不同生物过滤系统铵态氮转化速率及生物膜特性分析

实验模拟循环水养殖系统,运行了移动床生物膜反应器(moving bed biofilm reactor,MBBR)和挂帘式生物滴滤池两类生物过滤系统的6种不同填料反应器,对比分析了各反应器的填料挂膜效果、铵态氮转化速率和生物膜微生物群落结构等特征.结果表明,与MBBR相比,挂帘式生物滴滤池挂膜速度快且生物量较多,其中碳纤维挂帘式生物滴滤池的脱膜后生物膜重最大,为45.97 g·m-2,8 h NH+4-N去除率(86.76%)高于其他反应器(61.96%~78.76%),并且NO-2-N累积少,16 h时NO-2-N浓度在0.5 mg·L~(-1)以下.通过Illumina高通量测序技术对生物过滤系统中生物膜微生物群落结构进行解析,结果表明,不同类型反应器的生物膜内的细菌、真核微生物群落构成有明显区别,无论是细菌还是真核微生物,挂帘式生物滴滤池的物种丰度和多样性均高于MBBR,但MBBR的细菌群落物种集中度更高.硝化螺菌属(Nitrospira)及放线菌中的Nakamurella属在两类反应器的生物膜中均占优势,腐螺旋菌科(Saprospiraceae)在挂帘式生物滴滤池更多,而丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)更倾向于在MBBR中富集.在真核微生物属水平相对丰度上,挂帘式生物滴滤池中小杆目中的Rhabditida norank占明显优势,而MBBR中绿藻纲中的Chlorophyceae norank占明显优势.以上研究结果为挂帘式生物滴滤池在循环水养殖水质净化中的应用奠定了实验基础.     

序批式曝气生物滤池处理生活污水的中试研究

报道了沸石为填料的序批式曝气生物滤池处理生活污水的中试实验,研究了曝气时间、曝气量和生活污水浓度对处理效果的影响。结果表明,沸石作曝气生物滤池的填料效果较好。曝气2h后,即可达到很好的去除效果,污水进水COD和BOD5浓度分别为300～800mg/L和170～400mg/L时,去除率分别达到90%～70%和90%～88%。进水COD浓度分别为312.6mg/L和530.6mg/L,曝气量0.6m3/h,处理2h后出水COD浓度分别为30.63mg/L和103.92mg/L,去除率>90%,出水达到污水处理二级排放标准。因此,以沸石为填料的序批式曝气生物滤池是一种高效、低耗、具有较好应用前景的单体生活污水处理设备。     

一种新型滤料在循环养殖水处理中的应用

实验研究了填充新型无剩余污泥悬浮型生物滤料的曝气生物滤池处理养殖废水的挂膜情况及水力停留时间（HRT）变化对曝气生物滤池处理效果及运行特性的影响。结果表明，含氨氮和亚硝酸氮浓度较高的模拟养殖污水用活性污泥挂膜，大约1个月就能使生物滤池启动。当模拟养殖污水氨氮起始浓度在2mg／L左右时最佳水力停留时间（HRT）为0．6h循环6d能使氨氮浓度降到0．03mg／L左右，亚硝酸氮有短期积累问题，但最终都能被降到0．05mg／L以下。水力停留时间影响氨氮的去除时间，从而影响亚硝酸氮的积累。水力停留时间（HRT）对有机物（CODMn）去除影响不大，且该种滤料对有机物（CODMn）去除效果较差，去除率在28％左右。     

BAF系统在不同营养条件下氨氮去除效果的研究

在进水流速为300 mL/h、回流比为200%;反应器内溶解氧在0.8～1.5 mg/L,pH在7.8～8.5,温度在32～35℃的条件下。采用分别往曝气生物滤池(BAF)反应器1#中通入不含COD的人工合成废水,往BAF反应器2#中通入含有不同浓度COD的人工合成废水的方式,研究在自营养条件下和异营养条件下曝气生物滤池对氨氮的去除效果。研究表明:异营养条件下当进水COD浓度为52.51 mg/L时,氨氮的去除率为93.07%,达到最大值;当COD<50 mg/L时,氨氮的去除率随COD浓度的增加而升高;当COD>50 mg/L时,氨氮的去除率随COD浓度的增加而下降。自营养条件下氨氮的去除率基本稳定在93.47%,大于异营养条件下氨氮的去除率。在进水不含有机物的条件下,填料区域各部分的氨氮去除率差别不大,填料层中下部的氨氮去除率略高于上部。     

