芦苇碳源-表面流人工湿地对农田退水脱氮的长期效能研究

针对农田退水NO₃^--N占比高、C/N低,氮污染难以去除的问题,将经济易得的芦苇(Phragmites australis)茎叶碎段装填在表面流人工湿地(packed surface flow construct wetland,PSFW)的表层作为外加碳源,以研究其长期运行情况下的脱氮效能。结果表明：第29~149天,外加芦苇茎叶碎段的PSFW的脱氮效能明显高于无芦苇茎叶碎段的空白PSFW₀;进水NO₃^--N和TN浓度分别为(16.4±1.0)和(17.7±2.0)mg/L,HRT按3、4和2 d运行时,HRT为4 d时脱氮效能最优,PSFW对NO₃^--N和TN去除率分别为(87.4±6.0)%和(74.1±6.0)%,PSFW₀去除率仅为(14.4±4.0)%和(14.4±3.0)%;第150~269天,PSFW的脱氮效能稍高于PSFW₀,在进水NO₃^--N和TN浓度分别为(10.4±1.0)和(10.8±1.0)mg/L,HRT按3、2和1 d运行时,HRT为3 d时脱氮效能最优,PSFW对NO₃^--N和TN的去除率分别为(91.9±7.0)%和(90.2±7.0)%,PSFW₀去除率分别为(91.3±5.0)%和(86.4±6.0)%。第270~334天,PSFW的脱氮效能稍低于PSFW₀;进水NO₃^--N和TN浓度分别为(5.7±0.4)和(7.2±0.8)mg/L,HRT为3 d时,PSFW对NO₃^--N和TN的去除率分别为(88.6±10.0)%和(82.5±7.0)%,PSFW₀去除率分别为(94.0±6.0)%和(87.8±3.0)%。     

芦苇碳源投加量对表面流人工湿地中试系统强化脱氮启动的影响

针对农田退水C/N较低的问题,采取表面流人工湿地投加缓释型植物碳源芦苇强化反硝化脱氮。模拟农田退水水质为:N O 3 - -N浓度,(8.00±1.00)mg/L;TN浓度,(9.00±1.00)mg/L;N H 4 + -N浓度,(0.70±0.10)mg/L;N O 2 - -N浓度,0.01 mg/L;TP浓度,(1.00±0.05)mg/L。设计了3组中试湿地:空白组湿地为不加芦苇碎段的对照湿地;1 #湿地为芦苇碎段面积占强化反硝化湿地段面积的1/4;2 #湿地为芦苇碎段面积占强化反硝化湿地段面积的1/2。采用静态方式进行为期40 d的启动试验。结果表明:启动前期(第1~18天),空白组湿地、1 #湿地和2 #湿地N O 3 - -N的去除率分别达到84.2%(第18天)、89.1%(第18天)和97.8%(第7天);TN的去除率分别达到75.1%(第15天)、79.4%(第15天)和90.0%(第7天)。考虑到湿地N O 3 - -N的利用情况,在试验第18天时补加N O 3 - -N至浓度为(8.00±1.00)mg/L。启动后期(第19~40天),空白组湿地N O 3 - -N和TN的去除率在第40天分别为78.0%和71.4%;1 #湿地在第37天分别为92.2%和75.2%;2 #湿地在第35天分别为95.8%和77.1%。投加芦苇碳源可大大缩短中试表面流人工湿地的启动期,2 #湿地启动较快,且对N O 3 - -N和TN的去除效果明显高于1 #湿地和空白组湿地,表明碳源投加越多,启动越快,脱氮效果越好。     

