基于硝酸盐液膜微电极的动态膜反硝化特性研究

制成性能良好的硝酸盐微电极与氧化还原电位(ORP)微电极,对动态膜在不同进水COD负荷下的内部反硝化过程进行研究.结果表明,动态膜中的反硝化作用出现在膜水界面0.6～1mm以下;在反硝化发生的区域,用ORP微电极测得氧化还原电位在88.6～-128.4mV之间,是反硝化发生的适宜ORP范围.当进水COD负荷为0.45 kg/(m³·d)时,动态膜的反硝化速率(以氮计)最大,可以达到0.634 7×10^-6mol/(L·s).增加进水COD负荷能够拓展动态膜内部的     

人工湿地氮转化与氧关系研究

应用N转化迁移模型分析廊道式人工湿地氮转化与氧供应的关系,验证目前湿地全程硝化反硝化脱氮机制的有效性.对各个廊道进出水NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN、B₅、DO进行了测定和分析.在水力负荷5cm/d条件下,各廊道湿地有机氮矿化率为0.01～0.28g·(m²·d)^-1、氨氮硝化率0.50～1.54 g·(m²·d)^-1,反硝化率0.41～1.13 g·(m²·d)^-1(占总氮损失的3.4%～35.4%)、植物净吸收氮0.07～0.26 g·(m²·d)^-1(占总氮损失的7%～33%).硝化反硝化与有机质降解同时进行,在进水端最明显,这与传统认识相悖.按照全程硝化化学计量学得到的硝化需氧量(NOD)高于实际的表面复氧和植物根系放氧.最后对在高浓度有机质存在条件下,能减少对氧需求的2种新型脱氮机制进行了讨论.     

曝气生物滤池中的亚硝酸盐积累及其影响因子

通过模型试验研究了曝气生物滤池脱氮过程中的亚硝酸盐积累现象,考察了运行条件对亚硝酸盐积累的影响.试验结果表明,曝气生物滤池在滤速1～2m/h、气水比3:1、水温20.5℃～26.5℃、进水氨氮负荷0.26～0.62kg/(m³·d)、总氮负荷0.28～0.63kg/(m³³·d)和0.18～0.42kg/(m³·d)反应器内反应液和处理水连续监测结果、反应器内含氮化合物空间分布分析以及微生物数量及活性测定结果表明,反应器中出现了明显的亚硝酸盐积累现象,表现出显著的短程硝化反硝化特征.初步分析探讨了亚硝酸盐积累的形成机理和运行条件对亚硝酸盐积累的影响,认为反冲洗过程是最主要的影响因素,而曝气生物滤池的结构特征和运行方式是其能够出现亚硝酸盐积累,并进行短程硝化反硝化脱氮的主要原因.     

有机负荷对颗粒化SBR反应器的影响研究

研究了进水有机负荷对颗粒化SBR反应器的影响.当进水有机负荷由1.8 kg /(m³·d)逐步下降到1.575、 1.125和0.67 kg/(m³·d)时,好氧颗粒污泥形态特征发生了明显的变化,包括颗粒解体,污泥流失,颗粒化程度和整体沉降性能的下降,颗粒形状由较规则的球状变为杆状、星状等多种形状,颜色加深等.好氧颗粒污泥系统对COD和TP的去除率分别为90%和70%左右,且进水有机负荷的降低,对其影响较小,但会严重影响同步硝化反硝化的进行,当有机负荷由1.8 kg/(m³·d)下降到0.67 kg/(m³·d)时,硝化率下降了约45%,反硝化率下降了约40%.     

生物沸石床污水脱氮效果及机理

研究了生物沸石床对模拟村镇生活污水中各形态氮及COD等污染物的去除效果结果表明,生物沸石床对NH₃^--N去除效果明显且稳定,去除率大于95%,对NO₃^--N的去除则受水力停留时间的影响较大从机理分析,生物沸石对NH₃-N的去除主要依靠化学吸附、离子交换以及生物硝化的协同作用,而对NO₃^--N的去除主要依赖反硝化作用.生物沸石的硝化作用明显,并受溶解氧浓度限制,沸石床中部沸石硝化强度只有表层沸石的1/2;其反硝化能力则随实验条件中C/N的不同而变化明显,当COD/TN=5时,反硝化作用最强,在时间变化规律上,前6h反硝化速率最大.     

