固体碳源生物膜处理地下水硝酸盐污染的脱氮性能研究

采用聚己内酯(PCL)为固体碳源和生物膜载体,研究填充率和水力停留时间(HRT)对生物膜反应器脱氮的影响。结果表明:(1)40%(体积分数)的填充率较合适,4h为最佳HRT。此时反应器硝酸盐氮去除率为88%,出水硝酸盐氮质量浓度平均值为8.80mg/L。(2)丛毛单胞菌属(Comamonas)、热单胞菌属(Thermomonas)、固氮螺菌属(Azospira)和长绳菌属(Longilinea)为反应器的主要菌属,且填充率40%的反应器以上菌属相对丰度总和最高(70%)。     

水力停留时间对阴离子交换膜生物反应器去除硝酸盐的影响

考察了水力停留时间(HRT)对阴离子交换膜生物反应器去除硝酸盐的影响。实验结果表明,当进水NO3-浓度在113.96~116.01 mg/L范围内,HRT从11.12 h降低到4.82 h,硝酸盐去除率降低,但出水中NO3--N浓度符合我国饮用水水质标准中10 mg/L的要求(NO3-浓度≤44.29 mg/L)。厌氧生物反应器具有良好的反硝化性能,出水NO3-浓度低于20 mg/L。硝酸盐膜通量随着HRT的增加而增加,出水pH值稳定在7左右。     

可降解餐盒去除地下水硝酸盐的砂槽模拟实验研究

采用室内砂槽实验装置,研究了以可降解餐盒(BMB)为反硝化碳源的生物反应器对于模拟污水中硝酸盐的去除效果及其影响因素。结果表明,以BMB为反硝化碳源的反应器启动时间短。当进水硝酸盐浓度为50 mg/L,水温为25℃,水力停留时间为1.15 d时,硝酸盐的去除率可达92.6%以上,实验过程中出现亚硝酸盐积累,出水TOC浓度上升,但反应稳定后亚硝酸盐浓度均低于0.1 mg/L,且TOC浓度有下降趋势;水力停留时间减小或者进水硝酸盐浓度增加均能使得脱氮效率降低,但当水力停留时间在0.57~1.15 d,进水硝酸盐浓度在50~80 mg/L范围变化时,反应器硝酸盐去除效率仍能达到80%以上;温度对反硝化作用影响较大,当温度为(20±1)℃时,硝酸盐的去除效率仅为62.0%、74.4%和97.5%。     

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。     

PCL-SND系统的脱氮效果

以处理水产养殖水体中的含氮化合物为目的,采用气提反应器,建立以聚己内酯(polycaprolactone,PCL)为碳源和生物膜载体的同时硝化反硝化(simultaneous nitrification and denitrification,SND)系统(PCL-SND),研究其启动过程及脱氮效果以及水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)对PCL-SND系统脱氮效果的影响。结果表明,在PCL填充率为10%,HRT为24 h,进水氨氮(NH+4-N)浓度为10 mg/L,硝态氮(NO-3-N)浓度为50 mg/L的条件下,系统运行45 d达到稳定状态,NH+4-N和TN的去除率分别为(76.55±0.98)%和(56.85±2.21)%。HRT对PCL-SND系统脱氮效果的研究表明,一定范围内,TN去除率随着HRT的减小而下降,出水NO-3-N浓度随着HRT的减小而升高,当HRT8 h,NH+4-N去除率基本稳定(85%~89%),HRT为24 h时,脱氮效果最好,TN和NH+4-N去除率分别为(68.56±1.64)%和(87.75±2.78)%,出水NO-3-N浓度(15.72±1.46)mg/L。p H和总碱度均随HRT的减小而下降,生物量却随HRT的减小而增大。     

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NO3--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NO3--N和TN的去除效果最好,去除率分别为79.5%和63.8%,出水NO2--N和NH4+-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NO3--N和TN去除率分别为99.0%和91.4%,出水NO2--N和NH4+-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。     