曝气生物滤池应用于封闭循环海水养殖系统的试验研究

曝气生物滤池是封闭循环海水养殖系统的核心设备。现以封闭循环海水养殖系统中的曝气生物滤池为试验研究对象,考察了曝气生物滤池的挂膜过程及NH3-N初始质量浓度、循环流速、溶解氧（D0）、循环时间及温度对NH3-N去除效果的影响。试验表明,该曝气生物滤池的生物膜成熟快,当曝气生物滤池在正常养殖状态时．水的循环流速为130L／h可达到NH3-N最大去除率;水的循环流速为80IA可应对高浓度NH3-N负荷。在污水DO质量浓度为7．0mg／L,温度为34℃时,滤池有最大的NH3-N去除率。     

曝气生物活性炭滤池深度处理垃圾渗滤液的效能研究

为了考察曝气生物活性炭滤池(BACF)深度处理垃圾渗滤液的效能,研究了填料填充度、曝气位置、气水比、水力停留时间和p H等影响因素对滤池去除有机物、氨氮和总氮的影响。结果表明,最佳的工艺运行条件为:填料填充度为80%,底部曝气,气水比为3:1,水力停留时间为8 h,p H为7~8。在最佳工艺条件下运行反应器,COD、氨氮和TN平均去除率分别达到85%、90%和57%,出水可达到实验设定水质要求。BACF具有较强的抗有机负荷能力,进水COD浓度在323至3 000 mg/L之间时,COD去除率稳定在80%。反应器受氨氮冲击负荷影响较大,氨氮进水浓度低于90mg/L时,出水可达到要求。     

生物活性炭滤池修复地表水的研究

采用自行设计的生物滤池反应器去除地表水中的氮,考察了HRT、水力负荷和氨氮负荷对生物滤池出水水质的影响。结果表明:系统TN去除率随水力负荷的增加而下降,氨氮去除率无明显变化,水力负荷小于1.2 m3/(m2·d),TN去除率达到54%以上;在进水氨氮质量浓度为14.52~17.44 mg/L条件下,HRT为10 h时,生物滤池对氮去除效果较好;当HRT为6 h,进水氨氮负荷增加到0.048 kg/(m3·d)以上,氨氮和TN平均去除率分别为96%和31%。     

高铁锰氨氮地下水净化试验及氧化动力学

在水厂,以中试模拟滤柱开展了高铁锰氨氮(8~10℃,TFe 6~14mg/L,Mn 0.8~1.5mg/L,NH_4~+-N 2.0~3.0mg/L)地下水净化试验及氧化动力学分析.结果表明,一级曝气+一级过滤、一级曝气+两级过滤工艺均由于溶解氧(DO)不足,对高铁锰氨氮地下水净化失败;曝气生物滤池由于曝气对水流造成紊动,净化效果最差;曝气生物滤池+两级过滤工艺可实现高铁锰氨氮地下水净化,但是运行滤速仅有6.0m/h;两级曝气+两级过滤工艺净化效果最优,可实现高铁锰、氨氮地下水(8~10℃,TFe 17.66mg/L,Mn 1.71mg/L,NH_4~+-N 3.37mg/L)净化,一级和二级滤速分别可达13.25m/h和12.75m/h,且在低温下亦适用,可实现低温高铁高锰高氨氮(5~6℃,TFe 9.72mg/L,Mn 3.29mg/L,NH_4~+-N 3.44mg/L)地下水的净化,一级和二级极限滤速分别为10.0m/h和8.0m/h.氧化动力学分析表明,铁氧化去除遵循一级化学氧化动力学规律,其氧化动力学常数为(1.02~1.18)×10.氨氮和锰的去除均遵循零级酶促反应动力学规律,其氧化动力学常数分别为(0.15~0.83)×10~(-1)和(0.31~1.20)×10~(-1).除铁除锰生物滤池中,铁的氧化去除速率最快,优先完成去除,锰和氨氮完成氧化去除的先后顺序受基质浓度大小影响较大.     

