复三维电极-生物膜反应器脱除饮用水中硝酸盐的试验研究

研究了连续流复三维电极-生物膜反应器在不同电流、温度和pH条件下的反硝化性能.结果表明,在电流从0mA增加至100mA的过程中,NO3--N去除率随电流增大而升高;电流为100mA时NO3--N去除率最高,达到了73.8%,出水NO3--N浓度为8.27mg.L-1;电流高于100mA时,NO3--N去除率略有下降.电流从0mA增加至150mA的过程中,NO2--N积累量先增加后减少;电流为60mA时NO2--N的积累最为严重.温度为31～35℃时,反硝化效果较好,出水NO3--N浓度低于10mg.L-1;温度为35℃时,NO3--N去除率最高,达到了85.5%.pH值为7.2～8.2时,反硝化效果较为理想,出水NO3--N浓度在10mg.L-1以下,NO2--N浓度低于1mg.L-1.该反应器具有较好的pH缓冲性能,进水pH从5.5上升至9.0的过程中,其出水pH可维持在7.6～8.2,NO3--N去除率在59.6%～80.2%.此外,电流、温度和进水pH还对氨氮的生成量和总磷的去除产生明显影响.通过复三维电极-生物膜反应器与纯电化学反应器的对比试验,对氨氮产生和总磷去除的可能原因进行了分析和探讨.     

一种新型异养自养集成工艺处理地下水硝酸盐试验

研究了一种利用电化学产氢自养反硝化(electrochemical hydrogen autotrophic denitrification)与固相异养反硝化(solid-phase heterotrophic denitrification)集成技术去除地下水中硝酸盐的方法.这种方法能够高效去除水中的硝酸盐且操作简单.试验结果表明,当进水NO3--N浓度为70mg·mL-1,电流强度控制在40mA,HRT为3.9h时,出水中NO3--N浓度为1.2mg·mL-1,硝态氮去除率达到98.3%,TN去除率达到95.6%,反应器中没有NO2--N积累,且pH值稳定在7.0~8.1之间.     

固定化三维电极-生物膜法去除污水中硝酸盐氮

本研究将固定化细胞技术用于三维电极-生物膜反应器的阴极微生物挂膜,对现有的三维电极-生物膜反应器进行了改进。同时,以城市污水二级生化处理系统的出水为研究对象,利用自制的固定化三维电极-生物膜反应器进行了反硝化深度脱氮试验。考察了电流强度、HRT、不同C/N值等因素对硝态氮和COD去除率的影响,并通过对比试验证实了固定化细胞技术的使用可提高反应器的反硝化性能。试验结果表明,在电流强度30mA,进水流量9mL/min时,COD的去除率为50%,硝态氮的去除率可达82.03%,反应器NO3--N负荷为0.297mg NO3--N(/cm2.d);同等操作条件下,采用固定化方法挂膜的反应器的脱氮效率可比普通反应器提高20%以上。     

固相反硝化反应器对含盐水体脱氮效率的预测模型

以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)颗粒作为反硝化固体碳源和生物膜载体的填料床反应器处理含盐水体的脱氮效果表明,在温度在(29±1)℃的条件下,反应器对含盐水体中NO3--N具有良好的反硝化性能.以NO3--N去除率为响应值,利用响应曲面法考察进水硝酸盐浓度和水力停留时间对脱氮效率的影响.因素分析表明,进水NO3--N和HRT...     

序批式生物膜CANON工艺的运行与温度的影响

通过序批式生物膜反应器,研究了CANON工艺的运行规律,并研究了温度对CANON工艺的影响.研究发现,通过序批式生物膜反应器反应器可以成功实现CANON工艺,TN去除率可达到88.3%,TN去除负荷达到0.52kg/(m3·d).系统中的NO2--N变化规律可以分为浓度上升期,浓度稳定期与浓度下降期.pH值先降低后升高的拐点与DO突跃的拐点均可作为反应结束的指示参数,DO拐点比pH值拐点出现要提前.在26~35℃之间,可以获得较好的硝化效果与TN去除效果,温度降低到20℃时,厌氧氨氧化性能开始受到显著影响,造成反应器中大量NO2--N积累,而硝化效果在15℃才受到显著影响.反应器中厌氧氨氧化细菌的最适温度约为30℃.     

