三级生物膜深度处理腈纶废水生化出水的脱氮研究

针对腈纶废水生化出水用传统脱氮工艺深度脱氮时碳源不足的问题,采用三级生物膜反应器作为深度处理装置,研究了反应器的启动及进水pH、水力停留时间(HRT)、进水氨氮(NH4+-N)浓度对NH4+-N去除率的影响并确定其最佳运行条件及最佳条件下总氮(TN)的去除效果.结果表明,在HRT为24 h,进水pH为7.8～8.0条件下反应器对NH4+-N和TN的去除效果最佳,平均去除率分别为94.6%和53%;且进水NH4+-N浓度对其去除效果没有明显影响;反应器在不投加有机碳源情况下,对TN有明显去除效果,平均去除率53%,最高去除率达66%,表明三级生物膜反应器深度处理腈纶废水时脱氮效果明显.     

SPG膜微气泡曝气生物膜反应器运行性能影响因素研究

SPG膜微气泡曝气生物膜反应器是微气泡曝气与废水好氧生物处理结合的可行方式.本研究采用SPG膜微气泡曝气生物膜反应器处理模拟生活废水,探讨运行条件、SPG膜污染及膜孔结构变化等因素对系统运行性能的影响.结果表明,空气通量、进水有机负荷、填料类型及床层孔隙率对COD去除性能影响较小,各运行条件下COD平均去除率保持在80%～90%.随着空气通量降低或进水有机负荷提高,溶解氧(DO)浓度显著下降,造成氨氮去除性能恶化,其平均去除率可由80%～90%降至20%～30%;同步硝化反硝化过程受此影响,总氮(TN)平均去除率也由30%～40%降至20%左右.此外,采用环形填料并提高床层孔隙率,有助于改善污染物去除性能.低空气通量或高进水负荷条件下,微气泡曝气的氧利用率接近100%.长期运行中,SPG膜表面生物膜生长及有机物累积会造成SPG膜污染,而在线清洗中碱性NaClO溶液侵蚀SPG膜孔结构,使SPG膜的平均孔径及孔隙率显著增大,从而影响SPG膜空气通透性.     

上流式厌氧生物膜-二级生物接触氧化处理猪场废水的研究

介绍了采用上流式厌氧生物膜反应器耦合二级生物接触氧化处理猪场废水。在一级生物接触氧化池内实现短程硝化,将产生的NO2-回流至上流式厌氧生物膜反应器,在上流式厌氧生物膜反应器内实现厌氧氨氧化与反硝化协同,实现在厌氧条件下对NH4+-N的去除。将该系统用于处理实际猪场废水,系统对猪场原废水COD平均去除率为97%,TN平均去除率为84.2%,NH4+-N平均去除率分别为88.2%。     

气提反应器处理中等浓度生活污水的试验研究

对气提反应器处理生活污水进行了试验研究,探讨了生物膜的形成和水力停留时间及曝气量时中低浓度生活污水处理效果的影响.结果表明:最优条件是在HRT为6h,曝气量为0.6 m3/h,进水COD和NH4+-N质量浓度分剐为240.2～298.7 mg/L和29.1～68.9 mg/L条件下,平均COD去除率为83%,NH4+-N去除率为95.1%.     

附积床生物膜反应器同步硝化反硝化脱氮特性

基于传统的生物膜技术开发了新型的附积床生物膜反应器并考察其脱氮效果.结果表明,在不同HRT下可以获得稳定的COD去除效果,平均去除率达81.7%;在水力停留时间为3.90 h,NH+4-N、TN的平均负荷分别为0.47 kg/(m3.d)、0.59kg/(m3.d)时,可以获得NH+4-N 92.7%和TN 67.5%的去除效果.实验中混合液的溶解氧浓度(DO)是影响TN去除效果的最重要因素,pH是影响NH4+-N、TN去除效果的重要因素之一,最佳脱氮效果的控制条件为DO在0.1～2.0 mg/L之间,pH值在7.0～7.5之间,分析了实验中同步硝化反硝化脱氮的机制.     

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.     