复合垂直流人工湿地污水处理系统硝化与反硝化作用

研究了复合垂直流人工湿地各基质层的硝化与反硝化菌数量以及硝化与反硝化作用强度.结果表明,基质中硝化菌数量为7.5×10³～1.1×10⁵MPN·g^-1,反硝化菌数量为7.5×10⁶～1.1×10⁷ MPN·g^-1.硝化作用强度为0.01～6.35μg·(g·d)^-1,反硝化作用强度为3.37～4.19μg·(g·d)^-1.沿水流方向硝化菌数量和硝化作用强度明显降低,其变化趋势呈显著正相关(r=0.9661,p＜0.001).反硝化菌数量和反硝化作用强度比较稳定,沿水流方向略有上升,其变化趋势呈显著正相关(r=0.7722,p＜0.025).沿水流方向,硝化作用与反硝化作用强度变化呈显著负相关(r=-0.9776,p＜0.001),这与人工湿地的溶氧状况和污水中氨氮含量较高相一致.     

好氧颗粒污泥膜生物反应器脱氮特性

好氧颗粒污泥膜生物反应器（GMBR）连续运行71 d,对模拟生活污水表现出良好的有机物去除及同步硝化反硝化(SND)能力.进水TOC浓度为56.8～132.6mg/L时,膜出水TOC去除率为84.7%～91.9%;进水氨氮浓度为28.1～38.4mg/L时,稳定运行阶段氨氮去除率为85.4%～99.7%,总氮去除率为41.7%～78.4%.结合反应器中污泥生长形态,对不同粒径污泥的同步硝化反硝化研究表明,好氧条件下絮状污泥几乎没有反硝化能力,SND能力来源于颗粒污泥,并且随着污泥粒径的增大,反硝化速率以及总氮去除效率提高.通过扫描电镜对颗粒污泥外观以及沿传质方向剖面内部特征的观察分析,对颗粒污泥同步硝化反硝化的作用过程进行了探讨.     

短程硝化生物脱氮工艺的稳定性

采用序批式活性污泥法 (SBR)处理实际豆制品废水 ,系统研究了温度和曝气时间对短程硝化反硝化生物脱氮工艺稳定性的影响 .结果表明 ,反应器内温度只有超过 28℃时 ,利用温度实现的短程硝化反硝化生物脱氮工艺才能稳定地运行 ;另外 ,首次发现过度曝气对短程硝化影响较大 ,在过度曝气条件下运行12d ,硝化类型就由NO₂^--N累积率为 96 %的短程硝化转变为NO₂^--N累积率为39.3%的全程硝化 .因此 ,为使短程硝化反硝化生物脱氮工艺稳定、持久地运行必须实现该工艺的实时控制 .     

MBR中影响同步硝化反硝化的生态因子

研究了DO、C/N、pH等生态因子对膜生物反应器同步硝化反硝化的影响.结果表明,只有在各生态因子保持得当的条件下,同步硝化反硝化才能顺利地进行.DO为1mg/L左右、C/N比为30左右、进水pH值约7.2左右时COD、NH₄⁺、TN的去除率分别为96%、95%和92%.     

污水短程硝化反硝化和同步硝化反硝化生物脱氮中N2O释放量及控制策略

采用SBR反应器考察了短程硝化反硝化和同步硝化反硝化脱氮过程中N_2O的释放.通过实时控制策略实现了短程硝化反硝化生物脱氮,亚硝化率可维持在90%以上.在溶解氧水平为0.5、 1.0、 1.5和2.0 mg/L条件下,考察N_2O的释放和亚硝化率的变化情况.结果表明,溶解氧1.5 mg/L时最有利于维持稳定的亚硝化率,同时N_2O逸出量最小,每去除1 g氨氮释放N_2O 0.06 g;在碳纤维填料SBR反应器中,通过维持较低溶解氧水平和分段投加碳源的运行方式成功实现了同步硝化反硝化,同步硝化反硝化率在79%以上.在溶解氧水平为0.2、 0.4、 1.0和1.5 mg/L时,考察N_2O的逸出情况.结果表明,溶解氧在1.0 mg/L时最有利于控制N2O的释放,每去除1g氨氮释放N2O 0.021 g,其N_2O释放量仅为短程硝化反硝化的1/3.     

