MTF-CWs工艺对剩余污泥厌氧消化液的强化脱氮效果

采用多级潮汐流人工湿地（multi-stage tidal flow constructed wetlands, MTF-CWs）处理城市污水处理厂剩余污泥厌氧消化液（excess sludge anaerobic digester liquids, ES-ADL）,以垂直潮汐流的运行方式强化硝化,并根据进水NH4+-N和TN浓度分为2种不同工况。实验结果表明：在进水COD、NH4+-N和TN浓度分别为（293.68±9.62）、（845.70±11.53）和（847.00±11.47）mg·L-1的条件下（工况1）,出水COD、NH4+-N和TN浓度分别为（84.47±8.10）、（8.81±1.74）和（351.50±7.78）mg·L-1,COD、NH4+-N和TN的平均去除率分别为72.45%、98.93%和56.48%;在进水COD、NH4+-N和TN浓度分别为（413.31±7.47）、（1 023.85±8.32）和（1 025.78±8.31）mg·L-1的条件下（工况2）,出水COD、NH4+-N和TN浓度分别为（51.60±6.05）、（9.58±3.13）和（359.92±7.68）mg·L-1。COD、NH4+-N和TN的平均去除率分别为87.34%、99.05%和64.68%。在上述2种工况条件下,可将城市污水处理厂ES-ADL回流引起的氮循环累积量分别降低58.50%和62.19%。溶解氧消耗计算结果表明：MTF-CWs并没有提供NH4+-N的氧化（全程硝化或短程硝化过程）所需要的溶解氧;氮平衡计算结果表明：2种工况条件下通过非传统硝化-反硝化途径（如厌氧氨氧化）去除的总氮负荷分别占据总氮去除负荷的86.30%和82.53%。采用Miseq高通量测序技术进行菌群分析,结果表明：在反硝化脱氮贡献最大的人工湿地单元存在大量的厌氧氨氧化细菌Candidatus Kuenenia,且其占比随着取样深度（0.05～0.20 m）增加而增加（其丰度由5.08%增加到13.18%）,表明MTF-CWs处理ES-ADL时存在厌氧氨氧化途径。     

异养硝化-好氧反硝化粪产碱杆菌处理高氨氮污泥厌氧消化液

具有异养硝化-好氧反硝化特性的粪产碱杆菌(Alcaligenes faecalis No.4)直接处理污泥厌氧消化液中的高浓度氨氮时,在60 h内氨氮(原始浓度441 mg/L)去除率约为18%。沼液中碳源验证实验表明,乙酸可作为其优质碳源。因而,可以通过外加乙酸钠的方式来解决污泥厌氧消化液碳源不足的问题。当污泥消化液中添加足够的碳源-乙酸钠使得C/N为10时,Alcaligenes faecalis No.4的脱氮效果良好,氨氮的去除率达到了98%以上。研究结果表明,在利用粪产碱杆菌处理高浓度氨氮沼液时,酸化污泥作为外加碳源的方式具有其理论可行性。     

人工湿地基质的筛选及其对猪场废水厌氧消化液中氨氮吸附性能研究

采用静态吸附实验,对比了岷江砂、沱江砂、青衣江砂、沸石、活性炭对猪场废水厌氧消化液中氨氮的吸附去除效率,基于氨氮去除能力、购买成本与运费的比较,筛选出性价比较高的基质--岷江砂作为四川地区人工湿地的基质处理猪场废水厌氧消化液.吸附实验表明,砂对氨氮的去除率随振荡时间和投加量的增加而增加.通过吸附等温曲线Langmuir...     

潮汐流人工湿地对高污染河水的处理功效

为了研究潮汐流人工湿地对高污染河流污染物的去除效果及其影响因素,实验构建了潮汐流人工湿地系统。运行春夏两季以来,系统对TN、NH3-N、TP、COD和BOD5的平均去除率分别为49.14%、48.34%、79.40%、81.52%和83.39%;其中系统对TN和NH3-N的去除受到温度的影响,且温度变化对NH3-N去除效果的影响大于TN;在实验周期内,系统对TN、TP、COD和BOD5的去除均受进水污染负荷的影响,但却有着较好的抗负荷冲击能力;潮汐流人工湿地能够显著提高系统内溶解氧,使其不再成为去除污染物的限制性因素。     

