催化氧化除氨氮/锰滤料活性恢复方式优化研究

以催化氧化除氨氮/锰失活滤料为研究对象,考察了3种不同恢复方式(自然恢复,投加碱度,再次挂膜)对滤料催化氧化氨氮、锰效能的影响.结果表明,自然恢复(1#)滤柱,投加碱度(2#)滤柱,再次挂膜(3#)滤柱分别于4,2,3d后氨氮去除率达到90%以上;逐渐提高氨氮浓度,3#再次挂膜滤柱出水氨氮浓度波动最大,1#自然恢复滤柱恢复期间出水亚硝氮积累时间最长且峰值最高.3根滤柱催化氧化去除锰活性恢复速度均较快.1#自然恢复滤柱和2#碱度恢复滤柱均能在2d内将锰完全去除.3#挂膜滤柱是在停止投加高锰酸钾后5d内实现将进水锰完全去除.氨氮和锰的相互影响实验结果表明,3根滤柱中投加碱度(2#)滤柱表现最优.尽管氨氮抑制锰的去除,但是投加碱度滤柱随着进水氨氮浓度的升高出水锰浓度始终低于0.1mg/L;锰对氨氮的去除影响不显著.XRD分析结果表明,受其表面负载新生成氧化膜的影响,高锰酸钾重新挂膜滤柱的滤料样品的结晶度较差.综合考虑氨氮和锰的活性恢复效率以及挂膜过程中药品的投加,提出采用自然恢复方式最适.     

生物滤池同步净化低温高铁锰氨氮地下水

为实现低温（5~6℃）高铁锰氨氮[TFe：9~15mg/L,Fe²⁺：6~12mg/L,Mn²⁺：0.8~1.2mg/L,NH₃-N：0.9~1.4mg/L]地下水的生物同步净化,以水厂实地滤柱进行实验.结果表明,在该种水质下,以1.0,3.0m/h滤速启动生物滤柱,分别历经128,91d启动成功.铁和氨氮自启动之初出水即合格,锰的去除仍然是滤池成熟的决定性因素.溶解氧（DO）充足条件下,净化所需滤层厚度随氨氮浓度的升高而加厚,氨氮极限去除浓度为1.60mg/L.进水DO不足是限制氨氮继续提升的主要因素.滤速越大,锰的去除量越少,净化所需滤层越厚,滤柱极限运行滤速为8.0m/h.沿程分析发现,铁和锰的氧化去除存在显著分级,铁和氨氮在滤层内可同步氧化去除,锰的高效氧化去除区间相对滞后.     

低温高铁锰氨氮地下水两级生物净化快速启动

为了实现东北地区低温（5~6℃）高铁、锰、氨氮（TFe：9~15mg/L，Fe²⁺：6~12mg/L，NH₃-N：1.4~2.0mg/L，Mn²⁺：1.4~2.0mg/L）地下水的净化及解决同层净化中运行稳定性差、出水锰超标的问题，在水厂净化车间开展“两级曝气+两级过滤”工艺启动研究，采用差滤速和同滤速2种启动方式分别启动两级生物净化工艺.结果表明，2种启动方式分别在106，59d启动成功.同滤速启动可以有效的缩短两级生物净化的启动时间，铁、锰、氨氮去除负荷可达110.69，18.80，19.54g/（m²·h），沿程分析发现，铁在一级滤柱的60cm处即被去除至痕量；85.08%的氨氮在一级滤柱中去除，沿程各段去除均匀，14.92%的氨氮在二级滤柱中去除；锰的去除率和氧化活性去除区位受滤速及进水氨氮浓度影响较大，33.72%的锰在一级滤柱中去除，66.28%的锰在二级滤柱中去除，锰的去除仍然是滤池成熟的决定性因素.     

铁锰复合氧化膜同步去除地表水中氨氮和锰

在中试条件下,以石英砂为载体,利用表面负载的铁锰复合氧化膜同步去除地表水中的氨氮和锰,考察了氨氮和锰的去除效能及动力学过程.结果表明,活性氧化膜对地表水中氨氮和锰的去除率可达到90%以上.滤料对氨氮和锰的去除符合拟一级动力学关系,但其动力学常数ka随进水污染物浓度范围的不同而变化.滤速在4~13m/h之间,出水氨氮和锰均可达标;滤速增大,单位体积滤料对氨氮和锰的去除能力提升,去除污染物所需滤层厚度与滤速符合幂函数关系.活性氧化膜对地表水低温条件具有一定的适应性,温度降低至10℃,进水氨氮浓度2.0mg/L,锰浓度0.9mg/L,出水达到我国饮用水水质标准限制.     