磁性载体生物膜反应器处理生活污水的试验研究

选取天然多孔矿物-浮石、网络状塑料外壳、磁铁为材料,开发出一种新型磁性载体,并将该载体应用于生物膜反应器中进行废水处理试验,结果表明:该磁性载体生物膜反应器在载体的挂膜性能及主要污染物去除功能上均优于非磁性载体生物膜反应器.磁性载体可在5d内完成挂膜,而非磁性载体则需8d,磁性载体生物膜反应器对COD、NH+ 4-N的去除率比非载体生物膜反应器分别高出5%和20%左右.在载体中心磁场强度为200Gs,水中溶解氧DO为2.0~3.5mg/L,水力停留时间HRT为5h的条件下,校园生活污水经磁性载体生物膜反应器处理后,出水中COD稳定在20mg/L左右, NH4+-N在5mg/L以下,两者的去除率均在90%左右,出水总氮为15mg/L,去除率在50%以上.实验结果还表明:连续运行60d后,磁性载体反应器内的生物膜量和悬浮污泥量仅为非磁性载体反应器的70%,说明磁场的存在有利于污泥减量化.磁载体生物膜反应器中载体外表面附着污泥及生物膜的SOUR值均大于非磁载体生物膜反应器,表明一定的磁场强度可以提高微生物活性.     

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.     

中试规模微气泡曝气生物膜反应器运行性能评估

运行中试规模微气泡曝气生物膜反应器处理校园生活污水,对其运行性能进行评估,并与传统生物处理工艺比较.结果表明,采用中试系统处理校园生活污水原水时,平均COD去除率和去除负荷分别为57.0%和2.68 kg·(m~3·d)~(-1),平均氨氮去除率和去除负荷分别为17.4%和0.17 kg·(m~3·d)~(-1),平均TN去除率和去除负荷分别为15.8%和0.21 kg·(m~3·d)~(-1),平均氧利用率达到100%.采用中试系统处理可生化性较差的生物接触氧化池出水,平均COD去除率和去除负荷分别为46.0%和1.53 kg·(m~3·d)~(-1);平均氨氮去除率和去除负荷分别为17.1%和0.32 kg·(m~3·d)~(-1);平均TN去除率和去除负荷分别为14.1%和0.28 kg·(m~3·d)~(-1);平均氧利用率高于50%.由于微气泡曝气能够加速氧传质过程并提高氧利用率,因此相同进水条件下,中试系统污染物去除能力显著优于传统生物接触氧化工艺和传统曝气生物滤池工艺.     

同步硝化反硝化耦合除磷工艺的快速启动及其运行特征

以低COD/N生活污水(C/N为3∶1~4∶1)为进水基质,在序批式活性污泥反应器(SBR)中接种好氧颗粒污泥(AGS),通过逐步降低溶解氧(DO)浓度的方式快速实现同步硝化反硝化耦合除磷.反应器运行20 d后(DO浓度为0.50~1.0mg·L-1),系统出现同步硝化反硝化耦合除磷的现象.在随后运行的40 d里,反应器对废水COD、NH+4-N、TN和TP的平均去除率分别为84.84%、93.51%、77.06%和85.69%;出水NO-3-N和NO-2-N平均浓度分别为4.01 mg·L-1和3.17 mg·L-1.反应器启动运行后期,污泥体积指数(SVI)为55.22 m L·g-1,沉降性能良好,颗粒结构较完整.不同氮源的周期曝气阶段结果表明,对TN的去除率为NH+4-NNO-2-NNO-3-N;对TP的去除率为NO-3-NNO-2-NNH+4-N,反应器主要以同步硝化反硝化脱氮和反硝化方式除磷.     

连续/间歇曝气下MBBR-亚硝化生物膜特性

本文分别以连续曝气和间歇曝气方式长期运行两套亚硝化移动床生物膜反应器,对比分析两种曝气方式下亚硝化生物膜特性差异和变化.研究表明,连续曝气和间歇曝气均可实现亚硝化生物膜生长（K_d> 0）,但间歇曝气下生物膜连续脱落对生物总量基本无影响,生物膜生长过程更加稳定,且当亚硝化运行稳定后,间歇曝气可获得更高的生物总量（1.42g/m²）.而连续曝气下生物膜可获得更高的蛋白质/多糖（PN/PS=1.8~2.0）和蛋白质/挥发性固体（PN/VS=0.145）以及更低的腐殖质/挥发性固体（HS/VS=0.05）和死细胞占比（13.66%）.这说明连续曝气下生物膜中活性生物量占比更高,惰性生物量占比更低,活细胞占比更高,因而生物膜活性更高,微生物代谢更活跃.荧光实时定量PCR结果显示,以连续曝气运行的MBBR生物膜中亚硝化菌总量远高于间歇曝气,连续曝气更利于亚硝化菌的生长富集（2.36copies×10⁸/g > 0.25copies×10⁸/g）.     