垂直-潮汐流人工湿地处理养猪沼液: 短程硝化的实现及机理

养猪沼液具有高${\rm{NH}}_4^{\rm{ + }} $-N、低碳氮比的特点,难以实现低成本、高效率处理。以沸石为基质,设计了一种间歇性曝气垂直-潮汐流人工湿地用于处理养猪沼液,以期在高污染物负荷下实现短程硝化,为厌氧氨氧化提供合适底物。结果表明,系统在20 d左右启动短程硝化,出水${\rm{NO}}_2^ - $-N浓度达375 mg·L⁻¹。在系统稳定运行期间,${\rm{NH}}_4^{\rm{ + }} $-N去除负荷高达343 g·(m²·d)⁻¹,且${\rm{NO}}_2^ - $-N累积率始终高于90%,显示了系统良好的短程硝化性能,出水${\rm{NO}}_2^ - $-N/${\rm{NH}}_4^{\rm{ + }} $-N比可满足厌氧氨氧化需求。低温会显著抑制系统短程硝化(P<0.01),随着温度回升,短程硝化性能明显好转。游离氨抑制和养猪沼液良好的pH缓冲能力是本系统实现短程硝化的关键因素,而沸石对${\rm{NH}}_4^{\rm{ + }} $-N的吸附、系统结构及运行方式有助于实现高效的短程硝化。qPCR研究结果表明,系统中amoA丰度远高于nxrA丰度,证实亚硝酸盐氧化菌被抑制。以上研究结果可为人工湿地优化及其在养猪沼液处理中的应用提供参考。     

利用白云石石灰去除与回收污泥厌氧消化液中氮和磷

以白云石石灰为实验材料去除与回收污泥厌氧消化液中的氮磷,通过小试实验研究不同投药固液比S/L、初始pH值、反应温度、搅拌速度及反应时间对去除与回收氮磷效果的影响。实验结果表明,在最佳投药固液比S/L为300mg/L,最佳初始pH值范围为8.5~9.5,反应温度为25.0℃,搅拌速度为150 r/min,反应时间为24 h条件下,氨氮(NH+4-N)和磷(PO3-4-P)的去除率分别为37.26%和89.60%。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)对沉淀产物进行了表征,通过分析可知沉淀产物中含有磷酸铵镁(MAP),可实现废水中氮磷经济有效的回收。     

污泥厌氧消化液中碳酸盐对回收磷的影响

为探讨污泥厌氧消化液中碳酸盐对以磷酸钙盐形式回收磷的影响,以粉煤灰浸出液为钙源,考察了消化液中的碳酸盐对磷回收过程和磷回收产物性质的影响。实验结果表明,在反应pH为10、反应钙磷摩尔比为1.67、反应时间为10 m in的条件下,消化液碳酸盐浓度为2 400 mg/L(以CaCO3计)时,磷的回收率为78.53%,回收产物中磷含量(以P2O5计)为28.93%;对消化液进行盐酸预酸化使pH达到4及以下时,磷回收率接近100%,回收产物中磷含量(以P2O5计)达到43.08%。消化液中碳酸盐的存在易形成碳酸钙沉淀,从而降低了磷回收率、回收产物中磷含量以及回收产品的纯度;预酸化能够有效地去除消化液中的碳酸盐并降低了其对磷回收的不利影响。     

铝污泥人工湿地对含氟水体主要污染物的去除效果及分布特征

全氟化合物(PFCs)作为一种典型的新兴污染物,在自然环境中不断检出,其暴露水平、来源影响及去除方式备受关注。本文选取铝污泥人工湿地和普通人工湿地,通过动态实验探究了其对复合污染水体中C、N、P和PFOS的去除效果及各污染物在系统中的空间分布特征。结果表明,2种人工湿地可以协同去除水体中的C、N、P和PFOS,但C、N、P的去除效果会受到PFOS的抑制作用,并且去除率的降幅随着PFOS质量浓度的增大而增大。当初始PFOS质量浓度为250 µg·L⁻¹时,铝污泥人工湿地对C、N、P的去除率分别为(52.47±2.21)%、(65.79±1.87)%和(68.68±1.47)%;铝污泥人工湿地中植物对氮磷去除贡献率为28.81%,比无PFOS时提高5.27%;铝污泥人工湿地对PFOS的去除率为(73.24±2.56)%,比普通人工湿地高8.46%,填料中PFOS质量占比在2种类型的湿地系统中分别为(56.23±1.27)%和(40.28±2.55)%。铝污泥人工湿地对含氟水体中污染物的削减作用较好,且C、N、P的去除效果受PFOS胁迫作用较小。     

