智能化曝气控制A/O工艺处理低C/N生活污水有效性及其脱氮机制

将新型智能化曝气控制系统(automatic oxygen supply device,AOSD)应用于A/O工艺中,研究AOSD系统曝气模式控制下的A/O工艺(I-A/O)与持续曝气模式的A/O工艺(C-A/O)对低C/N生活污水处理能力的有效性,并从系统活性污泥特性的角度探究I-A/O系统反硝化菌在脱氮过程中对碳素的摄取、利用途径。结果表明:低进水碳源负荷下,I-A/O与C-A/O系统对COD、NH_4~+-N的平均去除率稳定且均达80%以上;I-A/O系统对TN去除率高出C-A/O系统25.97%,其对TN具有明显的去除优势;2套系统对TP均无去除效果。I-A/O系统活性污泥好氧异养菌产率系数Y_H为0.142 mg·mg~(-1),活性污泥衰减系数K_d为0.018 d~(-1),均低于C-A/O系统;在进水低C/N水平下,I-A/O系统活性污泥可通过更强的吸附贮存碳源能力、较低的好氧异养菌竞争压力、溶胞作用为反硝化菌提供更多的碳源以便脱氮反应。C/N是I-A/O系统曝气总量节省率重要影响因素之一,相比于C-A/O系统,其处理低C/N生活污水可节约曝气系统约52%的曝气量。     

厌氧+跌水曝气+人工湿地组合工艺处理农村生活污水

为研发适用于我国农村的分散式污水处理装置,采用厌氧+跌水曝气+人工湿地组合工艺对农村生活污水进行处理,考察组合工艺对COD、TN、TP、NH_4~+-N、SS 5个常规指标的去除效果及对各指标的沿程去除情况。结果表明,组合工艺对COD、TN、TP、NH_4~+-N和SS的平均去除率分别为74.5%、 57.2%、 59.5%、 59.00%和91.6%。人工湿地对COD、TN、TP和NH_4~+-N的去除率最大,分别为31.0%、36.7%、43.9%和30.0%;而厌氧反应池对SS去除贡献率最大,为40.3%。该组合工艺处理农村生活污水具有良好的处理效果,且装置运行能耗低,利于推广应用。     

臭氧催化氧化-BAF组合工艺深度处理抗生素制药废水

针对抗生素制药废水组分复杂、毒性强、难生物降解的特点,以Ce负载天然沸石作为催化剂(Ce/NZ),采用臭氧催化氧化-曝气生物滤池(BAF)组合工艺对抗生素制药废水二级生化处理出水进行深度处理。结果表明,Ce/NZ催化剂可显著改善臭氧预处理单元的处理效率,在臭氧进气浓度为50 mg·L~(-1)、臭氧进气量为600 mL·min~(-1)、催化剂用量为1 g·L~(-1)、臭氧反应时间为120 min的条件下,臭氧催化氧化预处理对抗生素制药废水的COD去除率达到43%,平均COD由220 mg·L~(-1)降至125 mg·L~(-1),BOD_5/COD由0.12升至0.28,废水的可生化性得到显著提高。臭氧预处理单元出水采用BAF进行生化处理,在进水平均COD为125 mg·L~(-1)、平均NH_4~+-N为12 mg·L~(-1)、水力停留时间为4 h、气水比为4∶1的条件下,COD和NH_4~+-N的平均去除率分别为62%和64%。组合工艺处理后出水平均COD和NH_4~+-N分别为46 mg·L~(-1)和4.1 mg·L~(-1),出水水质可以稳定达到《发酵类制药工业水污染物排放标准》(GB 21903-2008)。相较于单独BAF工艺,组合工艺出水COD和NH_4~+-N平均去除率分别提高了66%和15%,出水水质明显优于单独BAF工艺出水。     

