度及EPS在SND过程中有着重要的作用.使用半悬浮生物填料明显提高生物膜反应器内的生物多样性,它可以在C/N比20的条件下运行8 h后实现总氮的去除.     

软性纤维填料生物膜法A／O脱氮系统探讨

软性纤维填料生物膜法Ａ／Ｏ工艺，处理腈纶废水先后进行了小试、中试及工业性试验。试验研究证明：前置反硝化的Ａ／Ｏ系统具有充分利用废水中有机碳源、减轻好氧段负荷、节省能耗等特点。Ａ／Ｏ生化反应池内装有软性纤维填料后，反应池可以任意组合放大；不会堵塞和短流；填料适合于硝化菌生长，而且耐冲击；整个系统正常运行时，硝化段出水ＳＳ约２０～３０ｍｇ／Ｌ，其它各项指标均合格。根据多年的实践经验对工艺条件的控制作了讨论和说明。     

内循环移动床生物膜反应器的研究与应用

对传统移动床生物膜反应器进行改进,开发了内循环移动床生物膜反应器,通过处理模拟生活污水的研究,考察了反应器去除有机物和脱氮的能力。结果表明,在填料投加率为35%、进水COD为200～800mg/L、HRT为6h、有机负荷为0.8～3.2kg/(m.3d)的条件下,系统COD的去除率在89%以上;同时反应器具有良好的同步硝化反硝化脱氮能力,在DO为2.0mg/L、C/N为25、HRT为6h的条件下,NH4-N和TN的平均去除率分别可以达到98%和93%。另外,内循环移动床生物膜反应器与移动床生物膜反应器的对比实验结果表明,前者对COD和氮的去除效果都优于后者。     

膜曝气生物膜反应器同步硝化反硝化研究

炭膜作为膜曝气生物膜反应器膜组件处理人工合成废水,在单一反应器内实现了同时去碳脱氮.结果表明,当进水COD和NH^＋₄-N浓度分别为338 mg/L和75 mg/L,HRT为14 h,炭膜腔内压力为13.6 kPa时,COD、NH⁺₄-N和TN的去除效率分别为82.5%、 95.1%和84.2%.但是在反应器运行的后期TN去除效率明显下降,主要是因为高有机负荷导致无纺布上的微生物过度繁殖,严重影响了硝化过程的进行.通过荧光原位杂交和扫描电镜技术观察生物膜微生物结构,得出厌氧或兼氧菌主要分布在生物膜外层的缺氧区,而氨氧化菌主要分布在生物膜内层的好氧区.硝化细菌和反硝化细菌在生物膜内的共存实现了炭膜曝气生物膜反应器的同步硝化反硝化.     

A2N双污泥反硝化除磷系统微生物的先间歇后连续培养及快速启动

以实际生活污水为对象,研究了反硝化聚磷菌(DPB)的驯化培养以及A2N双污泥反硝化除磷系统的快速启动.采用先独立培养反硝化聚磷菌和好氧硝化生物膜再连续运行的方式成功地快速启动了A2N系统.采用污水处理厂除磷工艺中的活性污泥为种泥,在SBR系统中以先A/O(厌氧,好氧)后A/A(厌氧,缺氧)的方式运行.32 d成功地使反硝化聚磷菌成为优势菌属.在SBR反应器中,采用硝化效果较好的活性污泥为种泥,好氧硝化生物膜30 d挂膜成功.氨氮去除率稳定在99%以上.然后.A2N系统连续运行,11d后系统反硝化除磷效果进入稳定状态,出水氨氮和正磷酸盐浓度均为O,硝态氮为10.26 mg/L,出水COD为19.56 mg/L,COD、氨氮、总氮和磷去除率分别为91%、100%、77%和100%,说明A:N系统具有很好的脱氮除磷效果,认为系统启动成功.     

硫铁填料和微电流强化再生水脱氮除磷的研究

为提高再生水质量,在不同C/N和HRT条件下,对比分析硫铁复合填料和微电流作用强化再生水深度脱氮除磷效果.结果表明,硫铁复合填料和微电流作用均能够强化氮、磷的深度去除效果,且二者结合能够使反硝化系统pH值稳定在7.2~8.5之间.系统中TN主要靠异养反硝化、氢自养反硝化和硫自养反硝化作用去除,94.04%的TP是以生成磷酸铁沉淀的形式去除.分别从填料上取生物膜,进行Miseq高通量测序,构建细菌16S rRNA基因克隆文库.结果发现,在仅有海绵铁作用系统中,同时具有异养反硝化和氢自养反硝化功能的细菌所占比例达到29.47%;硫铁复合填料和硫铁微电流作用系统中,具有硫自养反硝化功能的Thiobacillus(硫杆菌属)所占比例分别达到60.47%和40.62%.因此,硫铁复合填料和微电流作用用于强化再生水深度脱氮除磷具有明显的优势.     