海水生物滤器氨氮沿程转化规律模型

生物滤器是海水循环水养殖系统中的核心水处理单元,其主要用于去除对养殖生物有害的氨氮、有机物等.本研究基于吸附原理和一级反应生物膜理论构建了氨氮在生物滤器中沿程转化规律的数学模型,并通过实验加以验证.实验所用生物滤器采用竹制空心生化球填料,装填高度为70 cm,在pH为7.1～7.6,DO为5～7 mg.L-1,气水比20∶1左右,有机负荷约为4g.(m3.h)-1,水力停留时间(HRT)为1 h条件下,生物滤器中氨氮的去除主要发生在填料高度0～10 cm处,10～70 cm处氨氮去除量很少.进水氨氮质量浓度的增大和水力停留时间的降低都会导致出水氨氮质量浓度增大.此外,模型对进水氨氮质量浓度较低时的沿程出水氨氮质量浓度具有很好的预测效果;当进水氨氮质量浓度较高时,预测值略低于实际结果.     

循环流水产养殖系统净化研究

文章研究了不同水力停留时间和壳聚糖的投加对循环流水产养殖系统的影响,结果表明,当水力停留时间为8 h,系统内除磷,除氨氮、COD效果明显,通过生物滤池和植物滤池的去除,NO2-浓度下降,植物滤池平均出水浓度总磷1.60 mg/L、氨氮0.016 mg/L、COD为21.788 mg/L;养鱼池投加壳聚糖,出水的色度和浊度都明显降低。     

间歇曝气生物滤池生物除磷性能研究

通过间歇曝气、连续进水的运行方式使生物膜系统交替处于厌氧/好氧状态,据此研究了不同进水挥发性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)质量浓度、运行周期以及反冲洗条件下生物滤池的生物除磷性能.实验中以模拟生活污水为处理对象,滤池水力停留时间为1.3 h,进水流速为5 L.h-1,气水比为8∶1,进水平均COD负荷、氨氮负荷和磷酸盐负荷分别为4.7、0.41和0.095 g.(L.d)-1.结果表明,在一个运行周期内生物滤池能有效实现释磷和吸磷;当进水VFAs质量浓度(以COD计)为100 mg.L-1、运行周期为6 h时,生物滤池除磷性能最佳,曝气阶段滤池出水磷去除负荷可达0.059 g.(L.d)-1,同时COD和氨氮的去除负荷分别为3.8 g.(L.d)-1和0.28 g.(L.d)-1,出水平均磷、COD和氨氮质量浓度为1.8、43.6、8.7mg.L-1,滤池中存在一定程度的氮流失;中止反冲洗使生物滤池除磷性能迅速下降,2 d后滤池除磷效率低于40%,随即恢复反冲洗使滤池除磷效果出现短暂增强,再经2 d反冲洗后除磷效率又回到原有水平.可见,在间歇曝气、连续进水的运行方式下生物滤池成功实现了生物除磷并具有较好的磷负荷去除效果,充足而稳定的进水VFAs质量浓度、适当的运行周期以及较高频率的反冲洗有利于滤池的生物除磷性能.     

