循环水养殖系统中流化床水处理性能及硝化动力学分析

为综合评价流化床生物滤器的水处理性能,选用玻璃珠和石英砂为生物填料,将两滤器应用于罗非鱼循环水养殖系统,探讨了其对养殖水体中营养盐和有机物的去除效果。结果表明,两滤器经过4周的流水挂膜后,生物膜稳定成熟,通过扫描电镜观察填料表面,发现挂膜前后载体表面发生了显著的变化。在优化工况下,以玻璃珠为填料的滤器对TAN的平均去除负荷达到了(346.8±150.5)g/(m3·d),显著高于以石英砂为填料的滤器,但两滤器对COD、BOD5和PO3-4-P的去除率无显著差别,去除率稳定于20%~21.4%、50.1%~58.4%和7.9%~31.9%之间,显示出较好的水处理性能,出水水质符合罗非鱼生长要求。最后,基于Monod方程,拟合了实际工况下以玻璃珠为填料流化床生物滤器的硝化动力学方程,为该滤器在循环水养殖系统中的高效运行和应用提供一定的技术支撑。     

厌氧流化床微生物燃料电池同步除碳脱氮产电性能影响因素

研究了厌氧流化床微生物燃料电池(AFB-MFC)除碳脱氮产电性能的影响因素。结果表明:(1)AFB-MFC对NH4+-N的去除不起作用。电压下降主要是由于进水有机基质浓度下降造成。(2)不添加NO3--N时,在满足AFB-MFC脱氮所需的电子供体条件下增加进水COD/TN有利于AFB-MFC产电。(3)3种无机氮共存下,AFB-MFC在进水有机碳与无机氮质量比(C/N)不低于1.37时,对COD、NO2--N和NO3--N具有理想的去除效果。AFB-MFB在一定进水C/N范围内(1.37～2.50),能得到稳定的输出电压及功率密度。(4)固定进水C/N时,AFB-MFC在高碳氮负荷下仍能得到较理想的NO2--N、NO3--N、COD去除效果,AFB-MFC对NH4+-N去除效果不明显;增加碳氮负荷,AFB-MFC输出电压及功率密度没有明显的改变。(5)有机基质浓度不变下,AFB-MFC中充足的电子供体可保证较高的NO3--N、COD去除率。AFB-MFC输出电压及功率密度随着时间延长而先增加至稳定值后下降。     

自然通风生物滴滤池的填料挂膜特性研究

研究了自然通风生物滴滤池内浮石、聚氨酯两种填料的挂膜特性,考察不同工况下的污水净化规律。结果表明,浮石填料在生物滴滤池内的挂膜效果更好,挂膜成功后对COD、NH+4-N均有较好的去除效果,去除率大都分别达到70%～85%、60%～80%,且小粒径浮石比大粒径浮石的去除效果更佳。聚氨酯填料在第9天挂膜成功,大粒径聚氨酯填料对COD的去除效果略好于小粒径聚氨酯填料,挂膜成功后两者对COD的去除率均可以达到60%～80%,而对NH+4-N的去除效果较差,去除率仅达到10%～40%。浮石填料生物滴滤池对TN、TP的去除率较好,当水力负荷为0.85m3/(m2·d)时,TN、TP去除率分别为45.58%、38.44%,而聚氨酯填料生物滴滤池对TN、TP的去除率较差。浮石在挂膜生物量上占优势,聚氨酯的孔径较大,污水流经时停留时间较短,使得微生物不易附着其上。     

一种包埋微生物复合填料的制备及性能评价

采用包埋法制备出一种复合生物填料,测其各项理化性质,并以NO。模拟废气验证其脱硝性能。填料主要由碳酸钙、牛粪堆肥腐殖质、菌剂载体、水泥、轻质珍珠岩、立体网状纤维及脱硝功能微生物等复合而成,粒径书12mm×20mm,自然堆积密度（471±0．8）kg／m2,持水量（49±1．3）％,比表面积3．91m2／g,平均机械强度（427．3±0．2）N,pH为10．5-0．2。填料能长期在潮湿环境中保持良好的粘结强度,并具有营养缓释及pH缓冲能力。包埋脱硝功能微生物复合填料中初期微生物数量5．3×10^5 CFU／g,运行60d后微生物数量达到8．6×10 8 CFU／g,闲置停运30d微生物有所减少,但重启后净化效率基本不变。当进气负荷低于I878mg／（13m3·h）,气体停留时间为14．47s时,BF,的去除率高达93．15％。     

