人工快速渗滤系统中人工快渗池对污染物的去除效果研究

为了阐明人工快速渗滤系统中人工快渗池对污染物的去除效果,对深圳市某污水处理厂的人工快渗池进、出水各项水质指标进行了全面研究。结果表明,该人工快渗池进水水质波动不大,出水水质稳定且良好,对COD和BOD5均有良好的去除效果;NH3-N去除率在97%以上,硝化作用很强,NH3-N在硝化菌的作用下几乎全部被氧化成硝态氮;SS去除率在90%以上,TP去除率在40%～70%。研究结果有助于系统地了解人工快渗池在整个人工快速渗滤系统中所发挥的作用,为提高人工快速渗滤系统的除污能力提供了理论依据。     

人工快速渗滤系统对污染物的去除机制

人工快速渗滤系统(CRI)是在传统的污水快速渗滤处理系统(RI)的基础上发展起来的一种新型的污水土地处理技术.通过对CRI的模拟,揭示了非生物机制与生物机制对有机物、营养元素的降解机制.结果表明,CRI对污水中污染物的去除是在非生物机制与生物机制协同作用下完成的.对污水中的有机物和氮的降解以生物机制为主、非生物机制为辅;对磷的降解则以非生物机制为主、生物机制为辅.生物机制对有机物、氮的去除占70%以上,非生物机制对磷的去除占61.9%.系统中氮转化以硝化效果为主,反硝化效果较弱.     

人工快速渗滤系统除磷效率研究

为了探寻人工快速渗滤(CRI)系统除磷效率和机制,并优化CRI系统除磷效率和促成CRI系统进一步推广应用,以铁粉和传统CRI常用基质——天然砂为研究对象,在室内相同运行条件下,构筑人工试验土柱(以下简称模型柱)模拟CRI系统,通过监测普通模型柱和加强除磷模型柱中出水TP,分析CRI系统的除磷机制和效率。结果表明:采用天然砂作为滤料主要组分的CRI系统的除磷效率较差,出水TP不能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级B标准(1mg/L),在CRI系统中添加适量铁粉构建的CRI系统对TP的去除率有较大的提高,平均去除率为84.2%,比普通CRI系统高出39.5百分点;CRI系统在滤料层初始段TP去除率最高,随着系统深度的增加,CRI系统对TP的总去除率逐渐升高,但去除速率随着系统深度的增加而降低。     

人工快速渗滤系统堵塞-恢复实验研究

采用干湿交替间歇进水的运行方式,以不同粒径的河砂为填料构建3组人工快速渗滤(CRI)系统,研究CRI系统的堵塞-恢复规律,填料粒径与系统出水COD、水力负荷和纳污量之间的关系,以及环境温度对系统处理效率的影响。结果表明,CRI系统堵塞后经过一段时间的恢复期即可以自然恢复活性。细砂CRI系统的稳定性最好,出水COD最稳定,抗冲击能力和纳污量强于混砂和粗砂CRI系统。当温度在适宜微生物生长的范围内波动时,对系统处理效率的影响并不明显。实际工程应建造多级系统或并行系统解决堵塞问题,以保证系统的水力负荷和稳定运行。     

人工快速渗滤系统微生物数量与相关酶活性变化分析

全面研究和监测人工快速渗滤(CRI)系统运行周期内微生物数量和微生物基质酶活性的变化情况。结果表明:(1)CRI系统的微生物数量和基质酶活性基本保持稳定,各深度的微生物数量、脲酶活性和脱氢酶活性基本为1.0×108～4.3×108个/g、5～45μg/g、10～130μL/g。(2)CRI系统的间歇布水方式和低有机负荷是CRI系统不产生剩余污泥的主要原因,而运行周期内微生物的总增殖量与内源呼吸衰减量的平衡是CRI系统无剩余污泥产生的根本原因。(3)建议根据实际情况采用浅翻晒或深翻晒相结合的方法进行维护,防止CRI系统产生剩余污泥。     

新型人工快速渗滤系统处理村镇污水工艺参数优化

在巢湖双桥河建立了中试规模的人工快速渗滤系统(CRI),系统经过一个月左右启动期后挂膜成功。通过考察不同湿干比条件下CODMn、TP、TN和NH3-N的去除效果,确定系统湿干比为1 d∶2 d,水力负荷周期为3 d。TP、TN和NH3-N在1.0 m/d的水力负荷条件下能够达到最佳的处理效果,特别是TN;而CODMn在1.3 m/d取得最佳的去除效果。综合考虑脱氮除磷和有机污染物的去除,选取水力负荷为1.0 m/d可得到最佳的出水水质。综合4种污染物的去除特点,特别考虑到对TN去除的需要,同时兼顾工程成本,填料厚度确定为1.2～1.5 m之间为最佳。选取生物陶粒、钢渣、活性炭和天然沸石为渗滤介质,研究结果表明,从去除有机污染物和TP角度考虑,选取活性炭和钢渣可达到较好的去除效果,其中钢渣对TP去除效果更佳;而活性炭具有其他4种填料不可替代的脱氮效果。以上工艺组合形式的确定将为巢湖流域CRI系统的推广提供科学依据和数据支持。     