补充碳源提取液对人工湿地脱氮作用的影响

为了提高人工湿地的脱氮效率,在不同条件下分别对美人蕉、香蒲及稻杆进行稀硫酸水解,以获得相应碳源提取液.正交实验表明,稀硫酸浓度的提高和水解时间的增加都会导致碳源释碳能力的提高,稻杆在5%稀硫酸溶液中水解30 min以上,释碳能力最高.通过观察,前2 d是系统脱氮反应高峰时段.对以NH₄⁺-N和NO₃^--N为氮源的脱氮过程,随C/N比升高,NO₃^--N和TN去除率增长明显;而NH₄⁺-N受溶解氧制约,去除有限;随C/N比升高,碳源对系统溶解氧的竞争会进一步抑制硝化反应的彻底进行.而对以NO₃^--N为氮源的反硝化过程,补充碳源对TN和NO₃^--N的去除有明显作用;TN去除率由54%提高到95%,NO₃^--N去除率由48%提高到96%;中间产物NO₂^--N的积累与NO₃^--N去除率有关;当NO₃^--N去除率较高时,NO₂^--N无积累.此外,基质反硝化强度也随C/N比升高呈上升趋势,湿地填料细沙层的反硝化强度略高于碎石层.     

添加碳源对潜流+表面流组合湿地脱氮除磷的影响

采用向ANOXIC-OXIC（A/O）工艺出水中添加城市污水的方法,在中试规模上研究了外加碳源对潜流+表面流组合湿地脱氮除磷的影响.结果表明,直接处理A/O工艺出水时（工况Ⅰ）,湿地进水COD/TN仅为1.00,(NO^-₂+NO^-₃)/TN为0.48,COD、TN和TP的面积负荷去除率分别为1.82、1.59、0.14 g·(m²·d)^-1.A/O工艺出水中添加少量城市污水后（工况Ⅱ）,湿地进水COD/TN为3.55,(NO^-₂+NO^-₃)/TN为0.44,COD、TN和TP的面积负荷去除率分别为19.03、5.42、0.29 g·(m²·d)^-1.工况Ⅱ的TN和TP面积负荷去除率分别比工况Ⅰ提高了3.4倍和2.1倍.HRT、水温、(NO^-₂+NO^-₃)/TN和COD/TN对湿地脱氮除磷效能有显著影响,在HRT为0.5～1.0d, COD、TN和TP的面积负荷率分别为3.8～38.7、5.07～13.08、0.57～1.92 g·(m²·d)^-1时, TN面积负荷去除率随HRT增加而指数下降,随水温和(NO^-₂+NO^-₃)/TN的升高而线性增加,随COD/TN的增加呈幂函数增加.TP面积负荷去除率随COD/TN的增加呈幂函数增加.     

硫氮比对厌氧生物同步脱氮除硫工艺性能的影响

研究了硫氮摩尔比对厌氧生物同步脱氮除硫工艺高效性、稳定性和选择性的影响.单质硫型厌氧生物同步脱氮除硫反应(硫氮摩尔比为5:2)的硫化物和硝酸盐容积去除速率高达4.86 kg·m-3.d-1和0.99 kg·m-3.d-1工艺效能明显高于混合型和硫酸盐型(硫氮摩尔比分别为5:5和5:8).单质硫型厌氧生物同步脱氮除硫反应各项出水指标的波动相对较小,但当进水硫化物浓度超过临界值时,工效失稳,其主要原因是pH无法维持在所需范围.在所试的3种进水硫氮摩尔比下,实际反应的硫氮摩尔比有靠拢5:2的趋势.将硫氮摩尔比调控在较高水平(硫氮摩尔比为5:2),可提高同步厌氧生物同步脱氮除硫反应对单质硫和氮气的选择性.对不同硫氮比时反应物之间的电子得失情况进行了分析.     

