多级潮汐流人工湿地对污泥厌氧消化液中氨氮及有机物的去除特征

针对城市污水处理厂污泥厌氧消化液回流而引起城市污水处理厂处理系统内氨氮累积的问题,采用多级潮汐流人工湿地(MTF-CWs),研究MTF-CWs对污泥厌氧消化液中氨氮和有机物的去除特征及其主要去除途径。经过260 d的运行,结果表明,NH_4~+-N和COD平均进水浓度分别为859.55 mg·L~(-1)和446.52 mg·L~(-1),MTF-CWs对NH_4~+-N和COD均有较好的处理效果,平均去除率分别为66.50%和47.10%。在MTF-CWs中,转化为NO_2~--N和NO_3~--N占被去除NH_4~+-N的73.21%,硝化反应是NH_4~+-N去除的主要途径,MTF-CWs的平均硝化速率为0.3 kg·(m~3·d)~(-1)。TN的平均去除率为17.63%,去除效果较差,其原因在于原水中缺少反硝化所需要的碳源。     

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。     

降温方式对厌氧氨氧化脱氮性能的影响

考察一次性降温和阶梯式降温对厌氧氨氧化反应器(ASBR)脱氮性能的影响。一次性降温方式(30℃降至15℃),阶梯式降温方式(30℃降至25℃,再降至20℃,最后降至15℃)。温度30℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别为97.3%和98.5%,总氮去除速率为5.12 mg·(g·h)~(-1),?NO_2~--N/?NH_4~+-N为1.33,厌氧氨氧化活性(SAA)为0.139 g·(g·d)~(-1)。一次性降温至15℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别降至47.9%和55.1%,总氮去除速率降至2.74 mg·(g·h)~(-1),?NO_2~--N/?NH_4~+-N升至1.51,SAA降至0.071 g·(g·d)~(-1)。阶梯式降温至15℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率降至51.6%和61.2%,总氮去除速率降至3.22 mg·(g·h)~(-1),?NO_2~--N/?NH_4~+-N升至1.48,SAA降为0.083 g·(g·d)~(-1)。阶梯式降温方式脱氮性能更佳。     

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%。     

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。     

溶解氧浓度对石英砂滤料表面铁、锰氧化膜同步去除地下水氨氮和锰的影响

在实验室放大装置中,考察了溶解氧(DO)浓度对石英砂滤料表面铁锰复合氧化膜同步去除氨氮(NH_4~+-N)和锰(Mn~(2+))的影响。结果表明,DO是同步去除NH_4~+-N和Mn~(2+)的必要条件,当进水DO浓度大于(4.4±0.2)mg·L~(-1),低浓度NH_4~+-N和Mn~(2+)的去除率均可达94%以上。控制进水DO浓度相同,分别从滤柱顶端进水和滤柱底端进水并监测NH_4~+-N和Mn~(2+)浓度随滤层厚度的变化。结果表明,上下滤层对Mn~(2+)的去除效果一致,但上层对NH_4~+-N的去除速率略快于下层。对于含有较高浓度NH_4~+-N(3.2 mg·L~(-1))的进水,进行二次补氧是使出水NH_4~+-N达标的有效方法。     

HRT对UASB厌氧反硝化脱氮的影响

在反硝化脱氮的影响因素方面,研究多集中在碳源种类和碳氮比(C/N)2个方面,而对水力停留时间(HRT)的影响很少有报道。采用UASB作为厌氧反硝化反应器,进水NO_3~--N为50 mg·L~(-1),C/N比固定为1.5,分别以葡萄糖和乙酸钠作碳源,研究HRT对反硝化效果的影响。结果表明:当外加碳源为葡萄糖时,最佳HRT为6 h,此时NO_3~--N和TN的去除效果最好,去除率分别为79.5%和63.8%,出水NO_2~--N和NH_4~+-N浓度分别为4.69 mg·L~(-1)和2.22 mg·L~(-1);当外加碳源为乙酸钠时,最佳HRT为4 h,对应的NO_3~--N和TN去除率分别为99.0%和91.4%,出水NO_2~--N和NH_4~+-N浓度分别为3.08 mg·L~(-1)和0.47 mg·L~(-1)。HRT对反硝化效果有显著影响,且跟碳源种类有关。HRT会影响反硝化菌、反硝化异化还原成铵(DNRA)细菌和其他异养菌之间的平衡。     