多级流化床-曝气生物滤池中试处理高氨氮废水

采用多级流化床-曝气生物滤池组合工艺,以高氨氮工业废水为处理对象,研究了中试系统的启动方法、稳定运行阶段对污染物的去除效能及与传统活性污泥法相比的优势。结果表明:采用控制进水流量和逐步增加进水负荷的运行方法,历时近50 d,可实现中试系统的启动;启动阶段,系统对COD和NH_4~+-N的平均去除率分别为68.74%和97.92%,出水COD和NH_4~+-N的质量浓度平均分别为176.35 mg·L~(-1)和13.52 mg·L~(-1);稳定运行阶段,系统在进水流量为2.0 m~3?d~(-1)的工况下,对COD和NH_4~+-N的平均去除率分别为92.66%和99.32%,出水COD和NH_4~+-N的质量浓度平均分别为152.24 mg·L~(-1)和1.32 mg·L~(-1),其中,出水的NH_4~+-N可以稳定达到地表水IV类水标准。与传统活性污泥法工艺相比较,该中试系统可以实现对COD的去除率从85.37%增加到92.66%,对NH_4~+-N的去除率从72.53%增加到99.32%。     

微气泡曝气方式对生物膜反应器运行性能的影响

运行OHR(Original Hydrodynamic Reaction)混合器微气泡曝气生物膜反应器,比较不同曝气方式下,生物膜反应器对污染物的去除性能及能耗情况。结果表明,微气泡曝气生物膜反应器可以实现废水中碳氮同步去除,连续曝气时COD、NH_3-N和TN平均去除率分别为88.5%、53.4%和43.4%,平均去除负荷分别为1.60、0.089和0.092 kg·(m~3·d)~(-1)。生物膜反应器采用微气泡间歇曝气,随着曝气时间的减少,溶解氧(DO)浓度下降,反应器COD和NH_3-N去除性能随之降低;COD和NH_3-N去除效果下降与生物膜好氧生物活性降低相一致。受硝化作用抑制影响,同步硝化反硝化过程对TN的去除性能也有所降低。采用微气泡间歇曝气能够降低曝气能耗。同时,随着曝气时间的减少,单位COD去除所需能耗降低,单位NH_3-N去除所需能耗有所升高,单位TN去除所需能耗基本不变。     

一种基于脱氮和除磷分开的强化污染物去除组合工艺中试研究

针对北京等严重缺水地区提高污水综合排放标准,用于地表水和地下水补充水的需求,以强化COD、N和P去除为目的,研发了N和P不同单元处理的缺氧立体循环氧化沟单元/好氧立体循环氧化沟单元/除磷过滤器单元组合工艺,通过中试实验研究了该工艺的去除效果,并优化了该工艺水力停留时间(HRT)和溶解氧(DO)参数。结果表明,当缺氧和好氧立体循环氧化沟单元的HRT和DO分别为12 h、DO 0.5 mg/L和6 h、2.0 mg/L,除磷过滤器滤速6~8 m/h时,该工艺的平均出水浓度COD 25 mg/L,TN 11 mg/L,NH_4~+-N 1.2 mg/L,TP 0.15 mg/L,平均去除率分别为88%、57%、94%和96%。其中缺氧立体循环氧化沟单元COD、NH_4~+-N和TN平均去除率为70%、80%和57%,好氧立体循环氧化沟单元进一步去除COD和NH_4~+-N(去除率为18%和14%);经缺氧、好氧氧化沟处理去除50%左右的TP,除磷单元吸附作用去除46%的TP。经过该组合工艺处理,COD、N和P都能达到北京市2013年出台的地方污水排放新标准一级B排放要求。     

多级生物膜反应器对煤气化废水的处理

采用4级生物膜反应器串联处理煤气化废水,分析了反应器的启动过程、污染物去除能力及沿程水质特征,考察了水力停留时间(HRT)、进水污染物负荷对处理效果的影响。结果表明:系统在16 d的培养时间内可快速完成微生物的驯化及固定化;在连续进水、持续曝气的运行方式下,各反应器均具备对NH_4~+-N、COD、TN及SS的同步去除能力,在HRT=55.6 h、ρ(NH_4~+-N)=245~363 mg·L~(-1)、ρ(COD)=761~1 764 mg·L~(-1)、ρ(TN)=262~377 mg·L~(-1)、ρ(SS)=121~143 mg·L~(-1)的进水条件下,反应器出水NH_4~+-N、COD、TN及SS的质量浓度分别为0.23~1.37、16.3~26.1、91.6~139和12.3~18.5 mg·L~(-1),平均去除率分别为99.8%、98.1%、65.8%和88.2%,同步硝化反硝化效率为70.1%;在HRT≥39.2 h、进水NH_4~+-N负荷≤0.203 kg·(m~3·d)~(-1)、进水COD负荷≤1.357 kg·(m~3·d)~(-1)的条件下,出水NH_4~+-N、COD浓度均能满足GB 31571-2015排放标准要求。     