有机负荷对膜-生物反应器硝化性能的影响

采用厌氧动态膜-生物反应器(AnDMBR)组合自养膜-生物反应器(MBR)工艺,研究冬季低温条件下系统的硝化效果以及TP的去除效果,并与单级MBR工艺进行对比。结果表明:(1)AnDMBR对COD的去除率基本保持在50%～60%,AnDMBR组合自养MBR工艺对COD的去除率为80%～85%;单级MBR工艺对COD的去除率为80%左右。(2)总体上,AnDMBR组合自养MBR工艺对NH4+-N的去除率大于95%;单级MBR对NH4+-N的去除效果比AnDMBR组合自养MBR工艺差。(3)AnDMBR组合自养MBR工艺中,出水NO2--N与NO3--N均有积累;单级MBR工艺中,出水NO2--N积累不明显。(4)相对于亚硝酸盐氧化菌(NOB),氨氧化菌(AOB)对有机负荷更敏感,当有机负荷高时,AOB更易受到异养菌活动的抑制;当有机负荷降低、异养菌活性减弱时,AOB活性明显增强,系统的硝化效果得到明显改善。(5)AnDMBR组合自养MBR工艺对TP的去除率高于80%,单级MBR工艺稳定后对TP的去除率仅为20%～30%。(6)从呼吸速率和硝化速率可知,自养MBR的硝化效果优于单级MBR。     

海水生物滤器除氮性能及硝化动力学研究

生物滤器是封闭循环水养殖系统的关键水处理单元,主要用于去除水体中的氮化物。采用人工模拟海水养殖废水,在系统运行的水力停留时间为30 min,水温为14~25℃,pH为8.05~8.53条件下,对4种填料生物滤器的挂膜过程及其氨氮去除性能差异进行了实验研究,结果表明:在0.5 mg/L的进水氨氮浓度条件下,竹环、麦饭石、陶粒和塑料生物滤球4种填料生物滤器的最大氨氮去除速率分别为331.38、425.73、310.38和128.24 mg/(m3.h),竹环填料滤器的出水亚氮较低,小于0.07 mg/L,麦饭石和陶粒填料滤器的出水亚氮较高,峰值分别达0.28 mg/L和0.13 mg/L;从除氮性能、造价、能耗等方面综合考虑,竹环填料的性能优于其他3种填料。研究了竹环填料生物滤器处理海水养殖废水的硝化动力学特性,实验结果表明:用Monod方程能够很好地表达养殖废水处理的硝化动力学,并用积分法求得反应动力学常数:最大氨氮去除速率Vmax=1 828.70 mg/(m3.h),半饱和常数Ks=0.3916 mg/L,且R2=0.9752。经过模型验证,建立的动力学方程能预测实际状况。     

厌氧流化床处理白酒废水运行参数的研究

研究了床层膨胀率、HRT、温度以及有机容积负荷冲击等因素对AFB反应器COD去除率的影响。结果显示:温度为32±2℃,进水COD 6 000 mg/L,pH7.2条件下,AFB反应器处理白酒废水的优化运行参数为床层膨胀率为36%,回流比1∶7,水力停留时间8 h,此时废水COD去除率可达80%左右;同时该反应器在有机容积负荷达到36.1 kg COD/(m3.d)时COD去除率明显下降。     