基于微气泡曝气的生物膜反应器处理废水研究

微气泡曝气有助于强化氧传质过程,在废水好氧生物处理中具有潜在的应用优势;生物膜反应器是应用微气泡曝气的可行工艺形式.本研究在生物膜反应器中采用SPG膜微气泡曝气处理模拟生活废水,探讨反应器连续运行过程中,SPG膜空气通透性、溶解氧变化、污染物去除效果及氧利用情况.结果表明,基于SPG膜微气泡曝气的生物膜反应器能够实现长期连续稳定运行,是微气泡曝气与废水好氧生物处理结合的可行方式.SPG膜表面性质及膜孔径影响其空气通透性,疏水性膜的空气通透性优于亲水性膜;膜孔径越大,空气通透性越好.一定的SPG膜空气通量下,反应器内的溶解氧浓度主要受有机负荷影响.SPG膜微气泡曝气生物膜反应器较优的COD处理负荷(以SPG膜面积计算)为6.88 kg·(m2.d)-1.氨氮的去除主要受溶解氧浓度及生物膜内氧扩散传质的影响,在高有机负荷下生物膜内出现同步硝化反硝化.微气泡曝气的氧利用率显著高于传统曝气方式,在优化的运行条件下,氧利用率可以接近100%.     

一体式厌氧氨氧化工艺处理高氨氮污泥消化液的启动

利用新型固定生物膜一活性污泥反应器处理实际污泥消化液,通过接种短程硝化污泥和厌氧氨氧化生物膜填料,逐渐提高进水氨氮浓度并控制溶解氧浓度在0.11~0.42mg/L,系统在65d内实现了短程硝化-厌氧氨氧化反应的启动.反应器系统稳定运行阶段具有良好的污染物去除效果,进水COD和氨氮浓度为921和1120.8mg/L,COD、氨氮和总氮去除率分别为66.8%,99.0%和94.4%,总氮去除负荷为0.27kgN/(m3·d).试验表明采取逐步提高进水中消化液比例的策略,有利于一体式厌氧氨氧化工艺的快速启动.进一步分析发现系统同时存在厌氧氨氧化和反硝化的脱氮途径,对总氮去除的贡献率分别为67.4%~91.1%和8.9%~32.6%.     

生物膜强化推流式颗粒污泥自养脱氮反应器启动

提出了一种推流式一体化短程硝化厌氧氨氧化颗粒污泥反应器的强化启动策略.第1步，在推流式反应器内接种活性污泥并投加固定生物膜填料，通过逐渐提高进水氨氮浓度和曝气量并控制溶解氧在0.2mg/L以下，自养脱氮反应器成功启动并稳定运行，总无机氮去除负荷达1.7kgN/（m³·d）.运行期间生物膜逐渐生长、成熟并出现脱落，同时悬浮污泥出现红色颗粒.第2步，填料填充比从20%降低至0，系统的总无机氮去除负荷短暂下降至0.85kgN/（m³·d），平均污泥粒径从270μm降低至163μm.但系统脱氮负荷随着曝气量的增加可迅速恢复，且平均污泥粒径逐渐增加至195μm.结果表明，推流式反应器中悬浮絮体污泥与颗粒污泥可稳定存在，且悬浮污泥系统的脱氮负荷可达1.5kgN/（m³·d），与固定生物膜-活性污泥系统相当.本研究为推流式厌氧氨氧化颗粒污泥工艺的启动提供了可行的方案.     

填料型A2/O工艺污水处理及反硝化除磷效能

填料型A~2/O工艺是在A~2/O工艺的基础上通过向厌氧池、缺氧池、好氧池中投加醛化纤维式组合填料,将传统活性污泥法与生物膜法相结合组成一套脱氮除磷的新系统,文章对填料型A~2/O工艺与传统A~2/O工艺处理生活污水的效果进行了对比研究,以及对该复合式工艺在不同硝化液回流比下反硝化除磷能力进行了分析.研究结果表明,相同条件下,填料型A~2/O工艺对生活污水的处理效果要优于传统A~2/O工艺,分别使COD和氨氮的去除率达到92.5%和93.1%.试验通过增加硝化液回流比的措施使得反硝化聚磷菌在填料上富集程度增大,当硝化液回流比为300%时,缺氧池的NO-3-N浓度为3.03 mg·L~(-1),吸磷量最大为26.28 mg·L~(-1),胞内聚合物PHB代谢活性最好,利用率最高为1.32 g·g~(-1)·L~(-1).体现了填料型A~2/O工艺具有显著的反硝化除磷效果.     