水力负荷对改良型垂直流人工湿地降解模拟污水厂尾水效果的影响

为确定改良型垂直流人工湿地降解模拟污水厂尾水的最佳水力负荷,采用生物炭和活性炭改良、微生物强化以及同时添加生物炭、活性炭和微生物改良强化的3套垂直流人工湿地系统,研究了其在3种水力负荷条件下(0.25、0.5和1 m~3·(m~2·d)~(-1)),对模拟污水厂尾水中污染物的去除效果。结果表明,3套垂直流人工湿地系统均在低水力负荷(0.25 m~3·(m~2·d)~(-1))时对模拟污水厂尾水中NH_4~+-N、TN、TP和COD的去除率较高,但随着水力负荷的增大其去除率逐渐降低。3套垂直流人工湿地系统对NO_3~--N的去除率均在高水力负荷(1 m~3·(m~2·d)~(-1))时较高,且随着水力负荷的变大,其去除率逐渐升高,但去除率的增长幅度变缓;实验证明,生物炭和活性炭改良基质能够提高湿地系统对NH_4~+-N、TN、TP和COD的去除效果,并且在低水力负荷时对NH_4~+-N、TN和COD的去除拥有更好的改良效果,而对TP去除的改良则在高水力负荷时优于在低水力负荷时。厌氧-异养反硝化菌能够提高湿地系统对NH_4~+-N、NO_3~--N和TN的去除效果,并且在高水力负荷时对NO_3~--N的改良效果优于低水力负荷,而在低水力负荷时对NH_4~+-N和TN具有更好的改良效果。综合考虑多种污染物的去除效果,确定3套改良型垂直流人工湿地系统的最佳水力负荷为0.5 m~3·(m~2·d)~(-1)。     

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。     

有机碳对养殖池塘沉积物中反硝化、厌氧氨氧化的影响

养殖沉积物中反硝化作用对于缓解氮污染有重要的作用,沉积物中的反硝化和厌氧氨氧化菌可将化合态氮转变为氮气,从而有效降低污染,有机碳在该过程中有着重要的作用。为了解有机碳对养殖池塘沉积物中反硝化、厌氧氨氧化的影响,采取理化分析和分子生物学分析等方法,以养殖池塘沉积物为基质、人工配水为营养液,添加不同浓度的淀粉,分析120 h内底物亚硝氮(NO_2~--N)、硝氮(NO_3~--N)、氨氮(NH_4~+-N)和TOC浓度,并对反硝化、厌氧氨氧化菌群丰度变化和反硝化菌多样性进行分析。结果表明:淀粉浓度在150 mg·L~(-1)时,NO_2~--N和NO_3~--N的去除率最高,分别达到98.90%和99.86%;NH_4~+-N去除率在淀粉浓度为50 mg·L~(-1)时最高,为35.98%。随着淀粉浓度的增加,反硝化菌的丰度明显增加,但有机碳对厌氧氨氧化菌群具有抑制作用。当淀粉浓度为150 mg·L~(-1)时,反硝化菌的丰度最大、多样性水平最高、物种数目最大,反硝化细菌优势菌属为未分类的变形菌属和β-变形菌属。     