基于不同填料的海水养殖系统的水质净化

氨和亚硝酸盐是海水养殖系统的主要有毒物质,两者的高效去除是水产养殖领域的主要目标。为得到一种安全、高效、经济的海水养殖系统,建立了由3种不同填料构建的海水养殖系统,对在海水盐度与循环流水的胁迫下滴流滤器硝化功能的建立与运行状况进行了研究,并用高通量测序的方法对系统中具有硝化功能的种群结构进行分析。结果表明,在挂膜阶段,以3D益菌屋为填料的滤器硝化功能建立最快,陶瓷生物珠次之,中空培菌球最慢。不同填料对挂膜成熟后的滴流滤器的硝化速率有较大影响,对氨氮和亚硝氮去除效果由高到低的顺序是:3D益菌屋陶瓷生物珠中空培菌球。水力负荷对不同填料的影响不同,以3D益菌屋和中空培菌球为填料的滤器对氨氮去除效果随水力负荷增加而增强,在水力负荷为93.56 m~3·(m~3·h)~(-1)时效果最优,而以陶瓷生物珠为填料的滤器在水力负荷为46.78 m~3·(m~3·h)~(-1)时效果最优。滤器中共检测出以亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、硝化球菌属(Nitrococcus)、硝化刺菌属(Nitrospina)、硝化螺旋菌属(Nitrospira)为主体的7种具有硝化功能的菌群,3种滤器中硝化细菌占比差距较大,分别为7.73%、2.06%和1.46%,硝化速率与硝化细菌占比呈正相关。     

反硝化生物滤池深度脱氮机理

研究了反硝化生物滤池对污水中硝酸盐氮的脱氮机制及其影响因素。结果表明,在实验室小试条件下,反硝化生物滤池启动14 d后出水基本达到稳定,NO3--N和TN的去除率分别为80%～88%和76%～80%,COD的去除率达到80%以上。稳定运行期,在室温20～29℃、水力负荷为1.5～2 m3/(m2.h)、COD/TN为3.7～4.5的条件下,反应器对NO3--N和TN的去除率分别为70%～85%和47%～64%,且在运行过程中出现了少量NO2--N的积累。分析反硝化生物滤池沿水流方向有机物浓度及氮形态分布发现,沿水流方向NH4+-N浓度基本保持不变;NO2--N浓度在滤层底部至40 cm高处积累较为明显,其后浓度基本不变。     

电极面积对无质子交换膜微生物燃料电池协同去污能力的影响

以间距是180μm的不锈钢网为电极,构建了单室型无质子交换膜微生物燃料电池(MFC)污水处理系统。分别驯化、培养厌氧消化菌和反硝化菌,厌氧消化菌在阳极附着成膜组成生物阳极氧化去除有机污染物,反硝化菌在阴极附着成膜组成生物阴极反硝化去除含氮污染物,研究了电极面积对污染物协同去除能力的影响。当电极面积为45 mm×100mm和45 mm×50 mm时,两系统的开路电压最大值分别为(182.8±6.2)mV和(161.8±5.4)mV,COD、NH4+-N和NO3--N最大去除率分别为96.5%、99.7%、99.7%和85.4%、92.2%、97.9%;出水中NO2--N的含量分别低于(0.072±0.006)mg/L和(0.084±0.008)mg/L。这表明电极面积大的系统具有较好的有机污染物和含氮污染物协同去除能力。     

低C/N比水产养殖废水生物脱氮实验研究

随着短程硝化-反硝化理论研究的发展,在低C/N比条件下,实现污水的生物脱氮处理已成为可能。为此,设计了水产养殖用水的三级生物膜短程硝化-反硝化处理工艺,并对该工艺在去除模拟水产养殖废水主要污染物的作用进行了初步研究。研究结果表明,在进水pH值7.5~8.5,温度为28~32℃,溶解氧为0.5~1 mg/L,游离氨浓度为5~10 mg/L的条件下,模拟废水的COD、NH4+-N和TN的平均去除率分别达到94.4%、91.6%和70.1%;并且低C/N比对出水氨氮NH4+-N的去除率影响不大,NO2--N的平均浓度控制在5.2 mg/L以下,低于鱼类的耐受浓度。表明该短程硝化-反硝化工艺设计,可用于低C/N比水产养殖废水主要污染物的生物处理,尤其是可消除NO2--N对水产养殖的潜在威胁,基本达到养鱼回用标准。     

高速泳动床对村镇微污染水体的预处理效果

利用高速泳动床反应器作为预处理装置处理村镇微污染水体,出水进入组合人工湿地。结果表明,实验阶段高速泳动床在HRT为1.2 h时,尽管泳动床进水各污染物浓度较低,但反应器对COD、TN和TP仍具有较明显（P〈0.05）的去除效果,平均去除率分别为11.3%、14.6%和25.8%。高速泳动床反应器对氨氮去除效果尤为明显,去除率达到46.9%。此外,高速泳动床反应器内硝化作用较强,出水中硝态氮含量平均增加率为45.5%,弥补了后续人工湿地硝化作用不强、除氨氮效果不佳的缺点。     