3BER-S耦合脱氮系统运行特性研究

为了强化三维电极生物膜脱氮工艺(3BER)的脱氮效果,将3BER与硫自养反硝化技术耦合成3BER-S工艺,用于低碳氮比城市污水厂尾水的深度脱氮处理.与3BER对比研究结果表明,3BER-S工艺在TN去除率、系统pH平衡能力和NO2--N积累方面均优于3BER工艺;当进水C(NO3--N)= 35±2mg/L,TOC:N:P=10.7:10:1,pH=7.0~7.5时,3BER-S耦合工艺对TN和NO3--N的去除效率分别为85%和94%,分别比3BER高15%和10%;出水中NO2--N的浓度为3.04mg/L,比3BER低2mg/L.3BER-S中硫自养反硝化作用定量分析表明,硫自养脱氮作用在整个脱氮过程中所占比例为14.07%,单质硫的有效利用率达到79.5%,硫自养反硝化过程对稳定3BER-S系统出水pH值起重要作用.根据3BER-S中微生物基于反硝化细菌特异性基因nirS的克隆文库结果,系统中反硝化细菌都与β变形菌纲中的细菌有较高的同源性,其中61.41%的反硝化细菌属于陶厄氏菌属(Thauera);脱氮硫杆菌和嗜酸菌属(Acidovorax)分别占3.50%和19.30%.表明当碳源比较充足时,3BER-S工艺的脱氮作用主要以异养反硝化过程为主,以单质硫和氢为电子供体的自养反硝化脱氮作用也占有一定比例.     

氢基质生物膜反应器去除水中硒酸盐研究

利用连续搅拌氢基质生物膜反应器研究氢气(H2)分压,NO3--N,SO42-,SeO42-进水浓度对水中硒酸盐去除效果的影响.结果表明,H2分压是水中氧化态污染物NO3-,SO42-,SeO42-去除效果的重要影响因素,随着H2分压从0.02MPa上升到0.08MPa,SO42-的去除率从3.5%上升到46.3%,总Se的去除率从60.7%上升到82.1%,NO3-全过程都完全被还原为N2;随着NO3--N进水浓度从5mg/L增加到50mg/L,SO42-,SeO42-的去除率逐渐下降至0,并出现NO2-的积累;SO42-进水浓度的增加对NO3-,SeO42-去除效果影响不大,去除率分别保持在99.5%和65%以上,三种氧化态污染物得电子的优先级为NO3->SeO42->SO42-.在NO3--N浓度为10mg/L,SO42-浓度为25mg/L的水质条件下,反应器设置H2分压为0.04MPa,进水Se(VI)浓度在0.25~2mg/L的范围内总Se可以取得80%以上的去除效果.     

三级生物膜深度处理腈纶废水生化出水的脱氮研究

针对腈纶废水生化出水用传统脱氮工艺深度脱氮时碳源不足的问题,采用三级生物膜反应器作为深度处理装置,研究了反应器的启动及进水pH、水力停留时间(HRT)、进水氨氮(NH4+-N)浓度对NH4+-N去除率的影响并确定其最佳运行条件及最佳条件下总氮(TN)的去除效果.结果表明,在HRT为24 h,进水pH为7.8～8.0条件下反应器对NH4+-N和TN的去除效果最佳,平均去除率分别为94.6%和53%;且进水NH4+-N浓度对其去除效果没有明显影响;反应器在不投加有机碳源情况下,对TN有明显去除效果,平均去除率53%,最高去除率达66%,表明三级生物膜反应器深度处理腈纶废水时脱氮效果明显.     

部分亚硝化-厌氧氨氧化耦合工艺处理污泥脱水液

在缺氧滤床+好氧悬浮填料生物膜工艺中实现部分亚硝化,然后进行厌氧氨氧化(ANAMMOX),考察其对高含氮、低C/N污泥脱水液的处理能力.结果表明,亚硝化反应器在15~29℃、DO 6~9mg/L条件下,通过综合调控进水氨氮负荷(ALR)、进水碱度/氨氮、水力停留时间(HRT)等运行参数,可以调节出水(NO2--N)/(NH4+-N)的比率,能够较好地实现部分亚硝化反应以完成厌氧氨氧化.当进水ALR为1.16kg/(m3·d),进水碱度/氨氮为5.1时,出水(NO2--N)/(NH4+-N)在1.2左右,(NO2--N)/(NOx--N)大于90%,进入ANAMMOX反应器的氮物质去除率达到83.8%.     