生物滤池净化含铁锰高氨氮地下水试验研究

以中试有机玻璃滤柱反应器进行伴生高浓度氨氮含铁锰地下水生物同步净化试验研究,结果表明,进水氨氮浓度高于2.0mg/L时,溶解氧浓度是限制锰与氨氮去除的主要原因.下向流底部曝气过滤运行(气水逆向)可解决溶解氧不足的问题,但滤柱滤水能力有限;上向流底部曝气过滤(气水同向)同样可以满足铁锰氨氮氧化需氧量,然而曝气扰动作用削弱了滤池过滤截留能力造成铁锰氧化物穿透滤层,致使滤层出水铁锰浓度无法满足标准要求,曝气量越大,其滤池截留能力越弱.     

催化氧化除氨氮/锰技术在滤池改造中的应用研究

西安市某地下水源水厂石英砂滤池中滤料表面形成的氧化膜催化活性很低,基本不具备去除铁、锰、氨氮的能力,出水安全隐患较高,因此在中试滤柱系统中评价了石英砂滤料除铁（Fe²⁺）、锰（Mn²⁺）、氨氮（NH₄⁺-N）效能,并进行活性滤料的性能优化.在此基础上,在水厂原有石英砂滤池中进行活性滤料的原位制备.结果表明,水厂石英砂滤料基本不具备去除Fe²⁺、Mn²⁺、NH₄⁺-N能力.在中试滤柱系统中,经过3d挂膜,低浓度Fe²⁺、Mn²⁺、NH₄⁺-N的去除率均可达93%以上.在滤池中进行原位改造后,进水NH₄⁺-N浓度为（0.3±0.05） mg/L时,去除率由28%提高到90%,进水Mn²⁺浓度为（0.3±0.05） mg/L时,去除率由50%提高到80%.进一步分析滤料表征发现,改造后滤料形貌和结构均发生了改变.XRD分析结果表明,改造后滤料产生了新峰,证明了滤料具备了活性.改造后可满足案例水厂净水安全的需要,具有较高的实用价值.     

关于自然形成生物锰砂滤池对氨氮去除效果的研究

文章通过对中国南方某给水厂传统水处理工艺中v型滤池去除氨氮的效果进行研究,分析了该厂在长期投加高锰酸钾进行预氧化的同时间接地对天然石英砂滤料改性从而形成生物锰砂滤池的原因.研究结果表明,当进水氨氮浓度大于1.5mg/L时有利于滤料表面挂膜;当氨氮为2.3mg/L时,生物膜表面活性最强;氨氮穿透负荷为17.3mg/L.     

风干工艺强化催化氧化除氨氮/锰活性滤料膜负载

为强化地下水处理中催化氧化除氨氮/锰活性滤料表面膜负载强度,系统研究了风干温度对锰氧化物滤料氧化膜的活性、负载强度及负载量的影响,将不同温度风干的生产性滤料填充滤柱,检测沿滤柱深度的氨氮、锰浓度随时间的变化,分析风干温度对生产滤料活性恢复期、除氨氮锰能力和膜负载强度的影响规律.结果表明,滤料经风干处理可以明显缩短滤柱除氨氮/锰的恢复期,其中除氨氮活性最先恢复的是自然风干和60℃风干滤柱;经过风干处理的滤料氨氮/锰的处理能力明显增强,出水氨氮浓度更稳定,不同风干温度之间的差异不明显;滤料风干能显著增强膜负载强度;滤料在运行过程中,表面膜负载量呈现先减少后增长的趋势,特别是未风干处理滤料的运行初期膜量下降明显.利用XRD测定滤料样品表面锰氧化物的晶体结构,比较不同温度风干的初始滤料发现它们具有相同复杂的晶型.     

MnOx同步除锰氨氮滤池的快速启动及污染物去除机制

通过将MnO_x负载于石英砂表面形成MnO_x滤料,并以此构筑滤池,开展动态试验,考察了滤池的启动周期、污染物去除效率及影响因素;同时通过表征MnO_x结构变化和灭活滤料表面微生物等方法探究了MnO_x滤池的污染物去除机制.结果表明:运行第1d滤池出水锰即可达标,运行至第9d,滤池启动完成,可实现对水中锰和氨氮的同步有效去除.滤池可稳定同步去除锰和氨氮的最大平均浓度分别为1.4和1.6mg/L,滤速为6m/h,且通过提升水中溶解氧含量可进一步增强滤池对锰和氨氮的去除效果.SEM、EDS和XRD分析结果表明,滤池运行过程中, MnO_x由相对密实的颗粒堆积形态逐步发展为多孔的一体化海绵状结构,其组成由ramsdellite和birnessite型MnO₂,逐步发展为buserite和birnessite型MnO₂,但元素组成相对较为稳定.结合滤料表面的微生物灭活实验,认为滤池稳定运行阶段,MnO_x对锰的去除主要为非生物作用,...     