循环水养殖系统六级生物滤池运行效果分析

对硬头鳟(Oncorhynchus mykiss)和虹鳟(O. mykiss)鱼苗循环水养殖系统生物滤池运行效率以及其不同部位主要功能进行比较。于2017年5—11月,测定了六级生物滤池的基本水质指标(TAN、NO_2~--N和NO_3~--N等),并计算了六级生物滤池对TAN、NO_2~--N和NO_3~--N的去除率。于养殖中期,测定了六级生物滤池不同部位(BF1～BF6)的硝化速率、亚硝氮氧化速率和反硝化速率。结果表明:六级生物滤池对TAN、NO_2~--N和NO_3~--N的平均去除率分别为75.00%、44.00%和17.70%,其主要去除效果发生在BF1～BF3;六级生物滤池中BF1的硝化速率最高,与BF1较高的初始TAN浓度、充足的溶氧和最适pH有关;BF3的亚硝氮氧化速率最高,与BF3较高的初始NO_2~--N浓度有关;BF5的反硝化速率最高,与BF5较低的pH和较高NO_3~--N浓度有关。结果表明适当缩减生物滤池级数,并在循环水养殖系统中加入反硝化反应器,有利于提高系统运行效率。     

阳极COD对榨菜生产废水MDC产电、脱盐的影响及氨氮去除的微生物群落分析

构建了3室榨菜生产废水微生物脱盐燃料电池系统(microbial desalination cell,MDC),探讨了其阳极COD对榨菜废水MDC产电、脱盐的影响;通过微生物群落分析,探查了脱盐室NH_4~+-N的去除途径。结果表明:在产电性能方面,MDC阳极COD为900 mg·L~(-1)时较400 mg·L~(-1)与1 400 mg·L~(-1)时更优,在1 000Ω的外电阻负载下,其输出电压、最大功率密度、库仑效率分别为550 mV、2.91 W·m~(-3)、(15.7±0.5)%;在脱盐方面,阳极COD为400 mg·L~(-1)时,较其他2种情况更优,MDC的脱盐时间、脱盐速率、电子利用效率分别为910.5 h、5.15 mg·h~(-1)、111%。阳极COD不同的MDC脱盐室,其NH_4~+-N的去除途径基本相同。脱盐室部分NH_4~+-N转化为NO_3~--N后,通过自身的反硝化或以NO_3形式迁移至阳极得以去除,剩余的大部分NH_4~+N以NH_4~+形式迁移至阴极,在碱性环境下转化为NH_3并排出。高通量测序分析结果表明,水解发酵菌属(总丰度为33.21%)为MDC阳极的核心微生物群落。阳极生物膜中的电化学活性菌(总丰度为11.78%)可实现电池的产电功能,反硝化菌属(总丰度为14.61%)的存在证明,脱盐室盐室NO_3~--N迁移至阳极室后进行了反硝化并得以去除。在脱盐室水体中检测到了氨氧化菌属(总丰度为6.93%)及反硝化菌属(总丰度为15.82%),这也是脱盐室中NO_3~--N快速产生和随后浓度陡降的原因。     

高有机物浓度下氨氮的好氧硝化

污水中往往同时含有较高浓度的有机物和氨氮,研究较高有机物浓度下氨氮的好氧生物硝化,以为工程应用提供实践和理论依据。考察了COD浓度为1 200 mg·L~(-1),好氧活性污泥处理氨氮废水过程中COD、NH_4~+-N的去除情况,硝态氮、亚硝态氮的生成情况。在整个驯化阶段,氨氮的最高去除率达到86.42%,COD最高去除率达到85.40%,同时亚硝态氮的最大生成量为15.97 mg·L~(-1),硝态氮的最高生成量为5.14 mg·L~(-1),且8 h的短期实验显示,COD、NH_4~+-N的去除可以同步进行。     

丝瓜络填料反硝化滤池对生活污水的净化

考察了以丝瓜络为填料的反硝化生物滤池对生活污水中TN和TP等污染负荷去除的效果。结果表明,通过间歇运行的方式,在不加碳源的条件下,水力停留时间为24 h,各污染物的去除效果较好,对NO_3~--N、NO_2~--N、NH_3-N、TN、TP和COD平均去除率分别为95%、92%、30%、75%、25%和50%,出水总氮含量低于城镇污水处理厂一级A标准(GB 18918-2002)。通过扫描电镜对丝瓜络微观表面形貌进行观察,发现丝瓜络具有微米级的网状结构,反应后表面镶嵌有大量球形的微生物群落,且内部网壁变薄。     