磁性多孔陶粒生物膜反应器处理焦化废水的试验研究

以磁性材料为原料,经过特定的工艺处理,对多孔陶瓷进行磁化改性获得磁性多孔载体,并将该载体应用于生物膜反应器中进行焦化废水处理试验。对不同类型的多孔陶粒载体进行对比试验,结果表明:磁性载体生物膜反应器对COD、NH3-N的去除率比普通活性污泥法高出25%³0%,比非载体生物膜反应器高出15%30%,比非载体生物膜反应器高出15%²0%左右。反应器的曝气量为1.5 L/h,曝气时间为10 h/d,温度为2520%左右。反应器的曝气量为1.5 L/h,曝气时间为10 h/d,温度为25³0℃。焦化废水经磁性载体生物膜反应器处理后,上清液中COD,NH3-N的去除率均在90%左右。出水浓度达到国家工业废水排放二级标准(GB18918-2002)。     

不同生物载体模拟河道反应器的微污染水源水修复研究

分别以弹性填料和AquaMats生态基为载体,比较了2组模拟河道生物反应器启动过程及其修复微污染水源水性能.结果表明,在间歇曝气与逐步增强曝气强度的挂膜启动方式下,悬挂弹性填料的模拟河道反应器运行50d即启动完成,其高锰酸盐指数、氨氮去除率分别高达78.2%、93.5%;AquaMats生态基反应器的高锰酸盐指数、氨氮去除率则在2周后分别达到70%、80%以上.不同曝气方式的影响研究发现,曝气/停曝时间比3h:3h、曝气量250L·h-1工况下,弹性填料生物膜反应器的高锰酸盐指数、氨氮、TN、TP的去除率均优于AquaMats反应器;随着曝气强度减至120L·h-1及曝气/停曝时间比缩短,AquaMats反应器的污染物去除性能逐步提高,表明其在确保一定的污染物去除率的前提下具有低气水比潜力与节能降耗的应用优势.镜检分析发现,弹性填料表面以颗粒物质截留、丝状菌包裹为主,而AquaMats生态基上附着的生物膜微生物群落相对较丰富.研究认为,呈辐射状结构的弹性填料对颗粒态污染物具有较强的截留能力,可实现微污染源水修复系统快速挂膜与稳定运行;而AquaMats生态基内部微孔结构有利于不同功能的微生物富集,可在低气水比条件下强化多种低浓度污染物的协同去除.     

挂膜方式对模拟河道生物反应器启动与稳态运行的影响

对比研究了自然挂膜和改进型闷曝排泥挂膜2种启动方式对模拟河道生物反应器修复微污染水源水过程特性的影响.结果表明,采用改进型闷曝排泥挂膜法有效缩短了弹性填料的挂膜周期,该反应器的NH3-N去除率比自然挂膜组提前1周达到70%以上.挂膜成熟后,闷曝排泥挂膜组附着的生物膜量和胞外多聚物含量分别为自然挂膜组的1.38倍和1.41倍,生物膜结构亦较为致密,2组反应器的NH3-N、CODMn平均去除率最终分别稳定在92%和82%以上.通过改变曝气强度和方式开展系统运行工况研究,发现2组反应器的NH3-N和CODMn去除性能呈现不同程度的波动,相比而言,采用闷曝排泥挂膜法启动的反应器对工况变化具有较强的适应能力, P(NH3-N)为0.001,一定程度上说明不同挂膜方式对填料附着的生物膜群落结构以及微污染水源水修复系统稳态运行性能影响显著.     

Anammox transited from denitrification in upflow biofilm reactor

Anammox was successfully transited from heterotrophic denitrification and autotrophic denitrification in two upflow biofilm reactors, respectively. The results showed that the volumetric loading rate and nitrogen removal efficiency in the reactor transited from heterotrophic denitrification were higher than that in its counterpart. When the hydraulic retention time was 12 h or so, the total nitrogen loading rate was about 0.609 kg N/(m^3 .d), and the effluent ammonia and nitrite concentrations were less than 8.5 mg/L and 2.5 mg/L,respectively. The upflow anammox biofilm reactor was capable of keeping and accumulating the slow-growing bacteria efficiently. During operation of the reactor, the biomass color was gradually turned from brownish to red, and the ratio of ammonia consumption, nitrite consumption and nitrate production approached the theoretical one. These changes could be used as an indicator for working state of the reactor.     

