微生物燃料电池降解邻苯二甲酸酯及同步产电特性

构建双室微生物燃料电池(MFC)装置,研究了分别以乙酸钠(NaAc)作单一燃料和乙酸钠+邻苯二甲酸酯(PAEs)作混合燃料条件下,MFC的产电性能及其对邻苯二甲酸酯的去除效果。结果显示,微生物燃料电池对邻苯二甲酸酯类废水的化学需氧量(COD)的总去除率可达89%~94%,对邻苯二甲酸酯的去除率均在70%以上。以2 g·L~(-1)NaAc+10 mg·L~(-1)PAEs作混合燃料时,MFC获得最大(面积)功率密度58.78 mW·m~(-2),电池内阻213.50Ω。实验结果表明,MFC能够利用高浓度邻苯二甲酸酯作燃料在实现高效降解的同时稳定地向外输出电能这为环境激素类难降解有机物的高效低耗处理提供了一种新的研究思路。     

两级自养反硝化实现垃圾渗滤液的深度脱氮

针对目前生物工艺难以解决垃圾渗滤液深度脱氮的问题,探究了短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化(两级自养)工艺处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液的脱氮效果。结果表明,当进水垃圾渗滤液中氨氮平均浓度为2 560 mg·L~(-1),COD值为4 000～5 000 mg·L~(-1)时,经过短程硝化反硝化-厌氧氨氧化处理后,总氮去除负荷可达1.19 kg·(m~3·d)~(-1)、总氮去除率可达93.1%(出水TN=176.3 mg·L~(-1))、COD去除率可达52.2%。但是,厌氧氨氧化反应器出水中NO_x~--N浓度为154.5 mg·L~(-1),仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L~(-1))。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水NH_4~+-N、NO_2~--N、NO_3~--N平均浓度分别为1.9、0.6、9.7 mg·L~(-1),TN≤15 mg·L~(-1),进水总氮去除率为99.5%。在短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化两级自养深度脱氮反应系统中实现了垃圾渗滤液深度脱氮。     

多级潮汐流人工湿地对污泥厌氧消化液中氨氮及有机物的去除特征

针对城市污水处理厂污泥厌氧消化液回流而引起城市污水处理厂处理系统内氨氮累积的问题,采用多级潮汐流人工湿地(MTF-CWs),研究MTF-CWs对污泥厌氧消化液中氨氮和有机物的去除特征及其主要去除途径。经过260 d的运行,结果表明,NH_4~+-N和COD平均进水浓度分别为859.55 mg·L~(-1)和446.52 mg·L~(-1),MTF-CWs对NH_4~+-N和COD均有较好的处理效果,平均去除率分别为66.50%和47.10%。在MTF-CWs中,转化为NO_2~--N和NO_3~--N占被去除NH_4~+-N的73.21%,硝化反应是NH_4~+-N去除的主要途径,MTF-CWs的平均硝化速率为0.3 kg·(m~3·d)~(-1)。TN的平均去除率为17.63%,去除效果较差,其原因在于原水中缺少反硝化所需要的碳源。     

COD/N对潜流人工湿地脱氮效能及N_2O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(NH+4-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NH+4-N的去除。除COD/N=0外,其余湿地中出水未检测到硝态氮(NO_3~--N)。湿地中总氮(TN)的去除变化与NH+4-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(p0.05),且在其中以N2O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。     

不同水力负荷率对潜流人工湿地内部污染物迁移转化的影响

为深入研究污染物在潜流人工湿地各填料层内的迁移转化规律,提高潜流人工湿地污染物降解效率,考察了4种进水水力负荷率(HLR,0.15、0.35、0.55、0.80 m~3/(m~2·d))下潜流湿地填料层内部不同区域DO、COD和氨氮浓度分布。结果表明:HLR为0.35m~3/(m~2·d)时,湿地内部DO浓度水平最高,湿地系统污染物处理效果最好,COD、氨氮去除率分别为93.32%、90.16%,COD及氨氮的主要降解区域分别为湿地0~60、0~40cm深度处,60cm深度以下DO水平较低,为污染物降解低效区,可研发新技术提高湿地底层DO水平以提高COD及氨氮去除效果。     