不同填料潮汐流人工湿地处理SBR尾水的对比

通过构建室内潮汐流沸石-石灰石混合填料和沸石填料人工湿地装置,探讨了不同基质人工湿地对SBR尾水中污染物的去除效果。结果表明,沸石对NH4+-N的吸附能力强,且潮汐间歇运行方式使系统一直保持高效的去除NH4+-N的能力,石灰石中Ca、Mg含量高,对P有较好的吸附。潮汐流沸石-石灰石混合填料、沸石填料人工湿地对NH4+-N的去除率分别为99.8%、96.7%,对TP的去除率分别为59.6%、24.9%。石灰石呈中性偏碱性,有利于水中硝化菌、反硝化菌和某些异养菌群的生长。潮汐流沸石-石灰石混合填料、沸石填料人工湿地对TN的去除率分别为43.0%、28.0%,对COD的去除率分别为43.4%、36.7%。沸石-石灰石混合填料人工湿地上层基质中微生物量最高,达到20.45 nmol·g-1填料（相当于E.coli大小的细胞2.0×109个）。2组系统中微生物量具有较明显的分层现象,且上层高于下层,这与污染物随水流推流方向的浓度变化一致。     

不同基质人工湿地去除猪场沼液中氨氮性能

以猪场沼液为研究对象,通过等温吸附实验研究沸石、铁粉、硅藻土、煤渣、石英砂5种基质对氨氮的等温吸附特征,并采用一级和准二级动力学方程分析吸附动力学过程。根据实验结果选取沸石和石英砂基质构建4种不同类型的人工湿地单元对比研究猪场沼液中氨氮的处理效果。结果表明,5种基质对氨氮的吸附适合用Langmuir等温吸附方程描述,沸石对氨氮的吸附能力最强,其最大吸附量达1.049 8mg/g。从相关系数(R2)分析,准二级动力学方程能更好描述各种基质对氨氮的吸附动力学过程。沸石的平衡吸附量最大,为1.719 0mg/g。沸石-垂直潜流人工湿地单元在构建的4种人工湿地单元中对猪场沼液氨氮处理效果最好,且对高浓度沼液的抗冲击能力最强。     

潮汐流-潜流组合人工湿地污水净化效率

构建了潮汐流-潜流组合和潜流-潮汐流组合人工湿地对污水进行处理,分别研究2种组合人工湿地对污水的净化效果。结果表明,在平均进水COD浓度为214．28mg／L、NH4＋-N浓度为10．57mg／L、PO34--P浓度为5．44mg／L、TN浓度为10．25mg／L,水力负荷为o．2m3／（m2·d）的条件下,潮汐流-潜流组合人工湿地对COD、PO34--P的去除率分别为58．28％和46．99％,与潜流-潮汐流组合人工湿地处理效果相近;对NH4＋-N、TN,潮汐流-潜流组合人工湿地的去除率分别为69．93％和71．03％,比潜流-潮汐流组合人工湿地分别高15％和33％。潮汐流-潜流人工湿地的组合,在系统内实现了硝化-反硝化的组合,强化了系统对TN的净化效果,其对TN的净化效果比-般的潜流和表面流人工湿地组合提高20％～30％。总体上,潮汐流-潜流组合人工湿地具有更好的净化效果。     

基质粒径与排空时间对潮汐流人工湿地运行效能的影响

潮汐运行是强化人工湿地供氧的一种有效途径。为了解基质粒径对潮汐流人工湿地(TFCWs)处理效果及复氧过程的影响,研究了不同基质粒径TFCWs的处理性能,建立了TFCWs排空期氧转移过程的研究方法。结果表明基质粒径影响湿地对NH₄⁺的吸附性及排空期基质孔隙氧体积占比进而影响处理效果,7~9 mm基质粒径的湿地达到最佳的氨氮去除率82.6%,3~5 mm基质粒径的湿地达到最佳的COD去除率88.2%,粒径基质小的湿地中氨氧化菌属和反硝化菌属的相对丰度更高,脱氮能力强;分析排空期基质孔隙氧体积占比变化与湿地微生物耗氧过程的联系,能够优化潮汐流湿地系统的排空时间,湿地微生物的耗氧活动主要集中在氧体积占比快速下降阶段,更长的排空时间对复氧能力没有明显提升,本研究中8 h的排空时间即可满足湿地系统的氧需求。     