生物处理组合工艺用于制革废水处理

针对制革废水高COD、高总氮的问题,提出了基于上流式厌氧污泥床(UASB)、上流式反硝化污泥床(UDNSB)、生物接触氧化池的生物处理组合工艺,进行了为期321 d的现场中试研究。研究结果表明,对于COD、TN、NH_4~+-N平均浓度分别为2 740、278和193 mg·L~(-1)的制革废水,在硝化液回流比R为300%,UASB反应器、UDNSB反应器、生物接触氧化池的水力停留时间(HRT)分别为11、22和57 h,平均容积负荷分别为5.63 kg COD·(m~3·d)~(-1)、0.30 kg TN·(m~3·d)~(-1)和0.11 kg NH+4-N·(m~3·d)~(-1)的条件下,该组合工艺处理出水COD、TN和NH_4~+-N的平均浓度分别为190、69.8和4.6 mg·L~(-1),其平均去除率分别达到92%、73%和97%以上。     

基于水解酸化—地下渗滤的分散污水一体化处理工艺

为解决城郊或农村地区分散污水处理问题,提出一种基于水解酸化—地下渗滤的分散污水一体化处理工艺,其中地下渗滤系统为深度处理单元,水解酸化为预处理单元。为保障地下渗滤系统进水水质,优化了水解酸化预处理工艺参数。通过控制水解酸化工艺水力停留时间(HRT),考察了预处理单元对悬浮性固体(SS)、化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、总磷(TP)、氨氮(NH_4~+-N)和总氮(TN)的去除效果。结果表明:预处理工艺对SS、COD和BOD5去除效果较好,对TP、NH_4~+-N和TN去除率较低,但在合理控制预处理程度的条件下,能够强化地下渗滤系统的处理效果;当HRT为1.5 h时,一体化工艺对SS、COD、TP、NH_4~+-N和TN的去除率分别为95%、91.7%、89.8%、83.7%和63.1%,出水水质满足GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准,部分指标达到一级A标准,可以实现回用。     

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 tidalflow 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NH_4~+-N和TN浓度分为2种不同工况。实验结果表明:在进水COD、NH_4~+-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、NH_4~+-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、NH_4~+-N和TN的平均去除率分别为72.45%、98.93%和56.48%;在进水COD、NH_4~+-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、NH_4~+-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、NH_4~+-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NH_4~+-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(0.05～0.20m)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。     

新型多级复合人工湿地的应用与除磷效果

为了研究新型多级复合人工湿地系统处理生活污水的除磷效果,分别对系统中COD、NH_4~+-N、TP的浓度和去除率进行分析。结果表明,最终出水COD、NH_4~+-N、TP浓度分别低于30、4.1和0.17 mg·L~(-1),去除率最高达到70.40%、71.0%和95.5%。工艺由前置系统、多级复合流湿地系统、后置氧化塘系统组成,每部分TP的去除率约占系统总去除率的6%、79%和15%,多级复合流湿地系统每级TP的去除率在15%~20%。出水中各类污染指标长期达到GB18918—2002一级A标准,TP最低出水浓度为0.075 mg·L~(-1),工艺除磷效果好。新型多级复合人工湿地布水均匀、不易堵塞,灵活度高,投资少,运行稳定、管理简单,可作为农村生活污水除磷的有效方法。     

两段进水生物膜法OOA-MBR工艺强化生物脱氮

开发出一种两段进水生物膜法好氧/好氧/缺氧-膜生物反应器(OOA-MBR)强化生物脱氮工艺,以模拟生活污水为研究对象,重点考察了流量分配比、曝气方式和水力负荷等因素对系统运行效果的影响,并对工艺控制参数进行了优化。实验结果表明,在系统HRT 4.8 h,流量分配比为1∶1,后置MBR池曝气方式采取Air-on 4 min/Air-off 6 min模式,进水COD(380±20)mg·L-1、NH+4-N(35±5)mg·L-1、TN(35±5)mg·L-1时,出水COD、NH+4-N和TN去除率分别达到93.9%、91.8%和77.7%,出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准。     