多级流化床-曝气生物滤池中试处理高氨氮废水

采用多级流化床-曝气生物滤池组合工艺,以高氨氮工业废水为处理对象,研究了中试系统的启动方法、稳定运行阶段对污染物的去除效能及与传统活性污泥法相比的优势。结果表明:采用控制进水流量和逐步增加进水负荷的运行方法,历时近50 d,可实现中试系统的启动;启动阶段,系统对COD和NH_4~+-N的平均去除率分别为68.74%和97.92%,出水COD和NH_4~+-N的质量浓度平均分别为176.35 mg·L~(-1)和13.52 mg·L~(-1);稳定运行阶段,系统在进水流量为2.0 m~3?d~(-1)的工况下,对COD和NH_4~+-N的平均去除率分别为92.66%和99.32%,出水COD和NH_4~+-N的质量浓度平均分别为152.24 mg·L~(-1)和1.32 mg·L~(-1),其中,出水的NH_4~+-N可以稳定达到地表水IV类水标准。与传统活性污泥法工艺相比较,该中试系统可以实现对COD的去除率从85.37%增加到92.66%,对NH_4~+-N的去除率从72.53%增加到99.32%。     

SBBR与人工湿地组合工艺脱氮除磷

以人工合成污水为原水,以第二代生态碳纤维作为SBBR填料,考察了SBBR和人工湿地组合工艺脱氮除磷的性能。结果表明,SBBR系统能够实现同步硝化反硝化且可出现明显的释磷、吸磷现象,当SBBR厌氧75 min,曝气240 min,溶解氧在3.07~4.09 mg·L~(-1)之间时,组合工艺实现了能耗最低情况下的达标出水。此模式下,SBBR系统对COD、氨氮、TN和TP的去除率分别达到94.6%、94.8%、85.4%和61.1%。人工湿地采取间歇运行模式以进一步脱氮除磷,其中进水12h,放空复氧12 h,稳定后湿地对COD、氨氮、TN和TP的去除率分别达到39.3%、47.3%、61.5%和70.7%。此模式下整体组合工艺表现出了良好的脱氮除磷性能,系统出水COD、氨氮、TN和TP浓度均值分别为13.89、0.535、2.047和0.286 mg·L~(-1),去除率分别能够达到96.7%、97.3%、94.4%和88.6%。     

多级生物膜反应器对煤气化废水的处理

采用4级生物膜反应器串联处理煤气化废水,分析了反应器的启动过程、污染物去除能力及沿程水质特征,考察了水力停留时间(HRT)、进水污染物负荷对处理效果的影响。结果表明:系统在16 d的培养时间内可快速完成微生物的驯化及固定化;在连续进水、持续曝气的运行方式下,各反应器均具备对NH_4~+-N、COD、TN及SS的同步去除能力,在HRT=55.6 h、ρ(NH_4~+-N)=245~363 mg·L~(-1)、ρ(COD)=761~1 764 mg·L~(-1)、ρ(TN)=262~377 mg·L~(-1)、ρ(SS)=121~143 mg·L~(-1)的进水条件下,反应器出水NH_4~+-N、COD、TN及SS的质量浓度分别为0.23~1.37、16.3~26.1、91.6~139和12.3~18.5 mg·L~(-1),平均去除率分别为99.8%、98.1%、65.8%和88.2%,同步硝化反硝化效率为70.1%;在HRT≥39.2 h、进水NH_4~+-N负荷≤0.203 kg·(m~3·d)~(-1)、进水COD负荷≤1.357 kg·(m~3·d)~(-1)的条件下,出水NH_4~+-N、COD浓度均能满足GB 31571-2015排放标准要求。     

