新型缓释碳源的制备及其性能

为了提高淀粉/聚乙烯醇(PVA)缓释碳源的反硝化速率,并有效控制碳源的释放速率,采用添加醋酸酯淀粉、疏水性乳化剂(SPAN80)以及二次包裹、表层交联等方法,制备了新型缓释碳源,通过释碳和脱氮实验考察了缓释碳源的最佳材料配比、脱氮效率以及碳源的释放规律。结果表明:缓释碳源中淀粉比例越高,反硝化效率越高,但释碳速率过快,容易造成出水COD偏高;当淀粉含量为58.2%时,能够获得适宜的脱氮效率和释碳速率,其反硝化滤柱的硝态氮去除率达100%,平均反硝化速率和出水COD分别为11.67 mg/(L·h)和27.65 mg/L,碳源释放与利用基本达到平衡。制备的新型缓释碳源其脱氮效率高、使用周期长、碳源释放得到有效控制,具有良好的工程应用前景。     

基于D-最优混料设计的复合缓释碳源填料制备及其性能分析

以湿地植物菖蒲(Acorus calamus L.)、沸石粉、钙基膨润土、高岭土以及硅酸盐水泥为原料,基于D-最优混料设计方法优化了复合缓释碳源填料的制备,进行了材料理化性能及其作为反硝化碳源的特性分析.当沸石粉、硅酸盐水泥、钙基膨润土、高岭土、菖蒲质量分数分别为40％、35％、14％、6％ 和5％ 时,制得的复合缓释...     

泥炭作为缓释碳源对反硝化过程的影响

采用柱实验,以泥炭颗粒作为缓释碳源,探究不同水力停留时间(HRT)下泥炭颗粒对反硝化过程的影响。结果表明:(1)泥炭颗粒可作为有效缓释碳源,当HRT为6.67h时,脱氮效果最好,硝酸盐氮去除率能达到81.9%。(2)出水COD较低,最终为9～12mg/L,不会对水体造成二次污染;亚硝酸盐氮先升后降,最终均小于0.2mg/L,未出现积累现象,泥炭颗粒可作为生物脱氮反应器中长期运行的缓释碳源。     

玉米秸秆碳源释放特征及反硝化效果

通过静态和动态实验研究了玉米秸秆的碳源释放规律,并考察其浸出液作为反硝化碳源对高、中、低硝酸盐氮的去除效果。实验结果表明,玉米秸秆可有效地释放碳源物质,静态实验中,固液比为1:30时单位质量碳源释放的COD最多达254 mg/g,释放速率最快为13.37 mg/(g·d);动态实验中,秸秆长度为3 cm、水力停留时间(HRT)为48 h时,单位质量碳源释放的COD最多达826.26 mg/g,COD的速率最快为26.65 mg/(g·d)。反硝化过程中pH变化不明显,在7.0~8.0范围之间浮动。以玉米秸秆浸出液为反硝化碳源对中、低浓度的硝酸盐氮具有较好的去除效果,去除率保持在80%以上,甚至高达94%,但对高浓度的硝酸盐氮去除率仅在60%~80%之间。研究表明,玉米秸秆有较强的持续供碳能力,是一种经济合适的碳源材料,采用玉米秸秆浸出液作为去除地下水中硝酸盐氮的生物反硝化碳源是可行的。     

一段式短程硝化-厌氧氨氧化耦合缓释碳源滤柱深度去除总氮

在SBR中进行一段式短程硝化-厌氧氨氧化工艺的启动驯化,并在达到稳定运行时,让SBR出水进入不同缓释碳源体积填充比的滤柱中,进行深度脱氮研究。结果表明,在SBR中经过176 d的启动驯化,成功实现一段式短程硝化-厌氧氨氧化工艺的稳定运行,进水${\rm{NH}}_4^ + $-N为100 mg·L⁻¹,${\rm{NH}}_4^ + $-N去除率达98%,TN去除率达73%。AOB及Anammox菌活性分别提高至8.6 mg·(h·g)⁻¹和12.6 mg·(h·g)⁻¹,而NOB活性小于1.0 mg·(h·g)⁻¹;在15 ℃低温条件下的深度脱氮研究中,缓释碳源体积填充比为15%的滤柱具有最佳的脱氮效果,出水TN小于5 mg·L⁻¹,平均出水COD值为19.3 mg·L⁻¹,该滤柱中通过一段式短程硝化-厌氧氨氧化反应和反硝化反应的共同作用完成深度脱氮。SBR与缓释碳源体积填充比为15%的滤柱组成的耦合系统平均TN去除率达96.7%,较SBR提升了28.9%。     