反硝化悬浮填料适用性及其微生物群落结构解析

为研究温度及处理负荷对缺氧挂膜悬浮填料的活性恢复效果的影响,将填料分别置于低负荷、冲击负荷和低温环境中进行活性恢复适用性实验.结果表明在填料活性恢复过程中起关键作用的是EPS中多糖的增加,冲击负荷和低温条件下多糖含量增加比蛋白质更为明显.而低负荷下多糖和蛋白质含量均高于另外两者.缺氧挂膜悬浮填料的活性恢复对冲击负荷条件的适用性较好,低温条件次之,对低负荷环境适用性较差.另外,低负荷、冲击负荷和低温环境中Proteobacteria菌门的相对丰度分别由15 d时的72.23%、78.66%和76.35%上升至25d时的83.17%、84.30%和80.46%,15 d时低负荷下Proteobacteria菌相对丰度低于其他反应器,缺氧悬浮填料不能作为污水处理厂低负荷下总氮快速达标的备选方案.反硝化功能菌属Dechloromonas相对丰度的增加可能是引起填料生物膜反硝化脱氮能力提高的重要原因.Flavobacterium菌属的存在可能促进了低温下填料生物膜反硝化脱氮能力的恢复.不同恢复环境对缺氧生物膜恢复完成时的生物多样性影响较小.     

温度和DO对MBBR系统硝化和反硝化的影响

在缺氧/好氧/好氧串联运行的移动床生物膜反应器（MBBR）系统中考察了温度和好氧反应器中溶解氧（DO）水平对生物膜硝化和反硝化过程氮素去除的影响,并通过高通量测序技术探究温度和DO的变化造成的MBBR系统中脱氮功能菌群结构的差异,从而在微观水平解释硝化和反硝化受温度和DO影响的生物学机理.结果表明,系统温度的升高可以同时强化生物膜硝化和反硝化过程,且好氧反应器中DO水平的提高对硝化过程有利,从而提高系统的脱氮效果.本研究中,在系统连续运行阶段,当系统温度和好氧O₁反应器的DO浓度为本研究范围内的最高水平时（即温度=20~22℃、DO=5~8mg O₂/L）,比硝化负荷可达1.60g NH₄⁺-N/（m²·d）以上,而相同温度范围内比反硝化负荷可高达2.84g NO₃^--N/（m²·d）,从而使MBBR系统在该工况条件下获得了最佳的NH₄⁺-N和TN去除率（分别达到了98.7%和85.7%）.温度和DO影响硝化和反硝化的根本原因是温度和DO变化引起了脱氮功能菌群数量和群落结构的改变：当好氧反应器的DO水平下降时,硝化功能细菌的OTUs比例显著降低,尤其是异养硝化细菌的生长受到了严重的抑制;而温度的变化对反硝化细菌的影响主要体现在群落结构的变化.     

生物膜-膜生物反应器废水处理技术进展

介绍了一种新型的废水处理器—生物膜-膜生物反应器(BMBR),并综述了其技术进展、优点和缺点,比较了几种常见的生物膜膜生物反应器。生物膜膜生物反应器中微生物主要以附着方式生长于填料上,可以延缓膜的污染;反应器中填料的移动可对膜表面进行有效清洗,减轻膜污染;同时该类反应器具有较高的有机物的去除率、脱氮除磷效率,抗冲击负荷能力强。生物膜膜生物反应器是一种具有很好应用前景的废水处理技术。     

序批式移动床生物膜反应器富集反硝化聚磷菌及其在单污泥系统中的应用

本文介绍了在单污泥系统中选择和富集反硝化聚磷菌的国内外研究进展,对不同研究者提出的选择和富集反硝化聚磷菌的方法进行了分析和评价,并提出将反硝化聚磷菌与移动床生物膜反应器工艺结合起来,在序批式移动床生物膜反应器悬浮填料上选择和富集反硝化聚磷菌,进一步认识了反硝化聚磷菌的生化特征,使其成为反应器中优势菌群,以及该工艺今后的研究重点。     

