负荷与混合方式对厌氧膜生物反应器中甲烷气-液分配特征的影响

厌氧膜生物反应器(anaerobic membrane bioreactors, AnMBR)出水普遍存在过饱和的溶解性甲烷(dissolved methane, DCH₄),易造成能量流失和温室效应,阐明AnMBR中甲烷气-液分配特征对提高甲烷回收率具有重要意义。为此,本文研究了负荷和混合方式对AnMBR中甲烷气-液分配特征的影响。结果表明,在35 ^oC,负荷为0.6~1.8 kg·(m³·d)^–1的条件下,AnMBR实现了较好的有机物去除效果(COD去除率>90%),运行过程DCH₄均处于过饱和状态(过饱和度为1.3~2.1),随着负荷的提升DCH₄浓度升高,过饱和度有所下降;相比于循环混合,在浪式脉冲混合条件下的甲烷传质系数(K_La)更大,其中DCH₄浓度、过饱和度及DCH₄占进水COD的比例均较低。AnMBR大部分进水COD转化为甲烷,主要以气态形式存在 (50.2%~60.0%)。浪式脉冲混合时反应器总能耗比循环混合降低了85.9%~88.0%,提升负荷有利于实现AnMBR处理废水过程的能量平衡。     

微量肼对厌氧氨氧化生物膜长期运行效果的影响

为探究微量肼(N₂H₄)对厌氧氨氧化生物膜的长期影响,采用3个移动床生物膜反应器(moving bed biofilm reactor, MBBR)处理低浓度氨氮(50.9±3.6) mg·L⁻¹废水,分别加入0 mg·L⁻¹ (对照组,R1)、5 mg·L⁻¹ (R2)和10 mg·L⁻¹(R3)的微量N₂H₄后连续运行35 d,考察N₂H₄对MBBR系统中总氮去除速率(total nitrogen removal rate, TNRR)、生物量、胞外聚合物(extracellular polymeric substances, EPS)、血红素和微生物群落的影响。结果显示,运行末期相对于R1,R2和R3的NRR分别下降了53%和 64%。N₂H₄ 质量浓度为5 mg·L⁻¹时,生物膜的EPS分泌量提高,触发了生物膜保护机制;当N₂H₄ 质量浓度为10 mg·L⁻¹时,生物膜的EPS和血红素含量均明显下降,N₂H₄对生物膜产生抑制作用。长期添加微量N₂H₄导致门水平中Planctomycetes和Candidatus_Kuenenia的相对丰度降低,可见,N₂H₄的加入可以使NRR短暂增长,但长期加入会对厌氧氨氧化生物膜产生生物毒性,抑制厌氧氨氧化菌(AnAOB)的活性。整体而言,5 mg·L⁻¹和10 mg·L⁻¹的N₂H₄的加入都难以维持MBBR长期稳定高效运行,其对厌氧氨氧化生物膜的负面影响更为明显。     

低负荷运行对中试ANAMMOX活性维持的影响和工艺性能恢复特征

基于前置反硝化部分亚硝化耦合部分亚硝化(PN)/厌氧氨氧化(A)垃圾渗滤液中试处理系统,研究了系统无法正常运行时维持PN/A单元低负荷运行保持ANAMMOX微生物活性的可行性,并探究了系统性能恢复特征。结果表明,低负荷运行10 d后PN/A单元总无机氮去除负荷(TINRR_PN/A)仍有0.227 kg·(m³·d)⁻¹,达到稳定运行阶段的43.3%,氨氮和总无机氮去除率都达到89.5%以上,说明低负荷运行可以有效缓解ANAMMOX污泥活性的衰减。采用逐步提高进水氨氮负荷结合控制DO的恢复策略,经过9 d系统性能得到完全恢复。TINRR_PN/A恢复到0.513 kg·(m³·d)⁻¹,达到稳定运行阶段的97.7%。高通量测序结果表明,Ca_Anammoxoglobus菌属更能适应老龄垃圾渗滤液水质,其稳定运行阶段和恢复后的相对丰度分别为12.41%和11.19%。以上研究结果有望为厌氧氨氧化工艺的工程应用提供有益的技术指导。     