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。     

低温下聚氨酯水凝胶包埋硝化菌去除氨氮

采用聚氨酯水凝胶为固定化载体制备了包埋硝化菌颗粒,并在上流式内循环反应器内以人工配制的模拟氨氮废水对包埋硝化菌颗粒进行驯化。在驯化完成后实验考察了温度变化和水力停留时间(HRT)对低温下聚氨酯水凝胶包埋硝化菌颗粒去除氨氮的影响以及出水中亚硝态氮、硝态氮的累积情况。结果表明,在进水氨氮浓度为40 mg/L,HRT为4 h,水温从22℃降低到10℃时,包埋硝化菌颗粒对氨氮的去除率从97%下降到48%,调整10℃运行时的HRT,氨氮去除率可达到75%。将进水氨氮浓度降低至15 mg/L,当HRT为4 h,温度在7~13℃范围内变动时,氨氮去除率稳定在80%左右。在整个运行过程中,保持DO充足,没有出现亚硝酸盐积累的现象。     

以聚己内酯作为生物反硝化固体碳源的研究

为解决水体因低碳氮比而导致脱氮效率差的问题,将颗粒聚己内酯(PCL)重新塑形为阶梯环状,研究其作为反硝化过程的生物膜载体与固相碳源的反硝化性能。结果表明,在静态实验中,平均反硝化速率为8.57 mg NO3-N/(L·h);反硝化过程为零级反应。连续填充床实验中,超过90%的硝酸盐可被去除,出水NO2-N质量浓度低于0.20 mg/L;出水NH3-N质量浓度略有上升;出水溶解性有机碳(DOC)先上升后降低至1 mg/L左右。电子扫描显微镜扫描显示,PCL阶梯环反应表面空隙率较高,表面生物膜以杆菌为主,反应后被明显腐蚀;液相色谱检测显示PCL阶梯环分子量反应前后略有下降,其结构未受到破坏;表明该材料适合作为反硝化反应的碳源的同时,又可以作为载体供微生物附着生长。     

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。     

基于化学与生物膜耦合深度脱除地下水中硝酸盐氮

我国华北地区超过80%的地下水受到污染,其中硝酸盐氮的污染日益严重,威胁着人类健康。基于单质铁去除地下水中硝酸盐氮,因伴随氨氮的产生而受限制;生物反硝化脱氮因地下水中碳源不足无法满足脱氮要求。采用自制的微电解化学催化固体颗粒与天然生物质构成耦合生物载体,通过自养与异养反硝化耦合深度脱除地下水中硝酸盐氮,并建立了地下水易位好氧、厌氧深度脱氮新工艺。结果表明:好氧反应器在HRT为12 h、DO为2.0～3.0 mg·L-1的条件下,硝酸盐氮平均去除率≥91.24%;厌氧反应器在HRT为14 h的条件下,硝酸盐氮平均去除率≥96.32%;反应器中微电解化学催化固体颗粒可为自养反硝化菌提供电子,生物质可为微生物提供必要的有限碳源,硝酸盐氮的脱除是自制微电解化学催化固体颗粒与生物膜耦合作用的结果。出水均无亚硝酸盐氮和氨氮积累。此技术可为受污染地下水的修复提供理论依据。     

琼脂碳源生物反硝化去除水源水中硝酸盐

针对受硝酸盐污染的水源水,以琼脂为反硝化细菌的碳源和微生物载体,通过生物反硝化作用脱除水源水中的硝酸盐,并利用曝气生物滤池(BAF)去除琼脂反应器出水中残留的少量CODMn和NO2--N等污染物。实验结果表明,水源水自然接种的条件下,可以顺利启动琼脂反应器;在温度为25℃左右,琼脂反应器在进水NO3--N约25 mg/L、水力停留时间1.5 h时,能获得70%的硝酸盐氮去除率;曝气生物滤池在水力停留时间0.5 h、气水比2.8时,可控制最终出水的CODMn和NO2--N分别在5.0 mg/L和0.10 mg/L以下;琼脂反应器的脱氮效果与温度、进水NO3--N浓度及水力停留时间等有关。研究指出,琼脂反应器与曝气生物滤池构成的组合系统能较好地脱除水源水中的硝酸盐并且能控制最终出水水质,不会导致二次污染,从而获得合格的饮用水源水。     