外加碳源时分流比对人工湿地脱氮性能的影响

以生活污水作为外加碳源,探究了分段进水策略下分流比对垂直潜流人工湿地(VFCW)深度处理猪场沼液的影响.结果表明,将生活污水通过分流管泵入VFCW时,分流比会影响系统的运行性能及其微生物学特征.随着分流比由0:1增至1:3,VFCW填料层中反硝化菌群和厌氧氨氧化菌(An AOB)的丰度均显著提高,硝化/反硝化作用和短程反硝化/厌氧氨氧化(DMOA)作用成为了系统中氮素脱除的主要途径,VFCW的TN去除性能随之得以优化;当分流比增至1:2后,VFCW的反硝化性能及厌氧氨氧化性能虽可进一步提高,但其运行性能却因分流管进水在系统中过短的水力停留时间而下降.当分流比为1:3时,VFCW可高效去除进水中污染物,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,其填料层中的优势菌属包括Nitrosomonas、Nitrospira、Thauera和Candidatus＿Brocadia,此时系统中氮素的转化主要依赖硝化/反硝化作用和DMOA作用,对应的TN和NH4+-N去除速率分别可达(5.90±1.86)和(4.63±1.43)g/(m²...     

颗粒-絮状污泥耦合单级自养脱氮系统的脱氮性能分析

在SBR（Ⅰ）反应器中快速启动颗粒-絮状污泥耦合单级自养脱氮系统,研究启动前后颗粒、絮状污泥脱氮性能的变化。取启动前和系统构建成功后的污泥进行批试实验,通过甲醇抑制厌氧氨氧化菌（AAOB）活性来研究厌氧氨氧化和反硝化比例的变化。絮状污泥总氮去除率（NRE）从启动前的10.14%提高至启动成功后的89.70%,其中厌氧氨氧化脱氮占比从2.23%提高到83.70%,反硝化脱氮占比从7.91%减少到5%~6%;颗粒污泥的NRE从启动前3.90%提高至启动成功后的83.20%,厌氧氨氧化占比从不足1%提高到80.20%左右,反硝化占比从7.72%减少到2%~3%。     

脱氮硫杆菌处理垃圾填埋场渗滤污水的研究

在填充不同粒径硫磺的固定床反应器中,研究脱氮硫杆菌去除垃圾填埋场消化渗滤污水中硝酸盐的可行性,结果表明,当ＨＲＴ为５．７１ｈ,硫磺粒径为２．８－５．６ｍｍ时,最高处理浓度达４００ｍｇ／Ｌ,达以反硝化所需的最小停留时间取决于硫磺粒径及进水硝酸盐浓度。     

碳源调控下复合垂直流人工湿地脱氮研究

碳源是制约生物脱氮效率的重要因素.我国城市污水碳源不足,需要考虑补充碳源提供反硝化电子供体.在复合垂直流人工湿地(IVCW)系统中,通过湿地特有的通气管补充碳源到湿地底部,改善了湿地内部微生物环境,强化了湿地脱氮功能,对氮的去除效率有显著提高.结果表明,葡萄糖作为外加碳源提高系统的反硝化能力要优于羧甲基纤维素(CMC),投加葡萄糖的系统比未补充碳源的系统脱氮效率有显著提高(p0.05).通过投加不同量的葡萄糖进行对比实验,发现对于处理量60 L.d-1的IVCW系统最佳葡萄糖投加量为1.5 g.此时C6H12O6∶NO3--N的质量比仅为4.3,这个投加量远低于在进水中为满足反硝化所需调控的C/N,因此通气管投加碳源的方式可节约外加碳源成本.此外,在进水前4h投加碳源要优于进水时加入碳源.     

利用植物碳源提高人工湿地脱氮效果的应用研究

碳源不足已成为限制人工湿地脱氮的重要因素,植物材料因其经济易得、安全有效的特点,被广泛用作人工.湿地脱氮的外加碳源.文章从天然植物材料的处理、利用方式、脱氮效果等方面研究了其作为人工湿地外加碳源的脱氮机理和脱氮效果,为提高人工湿地脱氮效率提供科学依据及建议.最后,归纳了该研究存在的主要问题,并对今后的发展方向进行了展望...     