DO对SBBR工艺同步硝化反硝化的影响研究

实验研究了序批式生物膜反应器(SBBR)同步硝化反硝化生物脱氮城市污水处理工艺。试验结果表明:DO是影响SBBR工艺实现同步硝化反硝化的一个重要因素,将DO控制在2.8～4.0mg/L的范围内,可以取得较好同步硝化反硝化效果,总氮去除率可达67%以上。通过好氧反应过程中溶解氧在生物膜内反应扩散模型以及扫描电镜对生物膜的形态结构观察,分析了SBBR工艺同步硝化反硝化机理。SBBR工艺同步硝化反硝化主要是由微环境引起的,生物膜在好氧条件下能创造缺氧微环境,DO浓度直接影响生物膜内部好氧区与缺氧区比例的大小,进而影响硝化和反硝化的效果。DO浓度升高,使氧传递能力增强,使生物膜内部原来的微环境由缺氧性转为好氧性;反之DO浓度降低,生物膜内部微环境倾向于向缺氧或厌氧发展。     

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%.     

溶解氧对氧化沟生物脱氮除磷的影响

采用有效容积为240 L的中试Carrousel氧化沟处理模拟生活污水,研究了溶解氧对氧化沟同步硝化反硝化脱氮和除磷效果的影响。结果表明:溶解氧的变化对系统中有机物的去除影响不显著;过高或过低的溶解氧均会降低系统总氮和总磷的去除率,溶解氧控制在1.0～1.5 mg/L,系统可获得较高的氨氮和总氮去除率,当溶解氧为1.5 mg/L时,总磷去除率达最高,为71.00%;溶解氧对污泥沉降性能影响显著,低溶解氧运行易引起污泥膨胀。     

溶解氧对分段进水生物脱氮工艺的影响

采用分段进水生物脱氮工艺处理生活污水.设置0.9,0.6,0.4,0.3m³/h4组曝气量,相应的好氧区溶解氧(DO)浓度约为2.8,1.7,0.8,0.5mg/L左右.结果表明,在好氧区DO为0.5mg/L左右的低氧条件下,通过对系统进行适当的控制,可以取得较好的硝化效果,氨氮去除率可达98%以上.同时,由于低曝气量下混合液从好氧区到缺氧区携带的DO量减少,并且在好氧区发生了同步硝化反硝化作用,使得TN去除效果明显优于高曝气量的情况.另外,由于工艺结构的特点,分段进水生物脱氮系统可长期在低氧条件下运行,且污泥沉降性能良好.     

一体式膜生物反应器同步硝化反硝化中试实验研究

通过一体式膜生物反应器中试装置的连续运行,研究了DO、进水碳氮比(C/N)、有机负荷率(F/M)、pH值对同步硝化反硝化的影响机制,结果表明:一体式膜生物反应器中试装置中同步硝化反硝化效果最好的工作条件为:DO控制在0.8mg/L左右,进水C/N比在10左右,F/M为0.34kgCOD/(kgMLSS·d),pH值在中性略微偏碱处。     

供氧充足环境下SBBR实现短程硝化的控制研究

在供氧充足条件下对序批式生物膜反应器SBBR实现短程硝化的途径和机理进行研究.以垃圾渗滤液为处理对象,控制反应器主要环境参数为:溶解氧(DO)5mg/L, pH7.0,温度(t)25℃,采用全排水方式,进水周期为12h.通过数学推导和模型分析,确定以游离氨FA、C02和HN02浓度为直接控制因素,进水周期为间接控制因素,在SBBR反应器中实现了有效的短程硝化.结果表明,在氨氮NH ,4-N容积负荷0.52kg/(m3·d), NaHCO3浓度1.5mg/L的进水条件下, NH 4-N转化率达到89%, NO-2-N积累率达到83%,短程硝化作用显著.由此得出FA浓度是供氧充足情况下实现亚硝态氮NO-2-N积累的关键因素, CO2作为氨氧化细菌AOB的碳源,则具有进一步提升反应器性能的作用.     