餐厨垃圾发酵液强化潮汐流人工湿地对污水厂尾水脱氮效能

采用餐厨垃圾发酵液(food waste fermentation liquid, FWFL)作为潮汐流人工湿地(tidal flow constructed wetland, TFCW)外加碳源,考察其对污水处理厂尾水湿地脱氮效果的影响,并通过湿地氮转化速率、酶活性测定及微生物群落结构分析探究其机理。结果表明：投加FWFL后人工湿地中TN、NO₃^--N、TP的去除率分别提高了15.7%~36.2%、3.3%~42.3%、11.2%~45.8%,且FWFL的添加不会对出水NH₄⁺-N和COD产生显著影响;FWFL可改善TFCW低温时的脱氮效果;投加FWFL后TFCW的反硝化速率、反硝化酶活性以及电子传递系统活性均有所提高,TFCW微生物的丰富度和多样性明显提高,微生物群落结构也趋于稳定,反硝化菌群大量增加。变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)与念珠菌门(Candidatus Saccharribacteria)为优势菌门,水杆菌属(Aquabacterium)与产丁酸盐细菌属(Saccharibacteria genera incertae sedis)为优势菌属。     

潮汐流-垂直潜流人工湿地对城市径流污染物净化效果

人工湿地(CW)在城市径流污染源头控制中发挥重要的作用。采用潮汐流(TFCW)-垂直潜流(VFCW)串联的复合人工湿地工艺(TF-VFCW),以砾石为填料构建人工湿地模型,探究TF-VFCW长期运行下COD_cr、NH₄⁺-N、NO₃⁻-N、TN和Cu²⁺的去除效果以及微生物群落变化对污染物去除效果的影响。结果表明：在80 d的运行中,TF-VFCW对COD、NH₄⁺-N、TN的去除效率逐渐下降,平均去除率分别为62.92%、65.54%、80.83%;系统对NO₃⁻-N的去除率先保持稳定,随后在波动中略有下降,平均去除率为95.27%;对TP的去除效果相对较为稳定,平均去除率为87.64%;对Cu²⁺的去除率虽有较大波动但总体上呈现上升的趋势,平均去除率为40.22%。TFCW单元的去污能力明显优于VFCW单元。随着时间的推移,TFCW单元在门水平上的优势菌种由Proteobacteria(变形菌门)变为Firmicutes(厚壁菌门);在属水平上,TF-VFCW中主要除氮微生物为Thauera(索氏菌属)、Thiobacillus(硫杆菌属)、Hydrogenophaga(噬氢菌属)、Nitrosospira(亚硝化螺菌属),主要除磷微生物为Pseudomonas(假单胞菌属)、Dechloromonas(脱氯菌属)、Bacillus(芽孢杆菌)等。TFCW的除氮、除磷功能微生物的多样性要明显优于VFCW。温度对除氮、除磷功能微生物的多样性和群落结构影响较大,NH₄⁺-N、NO₃⁻-N、 TN的去除效果明显受到温度的影响,而磷的去除受温度影响较小,其主要通过基质吸附和植物吸收。     

秋季潮汐流模拟湿地对生活污水的处理效果

采用柱状模拟器依次设计了潮汐上行和潮汐下行流人工湿地,以连续上行和连续下行流人工湿地作为对照,探讨了潮汐流人工湿地在秋季对模拟生活污水的净化能力和处理稳定性。研究表明,潮汐上行流、潮汐下行流、连续上行流、连续下行流对COD平均去除率分别为65.05%±9.07%、63.64%±8.24%、26.90%±8.49%、40.84%±6.18%。对TP平均去除率依次为45.57%±10.86%、40.16%±14.15%、23.23%±11.09%、33.28%±7.99%。潮汐上行流湿地对TN、NH4+-N去除率分别为40.63%±7.69%、23.26%±7.58%,潮汐下行流为35.98%±11.95%、22.68%±9.18%,高于连续上行流的8.20%±5.62%、11.72%±7.32%和连续下行流的13.06%±6.12%、23.38%±9.16%。4种湿地并未出现硝态氮累积现象,潮汐上行流和潮汐下行流人工湿地出水亚硝态氮总体变化趋势较为一致。连续上行流和连续下行流人工湿地,出水亚硝态氮和进水较为接近基本在0.02 mg·L-1左右。在湿地出水氮成分中,有机氮、NH4+-N、NO3--N、NO2--N占TN的平均比例依次为16.72%±3.50%、72.74%±6.49%、10.27%±3.84%、0.28%±0.20%。整体而言,在秋季潮汐流湿地对污染物也表现了较高的处理效果,且净化能力优于连续流湿地。     