混合营养生物反应器同步去除水中高氯酸盐和硝酸盐

针对水体硝酸盐和高氯酸盐复合污染,建立了异养和硫自养协同作用的混合营养型一体式生物反应器,采取异养投加不足量有机碳源、硫自养和异养共同承担负荷的策略,以解决异养有机物二次污染和硫自养法中副产物硫酸根过量的问题。考察了水力停留时间(HRT)和碳源投加量对高氯酸盐去除的影响。结果表明：当进水$ {{\rm{N}}{{\rm{O}}^ -_3}} $-N质量浓度为(20.21±0.23) mg·L⁻¹、$ {\rm{Cl}}{{\rm{O}}_4}^ - $质量浓度为(20.12±0.12) mg·L⁻¹、HRT由4 h降低到2、1和0.5 h时,反应器均能实现对硝酸盐(>96.2%)和高氯酸盐(>96.9%)的高效去除;在HRT为4 h和0.5 h时,出水硫酸根质量浓度分别为(273±10) mg·L⁻¹和(129±3) mg·L⁻¹,较长的HRT会导致硫歧化反应发生,从而使出水硫酸根浓度有所增加;当HRT为0.5 h时,混合营养条件下反应器出水硫酸根质量浓度比单独硫自养减少了63 mg·L⁻¹,表明混合营养生物反应器能够有效减少硫酸根的产生;反应器出水不可吹除有机碳(nonpurgeable organic carbon,NPOC)小于2.68 mg·L⁻¹,表明低碳源投加能够有效地避免有机物二次污染。     

上流式厌氧污泥床反应器中厌氧氨氧化脱氮性能的研究

研究了上流式厌氧污泥床(UASB)反应器中厌氧氨氧化工艺的脱氮性能。接种体积比为1∶1的已驯化半年的厌氧氨氧化污泥混培物和城市污水处理厂回流污泥,采用提高基质浓度和缩短水力停留时间(HRT)2种方式提高UASB反应器的脱氮性能。结果发现,2种方式结合可在UASB反应器中获得较高的脱氮速率,经过280d后,最高总氮去除速率达到5.16kg/(m3·d)。缩短HRT并未对UASB反应器的脱氮效果产生不良影响,反而强化了脱氮性能。HRT由0.4d缩短至0.2d时,总氮去除速率由1.89kg/(m3·d)增加到3.66kg/(m3·d)。形成的颗粒污泥中的细菌的细胞形态不规则,内部有厌氧氨氧化体,为典型厌氧氨氧化菌结构特征。污泥的比基质转化速率为3.15kg/(kg·d)。经16SrDNA检测,污泥中的厌氧氨氧化菌属于"Candidatus Kuenenia"属。     

固体碳源反硝化滤池脱氮效果及沿程生化特性

在污水处理工艺末端嵌入固体碳源反硝化滤池,可以不改变污水处理厂的原有工艺提高总氮去除效率,方便应对污水厂的提标压力和低碳源污水的脱氮问题。针对生化池尾水硝酸盐特性,以聚己内酯（PCL）作为填充床构建了固体碳源反硝化生物滤池,研究了该反应器的脱氮性能以及生物滤池的沿程生物量和微生物群落结构。结果表明,TN为32.0~37.7 mg·L-1、硝态氮为30.2~34.9 mg·L-1的生化池尾水进入该固体碳源反硝化池后,在HRT为1.5 h的情况下,出水TN在1.1~3.5 mg·L-1之间,硝态氮低于1 mg·L-1,平均去除率均大于94%。研究发现,固体碳源反硝化滤池对硝态氮的转化去除主要发生在40 cm填料以下;生物量的大小也随滤层高度的增加逐渐降低,且与滤层高度呈良好的线性负相关关系（y=-0.471x+38.77,R2=0.976）。采用PCR-DGGE技术研究了固体碳源反硝化滤池的沿程微生物群落结构特征,发现滤层底部（进水端）尽管生物量多,但微生物多样性低,滤池的中部是生物多样性最丰富的区域,香农威尔指数分别为1.95和2.40。DGGE图谱特征条带的16S rDNA序列分析表明生物膜中微生物变形菌门（Proteobacteria）占优势,主要微生物包括能降解PCL的细菌Comamonas,以及常见的反硝化细菌Dechloromonas、Rubrivivax和发酵产乙酸的硫酸盐还原菌Desulfobacter,从微生物群落关系结构角度支撑了固体碳源反硝化过程的顺利进行。     