无机碳强化处理焦化废水EGSB反应器运行效能

为实现处理焦化废水的颗粒污泥的快速培养,进而高效处理焦化废水,在22~27℃环境温度下,平行运行2个EGSB反应器,用焦化废水驯化处理啤酒废水颗粒污泥,对微氧运行(与厌氧对比),有机营养物添加(厌氧、微氧运行)、无机碳营养添加(厌氧、微氧运行)3种情况时的污染物质(COD)去除效果进行实验研究。研究结果表明:与厌氧相比,微氧运行能够明显强化焦化废水中毒性污染物质的去除。在焦化废水驯化初期,多次水质冲击(1 500 mg·L~(-1)COD,220 mg·L~(-1)氨氮→2 000 mg·L~(-1)COD,70 mg·L~(-1)氨氮→700 mg·L~(-1)COD,104~220 mg·L~(-1)氨氮),微氧运行时COD平均去除率为24.8%(厌氧运行时仅为5.16%)。微氧运行虽然保证了污泥床的有效膨胀,但COD去除率的提高仍然有限。有机营养物的添加并没有使得COD去除率大幅提高,厌氧时为22.8%,微氧时为37.5%。无机碳营养(碳酸氢钠)的添加能够大幅提高焦化废水中COD去除率,厌氧时提高到53.8%;微氧时提高到75.4%,增幅分别达到31.0%和37.4%。微氧运行条件与无机碳营养的耦合作用能强化焦化废水中COD的去除,快速驯化培养处理焦化废水颗粒污泥。通过给处理焦化废水微氧EGSB反应器内添加碳酸氢钠,40 d就能完成高活性颗粒污泥的培养,高效处理焦化废水中各种污染物质。进水COD、酚类、氰化物和硫氢化物分别为54.8—1 927 mg·L~(-1),10.1—154.3 mg·L~(-1),0.9—57.8 mg·L~(-1)和66.7—340.4mg·L~(-1)、进水流量1.2 L·h-1、HRT10 h时,COD去除率达到78%~86%,酚类、氰化物、硫氢化物的平均去除率分别高达98.9%、93.1%和97.5%。     

间歇曝气SBR处理垃圾渗滤液的脱氮性能

采用两级串联间歇曝气序批式反应器(intermittent aeration sequencing batch reactor,IASBR)处理高氨氮低碳氮比的垃圾渗滤液,研究在控温(25±2)℃,进水碳氮比(COD/TN)为3.0条件下的脱氮性能。进水氨氮(NH_4~+-N)和总氮(TN)浓度分别为(1 100±70)mg·L~(-1)和(1 520±65)mg·L~(-1),1级和2级IASBR的水力停留时间(HRT)分别为5 d和4 d。运行结果表明,经1级IASBR处理后,出水TN浓度降低至约250 mg·L~(-1),其中以有机氮(TON)为主,NH_4~+-N浓度约25 mg·L~(-1);经2级IASBR处理后,出水TN和NH_4~+-N浓度分别稳定在40 mg·L~(-1)和20 mg·L~(-1)以下,TON去除率高达90%以上。两级串联IASBR组合工艺表现出良好的深度脱氮性能,出水TN浓度稳定达到《生活垃圾填埋场污染控制标准》(GB16889-2008)中TN≤40 mg·L~(-1)的排放标准;同时,1级IASBR出水COD浓度高达1 150 mg·L~(-1),经过2级IASBR处理后出水COD降至约770 mg·L~(-1)。     

不同调控策略对CANON工艺快速适应氨氮浓度提升的影响

针对进水氨氮浓度变化会影响CANON颗粒污泥功能微生物间的协同导致系统不稳定的问题,通过接种常温下贮存2个月的自养颗粒污泥,并采用3种调控策略(维持HRT不变,快速提升氨氮浓度(R1);维持HRT不变,逐级提升氨氮浓度(R2);逐级提升进水氨氮浓度同时调整HRT,以125 mg·L~(-1)为进水氨氮增幅(R3)),分别考察各种调控策略对系统适应275 mg·L~(-1)和400 mg·L~(-1)氨氮浓度的效能影响,探讨调控策略与污泥性能的关系及游离氨(FA)、溶解氧(DO)的影响。结果表明,污泥性能提升期,负荷变化最为平稳的策略R3率先适应进水氨氮浓度的提升,仅44 d内总氮去除负荷可达到3.5 kg·(m~3·d)~(-1);污泥性能成熟期,快速提升负荷的策略R1可缩短适应时间至25 d,总氮去除率稳定在80%以上,去除负荷达到5.3 kg·(m~3·d)~(-1)。FA会影响功能微生物活性,策略R1在污泥性能提升期,FA浓度高达16.6～26.7 mg·L~(-1),一定程度上抑制了好氧氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(AMX)的活性,导致系统适应期延长。在污泥适应高氨氮负荷过程中,比氨氧化速率(SAOR)和比总氮去除速率(SNRR)逐渐提高,污泥浓度和颗粒粒径逐渐增大。f值(ΔN O3--N/ΔTN)可作为DO调节的重要依据,DO与氨氮去除负荷呈良好的正相关性。     