垃圾渗滤液在厌氧复合床反应器中反硝化-产甲烷的小试研究

本试验是在厌氧复合床反应器中进行垃圾渗滤液的反硝化-产甲烷的小试研究。试验结果显示,处理有机物浓度较高的垃圾渗滤液时,反硝化-产甲烷能够在厌氧复合床反应器中实现同步进行。厌氧复合床反应器对垃圾渗滤液的COD去除率可达85%,对人工模拟回流的NO3--N去除率可达到99%。在反硝化-产甲烷耦合的同一反应器中,反硝化对COD的消耗去除起主要作用.随着进水COD浓度的升高,产甲烷量增大。当进水ρ(COD)/ρ(NO3--N)>10时,下部的污泥床几乎承担了全部反硝化任务,NO3--N去除率接近反应器总去除率。     

直流电场强化活性污泥法处理木质素废水的效能、污泥特性及群落结构研究

以溶解态木质素模拟废水为研究对象,考察了不同直流电场条件下活性污泥反应器(R1,无电流,悬浮污泥)、电极生物膜反应器(R2,电流I=10~60 mA,无悬浮污泥)与电极生物膜-活性污泥反应器(R3,I=10~60 mA,悬浮污泥)中木质素废水的处理效能、污泥生理特性(活菌比、木质素过氧化物酶(LiP)、三磷酸腺苷(ATP)等)、细胞膜磷脂脂肪酸组成及微生物群落结构的差异.结果表明:相同的外加电流下,R3的木质素去除率均高于R2(p0.05),其中,30 mA时达到最大值30.19%±0.47%,分别为R1、R2木质素去除率的2.01倍和1.46倍.反应器R2在20~40 mA时的总氮去除效果最好,达到71.96%±5.79%.分析R1、R3悬浮污泥发现,外加电流升高不改变悬浮污泥的活菌比(p0.05),木质素去除率受LiP酶活影响不大;与低电流(10~30 mA)相比,高电流(40~60 mA)下悬浮污泥中C15∶0 ANTEISO的含量降低,长链磷脂脂肪酸(C19、C20)的相对含量增加;R3悬浮污泥中Flavobacterium、Pseudomonas和Janthinobacterium等可降解木质素的菌属在10 mA外加电流的刺激下相对丰度均最高.在电极微生物方面,与R3相比,R2阴极微生物中具有反硝化能力的Methyloversatilis成为优势菌属,阳极微生物中存在更多具有电子传递能力的菌属(Pseudomonas、Ralstonia).冗余分析(RDA)表明,悬浮污泥中Mycobacterium(降解木质素的好氧细菌)丰度与电流(I)显著正相关(p0.05),与不饱和脂肪酸(UFA)显著负相关(p0.05).     

常压供氢体系电场强化硫酸盐还原生物-电化学效应研究

针对氢气作为电子供体的硫酸盐生物还原速率缓慢的问题,设计生物电化学强化系统,采用附加直流电的方式,强化常压条件下供氢体系的硫酸盐还原过程.i≤1.50 mA时,随着电流的增大,硫酸盐还原速率增大,最佳电流强度为1.50 mA,平均还原速率是微生物单独作用的1.7～2.1倍.不同场强条件下电化学与生物学效应不同.当i≤1.50 mA时,电化学对生物过程的强化机制可能是电场/磁场促进硫酸盐还原菌（sulfate reducing bacteria,SRB）增殖、提高酶活性及代谢活性.当i>1.50 mA时,SRB活性受到电场的抑制,硫酸盐的代谢能力下降;当满足电势低于-0.69 V、 H₂分压为1.01×105 Pa时,体系发生以H₂为还原剂的电催化还原过程,但二者共同作用下的硫酸盐还原速率低于i=1.50 mA的情况.因此,基于能耗成本,施加低强度直流电场,利用电化学手段促进微生物的代谢,是强化常压供氢体系硫酸盐还原的重要途径.     