不同曝气强度下SBMBBR和SBR脱氮除磷性能对比研究

对比考察了不同曝气强度下序批式活性污泥反应器(SBR)和序批式移动床生物膜反应器(SBMBBR)的脱氮除磷效果,并分析了反应器单个周期内有机物、氮和磷的转化过程.实验结果表明,SBMBBR和SBR脱氮主要是基于好氧段发生的同步硝化反硝化(SND)及进水、搅拌阶段发生的缺氧反硝化途径实现的,而除磷是基于常规生物除磷和反硝化除磷过程而完成.曝气强度会影响SBR和SBMBBR好氧阶段SND发生的程度,最佳曝气强度下两者通过SND作用去除的TN量分别达到去除总量的47.7%和79.0%.在采用先行厌氧的运行方式,保持系统内高浓度微生物,使反应器在进水C/N比只有2.2～3.5的条件下均取得了良好的脱氮除磷效果.两者相比,SBMBBR和SBR在COD和NH4-N去+除方面没有差异,而SBMBBR的反硝化、除磷效果更优,TN、TP去除率分别达到95.4%和93.5%,较SBR分别高出10.9%和4.1%.     

MBBR-MBR组合工艺处理生活污水试验中微生物种群结构的演变

采用移动床生物膜反应器(MBBR)-膜生物反应器(MBR)组合工艺进行生活污水处理试验,考察了组合工艺对污染物的去除效果,通过变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析反应器内微生物种群组成及多样性变化,利用克隆文库分析微生物种群结构。结果表明:MBBR-MBR组合工艺稳定运行时对氨氮($NH_{4}^{+}$-N)和化学需氧量(COD_Cr)的平均去除率高达98%和97%;DGGE指纹图谱显示,反应器运行过程中微生物群落结构演变明显且与温度变化密切相关,逐渐形成适应污水处理的低温稳定种群,MBBR与MBR相比,其反应器内微生物种群更丰富,抗冲击负荷能力更强;克隆文库结果显示,MBBR与MBR内微生物优势种有较大差异,但同属变形菌门(Proteobacteria)。     

悬浮法聚氯乙烯化工离心母液的生化处理中试

采用4级内循环式好氧生物膜反应器串联工艺对悬浮法聚氯乙烯(PVC)离心母液废水进行中试试验,研究了不同停留时间下系统对有机物和浊度的处理效果以及系统的抗冲击能力;观察了生物膜的生长和发展规律;对影响系统稳定运行的主要因素(悬浮物、摇蚊幼虫和营养物)进行了分析,并提出了相应的控制措施.试验结果表明:该工艺启动迅速,在HRT为14h时,废水COD总去除率可达75%以上,出水COD浓度低于50mg/L ,完全可以达到排放标准,也可经深度处理回用于生产.     

三段式硝化型生物接触氧化反应器的启动及特性

采用实际生活污水,研究了三段式串联的硝化型生物接触氧化反应器的挂膜启动及各段的硝化特性.试验结果表明:利用中间沉淀池出水作为生物接触氧化反应器的进水进行自然挂膜,在无需投加接种污泥的情况下,20d挂膜成熟,NH4+-N的去除率达到98%以上.反应器中随着沿程推流,三段的生物量和生物膜厚度逐渐降低,最大的生物量和生物膜厚度分别为1271.25mg/L和119.45μm.分析各段的硝化特性,发现三段在低温15℃条件下仍具有较高的比硝化速率,并且在同一温度下(15,23,32℃),第2、3段的比硝化速率均大于第1段.针对上述现象,根据比耗氧速率SOUR粗略估计了AOB和NOB在各段中的相对比例.3段AOB的百分比分别为(25.64+4.89)%, (34.59+5.02)%, (42.50+1.57)%,而NOB的百分比为(23.52+3.35)%, (39.65+4.26)%, (40.69+2.19)%. 此外,系统运行125d的FISH结果表明,3段的微生物菌群分布确实存在差异.与第1段相比,后2段的AOB和NOB更容易成为优势菌.     

Performance of completely autotrophic nitrogen removal over nitrite process under different aeration modes and dissolved oxygen

In this study, three sequential batch biofilm reactors (SBBRs) were operated for 155 days to evaluate the performance of completely autotrophic nitrogen removal over nitrite (CANON) process under different aeration modes and dissolved oxygen (DO). Synthetic wastewater with 160-mg NH4 ⁺-N/L was fed into the reactors. In the continuously-aerated reactor, the efficiency of the ammonium nitrogen conversion and total nitrogen (TN) removal reached 80% and 70%, respectively, with DO between 0.8–1.0 mg/L. Whereas in the intermittently-aerated reactor, at the aeration/non-aeration ratio of 1.0, ammonium was always under the detection limit and 86% of TN was removed with DO between 2.0–2.5 mg/L during the aeration time. Results show that CANON could be achieved in both continuous and intermittent aeration pattern. However, to achieve the same nitrogen removal efficiency, the DO needed in the intermittently-aerated sequential batch biofilm reactor (SBBR) during the aeration period was higher than that in the continuously-aerated SBBR. In addition, the DO in the CANON system should be adjusted to the aeration mode, and low DO was not a prerequisite to CANON process.