生物膜短程硝化系统的恢复及其转化为CANON工艺的过程

在温度为30℃±1℃条件下,以改性聚乙烯为填料,人工配置无机NH+4-N废水为进水,研究生物膜短程硝化系统的恢复过程.短程硝化首先通过过量曝气破坏,使NOB适应高浓度游离氨后,在连续曝气条件下,DO控制在0.5 mg·L~(-1)以下,FA控制在1.5 mg·L~(-1)以上,维持反应器运行83 d未实现短程硝化,84 d改连续曝气为间歇曝气,出现NO-2-N积累现象,142 d再次验证这一规律.随着反应器的运行,生物膜系统中为ANAMMOX菌提供了生存环境,厌氧氨氧化作用产生,短程硝化系统逐步转化为CANON工艺,并逐渐增加进水NH+4-N浓度和进水流量,反应器的TN去除率与TN去除负荷逐渐提高.当反应器运行至450 d,TN去除率达到64.03%,去除负荷为2.52 kg·(m~3·d)~(-1).因此,一旦NOB适应了高浓度的游离氨,生物膜系统的短程硝化恢复不易实现,但间歇曝气是一个有效的方法,随着反应器的连续运行,短程硝化工艺最终转化为CANON工艺,而且,这一转变进一步强化了短程硝化的稳定性.     

MBBR泥膜复合系统泥膜竞争关系的影响因素

为探究MBBR泥膜复合硝化系统内泥膜竞争关系，通过小试试验研究了水处理过程中常规因素（污泥浓度、DO、温度、C/N）对MBBR泥膜复合系统硝化效果的影响，分析了系统内污泥容积负荷和移动床生物膜反应器（MBBR，Moving-Bed Biofilm Reactor）生物膜容积负荷变化趋势，进而得出泥膜竞争规律.结果表明，MBBR泥膜复合系统容积负荷均大于单一污泥或MBBR生物膜系统的容积负荷.在一定范围内，污泥浓度、DO、温度与MBBR泥膜复合系统容积负荷呈现正相关，且系统内活性污泥在与MBBR生物膜在竞争DO和基质时优势明显，而MBBR生物膜则具有更强的耐低温能力.进水C/N与MBBR泥膜复合系统硝化负荷呈负相关，且活性污泥在应对进水C/N过高时较MBBR生物膜更具优势，MBBR的“镶嵌”则强化了系统SND效果.微生物群落变化显示MBBR泥膜复合系统内的硝化细菌优势菌属为Nitrospira，且悬浮载体生物膜对其富集能力明显高于活性污泥.     

MBBR泥膜复合系统泥膜竞争关系的影响因素

为探究MBBR泥膜复合硝化系统内泥膜竞争关系，通过小试试验研究了水处理过程中常规因素（污泥浓度、DO、温度、C/N）对MBBR泥膜复合系统硝化效果的影响，分析了系统内污泥容积负荷和移动床生物膜反应器（MBBR，Moving-Bed Biofilm Reactor）生物膜容积负荷变化趋势，进而得出泥膜竞争规律.结果表明，MBBR泥膜复合系统容积负荷均大于单一污泥或MBBR生物膜系统的容积负荷.在一定范围内，污泥浓度、DO、温度与MBBR泥膜复合系统容积负荷呈现正相关，且系统内活性污泥在与MBBR生物膜在竞争DO和基质时优势明显，而MBBR生物膜则具有更强的耐低温能力.进水C/N与MBBR泥膜复合系统硝化负荷呈负相关，且活性污泥在应对进水C/N过高时较MBBR生物膜更具优势，MBBR的“镶嵌”则强化了系统SND效果.微生物群落变化显示MBBR泥膜复合系统内的硝化细菌优势菌属为Nitrospira，且悬浮载体生物膜对其富集能力明显高于活性污泥.     

固定床-微电解反硝化去除饮用水中的硝酸盐氮

研究了一种电化学与生物膜集成的固定床-微电解反应器采用活性炭作为固定床填料,石墨板为阳极,碳纤维为阴极,通过电化学过程产氢作为反硝化的电子供体,在反应器内创造一种还原性条件,对含有硝酸盐氮的饮用水进行反硝化脱除.结果表明,在进水流量为40mL/h、硝酸盐氮浓度为40mg/L、电流强度达到14mA时,所研究的反应器对水中的硝酸盐氮可以100%去除,水中未检出亚硝酸盐氮.由于反硝化过程不加外加任何有机物,也不产生任何二次污染物,该除氮方法具有安全性.