温度对城市污水厂尾水反硝化MBBR深度脱氮的影响

为解决城市污水厂尾水再生利用时ρ(TN)高的问题,采用反硝化MBBR(移动床生物膜反应器)对城市污水厂尾水进行反硝化脱氮,并重点研究不同温度下分别以聚乙烯和聚丙烯为填料的反硝化MBBR的运行效果. 结果表明:在HRT(水力停留时间)为12 h、温度分别为13、19、25和30 ℃时,NO₃--N去除率和反硝化能力变化不大,聚乙烯和聚丙烯反硝化MBBR的NO₃--N去除率分别为80.1%～85.0%和78.2%～84.0%,二者的反硝化能力分别为6.7～7.1和6.5～7.0 mg/(L·h);较长的HRT弥补了低温时反硝化速率低的不足;随温度增加,生物量逐渐增加,但COD_Cr和DOM(溶解性有机物)的去除率变化不明显. 三维荧光图谱表明,出水中主要的DOM(溶解性有机质)为类色氨酸和类富里酸,聚乙烯和聚丙烯反硝化MBBR对DOM总荧光强度的去除率分别为47.6%～52.5%和24.1%～35.8%. 填料上的微生物以杆菌、丝状菌和球菌为主. 综合考虑脱氮效能和有机物污染物去除效能,聚乙烯和聚丙烯反硝化MBBR深度脱氮的最佳温度均为25 ℃.      

电流密度对电化学氧化垃圾渗滤液效率影响

主要研究了不同电流密度对高氨氮垃圾渗滤液的电化学氧化效率,重点考察了电流密度(10、20、30、40 mA/cm)2对电解过程中的电解速率、电流效率、能耗以及三氯甲烷生成的影响。结果表明:在电流密度为30 mA/cm2时,电解6 h氨氮降解速率为7 mg/(L·min),COD降解速率为4.4 mg/(L·min),氨氮的氧化去除要先于COD的氧化去除;随着电流密度增加,电流效率逐渐增加,在电流密度为30 mA/cm2时达到45.23%,之后电流效率开始下降,电流密度为40 mA/cm2时电流效率为34%;能耗分析表明:随着电流密度增加,电解单位氨氮所需能耗先降低后升高,在电流密度为30 mA/cm2时达到最低0.09 kWh/g NH4+-N。在电流密度为40 mA/cm2时,电解6 h后三氯甲烷浓度从低于检测值升高至0.684 mg/L,产生速率为1.8μg/(L·min),三氯甲烷生成速率随着电流密度的增加而增加。     

多孔钛板负载Pd-Cu阴极电催化还原饮用水中硝酸盐的研究

研究了以多孔钛板负载钯-铜(4∶1)合金作为阴极,通过电催化还原脱除饮用水中硝酸盐氮的效果和主要影响因素.试验表明,电催化反硝化的主要产物为氮气,钯-铜合金的电催化活性可达到16.69 mg/(g·h)、选择性可达96.9%.在低硝酸盐氮浓度下,电催化反硝化反应符合表观一级反应动力学,高浓度时符合零级反应动力学.当槽压低于1.5V或电流强度小于5mA时,阴极几乎不会发生硝酸盐氮的还原反应;而当槽压大于4.2V时或电流强度大于30mA时,阴极生成氨氮的副反应显著增加.中性条件下电催化反硝化的活性和选择性都能达到较好的效果,酸性条件下反应活性增加但选择性降低.溶液中的传质对反硝化没有显著影响.溶液中存在的其它阴离子对反硝化不利,不同阴离子对反硝化反应的影响次序为ClO₄^-3^--.     

生物-电化学耦合系统供氢脱硫效应及微生物学研究

为研究和评价电化学强化自养硫酸盐还原连续运行工艺,提高处理能力,设计三维复合生物阴极,构建生物-电化学耦合系统,通过促进氢气传质、增大自养微生物量及电场强化的方式,提高以H2为电子供体的硫酸盐还原速率,并评价了体系连续运行脱硫效应.结果表明,当电流为0.50 mA、系统运行较为稳定时平均硫酸盐去除负荷为1.94 g/(L.d),最大去除负荷为2.23 g/(L.d).相同水力条件下,改变进水负荷时,优化传质和电场强化的耦合反应器具有更高的系统稳定性.扫描电镜观测发现,除膜丝外,石墨纤维毡表面附着大量微生物,显著提高体系生物量.PCR-DGGE种群结构分析表明,与接种菌源相比,种群丰度略有降低,群落结构得以优化,优势菌群为脱硫弧菌属和脱硫微菌属.传质优化、生物量提高、微生物群落结构优化及电场强化是系统具有较高硫酸盐还原能力以及适应能力的关键.     