石英砂表面活性滤膜去除地下水中氨氮的试验研究

为研究石英砂滤料表面活性滤膜催化氧化地下水中氨氮的性能,采用已运行4年的中试石英砂滤柱,改变进水氨氮负荷并且长期持续过滤仅含氨氮的进水,考察该滤膜催化氧化氨氮的性能.结果表明:在进水氨氮浓度为0.8~1.3mg/L,水温为20~23℃,滤速为7m/h的试验条件下,滤料表面活性滤膜催化氧化氨氮的性能可长期保持稳定、高效;在溶解氧(DO)充足的条件下,氨氮的最大去除负荷为22.3g/(m³·h),且其与氨氮进水负荷正相关;氨氮的极限去除浓度受溶解氧的限制,且当DO不足时,滤速对溶解氧的消耗影响较大.     

高铁锰氨氮地下水净化试验及氧化动力学

在水厂,以中试模拟滤柱开展了高铁锰氨氮(8~10℃,TFe 6~14mg/L,Mn 0.8~1.5mg/L,NH_4~+-N 2.0~3.0mg/L)地下水净化试验及氧化动力学分析.结果表明,一级曝气+一级过滤、一级曝气+两级过滤工艺均由于溶解氧(DO)不足,对高铁锰氨氮地下水净化失败;曝气生物滤池由于曝气对水流造成紊动,净化效果最差;曝气生物滤池+两级过滤工艺可实现高铁锰氨氮地下水净化,但是运行滤速仅有6.0m/h;两级曝气+两级过滤工艺净化效果最优,可实现高铁锰、氨氮地下水(8~10℃,TFe 17.66mg/L,Mn 1.71mg/L,NH_4~+-N 3.37mg/L)净化,一级和二级滤速分别可达13.25m/h和12.75m/h,且在低温下亦适用,可实现低温高铁高锰高氨氮(5~6℃,TFe 9.72mg/L,Mn 3.29mg/L,NH_4~+-N 3.44mg/L)地下水的净化,一级和二级极限滤速分别为10.0m/h和8.0m/h.氧化动力学分析表明,铁氧化去除遵循一级化学氧化动力学规律,其氧化动力学常数为(1.02~1.18)×10.氨氮和锰的去除均遵循零级酶促反应动力学规律,其氧化动力学常数分别为(0.15~0.83)×10~(-1)和(0.31~1.20)×10~(-1).除铁除锰生物滤池中,铁的氧化去除速率最快,优先完成去除,锰和氨氮完成氧化去除的先后顺序受基质浓度大小影响较大.     

滤速与水质对低温含铁锰氨地下水中氨去除的影响

在某除铁锰氨氮地下水水厂,以中试滤柱开展了低温(6～8℃)生物除铁锰硝化耦合CANON[Fe(Ⅱ) 2.91～6.35 mg·L^-1、 Mn(Ⅱ) 0.47～0.98 mg·L^-1和NH⁺₄-N 1.15～2.26 mg·L^-1]工艺运行实验,探究滤速与水质对氨氮去除的影响.结果表明,停运1个月的成熟低温铁锰氨生物滤柱以2 m·h^-1的滤速经过40 d的培养,成功启动了低温生物除铁锰硝化耦合CANON工艺.在此工艺中当保持进水浓度不变,提升滤速会降低滤柱对氨氮的网捕效率,增加滤层深处的氨氮浓度,提高滤层深处AnAOB对氨氮离子的网捕效率,进而导致水中经CANON作用去除的氨氮增加,而硝化作用去除的氨氮降低;当保持滤速不变,提升进水氨氮浓度会使更高浓度的氨氮进入滤层,增加了氨氮和亚氮共存区域中氨氮的浓度,提高了滤层中AnAOB对氨氮离子的网捕效率,进而导致CANON作用去除的氨氮增加.     