水平渗滤系统的污染物去除效果及动力学分析

基于人工快渗(CRIS)和水平潜流人工湿地(HSSFCWs)构建了水平流人工渗滤系统(HFCIS),研究了该系统对耗氧有机物(以COD计)、氨氮(NH₄⁺-N)的沿程去除情况和污染物在系统内的垂向分布情况,并进行了动力学分析。结果表明,在水力负荷为0.083 m·d⁻¹、进水耗氧有机物(以COD计)浓度为220~630 mg·L⁻¹、NH₄⁺-N质量浓度为13~47 mg·L⁻¹时,COD、NH₄⁺-N的去除率分别为88.6%和91.9%以上。在水力负荷为0.25 m·d⁻¹的条件下,进水耗氧有机物(以COD计)和NH₄⁺-N质量浓度分别为613~690 mg·L⁻¹和36~48 mg·L⁻¹时,总去除率分别为95.5%和78.2%以上。水平方向沿程污染物质量浓度呈现逐渐衰减的趋势,污染物降解符合一阶动力学模型,去除速率常数在CRIS和HSSFCWs的速率常数范围内并处于较高水平。该HFCI系统填料简单,复氧效果好,污染物去除性能优异,提高了土地利用率,建造位置选择较为灵活,在分散式污水处理中有独特的优势。     

基于SNADPR作用的复合式人工快速渗滤系统的运行性能及微生物学特征

将基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)作用的人工快速渗滤(CRI)装置与反硝化除磷(DPR)型CRI装置耦合为基于同步短程硝化、厌氧氨氧化、反硝化和反硝化除磷(SNADPR)作用的复合式人工快速渗滤(H-CRI)系统,探究了其运行性能及微生物学特征。当H-CRI系统按照内循环潮汐流模式连续运行时,反应装置在水力负荷为0.18 m3·(m2·d)−1的条件下对生活污水中有机物、TN、$ {\rm{N}}{{\rm{H}}_4^ +} $-N和TP的去除率分别可达(94.39±1.32)%、(97.87±0.43)%、(99.00±0.32)%和(95.96±2.79)%。其中,CANON反应与生物蓄磷作用分别是系统脱氮除磷的主要途径,两者去除的氮磷量分别占H-CRI系统脱氮除磷总量的(72.13±6.12)%和(82.29±5.58)%。结合分子生物学实验结果可知,适宜的耦合模式有助于实现H-CRI系统中好氧氨氧化微生物、厌氧氨氧化菌、反硝化菌和聚磷菌群的有效协作,进而可促进SNADPR反应体系在其中形成并强化,实现对生活污水中有机物及氮磷元素的高效同步去除。     

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${{\rm{NH}}_4^ + }$-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1 000 Ω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${{\rm{NH}}_4^ + }$-N的去除途径基本相同。脱盐室部分${{\rm{NH}}_4^ + }$-N转化为${{\rm{NO}}_3^ - }$-N后,通过自身的反硝化或以NO₃形式迁移至阳极得以去除,剩余的大部分${{\rm{NH}}_4^ +} $-N以${{\rm{NH}}_4^ + }$形式迁移至阴极,在碱性环境下转化为NH₃并排出。高通量测序分析结果表明,水解发酵菌属(总丰度为33.21%)为MDC阳极的核心微生物群落。阳极生物膜中的电化学活性菌(总丰度为11.78%)可实现电池的产电功能,反硝化菌属(总丰度为14.61%)的存在证明,脱盐室盐室${{\rm{NO}}_3^ - }$-N迁移至阳极室后进行了反硝化并得以去除。在脱盐室水体中检测到了氨氧化菌属(总丰度为6.93%)及反硝化菌属(总丰度为15.82%),这也是脱盐室中${{\rm{NO}}_3^ - }$-N快速产生和随后浓度陡降的原因。     

生态-人工渗滤技术在高速公路收费站生活污水处理中的应用

研究了生态-人工渗滤组合技术在高速公路收费站生活污水中的处理效果。结果表明:在水力负荷为1.5m3/(m2.d),湿干比为1∶3的条件下,系统对COD、SS、NH4+-N、TP均有较好的去除效果,进水中COD、SS、NH4+-N以及TP浓度分别由126~218、123~186、19.89~32.69、2.75~4.53 mg/L降到出水的8~56、7~28、0.45~1.95和0.12~0.40 mg/L,COD、SS去除率分别在80%、85%以上,NH4+-N、TP的去除率均在90%以上。此研究显示,生态-人工渗滤技术在工程应用良好,基建和运行成本较低,在处理远离城市的生活废水时具有巨大的优势。     