氢气还原海绵铁去除水体中硝酸盐的研究

利用小球烧结和氢气还原工艺制备了粒径1mm～5mm的多孔性球形海绵铁,对球形海绵铁去除水体中硝酸盐的效率及去除动力学进行了研究。结果表明:溶液初始pH值对硝酸盐去除效率的影响显著,初始pH值小于3时,硝酸盐的去除率随溶液初始pH的增加而逐渐降低;初始pH值大于3时,硝酸盐的去除率又随之升高。硝酸盐浓度低于10mgN/L时,硝酸盐去除率随着硝酸盐初始浓度的增加而增加,硝酸盐的残余量保持在0.4mgN/L左右;硝酸盐浓度高于20mgN/L时,硝酸盐的去除率随初始硝酸盐浓度的增加而略有降低。球形海绵铁去除硝酸盐为一级动力学反应,反应级数为0.970～1.378,表观反应速率常数为0.314h-1～0.536h-1。海绵铁还原硝酸盐的主要产物为氨氮,随着还原反应的进行,溶液pH值快速增加,氨氮以分子态氨的形式从水中逸出。进行归纳总结和对比,并以多环芳烃的提取为例列举了各方法的应用步骤,从而为其他环境样品其他有机物分析预处理提供参考。     

一体化全程自养脱氮(CANON)工艺的效能及污泥特性

在氨氮浓度梯度升高的条件下,通过控制DO等方式在一体化CSTR反应器中实现了一体化全程自养脱氮(CANON—completely autotrophic nitrogen removal over nitrite).结果表明随进水氨氮浓度(76.05~583.93mg/L)的升高,系统的氨氮和总氮去除负荷逐渐提高,试验期间无亚硝态氮的积累,反应器后期在高氨氮进水下最高氨氮去除率84.4%,最高去除负荷0.42kg/(m3·d);最高总氮去除率72.0%,最高去除负荷0.35kg/(m3·d).污泥氧消耗速率实验得出好氧氨氧化菌的耗氧速率为169.46 mgO2/(gVSS·h)、硝酸化细菌的好氧速率为39.63 mgO2/(gVSS·h).采用总氮去除量和硝态氮产生量的比值(△TN /△NO3-)表征硝酸化反应对出水氨氮浓度的影响.试验进一步研究了反应器内污泥形态的变化,得出第102d的污泥粒径(86.36μm)比第30d(54.09μm)增加60%,污泥的SEM分析得出实验后期相对于前期污泥表面丝状菌减少,胞外聚合物增多.以上结果表明该反应器具备良好的造粒功能,有利于自养脱氮工艺的启动与稳定.     

微电解-电极生物膜法在污水深度处理中的应用

为考察微电解-电极生物膜法的污水深度处理效果,以受污染河水为处理对象,以碳素纤维作为微电解和电极生物膜的电极材料,研究微电解和电极生物膜的污水处理特点及运行条件. 结果表明:微电解可有效去除污水中PN(颗粒态总氮)、PP(颗粒态总磷)、DTP(溶解性总磷)和NH₃-N,去除率分别达到94%、95%、93%和98%;其中DTP的去除以与微电解产生的Fe2+的沉淀反应为主,NH₃-N的去除以硝化反应为主. 微电解提高了有机物的去除率,但对DTN(溶解性总氮)的去除率较低. 电极生物膜能有效去除污水中的NO₃--N,对不同进水水质的适应性较强,脱氮以自养反硝化为主,异养反硝化可有效去除剩余有机物,ρ(NO₃--N)低于45.0 mg/L的污水经过电极生物膜处理后,NO₃--N可被完全去除. 在HRT(水力停留时间)为8 h、电流密度为0.10 mA/cm2的条件下,微电解-电极生物膜法对各种污染物去除效果显著,工艺运行稳定,出水ρ(TN)和ρ(COD_Mn)平均值均低于0.5 mg/L,ρ(TP)低于0.05 mg/L,浊度小于1.0 NTU,可实现污水的深度处理.