不同滤料滤池启动期内对铁锰离子的去除机制

采用两座小试生物滤池,考察了锰矿砂和石英砂滤料在启动期内对铁锰离子的去除特性,并结合材料表征手段解析了过滤去除机制.启动运行结果表明,在进水铁锰质量浓度范围为2~3 mg·L-1和0.3~0.6 mg·L-1时,石英砂滤池分别需要15d和30d完成铁锰的去除,而锰矿砂滤池在10d内完成除铁过程,而出水锰质量浓度始终低于0.1 mg·L-1,满足国标要求.锰矿砂表面天然铁锰氧化物的吸附催化作用是其去除效果优于石英砂的关键.然而,一方面,当铁氧化物在石英砂滤池内形成后,其同样能继续吸附催化铁离子,两滤池对铁离子的最终转化产物为复合氧化物,+2与+3价铁的比值在1:1.44~1:1.54之间.其次,在启动期内,锰矿砂滤池对锰离子的去除以吸附催化氧化完成,其产物为+3价态锰,而后续在生物作用下趋于转化为+4价;石英砂滤池对锰离子的去除以吸附主导,但吸附容量饱和后以生物作用为主.最终,锰离子转化产物为+2、+3和+4多价态的复合态氧化物.此外,锰氧化产物呈层状结构,铁氧化产物为颗粒形态,二者均能披覆在滤料表面,但后者更容易被反洗出滤层,而前者则倾向于披覆在锰矿砂表面或积累在石英砂滤层孔隙间.     

不同滤料滤池启动期内对铁锰离子的去除机制

采用两座小试生物滤池,考察了锰矿砂和石英砂滤料在启动期内对铁锰离子的去除特性,并结合材料表征手段解析了过滤去除机制.启动运行结果表明,在进水铁锰质量浓度为2～3 mg·L~(-1)和0. 3～0. 6 mg·L~(-1)时,石英砂滤池分别需要15 d和30 d完成铁锰的去除,而锰矿砂滤池在10 d内完成除铁过程,而出水锰质量浓度始终低于0. 1 mg·L~(-1),满足国标要求.锰矿砂表面天然铁锰氧化物的吸附催化作用是其去除效果优于石英砂的关键.一方面,当铁氧化物在石英砂滤池内形成后,其同样能继续吸附催化铁离子,两滤池对铁离子的最终转化产物为复合氧化物,2价与3价铁的比值在1∶1. 44～1∶1. 54之间.其次,在启动期内,锰矿砂滤池对锰离子的去除以吸附催化氧化完成,其产物为3价态锰,而后续在生物作用下趋于转化为4价;石英砂滤池对锰离子的去除以吸附主导,但吸附容量饱和后以生物作用为主.最终,锰离子转化产物为2价、3价和4价态的复合态氧化物.此外,锰氧化产物呈层状结构,铁氧化产物为颗粒形态,二者均能披覆在滤料表面,但后者更容易被反洗出滤层,而前者则倾向于披覆在锰矿砂表面或积累在石英砂滤层孔隙间.     

贫营养条件下生物除铁除锰滤池生态稳定性研究

采用将反冲洗排水回流至生物除铁除锰滤池的方式补给滤层细菌数量、回流可利用营养物质.试验从滤池整体除铁除锰效果、微生态特性及优势细菌数量分布3方面考察滤池的生态稳定性.结果表明,在高滤速(10～13.9 m/h)、高锰浓度(3.5～4.5 mg/L)条件下生物滤池对铁锰的去除率达98.9%以上,滤池具有较强的抗负荷冲击能力.铁、锰氧化细菌为滤层的优势菌群,数量达106数量级,它们既附着在滤料表面上(4.3×106个/mL)形成致密的生物膜,又存在于滤料间(6.5×106个/mL)形成以细菌为主体的悬浮絮体,此絮体对铁锰的彻底去除至关重要.经过近5年的连续运行,在不投加营养盐的前提下生物滤池实现了稳定运行,保持了高除铁除锰效率.     

低温生物除铁除锰工艺快速启动与滤速的探求

为净化低温(5~6℃)高铁高锰这种地下水质,通过水厂实地滤柱实验表明,在该种水质下,适当调整工艺运行的参数能够快速富集铁锰氧化微生物,在120d左右实现生物除铁除锰工艺的快速启动和稳定运行;滤柱启动过程中,对滤层厚度进行了优化,1500mm厚新滤料在启动过程中会导致出水锰超标,而800mm厚成熟生物滤层在6~8m/h滤速下,可完成对铁、锰的深度去除;在此条件下,进行滤速探求的实验研究,最高滤速可达到16.5m/h保证出水铁锰合格,并给出了相应的反冲参数.     