生物滤池同步净化低温高铁锰氨氮地下水

为实现低温（5~6℃）高铁锰氨氮[TFe：9~15mg/L,Fe²⁺：6~12mg/L,Mn²⁺：0.8~1.2mg/L,NH₃-N：0.9~1.4mg/L]地下水的生物同步净化,以水厂实地滤柱进行实验.结果表明,在该种水质下,以1.0,3.0m/h滤速启动生物滤柱,分别历经128,91d启动成功.铁和氨氮自启动之初出水即合格,锰的去除仍然是滤池成熟的决定性因素.溶解氧（DO）充足条件下,净化所需滤层厚度随氨氮浓度的升高而加厚,氨氮极限去除浓度为1.60mg/L.进水DO不足是限制氨氮继续提升的主要因素.滤速越大,锰的去除量越少,净化所需滤层越厚,滤柱极限运行滤速为8.0m/h.沿程分析发现,铁和锰的氧化去除存在显著分级,铁和氨氮在滤层内可同步氧化去除,锰的高效氧化去除区间相对滞后.     

从节能角度探讨填料型A~2O工艺的参数优化

文章对碳纤维填料型A2O工艺在不同内回流比和溶解氧(DO)条件下对生活污水的处理效果进行了研究,考察了不同条件下生活污水中常规指标的去除效果。研究结果表明,在水力停留时间(HRT)为18 h,其中厌氧4.5 h,缺氧4.5 h及好氧9 h的条件下,在不同内回流比的对比实验中,内回流比为200%时去除效果最好,不同DO浓度对比实验中,DO浓度为2.5 mg/L时去除效果最好。从节能角度考虑,DO浓度为2 mg/L时,A2O工艺出水有小幅度升高,但仍满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A排放标准。实验表明碳纤维填料型A2O工艺内回流比为200%,DO浓度为2 mg/L时既满足出水水质要求,又达到节能降耗的目的。     

炉渣填料用于前置反硝化BAF处理生活污水的启动性能研究

曝气生物滤池(BAF)是在普通生物滤池的基础上,借鉴给水滤池工艺开发的污水处理新工艺。以炉渣为填料采用前置反硝化曝气生物滤池处理模拟生活污水,研究了前置反硝化曝气生物滤池处理生活污水的启动状况,考察了启动过程中COD、NH4+-N等主要污染物的去除情况。试验结果表明,在水力负荷为1.74m/h、回流比150%、气水比为3∶1的条件下,COD和NH4+-N分别在35d和45d内得到了有效地去除。其中,COD出水浓度降到30mg/L以下,去除率稳定在85%以上;NH4+-N出水浓度降到10mg/L以下,去除率稳定在65%以上。研究结果表明选用炉渣作填料的前置反硝化曝气生物滤池在相对较短的时间内启动效果良好。     

循环水养殖系统中自然微生物生物膜形成过程实验

进行了不同初始NH4-N浓度,在实验水温20～24℃条件下,利用微生态制剂辅助,循环水养殖系统中自然微生物生物膜形成过程的实验研究。结果表明:不同NH4-N浓度对自然微生物生物膜形成产生显著影响,5、10和20 mg/L高浓度NH4-N更易于微生物的扩繁生长和生物膜形成,其生物膜达到预期水质净化效果的形成周期,即生物挂膜成熟周期,约需要35～40 d。生物挂膜成功后,形成很好的硝化作用,实验生物滤池中的NH4-N、NO2-N浓度均保持低于0.05 mg/L,COD浓度低于3 mg/L,显示出对NH4-N、NO2-N和COD很高的去处效果,但对PO4-P处理效果不明显。而1和2 mg/L低浓度NH4-N不易于微生物的扩繁生长,难以形成具有较好水质净化效果的生物膜,即生物挂膜难以成功。     

填料层高度对曝气生物滤池处理效果的影响

采用以陶粒为填料的上流式曝气生物滤池处理生活污水．研究了填料层高度对曝气生物滤池处理效果的影响。结果表明：当水温为24．0～32．9℃,进水CODCr质量浓度为90．6～419．0mg／L．NH4^＋-N质量浓度为7．85-36．51mg／L,气水比为3：1,HRT为12h时,CODcr平均去除率为88．69％,NH4^＋-N平均去除率为98．6％。最初的40cm的填料层对SS的去除尤为显著,降解COD的最佳填料层高度为60cm,硝化NH4^＋-N的最佳填料层高度为60～100cm,且硝化菌的活跃层较异养菌的活跃层要高。曝气生物滤池的生物除磷效果比较差,对TP的去除主要是集中在填料的中下层40～80cm处。     