低温下浮水植物型表面流人工湿地中有机氮的去除

在以有机氮(ORN)为主要氮组分的富营养化水体中,采用批量培养方式对比研究了水温为6.8～7.2 ℃时浮水植物系统(水葫芦和浮萍)、泡沫板系统(无生命覆盖系统)及空白系统(无覆盖物系统)中氮组分的转化与去除,并探讨了水温为9.5～13.1 ℃时水葫芦系统中不同起始ρ(COD_Cr) (27～148 mg/L)对污染物去除的影响. 结果表明:不同系统对比试验中,水葫芦和浮萍系统ORN的去除率分别为83%和63%,总氮(TN)的去除率分别为50%和59%,高于泡沫板系统(ORN去除率为39%,TN去除率为39%)和空白系统(ORN去除率为48%,TN去除率为43%),2种植物系统中COD_Cr的去除率分别为75%和54%,与空白系统(63%)相差不大,但高于泡沫板系统(38%). 随着起始ρ(COD_Cr)的提高,水葫芦系统中水体缺氧状况加剧,ORN去除率由85%下降到66%,同时TN去除率由19%提高至45%.      

硫磺/石灰石自养反硝化系统脱氮除磷性能研究

为了考察硫磺/石灰石系统对于低C/N的城市污水进行同步脱氮除磷的性能,设计了体积比为1∶1的硫磺/石灰石柱式反应器,以人工配水为处理对象,采用厌氧生物滤池运行方式,研究了HRT、初始磷浓度、pH、温度等因素对其脱氮除磷性能的影响.结果表明,在进水NO 3^--N为30 mg/L左右,PO4^3--P为15 mg/L条件...     

玉米芯和稻草秸秆强化潜流人工湿地对低C/N污水的处理效果

人工湿地在处理低C/N污水时存在碳源缺乏而严重限制反硝化进行的问题.为了补充反硝化需要的碳源,选择了玉米芯和稻草秸秆作为外加碳源引入湿地系统,对比两种碳源对湿地脱氮的强化效果.结果表明,通过11 d的纯水浸提释放实验发现,碳素累积释放量：稻草秸秆［（145.17±9.44） mg·g^-1］>玉米芯［（57.41±5.04） mg·g^-1］;氮素累积释放量：稻草秸秆［（2.31±0.09） mg·g^-1］>玉米芯［（0.66±0.08） mg·g^-1］.在观测的时间内,玉米芯和稻草秸秆累积释放碳氮比平均值分别为94.78和63.64.相比于稻草秸秆,玉米芯更适合作为外加碳源.在为期58 d的潜流人工湿地实验中,发现除了第8~12 d,添加玉米芯和稻草秸秆人工湿地出水中ρ（COD）超过50 mg·L^-1外,其它时间都低于50 mg·L^-1.在观测期间,添加玉米芯人工湿地的NO₃^--N去除率为93%~99%,具有良好的反硝化性能.而添加稻草秸秆人工湿地在运行后期NO₃^--N去除率最低只有76.8%,反硝化速率明显下降.对照组NO₃^--N去除率只有76.2%~77.7%,出现了明显碳源不足的现象.碳源不足还造成了NO₂^--N的蓄积.添加稻草秸秆和对照组人工湿地中NO₂^--N的出水质量浓度分别是玉米芯人工湿地的2.5~6倍和6~26倍.与添加稻草秸秆比,添加玉米芯可以使人工湿地中NO₂^--N出水质量浓度得到更显著地降低（P<0.05）.玉米芯、稻草秸秆和对照组人工湿地TN去除率分别为83.75%~93.49%、76.59%~78.85%和67.85%~72.56%,三者之间存在显著性差异（P<0.01）.最后,通过对玉米芯进行了稀碱加热预处理,使玉米芯的碳素累积释放量提高到（93.73±17.49） mg·g^-1,累积释放的碳氮比提高至175.8,进一步提高了玉米芯的释碳性能,表现为更合适的外加碳源.     