改良型A2／O-MBR工艺的反硝化除磷性能研究

重点考察了-种改良型膜生物反应器（A2／O—MBR）的脱氮除磷性能。该工艺主要特点在于对膜池硝化回流液进行了固液分离,并将上清液和浓缩污泥分别回流至缺氧池和厌氧池,这种改进提高了系统对氮、磷的同步去除效率。实验结果表明,在水力停留时间（HRT）为12h,污泥龄（SRT）为30d,混合液回流比为200％的运行条件下,进水COD、NH4＋-N、TN和TP平均浓度分别为（225±38）、（24．8±3．9）、（26．7±2．9）和（2．90±0．53）mg／L时,增加膜池硝化回流液固液分离装置前后,系统对COD和NH4＋-N的去除都维持在较高水平,而系统对TN和TP的去除效果显著提高,出水TN和TP平均浓度分别由（14．9±3．3）mg／L和（1．95±0．72）mg／L下降到（9．4±1．9）mg／L和（0．91±0．38）mg／L,表明增加膜池硝化回流液固液分离装置显著改善了A2／O-MBR系统的脱氮除磷效果。反硝化除磷活性实验结果进一步表明,改进后系统中反硝化除磷活性占总除磷活性的比例由51．5％上升至61．7％,说明增加膜池硝化回流液固液分离装置强化了系统的反硝化除磷性能。     

温度对复合厌氧折流板膜生物反应器处理生活污水效能的影响

将新型CAMBR反应器（厌氧折流板反应器（ABR）与膜生物反应器（MBR）优化组合）用于处理生活污水,研究温度对该反应器处理效能的影响。实验水力停留时间7．5h,混合液回流比设置为200％,pH值为6．5～8．5,溶解氧3mg／L左右。控制3个温度梯度：高温（32～37％）,中温（20～25℃）,低温（5～10％）,每个温度运行35d。结果表明,在高温条件下,系统出水COD、NH4．N、TN和TP平均浓度分别为25、0．5、12．5和0．7mg／L。在中温条件下,系统出水COD、NH4＋-N、TN和TP浓度分别30、1．2、12．5和0．4mg／L。在低温条件下,COD和TP分别经过15d和20d调整适应,出水可恢复至35mg／L和1mg／L。由于低温（10％以下）对硝化细菌产生强烈抑制,出水NH4＋-N去除率最终稳定在35％,TN去除率为40％。低温条件下,该反应器应用于污水处理中需注意适当保温,以保证出水水质。     

硝化颗粒污泥的快速培养及其硝化特性分析

以好氧颗粒污泥接种小试柱形SBR,采用自配无机氨氮废水为进水,在中温（28～30℃）条件下通过逐步提升进水NH4^＋-N浓度（100～650mg／L）和缩短水力停留时间（8～4h）快速培养硝化颗粒污泥。实验结果证实,以好氧颗粒污泥接种可以促使硝化颗粒污泥快速形成,36d时粒径〉0．21mm的颗粒污泥占总数的93％,颗粒污泥NH4-N比去除速率为50．53mgNH4^＋-N／（gSS·h）。硝化颗粒污泥具有良好的短程硝化性能,亚硝酸盐产生速率和累积率分别保持在3．3kgNO2-N／（m^3·d）和85％以上。反应初期高FA和反应末期高FNA的共同抑制是该研究中实现和维持稳定短程硝化的关键因素。     

复合沸石滤床修复北方景观水体的实验研究

以天然矿物质沸石、细砂及煤渣取代传统滤料构建复合基质生态床,表面种植景观植物,采用下向流-上向流运行方式修复北方景观水体。分别进行静态实验及不同循环速率下的动态实验,考察对水体污染物去除过程。结果表明,2种运行方式下对水体NH⁺₄-N去除率都在85%以上,其中以1 h为循环周期的运行方式去除率达97%,较静态提高12.8%;TN去除率最高为84%;TP去除不稳定,过程缓慢。煤渣层对NH⁺₄-N的去除效果差,硝化作用不彻底与反硝化作用的加强使下层出水NH⁺₄-N 、NO^-₂-N及NO^-₃-N浓度均高于上层。提高循环速率有利于对氮的去除。     