生物强化生物滤池去除海水养殖废水中氨氮

针对海水养殖水生物脱氮效果差的问题,将海洋菌株SF16接种到曝气生物滤池中,构建生物强化海水养殖废水处理系统,以未投加菌株SF16的曝气生物滤池作为对照,研究了水力停留时间(HRT)、盐度、碳氮比、溶解氧(DO)等因素对氨氮去除效果的影响。结果表明,菌株SF16能显著提高曝气生物滤池耐盐性和异养硝化-好氧反硝化脱氮效果。菌株SF16强化曝气生物滤池在HRT为4 h,盐度为3%～5%,高锰酸盐指数/NH_4~+–N为14,DO为4～5 mg/L的适宜工艺条件下,处理初始NH_4~+-N浓度为10 mg/L的模拟海水养殖废水,NH_4~+-N、TN和高锰酸盐指数的去除率分别达到95%、93%和80%以上,NO_3~-–N和NO_2~-–N积累量分别低于0.1 mg/L和0.02mg/L,出水无机氮和高锰酸盐指数达到《海水养殖水排放要求》(SC/T 9103-2007)的一级排放标准。该研究结果能够为菌株SF16在海水(浓海水)养殖系统废水处理工程中应用提供技术支持。     

混合填料生物接触氧化法处理生活污水的研究

采用混合型(火山岩和陶瓷环)填料生物接触氧化工艺处理实际生活污水,研究了混合型填料挂膜情况,不同HRT、DO和进水COD浓度对水质净化效果的影响。实验结果表明:混合型填料挂膜效果好,15 d后反应器达到稳定状态,对COD的去除率达到75%以上;在水温为20~32℃,HRT为12 h,DO为5~6 mg/L的条件下,对COD、氨氮、TN和TP的平均去除率分别达到了75.8%、71.8%、45.9%和35.7%;当进水COD浓度为100~400 mg/L时,各个指标的去除率随着COD浓度的升高而升高,可见进水COD浓度会对污水净化效果产生影响。     

两段错向流曝气生物滤池处理生活污水

采用半柔性填料和酶促好氧填料的两段错向流曝气生物滤池(TUDBAF)处理生活污水,考察了试验启动阶段水力停留时间对SS、COD和NH3-N的去除效果的影响,并分析了反冲洗对BAF U段生物膜活性的影响。结果表明:在水力停留时间6.5~13.0 h条件下,SS和COD的去除率随水力停留时间的增加而增大,且其去除率分别达91.6%和83.6%以上;反应器对氨氮的去除主要集中在BAF U段,该段对氨氮的去除占总去除率的70%以上;BAFU段采用气水联合反冲洗过程中可以出水TSS浓度(708mg/L)作为该段反冲洗的终点。     

曝气比和NH4-N浓度影响生物滤池净化海水养殖外排水效果研究

采用4组不同NH₄-N浓度的曝气生物滤池,分析滤池在7个曝气比条件下对海水养殖外排水的净化效果。结果表明:生物滤池启动阶段,生物膜成熟期随NH₄-N浓度的升高而缩短,高NH₄-N浓度滤池的生物膜成熟期较其它三组滤池缩短了10 d左右。滤池启动成功后,在相同曝气比条件下,随NH₄-N浓度的升高,4组滤池对出水NH₄-N的平均去除率由81.1%降至73.3%;高NH₄-N浓度滤池的出水NO₂-N浓度与其它三组相比增加了10倍,最终达到2.6 mg/L。随着曝气比的逐步增大,4组滤池对出水NH₄-N的平均去除率先升高后降低,在曝气比为10:1时平均去除率达到最大值（88.2%）。本研究表明,选取4 mg/L的NH₄-N浓度,维持曝气比10:1是生物滤池运行的理想条件:生物滤池启动周期较短,出水NH₄-N去除效果达到最佳且NO₂-N浓度较低,从而实现对海水养殖外排水的最佳净化效果。