UASB-SBR工艺处理规模化畜禽养殖废水

针对规模化畜禽养殖废水常规厌氧-好氧组合处理工艺及SBR处理工艺脱氮效率低、运行费用高等问题,采用UASB-SBR工艺,研究3种不同的SBR模式对处理效果的影响。结果表明,UASB容积负荷(以COD计)8 kg·(m~3·d)-1、pH 7.0、温度35℃、HRT 25 h时,COD去除率为80%~85%;SBR在进水15 min、反应480 min、沉淀60 min、出水15 min、闲置810 min条件下,对废水COD、NH_4~+-N、和TN去除率分别为91.8%、98.7%和71.6%,出水COD≤180 mg·L~(-1)、NH_4~+-N15 mg·L~(-1)、TN50 mg·L~(-1),达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596-2001)。该运行条件下NO_2~--N积累率超过50%,出现了NO_2~--N积累,短程硝化反硝化是主要脱氮方式。     

脉冲曝气活性污泥胞外聚合物的产生特性及其与脱氮效率的关系

为探讨脉冲曝气活性污泥胞外聚合物(EPS)的产生特性及其与脱氮效率的关系,研究了在脉冲曝气装置中曝气时间5 min及停曝时间10 min的条件下,松散结合型胞外聚合物(LB-EPS)与紧密结合型胞外聚合物(TB-EPS)的变化规律,并分析EPS与脱氮效率之间的关系。结果表明:脉冲曝气活性污泥LB-EPS的含量低于TB-EPS含量,且随着脉冲驯化的进行,EPS的含量持续增长。三维荧光图谱(3D-EEM)分析表明脉冲曝气的LB-EPS的色氨酸荧光峰产生红移,TB-EPS的色氨酸荧光强度增大,说明了脉冲曝气驯化过程导致了活性污泥胞外聚合物中色氨酸蛋白类物质含量呈增加趋势。对比研究表明:脉冲曝气氨氮(NH_4~+-N)去除率在80%左右,与连续曝气相近;而总氮(TN)去除率在50%左右,高于连续曝气20%。脉冲曝气下,EPS对于脱氮有抑制作用,EPS与NH_4~+-N及TN的去除率之间呈负相关的关系,LB-EPS与TN去除率之间负相关;TB-EPS与NH_4~+-N去除率负相关且关系显著。     

间歇曝气SBR处理垃圾渗滤液的脱氮性能

采用两级串联间歇曝气序批式反应器(intermittent aeration sequencing batch reactor,IASBR)处理高氨氮低碳氮比的垃圾渗滤液,研究在控温(25±2)℃,进水碳氮比(COD/TN)为3.0条件下的脱氮性能。进水氨氮(NH_4~+-N)和总氮(TN)浓度分别为(1 100±70)mg·L~(-1)和(1 520±65)mg·L~(-1),1级和2级IASBR的水力停留时间(HRT)分别为5 d和4 d。运行结果表明,经1级IASBR处理后,出水TN浓度降低至约250 mg·L~(-1),其中以有机氮(TON)为主,NH_4~+-N浓度约25 mg·L~(-1);经2级IASBR处理后,出水TN和NH_4~+-N浓度分别稳定在40 mg·L~(-1)和20 mg·L~(-1)以下,TON去除率高达90%以上。两级串联IASBR组合工艺表现出良好的深度脱氮性能,出水TN浓度稳定达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中TN≤40 mg·L~(-1)的排放标准;同时,1级IASBR出水COD浓度高达1 150 mg·L~(-1),经过2级IASBR处理后出水COD降至约770 mg·L~(-1)。     

AAOA-MBR工艺污水脱氮特性及脱氮机制

为了提高污水脱氮效果,在传统A2O工艺的基础上,增加后置缺氧段并与膜生物反应器相结合,构建了AAOA-MBR污水处理中试装置,进行了中试实验。实验结果表明,在进水COD浓度为100.00~280.00 mg/L、TN浓度为18.32~31.86 mg/L、NH+4-N浓度为12.78~24.44 mg/L时,COD、TN和NH+4-N的平均去除率分别达到了90.0%、72.1%和99.0%,出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中的一级A标准;通过多点进水优化了内源配置,节约了碳源,强化了脱氮效果;采用膜池回流供氧,可在节能的同时保证缺氧池1的缺氧环境,提高了反硝化效果。本文的研究成果为实际污水处理工程市场提供了一套高效脱氮的新工艺。     