养耕共生系统中含氮污染物的去除特性

为了研究养耕共生系统对循环养殖水质的控制效果,尤其是对含氮污染物的去除效果,在实验大棚内搭建了养耕共生系统,考察了循环系统90 d运行过程中的水质状况及鱼菜生长状况。在此基础上,通过静态运行实验分别考察了水耕栽培单元(平板种植架和管廊种植架)和固定化微生物单元(包埋硝化菌和弹性填料)对含氮污染物的净化效果。结果表明:循环运行实验中,高、低密度养殖池中TAN和NO_2-N均保持在安全浓度以下,鱼类和蔬菜生长良好且有明显生物量增长;静态实验中,2种水耕栽培单元内TAN、NO_2-N和NO_3-N浓度随反应时间下降,且与时间呈线性关系,空心菜对NO_3-N的净化速率最快,TAN其次,NO_2-N最慢;2种固定化微生物单元对TAN和NO_2-N的去除符合一级反应动力学特征,低浓度下降解能力显著;水耕栽培单元对循环养殖水中含氮污染物均有明显的去除作用,平板种植架对TAN、NO_2-N、NO_3-N和TN的24 h去除率分别为71.41%、45.72%、21.93%和23.14%,管廊种植架对上述指标的24 h去除率分别为43.54%、38.23%、19.12%和20.01%;固定化包埋微生物单元对TAN和NO_2-N有明显的去除作用,包埋硝化菌对TAN和NO_2-N的24 h去除率分别为65.51%和43.42%,弹性填料对上述指标的24 h去除率分别为7.53%和8.14%。     

亚硝化颗粒污泥处理低碳高氨氮废水的影响因素

稳定的部分硝化是新型脱氮工艺处理低C/N比高氨氮废水的关键环节。在SBR中,以放置超过30d的亚硝化颗粒污泥为接种污泥,考察反应器内快速启动亚硝化的可行性和污泥形态变化,探讨pH和C/N比对颗粒污泥性能和氮转化的影响。结果表明,通过提高进水负荷可快速启动亚硝化反应器,氨氮去除率和亚硝酸盐累积率均在90%以上,由同步反硝化引起的氮损失为20%左右。降低进水pH至7.0,SBR周期运行最高游离氨FA浓度为5.1mg·L~(-1),有利于NOB选择性抑制,提高氨氮去除率,出水NO_2~--N/NH_4~+-N比值从0.5提高到0.95左右。C/N比高于2,会引起异养微生物的快速增殖,COD去除负荷提高了1.45kg·(m~3·d)~(-1),AOB受显著抑制,出水NO_2~--N/NH_4~+-N由1.0降低至0.65左右,出现颗粒污泥破裂、解体。     

Fe3+对生物膜反应器去除模拟屠宰废水高氨氮的影响

为解决屠宰废水的高氨氮问题,在2 L SBBR中添加Fe~(3+)对模拟屠宰废水进行脱氮处理。在室温条件下,研究了不同浓度Fe~(3+)对NH_4~+-N、N O_2~--N、NO_3~--N、COD、同步硝化反硝化速率(ESND)、微生物群落分布的影响。结果表明,曝气量为0.6 L·min~(-1),HRT为12 h,Fe~(3+)质量浓度为10 mg·L~(-1)时,NH_4~+-N、COD和TN去除率分别为94%、97%和89.28%。N O_3~--N含量小于5 mg·L~(-1),NO2~--N含量接近0 mg·L~(-1),ESND平均值可达93.91%,比对照组高5.24%。Fe~(3+)提高了微生物抗低温冲击性,加快了同步硝化反硝化速率。高浓度的Fe~(3+)(30～50 mg·L~(-1))会产生生物毒性,抑制生物脱氮。SEM及显微镜观察发现,含有10 mg·L~(-1) Fe~(3+)的体系减少了生物质流失,微生物种类丰富,体系脱氮性能得到有效提升。     