一种新型滤料在循环养殖水处理中的应用

实验研究了填充新型无剩余污泥悬浮型生物滤料的曝气生物滤池处理养殖废水的挂膜情况及水力停留时间（HRT）变化对曝气生物滤池处理效果及运行特性的影响。结果表明，含氨氮和亚硝酸氮浓度较高的模拟养殖污水用活性污泥挂膜，大约1个月就能使生物滤池启动。当模拟养殖污水氨氮起始浓度在2mg／L左右时最佳水力停留时间（HRT）为0．6h循环6d能使氨氮浓度降到0．03mg／L左右，亚硝酸氮有短期积累问题，但最终都能被降到0．05mg／L以下。水力停留时间影响氨氮的去除时间，从而影响亚硝酸氮的积累。水力停留时间（HRT）对有机物（CODMn）去除影响不大，且该种滤料对有机物（CODMn）去除效果较差，去除率在28％左右。     

低温高铁锰氨氮地下水生物同池净化

为实现低温(5~6℃)高铁锰氨氮[TFe 9.0~12.0 mg·L~(-1)、Fe(Ⅱ)6.5~8.0 mg·L~(-1),Mn(Ⅱ)1.9~2.1 mg·L~(-1),NH_4~+-N 1.4~1.7 mg·L~(-1)]地下水生物同池净化,以中试模拟滤柱在某水厂进行了实验研究.结果表明,出水总铁在启动之初即能合格,出水氨氮和锰分别在72 d和75 d实现净化.工艺启动周期受培养温度和原水水质影响较大.滤速越大,锰的极限去除量越低,滤速≥1.0 m·h~(-1)时,锰的极限去除量为3.0 mg·L~(-1).锰是滤速提升的限制因素,工艺极限滤速是4.5m·h~(-1).滤速≤6.0 m·h~(-1)时,氨氮的极限去除量为1.5 mg·L~(-1),且不受滤速影响,溶解氧(dissolved oxygen,DO)不足导致工艺对更高浓度氨氮净化失败.DO充足的条件下,工艺净化所需滤层厚度随锰和氨氮浓度增加而增厚.滤速增大会导致铁锰氨氧化去除区间向滤层深处位移,发生"锰"溶出现象.进一步分析表明,铁和氨氮在滤层内可同步氧化去除;锰的高效氧化去除区间与铁和氨氮的高效氧化去除区间存在明显分级.     

间歇曝气生物滤池生物除磷性能研究

通过间歇曝气、连续进水的运行方式使生物膜系统交替处于厌氧/好氧状态,据此研究了不同进水挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)质量浓度、运行周期以及反冲洗条件下生物滤池的生物除磷性能.实验中以模拟生活污水为处理对象,滤池水力停留时间为1.3 h,进水流速为5 L.h-1,气水比为8∶1,进水平均COD负荷、氨氮负荷和磷酸盐负荷分别为4.7、0.41和0.095 g.(L.d)-1.结果表明,在一个运行周期内生物滤池能有效实现释磷和吸磷;当进水VFAs质量浓度(以COD计)为100 mg.L-1、运行周期为6 h时,生物滤池除磷性能最佳,曝气阶段滤池出水磷去除负荷可达0.059 g.(L.d)-1,同时COD和氨氮的去除负荷分别为3.8 g.(L.d)-1和0.28 g.(L.d)-1,出水平均磷、COD和氨氮质量浓度为1.8、43.6、8.7mg.L-1,滤池中存在一定程度的氮流失;中止反冲洗使生物滤池除磷性能迅速下降,2 d后滤池除磷效率低于40%,随即恢复反冲洗使滤池除磷效果出现短暂增强,再经2 d反冲洗后除磷效率又回到原有水平.可见,在间歇曝气、连续进水的运行方式下生物滤池成功实现了生物除磷并具有较好的磷负荷去除效果,充足而稳定的进水VFAs质量浓度、适当的运行周期以及较高频率的反冲洗有利于滤池的生物除磷性能.     

夏秋季混凝剂对复合锰氧化膜去除地表水中氨氮和锰的影响

在夏秋季较高温条件下,采用3种混凝剂(Fe Cl3、PFC和PAFC)考察其对复合锰氧化膜中试滤柱去除地表水中氨氮和锰的影响.结果表明,Fe Cl3易水解从而降低水体pH且残留大量铁于水体中均不利于氨氮和锰的去除,改变混凝剂Fe Cl3为PFC,可有效恢复滤柱去除氨氮和锰的能力.经PAFC处理后水体中氨氮和锰在滤柱运行期间去除效果稳定且良好.分析滤料结构特性发现,不同混凝剂对滤料的形貌会产生不同的影响.在以Fe Cl3作为混凝剂时,滤料比表面积上升相对缓慢,不利于氨氮和锰的去除.FTIR图谱结果表明,不同混凝剂运行条件下对滤料Fe—OH键的存在有不同影响.本研究为地表水中氨氮和锰去除过程中水质因素的影响研究提供了一定的理论基础.