高有机物浓度下氨氮的好氧硝化

污水中往往同时含有较高浓度的有机物和氨氮,研究较高有机物浓度下氨氮的好氧生物硝化,以为工程应用提供实践和理论依据。考察了COD浓度为1 200 mg·L~(-1),好氧活性污泥处理氨氮废水过程中COD、NH_4~+-N的去除情况,硝态氮、亚硝态氮的生成情况。在整个驯化阶段,氨氮的最高去除率达到86.42%,COD最高去除率达到85.40%,同时亚硝态氮的最大生成量为15.97 mg·L~(-1),硝态氮的最高生成量为5.14 mg·L~(-1),且8 h的短期实验显示,COD、NH_4~+-N的去除可以同步进行。     

四室微生物燃料电池同步脱氮除碳及产电性能

微生物燃料电池近年来被证实可以用来同步脱氮,然而微生物燃料电池中阴阳极室通常以不同成分的污水作为底物。为了实现废水脱氮,往往需要进行出水调配或停曝等复杂的操作。为解决上述问题,本研究构建了阴极硝化耦合阳极反硝化的四室微生物燃料电池(four chamber microbial fuel cell,FC-MFC),阳极室与阴极室之间用阳离子交换膜(cation exchange membrane,CEM)与阴离子交换膜(anion exchange membrane,AEM)进行交替分隔。在浓度差作用下离子进行定向迁移,最终实现阳极室有机物和氨氮的同步去除。探讨了阳极COD(即进水碳氮比)对FC-MFC产电及污染物去除效果的影响,并分析FC-MFC的氮去除途径。结果表明：随着阳极室COD的增加,各MFC模块的产电周期、峰值输出电压和最大功率密度随之增加,同时阳极室COD和TN的去除率也呈上升趋势,该系统对高碳氮比污水具有良好的抵抗负荷。当进水COD和NH₄⁺-N质量浓度分别为1 100 mg·L^-1和100 mg·L     

垃圾渗滤液-沉积污泥微生物燃料电池的产电性能

采用单室沉积型微生物燃料电池(SMFC)处理垃圾渗滤液与沉积污泥,考察电池的产电性能及污染物去除效果。SMFC输出电压呈周期性变化趋势,最大输出电压251 m V,最大功率密度为10.35 mW·m~(-2),功率密度随电流的增加先增大后减小,燃料电池内阻为2 653Ω。COD、氨氮去除率分别达96.18%和80.60%。SMFC的平均输出电压随污染物的降解呈波浪型上升趋势。MLSS、MLVSS去除率分别为24.40%和30.32%。实验结束后,MLVSS/MLSS的比值由0.70降至0.65,在SMFC产电过程中,污泥中的有机物得到有效降解。因此,SMFC可实现污水净化、污泥减量及产电一体化的效果。     

低温UASB处理青霉素综合废水及动力学分析

采用逐步降温法启动上流式污泥床反应器(UASB)并对其过程做动力学分析。UASB反应器采用逐渐提高进水COD负荷的方式在25℃进行启动,当COD去除率达到70%完成启动。启动完成后,降低温度运行反应器,在20℃时COD的去除率达到65%左右。在25℃条件下,出水氨氮浓度增加,总氮浓度有增加趋势,随后出水总氮浓度降低;在20℃负荷提高和稳定时期,出水的氨氮浓度逐渐降低,总氮浓度逐渐升高。建立低温条件下厌氧处理高浓度有机废水的动力学模型,分析结果看出20℃运行阶段的基质比降解速度高于25℃阶段基质比降解速度,在20℃条件下厌氧污泥活性最大,污泥性能最佳。推测原因,可能是由于25℃时进水浓度较高,且废水中含有大量抑制性物质(1.1 mg·L~(-1)),较大影响了微生物的降解速率、而在20℃时进水浓度降低,废水中的抑制性物质也有所降低,为0.75 mg·L~(-1)。     

COD降解菌剂的构建及在污水处理中的评估

采用微生物育种技术,从活性污泥中分离筛选得到活性菌株,结合微生物生态学原理,对高效去除污水中COD的复合菌剂构建原则进行探究。通过考察单菌的COD去除效果与絮凝效果,获得7株菌。分别在SBR和A/O模拟系统中进行验证,按COD-03比例复合时,SBR系统出水COD从300 mg·L~(-1)降到约120 mg·L~(-1)(进水COD 1 200 mg·L~(-1)),较其他组具有极显著性降低(α=0.01);A/O系统出水COD从约500 mg·L~(-1)降到将近100 mg·L~(-1)(进水COD 1 200 mg·L~(-1))。结果表明,复合菌剂构建策略具有良好的应用性和可操作性,在COD微生物增效菌剂制备方面具有良好可行性。     