分段进水对人工快渗系统脱氮效率的影响

为提高人工快速渗滤系统（CRI）的处理效率,研究了分段进水方式下以河砂/钢渣（1#）和河砂/天然沸石（2#）为填料的两个快渗池中氮的垂直分布规律,以及对氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮及总氮四种形态的氮和CODMn的去除效果。结果表明,1#池、2#池采用2∶1的进水比例在表层下600 mm处分段进水对总氮的平均去除率分别为50.90%和45.93%,相对常规进水1#、2#池总氮去除率分别提高12.45%和12.23%,但对氨氮及CODMn的去除率影响较小;1#池、2#池采用1∶1的进水比例在表层下1000 mm处分段进水对总氮的平均去除率分别为47.80%和36.21%,相对常规进水1#、2#池总氮去除率分别提高9.35%和2.51%,但是对氨氮及CODMn的去除率大幅下降。CRI系统中不同形态氮、DO及ORP垂直分布特征显示表层为好氧环境,有利于有机物的分解及硝化作用,底层为缺氧环境,有利于反硝化作用的顺利进行。此外,相对于天然沸石而言钢渣对污染物具有更好的去污效果。本研究表明,选取适当的分段进水位置及进水比例是提高CRI系统对氮的去除率的有效途径。     

三级串联人工快渗系统处理养殖废水

人工快速渗滤系统（constructed rapid infiltration,CRI）是在传统的污水快速渗透系统上发展起来的一种新的生物处理方法。采用猪粪浸泡污水模拟实际猪场处理系统的厌氧出水,研究三级串联人工快渗系统对其污染物的去除效果。试验结果表明,三级串联系统对废水COD、NH3N的去除率稳定在81%和94.5%,出水均满足了《畜禽养殖行业污染物排放标准》（GB18596-2001）的要求,同时三级串联系统还可以有效预防系统的堵塞。     

COD/N对潜流人工湿地脱氮效能及N2O排放的影响

人工湿地因其低能耗、易管理的优点被广泛应用于水处理和生态修复,尤其在发展中国家有其适用性。为探讨COD/N对潜流人工湿地脱氮效能及氧化亚氮（N2O）的排放影响,分别构建5组微型人工湿地CW1~CK,进水化学需氧量/总氮（COD/N）分别为20：1、10：1、7：1、4：1和0：1。结果表明,湿地出水DO浓度均低于0.5 mg·L-1,不同的COD/N下无显著差异,但pH表现为随COD/N的升高而降低。进水COD/N为10、7和4的湿地中COD去除率在80%以上,而进水COD/N=20的湿地中COD去除率不足70%。5组COD/N湿地中氨氮（NH4+-N）的平均去除率依次为（61±16.6）%、（23±14.1）%、（30±12.5）%、（28±14.5）%和（74±7.0）%,在碳源充足或无碳源的条件下有利于NH4+-N的去除。除COD/N=0外,其余湿地中出水未检测到硝态氮（NO3--N）。湿地中总氮（TN）的去除变化与NH4+-N相似。5组湿地系统中,N2O的平均释放通量和累积排放量,分别在0.83~11.84 mg·（m2·h）-1和30.65~490.80 mg·m-2之间。COD/N=4的人工湿地系统中,N2O的平均释放通量和累计排放量显著高于其他处理（p2O形态去除的氮占系统去除TN的百分比为4.87%。COD/N对潜流人工湿地的脱氮和N2O减量具有调控作用。     

三级人工快渗系统脱氮效果及菌种分布分析

为了更有效地去除污水中的氮类污染物,采用三级串联人工快渗系统对高氨氮生活污水进行脱氮性研究,同时进行系统内菌种分布的特征分析,从微观角度对比传统人工快渗和新式三级串联人工快渗系统中微生物分布的区别。结果表明三级串联人工快渗系统对氨氮和总氮(TN)的去除率较常规人工快渗系统分别提高5%和21%。三级串联人工快渗系统内硝化细菌和反硝化细菌总数均大于传统人工快渗系统。反硝化细菌数量的显著提高是总氮(TN)去除提高的主要原因。同时发现三级串联人工快渗系统可以有效地缓解堵塞现象的发生。     

不同挂膜方式对人工快渗系统处理性能的影响

针对人工快渗系统运行启动时间普遍较长的问题,研究了自然挂膜、活性污泥挂膜和优势菌挂膜3种方式对系统处理性能及微生物数量和酶活性的影响。结果表明,采用优势菌挂膜的启动时间比自然挂膜和活性污泥挂膜分别缩短了35 d、17 d,从第38天起,COD去除率稳定在90%以上,系统的抗水力负荷冲击能力也较强;TN去除率较自然挂膜和活性污泥挂膜分别提高了48.1%、37.9%,亚硝化菌和反硝化菌数量的增加为短程硝化反硝化脱氮提供了基础;细菌、真菌、放线菌的总量比自然挂膜和活性污泥挂膜分别高出1.66倍、1.02倍,纤维素酶、脲酶活性也相应提升,微生物的空间分布、酶的活性与各人工快渗系统对污染物的去除效果表现出一致性。