溶解氧对短程硝化稳定性及功能菌群的影响

在常温条件下,采用序批式反应器（SBR）研究不同溶解氧（DO）浓度对短程硝化稳定性的影响.在低DO （0.5mg/L）条件下,前75个周期可以一直维持短程硝化,亚硝积累率（NAR）在80%以上,但是随着运行周期增加,NAR逐渐减少,到105个周期已完全变为全程硝化.通过接种同一污泥提高DO浓度到2.5mg/L,经过180个周期,NAR始终在90%以上,能够长期维持短程硝化的稳定运行.通过不同DO条件下AOB和NOB的氧半饱和常数对比分析及qPCR试验研究,结果表明长期低DO条件下容易使Nitrospira的生长获得优势,Nitrospira是影响短程硝化稳定的重要因素,高DO条件下,AOB对溶解氧具有更高的亲和力,通过提高供氧浓度的策略,可以维持短程硝化的长期稳定.     

数学模拟好氧颗粒污泥的形成及水力剪切强度对颗粒粒径的影响

以生物膜数学模型和活性污泥数学模型为基础,建立好氧颗粒污泥一维数学模型,并模拟营养物质的去除、颗粒粒径变化、反应器周期表现以及好氧颗粒污泥内DO和菌群分布.模拟有机物SS浓度和出水NH4+-N浓度逐渐降低,在大约50 d左右达到稳定,50 d后模拟出水浓度分别<25 mg.L-1和<1.5 mg.L-1.模拟出水NO3--N浓度随着粒径的增加呈现降低趋势.当颗粒粒径由模拟30 d时的1.1 mm增加到100 d时的2.5 mm,颗粒污泥缺氧区面积相应增加,总氮(TN)的去除率由不到10%增加到91%左右,最终模拟出水NO3--N浓度降低到<3 mg.L-1.在好氧颗粒污泥系统内,由于氧气传质阻力,模拟颗粒污泥外层DO浓度高而内层浓度低,颗粒内可以发生同时硝化反硝化,且好氧颗粒污泥内DO特征随时间而发生变化.在好氧初期,好氧颗粒污泥代谢活性高,模拟DO传质深度大约为100～200μm;而在好氧末期,模拟DO传质深度为800μm.模拟自养菌主要分布在DO浓度高的颗粒外层,异养菌分布在整个颗粒.当水力剪切系数kde由0.25(m.d)-1逐渐增加到5(m.d)-1时,模拟颗粒平衡粒径依次由3.5 mm左右减小到大约1.8 mm.在不同水力剪切强度下模拟颗粒污泥生长特征相似,其平衡状态下粒径随曝气强度的增加而减小,可以通过控制曝气强度来控制好氧颗粒污泥的平衡粒径.     

低DO对活性污泥系统碳和氮去除影响的研究

考察了长期低溶解氧（DO）条件下推流式活性污泥系统碳和氮去除的效果,并从微生物群落结构及动力学特征方面进行了机理分析. 结果表明, 将DO浓度从2.0mg/L降低至0.3mg/L,系统仍可有效地去除污水中的碳和氮,但当DO降低至0.3mg/L时, 系统的脱氮性能波动较大. 随着DO浓度的降低, 系统中细菌的总体群落结构发生改变, 但功能菌群仍为Proteobacteria,约占65%.Nitrosomonas oligotropha、Nitrobacter winogradskyi spp.和Group1Nitrospira等是低溶解氧条件下的主要硝化细菌. qPCR结果显示DO从2.0mg/L降至0.5mg/L时硝化细菌（主要是Nitrospira）得到富集, 保证了低DO条件下的完全硝化. 硝化反应动力学分析也表明, 在一定范围内降低DO可以延迟细菌衰亡以维持活性污泥系统中硝化细菌的生物量. 本研究可为污水处理厂降低DO实现节能运行提供理论支持.