微生物燃料电池在高盐榨菜废水处理中的产电性能

基于双室微生物燃料电池(microbial fuel cells,MFCs),以高盐榨菜废水为燃料,考察了电池的运行状况,同时探讨了盐度变化对电池产电性能影响,并通过投加甜菜碱研究其对MFCs系统抵抗盐度负荷冲击能力的影响。结果表明:MFCs稳定运行时(阳极室容积80 m L),最大功率密度、开路电压和电池内阻分别为3.55 W·m-3、0.698 V和427Ω;底物中添加2 mmol·L~(-1)甜菜碱后电池产电性能得到明显提升;当废水含盐量(增加到5 g·L~(-1)Na Cl)为31.2 g·L~(-1)时电池产电性能达到最佳,但是继续增高盐度后电池产电性能会急剧下降;投加甜菜碱有助于提高系统抵抗盐度负荷变化造成的冲击,维持电池的产电输出。     

接触氧化过滤去除地表水中的氨氮

接触氧化过滤工艺普遍用于去除地下水中的氨氮,在去除地表水中氨氮的应用较少。为了对此工艺去除地表水中的氨氮进行研究,以附有铁锰氧化物的石英砂为滤料填充滤柱,测试了滤柱对地表水中的铁、锰和氨氮的去除效果,并重点分析了影响氨氮去除的主要因素。结果表明:当滤速为8 m·h-1,进水铁、锰、氨氮浓度分别为0.6、1.1和1.8 mg·L~(-1)时,滤柱对3种污染物的去除率分别为83.3%,95.3%和80.6%,3种污染物的出水浓度均达标。此外,升高进水温度、提高进水碱度可增大氨氮的去除率。当温度由8℃增大到14℃时,氨氮去除率提高了近一倍。进水投加NaOH(浓度为4mg·L~(-1))时,氨氮的平均去除率比不投加NaOH时高23.1%。     

UASB-PACT工艺处理有机颜料废水中试研究

针对颜料废水有机物浓度含量高、水质波动大、可生化性差等特点,实验采用了UASB-PACT(powdered activated carbon treatment)组合工艺在常温下对颜料废水进行中试研究。实验共进行了119 d,分2个阶段进行,第1阶段为低浓度运行阶段,进水COD逐步提升至3 000 mg·L~(-1)左右,经过36 d的运行,系统出水COD可稳定保持在500 mg·L~(-1)以下,UASB、PACT反应器对COD的平均去除率分别为37.0%和80.5%;第2阶段为负荷提高阶段,共运行了83 d,UASB、PACT反应器对COD的平均去除率分别为53.9%和81.7%。76 d后在平均进水浓度为6 207.75 mg·L~(-1)的条件下,出水COD500 mg·L~(-1)。在工程应用阶段,经过6个月的调试,在进水量1 920 m3·d-1、COD为5 000 mg·L~(-1)的条件下,UASB反应器的出水COD1 500 mg·L~(-1),PACT出水COD在300~500 mg·L~(-1)之间波动,去除率分别为50.9%和75.3%。实验结果表明,针对有机颜料废水,采用UASB-PACT组合工艺能够达到很好的处理效果,出水满足《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ 343-2010)中A级排放要求。     

3,4,5-三甲氧基苯甲醛生产废水的厌氧可生化性及UASB处理

为了能经济有效地处理山东某一化工厂的3,4,5-三甲氧基苯甲醛生产废水,首先采用间歇式实验对车间生产废水进行厌氧可生化性评价。然后以此为基础,采用单级中温UASB,用二沉池的污泥为接种污泥,保持水力停留时间(HRT)不变,通过逐步提高进水COD的方式,考察在COD容积负荷(OLR)从1.0 g·(L·d)~(-1)逐步升高至10.0 g·(L·d)~(-1)的情况下,反应器处理效果的变化。在140 d的连续实验过程中发现,最优的OLR在6.0 g·(L·d)~(-1)(进水COD6 000 mg·L~(-1)左右),COD去除率能稳定在60.3%,出水pH值稳定在7.4到8.0之间,VFA在500 mg·L~(-1)左右。实验结果表明,UASB处理该制药厂废水是可行的。