生物填料地下渗滤系统对生活污水的脱氮

将草甸棕壤、炉渣和活性污泥等基质按体积比13∶6∶1配制生物填料,研究了生物填料地下渗滤系统（subsurface wastewater infiltration system,SWIS）在不同的水力负荷和污染负荷条件下对校园生活污水的脱氮效果。场地实验结果表明,当BOD5负荷为12.0 g BOD5/（m2·d）,表面水力负荷为0.04-0.10 m3/（m2·d）时,SWIS对NH＋4-N和TN的平均去除率分别为92.4%和82.0%。当水力负荷为0.08 m3/（m2·d）,BOD5负荷9.3-16.8 g BOD5/（m2·d）时,SWIS对NH＋4-N和TN的平均去除率为92.7%和81.2%。SWIS中氧化还原电位（oxygen reduction potential,ORP）随进水水力负荷和BOD5负荷的增加而降低,脱氮效率下降。综合出水水质和处理效率,适宜的水力负荷和污染负荷分别为0.065 m3/（m2·d）和12.0 g BOD5/（m2·d）。在此条件下,SWIS的启动周期为25-30 d。出水水质均优于《城市污水再生利用-景观环境用水水质》（GB/T18921-2002）标准,且处理效果稳定,抗负荷冲击能力强。     

准好氧矿化垃圾反应床＋超声／芬顿联用技术处理垃圾渗滤液

针对垃圾渗滤液污染物浓度高、可生化性差等特点,采用准好氧矿化垃圾反应床＋超声／芬顿联用技术对垃圾渗滤液进行预处理。准好氧矿化垃圾床处理后渗滤液中COD、氨氮、总磷、色度的去除率分别为80％、85％、92％和85％。通过单因素实验和正交实验,确定了超声／Fenton法最佳工艺条件。经该组合工艺后,渗滤液中COD、氨氮、总磷和色度的最高去除率分别可达96％、86％、94％和95％,且出水无臭,颜色为淡黄色,BOD5／COD从0．16增至0．35左右,可生化性基本满足后续生物处理需要,且COD、总磷这2个指标达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB16889—2008）规定的排放标准。     

不同C／N下人工湿地的脱氮效果及其强化措施

以人工湿地为研究对象,分析了不同C／N下人工湿地的脱氮效果。结果表明,C／N为10时,TN、NO2-N和COD平均去除率分别为（75．36±10．55）％、（86．34±9．23）％和（67．60±4．10）％,都显著高于其他2组系统（P=0．006、0．001、0〈0．01）;随着C／N的增加,NO3-N去除率呈现出上升的趋势;NH4-N刚好相反,C／N为1时,明显要高于其他2种情况（P=0〈0．05）,平均去除率为（65．42-1-14．31）％。针对C／N为1时人工湿地脱氮效率较低（51．294-14．48）％的情况,对系统进水采取了添加一定量好氧反硝化细菌固定化小球并曝气12h的强化实验措施。结果发现,强化实验条件下TN、NOr-N和N03-N去除率均提高了10％以上,且都要明显高于非强化实验条件（P：0．003、0、0〈0．01）,同时NH4-N和COD去除率没有明显差异,研究结果表明,从微生物角度对系统进水进行前处理有助于提高人工湿地脱氮效率。     

3种运行模式下CAST工艺脱氮性能

以模拟城市污水为处理对象,采用循环式活性污泥法（CAST）反应器,对3种运行模式（M1：常规模式,M2：缺氧好氧模式、M3：缺氧好氧交替模式）下系统的脱氮性能进行了研究,比较了各模式下CAST反应器的氨氮和总氮的去除效率,并对各模式下典型周期内氮基质浓度变化进行了考察,以确定系统的脱氮模式。结果表明,在氨氮去除不成为限制条件（去除率〉90％）的条件下,3种运行模式下系统总氮的平均去除率分别为67．3％、70．6％和82．4％,以缺氧好氧交替模式下的最高;M1、M2和M3均可实现亚硝酸型硝化,但随着温度的升高,亚硝酸型硝化逐渐消失。静态实验分析表明,3种模式下系统的氨氧化速率大小次序为：vN：M1〉vN：M2〉vN：M3,反硝化速率大小次序为：vDN,M2〉vDN,M3〉vDN,M1。