潜流人工湿地演变对废水中有机物、氮及磷去除的影响

众多研究表明,潜流人工湿地对污水的处理效果明显高于自由表面流型湿地,但实验研究表明潜流人工湿地因堵塞而逐渐演变为自由表面流人工湿地后,其对有机物(COD、TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果优于具有相同填料及植物的潜流人工湿地.通过实验室培养实验,以考察人工湿地演变对有机物的矿化、硝化/反硝化作用、氮及磷去除的影响.结果表明,与潜流人工湿地相比,演变后的自由表面流人工湿地对有机物的矿化率(以TOC表示)为1.82 mg·h-1,高于潜流湿地的1.49 mg·h-1;对NO3-去除率为96.8%,高于潜流湿地的58.1%;非生物脱硝去除率为40%,高于潜流湿地的28.2%;演变后对磷的吸附量(以P计)为160 mg·kg-1,高于潜流湿地的140 mg·kg-1,对磷的去除主要为填料吸附,有机物的覆盖有利于磷去除;但演变后的自由表面流人工湿地的硝化作用能力低于潜流湿地.因此,人工湿地演变对其效能有重要影响.     

硫磺/硫铁矿自养反硝化系统脱氮性能

基于硫自养反硝化作用,寻求一种经济、快速、高效地污水脱氮工艺,采用硫磺/硫铁矿组合进行自养反硝化脱氮试验,以低C/N市政污水为处理对象,分别考察温度,硫磺与硫铁矿体积比和HRT等理化因素对反应器脱氮性能的影响.结果表明,在进水TN质量浓度约40 mg·L^-1条件下,1号反应器最佳HRT为2.5 h,TN去除率平均稳定在72.2%,出水TN约10.55 mg·L^-1;2号反应器最佳HRT为3.5 h,TN平均去除率约67.8%,出水TN平均稳定至12.90 mg·L^-1;3号反应器最佳HRT为3.5 h,TN平均去除率60.6%,出水TN稳定在15.00 mg·L^-1左右.硫磺/硫铁矿自养反硝化系统比硫铁矿自养反硝化系统启动快;该系统脱氮效率随着硫磺与硫铁矿体积比减小而降低;该系统脱氮性能对温度的变化并不敏感,脱氮性能优于单独以硫铁矿为硫源的自养反硝化系统;系统中硫自养反硝化过程的主要功能菌属是Sulfurimonas和Thiobacillus,在3个反应器所占比例为1号 > 2号 > 3号.     

表面流人工湿地中硫丹的去除规律研究

硫丹是一种环境中广泛存在的有机氯类污染物,本研究探讨了3个不同浓度梯度的硫丹在表面流人工湿地各组成成分中的去除规律.利用索氏提取-气相色谱法分别测定水、植物、非根际基质以及根际基质中硫丹的含量.结果表明,人工湿地在去除硫丹方面具有很大的优势,30 d内硫丹在人工湿地的水、非根际基质、根际基质中的平均去除率分别为87.9%、63.0%、70.9%.在该系统中,α-硫丹比β-硫丹更加容易去除,主要累积的降解产物为硫丹硫酸酯.基质吸附对人工湿地去除硫丹有很大作用,3 d内,水中约80.0%的硫丹被吸附到基质中.植物对硫丹的去除有很大的促进作用,由于植物的影响,根际基质对硫丹的平均去除率比非根际基质高7.9%.     

硫铁比对再生水深度脱氮除磷的影响

为了考察硫铁比对反硝化脱氮同步除磷效果的影响,进行了不同硫铁比的反硝化脱氮除磷静态实验,并对复合填料系统反硝化脱氮同步除磷作用进行了分析.结果表明,硫铁复合填料的脱氮除磷效果均显著高于单一填料;硫铁比是影响复合填料反硝化脱氮除磷效果的一个关键因素,当硫铁比(体积比)大于等于1∶1时,TN、TP去除率分别达到了85%和97%以上.复合填料脱氮除磷过程均满足二级动力学方程,系统脱氮作用主要依赖于异养反硝化和硫自养反硝化过程,而除磷主要由于海绵铁腐蚀产生的化学除磷作用.