缓释碳源净水基质吸附-生物协同脱氮的机理研究

以聚乙烯醇(PVA)、海藻酸钠(SA)、玉米芯(Y)为原料制备了PVA-SA(基质Ⅰ)和PVA-SA-Y(基质Ⅱ),研究了缓释碳源净水基质的释碳性能、吸附性能、脱氮性能及机理。结果表明,基质Ⅰ、基质Ⅱ的释碳量分别为0.30～1.00、0.30～1.60mg/g,平衡吸附量分别为0.317 8、0.907 9mg/g,总氮平均去除率分别为10.90%、32.40%,Y疏松多孔的结构特征是提高基质Ⅱ吸附、脱氮性能的关键,高通量测序结果表明基质Ⅱ中脱氮单胞菌属(Denitratisoma)、食酸菌属(Acidovorax)等与反硝化顺利进行相关的菌种比例较高。基于脱氮过程中COD、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮浓度的变化情况,提出了缺氧条件下基质的脱氮模型。根据模型计算,基质Ⅱ通过同化和反硝化削减的COD量与基质Ⅰ相似,通过吸附途径削减的氨氮比基质Ⅰ高11.2百分点,通过反硝化作用去除的硝酸盐氮比基质Ⅰ高43.0百分点。     

水力停留时间对天然纤维素类固体碳源反硝化滤池处理效果的影响

为了有效去除低C/N(质量比)生活污水中的TN,考察了水力停留时间(HRT)对以稻秆、玉米芯和大豆壳等天然纤维素为填料和固体碳源(以下简称碳源)的反硝化滤池的脱氮效果的影响,从COD、TN、TP去除规律和不同阶段释碳速率的变化,分析和比较不同HRT和碳源种类下反硝化滤池的脱氮性能,获得了不同碳源对应的最佳HRT,并探讨了最适碳源种类。以稻秆、玉米芯、大豆壳为碳源时,反硝化滤池的最佳HRT分别为2.0、2.0、4.0h,出水TN分别为0.3、0.2、0.4mg/L,TN去除率均为97.8%以上,此时出水COD、TP分别为37.6～44.9、0.4～0.6mg/L。玉米芯释碳速率低,释碳持久稳定,投加玉米芯为碳源的反硝化滤池在4个月后仍可保持高效、稳定的反硝化脱氮性能。     

复合释碳填料的制备及其反硝化性能

为探究长期反硝化过程中复合释碳填料释碳能力及脱氮效能的提高途径,采用机械粉碎(JX)、机械粉碎+碱处理(JJ)、机械粉碎+生物处理(JS)3种方法对玉米芯进行预处理后作为填料核心基材,掺杂海绵铁提高复合释碳填料释放电子供体能力,生成的Fe²⁺、Fe³⁺充当碳源-微生物-硝酸盐之间的电子转移中间体,聚乙烯醇作为粘结剂将其与海绵铁粘结,制备了JX、JJ和JS 3种生物膜载体复合释碳填料。研究3种填料的释碳性能及静态反硝化特性。结果表明： 3种填料在60 d内的静态释碳过程可分3个阶段,释碳累积量为JJ填料(116.139 mg·g⁻¹)>JX填料(93.200 mg·g⁻¹)>JS填料(78.079 mg·g⁻¹),二次污染物TN释放量接近于0 mg·(g·d)⁻¹;采用准二级动力学拟合释碳过程,JJ填料的C_m、t_1/2值最大,具有较好的释碳能力和稳定的释放速率,Ritger-Peppas方程拟合结果为3种填料N<0.45,释放机制均为扩散; 3种填料释放出的可溶荧光性有机物均为酪氨酸/色氨酸、酪氨酸/色氨酸蛋白类物质,易被生物降解,机械粉碎+碱处理后的玉米芯结构使碳源的释放更加多而稳定,且适合微生物附着生长; 3种填料静态反硝化稳定期,对TN的去除率均能达到90%以上,JJ填料组对TN的去除率最高达97.3%,JX、JJ、JS填料在10~45 d反硝化过程中COD平均值分别为15.412、29.690、19.877 mg·L⁻¹,JJ填料组对COD理论利用率稳定在90.34%。研究结果表明,玉米芯经机械粉碎+1% NaOH碱处理与海绵铁、聚乙烯醇复合后,更适合作为长期反硝化复合释碳填料。     

进水碳氮磷比对反硝化除磷效果及碳源转化利用影响

厌氧/缺氧序批式活性污泥反应器中,以乙酸钠为单一碳源培养反硝化聚磷菌,考察了碳氮磷比对反硝化除磷效果及碳源转化利用的影响。结果表明:(1)进水有机碳源的浓度直接影响厌氧段磷的释放。进水碳氮磷质量比为20∶6∶1时,系统反硝化除磷效果最佳,去除氮磷所需的耗氧有机物最少,磷酸盐和总氮去除率分别达到98.1%和98.8%。(2)胞内聚β-羟基丁酸(PHB)的积累和消耗与COD的降解、糖原质的合成有良好的相关性。进水COD越高,厌氧段PHB的储存量越大,合成1.0mg/g的PHB约需要降解5mg/L的COD。缺氧段PHB为反硝化除磷提供能量并再合成糖原质,生成0.63mol的糖原约需要消耗1mol的PHB。