氢自养脱氮法去除污染地下水中硝酸盐氮的模拟研究

针对硝酸盐氮污染地下水,利用含水层介质培养驯化氢自养脱氮菌,借助静态实验,开展氢自养脱氮的室内研究,考察了初始NO_3~--N浓度、C/N、P/N、溶解氧(DO)和腐殖酸(HA)对脱氮能力的影响。结果表明,当初始NO_3~--N浓度为11mg·L~(-1)时,反应7 d后去除率为97.0%;当初始值分别为22和44 mg·L~(-1)时,13 d后去除率为97.9%和60.7%。在C/N≤2∶1时,生成的NO_2~--N峰值达3.45 mg·L~(-1)。当C/N=15∶1~20∶1时,去除率增加至97.1%~97.8%,NO_2~--N为0.12~0.35 mg·L~(-1)。当P/N由0.03∶1增加至0.29∶1时,去除率由76.5%上升至98.1%。当DO≤1.98 mg·L~(-1)时,去除率为93.7%~96.8%;当DO≥3.87 mg·L~(-1)时,去除率降低至84.1%~88.5%。当HA由0.05 mg·L~(-1)增加至38.75 mg·L~(-1)时,去除率为96.8%~98.1%,同时与初始HA相比残留HA呈降低趋势。初始NO_3~--N浓度、C/N、P/N和DO显著影响氢自养脱氮性能。HA抑制自养脱氮性能,且HA存在时部分NO_3~--N被异养脱氮去除。     

溶解氧对EBPR主流除磷及侧流磷回收性能的影响

采用交替厌氧/好氧(An/O)模式下运行的SBR,考察不同溶解氧(DO)浓度(1.0、0.5、0.1 mg·L~(-1))对同步侧流磷回收的强化生物除磷(enhanced biological phosphorus removal,EBPR)主流系统除磷及侧流磷回收性能的影响。结果表明,整个实验阶段主流系统对COD、NH_4~+-N及TN的去除均能稳定达到《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》一级A标准,其中TN因出水NO_3~--N浓度的降低而降低,故TN去除率升高。DO为1.0 mg·L~(-1)和0.5 mg·L~(-1)时对磷的去除率分别为99.0%和95.4%,主流系统出水磷达标率分别为96.0%和84.0%。而当DO浓度过低(0.1 mg·L~(-1))时,硝化与吸磷对有限电子受体的竞争及吸磷时间不足导致反应结束时系统内平均磷残留量达1.02 mg·L~(-1),除磷率降至87.2%。鉴于侧流磷回收是对主流系统的磷剥夺,会影响污泥的好氧吸磷能力,继而厌氧阶段释磷量因侧流提取降低。与此同时,DO为1.0 mg·L~(-1)时,侧流磷回收率较其余2个工况高,且此工况下主流系统的厌氧释磷及好氧吸磷能力均最高,考虑到主流工艺的可靠运行及出水稳定性,认为DO=1.0 mg·L~(-1)为最优工况。     

人工湿地对水产养殖废水典型污染物的去除

考察了5种常见湿地植物黄菖蒲、芦苇、千屈菜、再力花和香蒲对水产养殖废水的净化能力以及生理生长指标,结果表明,黄菖蒲的氮磷吸收能力最强而芦苇较差。构建黄菖蒲、芦苇水平潜流人工湿地研究植物对水产养殖废水典型污染物的净化效果的影响,发现两者对COD、TP、TN和抗生素均有较好去除效果。其中,黄菖蒲湿地对TN的去除效果(HRT=4 d,去除率71%)显著优于芦苇湿地(HRT=4 d,去除率29%),分析其原因在于黄菖蒲湿地因其较强的吸收能力和反硝化作用使其对高NO_3~--N废水有较好的去除效果。研究中还发现,水力停留时间对TN、NO_3~--N、NH_4~+-N和NO_2~--N的去除效果有较大的影响。两种湿地对恩诺沙星的去除效果优于磺胺甲恶唑和氟甲砜霉素,不同人工湿地植物对3种抗生素的去除效果差异不大,水力停留时间对磺胺甲恶唑的去除有显著的影响。