DO浓度对间歇曝气单级自养脱氮系统N2O排放的影响

以单级自养脱氮系统为研究对象,采用有效容积为15 L的SBBR反应器,系统进水NH+4-N浓度约为360 mg/L,控制温度为(30±2)℃,采用间歇曝气方式运行,曝气段DO浓度从2.4~2.6 mg/L逐渐下降到0.9~1.1 mg/L,研究了单级自养脱氮系统的脱氮性能与N2O排放情况。结果表明,反应器曝气段DO浓度从2.4~2.6 mg/L下降到0.9~1.1mg/L,系统TN去除率均达到80%,但在相同运行时间内的TN去除率依次降低,NH+4-N平均反应速率从0.19 mg/(L·min)降低至0.05 mg/(L·min),NO-3-N累计产生量稳定于14.9~16.5 mg/L,NO-2-N浓度在反应器内未产生明显的积累。随着曝气段DO浓度的下降,最大N2O释放速率逐渐降低,N2O累计释放量从73.8 mg下降到61.0 mg,N2O转化率介于2.4%~2.9%。     

硝化液循环比对DBF-BAF工艺处理焦化废水效能的影响

采用DBF-BAF工艺处理焦化废水,考察不同硝化液循环比条件下系统的脱氮除碳效果,通过分析循环比对各反应器内的氮赋存反应、COD去除特性的影响,探究其对DBF-BAF工艺处理焦化废水时脱氮除碳效能的影响机制。结果表明:适当增大循环比,有利于系统脱氮除碳,在300%的最佳循环比下,系统对COD、NH_4~+-N、有机氮和TN的平均去除率分别为87.57%、97.34%、99.18%和79.97%,出水NH_4~+-N稳定达到5.00 mg·L~(-1)以下;循环比通过改变各反应器进水COD、NO_3~--N、NH_4~+-N、有机氮和DO浓度来影响其内的碳氧化反应和氮素的转化与去除,进而影响系统的脱氮除碳效能。     

新型生物强化A2/O系统在苯胺废水处理中的应用

针对常规A~2/O系统中污泥菌群泥龄不平衡、易受有毒物质毒害而难以有效处理苯胺类废水的问题,采用经驯化并固定的包埋菌对A~2/O系统进行强化。考察了常规A~2/O系统和生物强化A~2/O系统对氨氮(NH_4~+-N)、总氮(TN)、化学需氧量(COD)的去除效能,且研究了强化前后系统微生物的响应情况。结果表明:随着常规A~2/O系统随进水中苯胺组分的提高,脱氮能力明显下降,TN去除率由76.46%下降到34.28%,NH_4~+-N去除率由97.63%下降到31.82%;在包埋菌强化后,A~2/O系统TN和NH_4~+-N去除率分别恢复至73.09%和93.30%,同时能有效处理60 mg·L~(-1)苯胺。污泥微生物响应结果显示,生物强化A~2/O系统中活性污泥的比好氧呼吸速率(SOUR)和胞外聚合物(EPS)含量明显上升,说明污泥活性增强,抵御有毒物质能力提高。污泥微生物在属水平上,Zoogloea(动胶菌属)、Flavobacterium(黄杆菌属)和Brevundimonas(短波单胞菌属)等具有硝化和反硝化功能的菌属在强化后的相对丰度增加,这表明系统脱氮能力得到增强。生物强化A~2/O系统实现了苯胺类工业废水的有效处理,可为工程应用提供参考。     

印染废水中氮硫形态转化和去除效率

针对含较高氮、硫的印染废水,采用UASB水解酸化反应池+A、B两段低氧曝气式污泥自回流池+C段接触氧化池+混凝沉淀工艺进行处理,对各生化反应池中氮、硫的形态转化过程进行了分析。结果表明,该工艺对印染废水中COD、色度、TN、NH+4-N、S2-的去除率分别达到90.7%、87.3%、85.6%、76.3%、100%。