水力停留时间对反应沉淀一体化反应器中半亚硝化反应的影响

由于反应沉淀一体化反应器的HRT与SRT不同,因此HRT是否会影响反应器中氮的存在状态,亚硝态氮积累是否能实现尚无明确结论。针对以上问题,研究不同水力停留时间对反应沉淀一体化反应器中半亚硝化反应的影响,研究结果表明：反应器运行虽然运行过程中无污泥流失,但仍可实现亚硝酸盐的积累,出水亚硝态氮和氨氮的浓度比例受水力停留时间的影响。HRT为24 h时,亚硝酸盐积累率可达到70%,但出水氨氮接近于0,很难满足ANAMMOX 的进水要求;HRT为16 h和12 h时,亚硝酸盐积累率均可超过80%,出水氨氮和亚硝态氮的比例分别达到1.39：1和1.46：1,可为后续ANAMMOX反应提供良好进水条件。水力停留时间对污泥亚硝化潜力的影响为12 h>16 h>24 h,对硝化潜力的影响为24 h>16 h>12 h。不同水力停留时间下氨氧化速率和亚硝酸盐氧化速率均为24 h>16 h>12 h。     

响应曲面法优化固相反硝化的工艺条件

以一种新型可降解材料PLA/PHBV共混物为碳源和生物膜载体,对硝酸盐污染水进行反硝化脱氮。在温度为(29±1)℃,pH为(7.5±0.2)条件下,利用响应曲面法考察了进水硝态氮浓度、水力停留时间(HRT)和出水硝态氮浓度之间的关系,建立了以出水硝态氮浓度为响应值的二次多项式回归模型,模型预测值与实验值能很好吻合。方差分析结果表明,进水硝态氮浓度和HRT及其交互作用对响应值均具有显著性影响(P<0.01)。     

厌氧氨氧化工艺快速启动策略及其微生物特性

为探讨种泥投加及氮负荷提升方式对厌氧氨氧化（anaerobic ammonia oxidation, anammox）工艺启动中微生物丰度及群落结构的影响,采取先普通活性污泥驯化后再接种anammox种泥的方式启动anammox工艺。结果表明在活性迟滞阶段投加anammox菌种可以快速启动anammox工艺。通过缩短水力停留时间的方式增加氮负荷并可以避免直接提高进水氮浓度导致的基质毒性抑制,有利于达到更高的总氮去除负荷。稳定运行时反应器的氮去除负荷达0.51 kg·(m3·d)-1,anammox菌基因丰度为4.92×109 copies·g-1 (以VSS计),占细菌总数的2.70%。启动阶段,反应器内微生物多样性逐渐下降,检测到浮霉菌门中4个anammox菌属,以Candidatus Jettenia和Candidatus Kuenenia为主要anammox菌属。在接种污泥处于活性迟滞阶段时,结合提高进水氮浓度、缩短水力停留时间和投加anammox菌种的方式可以快速启动anammox工艺。     

螺旋载体式厌氧生物膜反应器的除铬性能与机理研究

构建附着生物量大、经久耐用的连续流螺旋载体式厌氧生物膜反应器处理模拟含铬地下水,考察进水Cr(Ⅵ)、碳源投加量、水力停留时间(HRT)及初始pH对反应器除铬效果的影响。结果表明,反应器最优运行参数为碳源投加量35mg/L、HRT为8h、初始pH为4~10。反应器主要通过生物吸收、吸附或者沉淀作用去除Cr(Ⅵ),而10%的Cr(Ⅵ)在出水中以毒性较低的Cr(Ⅲ)态存在。可见,本研究构建的生物膜反应器在地下水污染处理方面具有较大的应用前景。     

MBBR处理猪场废水厌氧消化液的研究

采用移动床生物膜反应器(MBBR)处理猪场废水厌氧消化液,考察了水力停留时间(HRT),进水COD和NH3-N浓度对反应器处理效果的影响.结果表明,在温度为20～30℃,填料填充比为50%,进水COD和NH3-N浓度分别为1016 mg/L和496 mg/L条件下,当HRT为12.5 h时,COD和NH3-N去除率可分别达到62%和77%,猪场废水厌氧消化液中可生物降解性有机物基本得到去除,当HRT增至23.8 h时,COD和NH3-N去除率分别为64%和86%,出水COD和NH3-N浓度分别为368 mg/L和70 ms/L,均达到了<畜禽养殖业污染物排放标准>(GB18596-2001)的要求.