不同生境氨氮浓度及悬浮污泥对厌氧氨氧化生物膜特性的协同影响

生物膜技术是厌氧氨氧化工艺应用的关键,但关于不同生境氨氮浓度和悬浮污泥协同作用下形成的生物膜特性鲜有报道。本研究在推流式固定生物膜-活性污泥反应器中,发现在高氨氮浓度下生长的生物膜具有较高的污泥量和厚度,但低氨氮浓度生长的生物膜具有更高的厌氧氨氧化菌丰度((4.91±0.65)×10⁹ 拷贝数·g⁻¹,P<0.05)和厌氧氨氧化比活性(6.53 mg·(g·h)⁻¹)。高通量分析结果表明,Candidatus Brocadia是生物膜和悬浮污泥中主要的厌氧氨氧化菌,在两类生物膜上的丰度未有显著差异;在低氨氮浓度生物膜中Candidatus Jettenia的相对丰度显著高于高氨氮浓度的生物膜,但Candidatus Kuenenia的丰度则相反。综合分析发现,厌氧氨氧化菌种的附着生长与悬浮污泥群落多样性的初始定殖有关,而低丰度菌种的分布则受不同生境的影响,该结果表明不同氨氮浓度和悬浮污泥类型的选择对生物膜的协同影响不可忽略。     

表面流人工湿地硝化和反硝化强度研究

通过对表面流人工湿地不同土壤层硝化反硝化强度的研究,探讨了表面流人工湿地脱氮过程中沿程硝化和反硝化作用的变化,以及不同C∶N对系统反硝化强度的影响.研究结果表明,系统可同时进行硝化和反硝化作用,硝化强度具有较明显的分层现象,表层土壤高于深层土壤.系统中沿程硝化强度呈递减趋势,硝化强度反映了氨氮去除率的大小,其去除率为68%.反硝化强度研究结果表明:深层土壤的反硝化强度略高于表层土壤;沿程1/3至1/2段最大;5倍碳源时反硝化强度最高,3倍碳源次之,不加碳源最低;但系统的反硝化强度普遍较高,保持了良好的脱氮效果.     

新型潮汐流人工湿地在分散型生活污水处理中的应用研究

为了克服人工湿地存在的供氧能力不足、总化学需氧量(TCOD)去除率不高及生物硝化不完全等问题,采用新型的潮汐流人工湿地(TF-CWs)处理分散型生活污水。TF-CWs由四级人工湿地构成,以潮汐流方式运行(运行周期为8h),以提高DO供给量;并以从建筑固体废弃物中回收的砾石和粉煤灰为填料,以强化除磷效果。结果表明,出水水质基本满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A标准,其中NH+4-N、TP的达标率均为100%,TCOD的达标率为98.31%;TF-CWs采用潮汐流方式运行,提高了DO供给能力,强化了对NH+4-N和TCOD的去除效果,其平均去除率分别达到96.78%、86.98%;以建筑固体废弃物粉煤灰砖制成的粉煤灰颗粒为填料的人工湿地对磷的吸附性能良好。TF-CWs可作为分散型生活污水的有效处理工艺之一,而且为建筑固体废弃物的资源化利用提供了新途径。     

不同碳源添加量对垂直流人工湿地污水处理效果的影响

以垂直流人工湿地小试系统为研究对象,采用碱处理过的千屈菜(Lythrum salicaria)作为反硝化碳源补充材料,探讨了不同碳源添加量对系统COD及氮、磷去除效果的影响。结果表明,一定剂量经过碱处理的千屈菜材料可以为人工湿地系统脱氮提供反硝化所需要的碳源,而且具有缓效持续释放的特点。添加此碳源材料可明显提高系统的脱氮效率,最高可提升30.85%,但随着C/N比的增加,硝态氮去除率逐渐降低,C/N比为3、5、8时分别为91.20%、87.72%和84.19%。添加碳源量达到C/N比为3时系统能够发生最大程度反硝化,此时不仅人工湿地系统脱氮效果得到提高,同时人工湿地除磷能力也有所增强。碱处理过的千屈菜材料在本系统中的最适宜添加量为5 g,即100 g/m2(C/N=3),远低于在进水中为满足反硝化所需调控的C/N比(5～8),可以节约外加碳源成本。     

厌氧颗粒污泥启动复合式厌氧折流板反应器的研究

研究以厌氧颗粒污泥接种的复合式厌氧折流板反应器(HABR)启动：在HABR中直接接种厌氧颗粒污泥,以退浆废水为试验进水,在系统水力停留时间为168 h,中温(32±1) ℃,进水pH值6.5～8,碱度适当偏高条件下,进入反应器废水COD浓度由1 800 mg/L逐渐提高到13 520 mg/L,运行60 d后系统COD去除率最低为45%,并且保持稳定,出水pH值和碱度相对比较稳定,污泥明显呈颗粒状,反应器启动完成。反应器可以在短时间内重新启动,污泥活性很快得到恢复。