序批式人工湿地冬季低温脱氮的效能研究

针对目前连续流人工湿地脱氮效率低、易堵塞及冬季效能下降的问题,提出了采用新型间歇流序批式人工湿地处理小城镇污水的方案,研究探讨了两级序批式人工湿地在冬季低温条件下,停留时间及排空闲置时间对脱氮效能的影响.试验结果表明,在冬季低温5～10 ℃、每级序批式湿地运行工况为瞬时进水-反应24h-瞬时排水-排空闲置12h、氮负荷为1.92g·m-2·d-1、进水COD、NH 4-N和TN浓度分别为143mg·L-1、27.0mg·L-1和32.0mg·L-1时,出水COD、NH4 -N和TN浓度分别为27mg·L-1、3.9mg·L-1和16.5mg·L-1,COD、NH4 -N和TN的去除率分别为81.12%、85.56%和48.44%.     

潜流型人工湿地污水处理系统氮去除及氮转化细菌的研究

潜流型人工湿地污水处理系统具有一定的氮净化能力，总氮（ＴＮ）去除率分别为４９３４％（芦苇系统）、４５４９％（茭白系统）、３８６９％（无植物系统）．湿地中氮转化细菌丰富，氨化细菌为１０６—１０７ｃｆｕ／ｇ（土壤），亚硝化菌为１０３—１０５ＭＰＮ／ｇ（土壤），硝化菌１０３—１０４ＭＰＮ／ｇ（土壤），反硝化细菌为１０４—１０６ＭＰＮ／ｇ（土壤）．亚硝化菌数量有植物系统高于无植物系统，前部高于后部，硝化菌数量有植物系统高于无植物系统，中后部高于前部．     

低温下表面流人工湿地中氨氮型富营养化水体净化研究

以氨氮为主要氮组分的富营养化水体为研究对象,采用批量培养方式对比研究了6.8～7.2℃水温下浮水植物系统(2种水葫芦Eichhornia crassipes、浮萍Lemna minor)、泡沫板系统(无生命覆盖物系统)及空白系统(无覆盖物系统)的脱氮效果,并探讨了6.4～11.2℃水温下不同起始COD浓度(27～105 mg/L)对各污染物去除的影响.结果表明,溶解氧(DO)是影响NH₄⁺-N去除的关键因子之一,好氧时期各系统NH₄⁺-N去除率占整个时期NH₄⁺-N去除率的61%～88%.3种植物系统中NH₄⁺-N的去除率(45%～56%)普遍高于泡沫板系统(38%)与空白系统(38%),而TN和COD去除效果差异则与植物类型有关;随着水体中起始COD浓度的升高,系统中DO逐渐由好氧状态降至0,该结果对NO₃^--N去除率影响最大(去除率由67%上升至95%),而对其它水质指标(COD,TN,NH₄⁺-N)的影响相对较小.     

人工湿地处理低碳氮比污染河水时的脱氮机理

针对人工湿地处理城市污染河水时出现的脱氮效果不佳的问题,以受到严重面源污染的镇江古运河水为例,采用芦苇碎石床复合垂直流人工湿地小试装置研究了人工湿地处理此类低碳氮比污水时的脱氮机理.试验结果表明,人工湿地对于污水中氮的去除主要发生在表层30cm处,其去除机理主要包括填料、植物根系等对悬浮态氮的过滤、截留作用,微生物对溶解态氮的硝化反硝化作用以及植物的吸收作用;湿地下部由于碳源缺乏抑制了反硝化过程,基本不能发挥除氮的作用;对于硝氮浓度高的污水,通过补充有机碳可以有效提高除氮效果,但对于氨氮浓度高的污水,补充有机碳没有明显的效果.     

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。     

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%.      

低温条件下湿地氨氮强化净化技术及其氨氧化微生物机制

针对北方寒冷冬季水源地氨氮微污染水体的特征,构建间歇流人工湿地系统并同步采用分子生物学方法对湿地系统中的氨氧化古菌和氨氧化细菌的丰度和古菌的多样性进行分析,并结合硝化速率潜势来研究氨氧化古菌和氨氧化细菌在氨氧化过程中的作用.结果表明:平均气温为5℃时,最佳运行工况为:停留时间21 h,水力负荷4.2 cm·d-1,氨氮去除率达99%;平均气温为-5℃时,最佳运行工况为:水力停留时间为21 h,水力负荷3.6 cm·d-1,氨氮去除率达81%,去除效率稳定.在低温条件下,氨氧化古菌和氨氧化细菌中amoA基因的丰度会因温度降低而减少,古菌中amoA基因丰度高于细菌2.9~33.2倍,且硝化速率潜势与氨氧化古菌中amoA基因丰度呈正向变化趋势,而与氨氧化细菌无显著相关,表明氨氧化古菌在低温条件下的氨氧化过程中起主导作用.湿地系统中的氨氧化古菌的生物多样性具有季节性变化,系统发育分析显示,夏季样品8个OTU全部属于土壤支系;冬季样品11个OTU序列属于土壤支系,2个OTU序列属于海洋水体支系,多样性较高.夏季和冬季样品中氨氧化古菌均属于一个新命名的古菌类群——奇古菌门(Thaumarchaeota).本文建立了一种在低温条件下基于氨氧化古菌有效强化湿地氨氮净化处理的稳定运行技术,为寒冷地区强化湿地去除氨氮提供了理论依据.     

复合介质人工浮岛对缓流水体N、P修复研究

针对目前人工浮岛技术对氮磷去除效率低的现状,提出了一种层状复合介质人工浮岛原位水体净化技术,通过试验对其受水力停留时间、气水比及温度的影响进行了研究。试验结果表明,该人工浮岛技术对于缓流地表水体N、P去除效果较好,且优于传统人工浮岛装置。随着水力停留时间的增加,其去除率增大,通过试验进一步确定其适宜气水比为10:1,此时系统对氮磷的去除率比未曝气时增加1倍。在此运行条件下,水温高于13℃及水力停留时间为2.5d时,人工浮岛系统对水体中氨氮、硝酸盐氮、总氮和总磷的平均去除率分别为87.6%、63.8%、82%和83.5%;当水温低于13℃时去除率显著降低,此时延长HRT至7d时,系统对总氮和总磷仍有较高的净化效果,去除率分别为70.1%和69.2%。     

外加碳源对生物炭基潜流人工湿地净化污水处理厂尾水效能的影响

生物炭作为一种多功能生态环保材料,近年来被广泛应用于人工湿地污水处理中,其可为异养反硝化提供碳源,从而提高人工湿地的脱氮能力。通过室内构建石英砂/杏仁壳生物炭基质（体积比7∶3）人工湿地,同时以石英砂基质人工湿地为对照,运行后期通过外加碳源设计不同碳氮比（C/N）,且分别采用连续流和间歇流的运行方式,探究外加碳源对生物炭基水平潜流人工湿地深度净化实际污水处理厂尾水效果的影响。结果表明：外加碳源前,人工湿地的化学需氧量（COD）去除率为负,总氮（TN）和硝氮（NO₃ ⁻-N）去除率在41 d内持续降低;而外加碳源后,石英砂单元和石英砂/生物炭单元的COD去除率分别增至37.88%~90.44%和73.60%~97.90%,TN和NO₃ ⁻-N去除率也明显提高。在外加碳源使进水C/N为8且间歇流运行时,石英砂/生物炭单元的TN和NO₃ ⁻-N去除率最高,分别达65.61%和74.20%。生物炭添加提高了湿地微生物生物量,同时创造了有利于反硝化作用发生的氧化还原环境,使石英砂/生物炭单元的COD、TN和NO₃ ⁻-N去除率分别提高了5.66%~130.35%、9.34%~54.03%和8.71%~63.04%。外加碳源与生物炭添加可作为一种有效手段强化实际污水处理厂尾水人工湿地系统的脱氮效能。

     

分流两段式土壤渗滤系统脱氮效果及机理研究

为解决传统土壤渗滤系统占地面积过大的问题,采用多级土壤渗滤系统和地下渗滤系统组合的新型两段式污水处理工艺,研究了在高水力负荷0.3m/d条件下分流比对其脱氮效果的影响,并通过实时定量PCR技术对不同层级的脱氮功能基因数量进行检测,进一步探究该系统中微生物脱氮机理.水质监测结果表明,分流措施可以显著提高两段式土壤渗滤系统在高负荷下的脱氮能力,当分流比为1：2时系统污染物去除能力最佳,对化学需氧量（COD）、总磷（TP）、氨氮（NH₄⁺-N）、总氮（TN）的平均去除率分别达到91.16%、96.91%、72.11%和72.27%.脱氮功能基因丰度分析结果表明,多级土壤渗滤系统中的硝化及厌氧氨氧化和地下渗滤系统中的硝化反硝化的耦合作用是该工艺微生物脱氮的主要途径.     

Enhancing nitrogen removal from low carbon to nitrogen ratio wastewater by using a novel sequencing batch biofilm reactor

Removing nitrogen from wastewater with low chemical oxygen demand/total nitrogen (COD/TN) ratio is a difficult task due to the insufficient carbon source available for denitrification. Therefore, in the present work, a novel sequencing batch biofilm reactor (NSBBR) was developed to enhance the nitrogen removal from wastewater with low COD/TN ratio. The NSBBR was divided into two units separated by a vertical clapboard. Alternate feeding and aeration was performed in the two units, which created an anoxic unit with rich substrate content and an aeration unit deficient in substrate simultaneously. Therefore, the utilization of the influent carbon source for denitrification was increased, leading to higher TN removal compared to conventional SBBR (CSBBR) operation. The results show that the CSBBR removed up to 76.8%, 44.5% and 10.4% of TN, respectively, at three tested COD/TN ratios (9.0, 4.8 and 2.5). In contrast, the TN removal of the NSBBR could reach 81.9%, 60.5% and 26.6%, respectively, at the corresponding COD/TN ratios. Therefore, better TN removal performance could be achieved in the NSBBR, especially at low COD/TN ratios (4.8 and 2.5). Furthermore, it is easy to upgrade a CSBBR into an NSBBR in practice.