厌氧序批式生物膜反应器处理葡萄酒生产废水性能及菌群演替分析

为探究厌氧序批式生物膜法处理葡萄酒生产废水的可行性,采用厌氧序批式生物膜反应器(AnSBBR)预处理模拟葡萄酒生产废水,通过逐级增加进水浓度来提升有机负荷并对AnSBBR在不同负荷下的运行特性及菌群演替规律。结果表明： 在35 ℃、HRT为20 h、周期为4 h的运行工况下,当OLR为1.2~9.6 g·(L·d)⁻¹时,AnSBBR均能保证出水COD值低于200 mg·L⁻¹,当OLR为5.4 g·(L·d)⁻¹时,运行性能最佳,COD去除率为(97.2±0.5)%,甲烷产率为(349.9±7.6) mL·g⁻¹;与OLR为1.2 g·(L·d)⁻¹相比,OLR为9.6 g·(L·d)⁻¹时产甲烷速率提高69.3%,生物量增加294.3%,辅酶F₄₂₀浓度增加190.8%,电子传递活性(INT-ETS)提高88.4%;当OLR增至10.2 g·(L·d)⁻¹后,反应器中VFA浓度持续增加,丙酸和丁酸积累,缓冲能力明显下降,系统无法适应该负荷条件;高通量测序显示,群落中主要的细菌为Desulfovibrio、Brevinema、Treponema、Longilinea、Paludibacter和Leptolinea,主要的古菌为Methanobacterium、Methanobrevibacter,Methanosaeta和Methanosarcina;受进水基质组分和负荷的影响,细菌和古菌中丰度占比最大的分别为Desulfovibrio(12.4%)和Methanobacterium(17.1%);当OLR为5.4 g·(L·d)⁻¹时,产甲烷菌多样性更高且在门和属水平上整体丰度最大,分别为26.7%和26.3%;当OLR为9.6 g·(L·d)⁻¹时,培养出特定的菌属(Methanobrevibacter)以适应环境。由此可以看出,逐级提升OLR的运行策略可促进生物膜系统的增殖和代谢活性。本研究确定了AnSBBR处理葡萄酒生产废水的最大及最佳运行负荷,该结果可为推动AnSBBR的工程化应用提供依据。     

批量反应器中碱法生物脱硫运行参数的优化

针对碱法生物脱硫过程中硫化物氧化产物难以控制的问题,在1个批量反应器中,依次研究了碱法生物脱硫效果受硫化物浓度、盐度、ORP、DO、温度等参数的影响。结果表明：反应器内脱硫过程从硫化物浓度为500 mg·L⁻¹开始,脱硫反应可分为迅速下降、停滞和低速下降3个过程;在迅速下降过程中,53 min内,硫化物浓度迅速降至约320 mg·L⁻¹,pH从7.0上升至8.6;停滞过程中,硫化物浓度在320~280 mg·L⁻¹停留了约80 min,pH缓慢降低;在低速下降过程中,硫化物浓度以较低速度均匀地下降至10 mg·L⁻¹以下,硫化物去除率低,pH降至7.0以下。在迅速下降过程中,脱硫效率最大,主要氧化产物为单质S,ORP值在−400 mV保持不变。在盐度不高于3.5%、温度为30 ℃、DO浓度为2 mg·L⁻¹时,ORP值为−400 mV,可控制脱硫反应一直保持在迅速下降过程中,可以实现高效脱硫。     

SBR快速实现短程硝化及影响因素

基于建立的序批式反应器(SBR),探索实现城市生活污水短程硝化的主要控制因素。研究结果表明,废水温度维持在(30±1)℃、pH值为7.8~8.2的条件下,采用间歇曝气的运行方式,仅驯化培养29 d,成功实现短程硝化,亚硝氮积累率为95%左右。通过对比发现,间歇曝气方式优于连续曝气方式,间歇曝气能有效地将溶解氧(DO)浓度控制在1.0 mg/L以下,从而有利于进行短程硝化反应。此外,温度和pH可以影响亚硝氮的积累效果;当温度在25~35℃、进水pH为7.8~8.2时,亚硝氮的积累情况较好,积累率在91%以上。     

不同泥龄MBR中溶解性微生物代谢产物对膜污染的影响

通过4套平行运行的小试膜生物反应器(membrane bioreactor,MBR)研究了不同泥龄下溶解性微生物代谢产物(soluble microbial products,SMP)对膜污染的影响.以多糖、蛋白质表征SMP的含量,并通过三维荧光光谱(EEM)、分子量分布(MW)、红外光谱(FTIR)及扫面电镜-能谱分析(SEM-EDX)技术分析了不同泥龄下SMP的变化.结果表明,各泥龄MBR对氨氮和COD均有较好的去除效果,但SMP的含量以及膜污染程度均随着泥龄的升高而降低.泥龄越低,膜阻力越大,小分子量物质(< 1 000)积累程度越大,低泥龄MBR中蛋白质以及腐殖酸类物质含量较高;扫描电镜-能谱分析(SEM-DEX)结果表明,金属元素更容易在低泥龄MBR中的膜表面堆积.     

聚磺钻井废水物化-生物协同处理技术

深井超深井聚磺钻井废水具有高色度、高悬浮物和高COD的特点,现有的物化处理技术存在的吸附剂再生困难、水处理剂用量大的缺陷。采用生物降解和膜分离技术,室内研究了物化-生物协同工艺的处理效果,并在川东北高酸性气田大湾404-1H和元坝222等井开展了现场实验。实验结果表明,处理后的水质全部达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的一级标准。     

流化床结晶软化高硬度地下水及其晶体生长动力学

采用流化床结晶软化的方法对北京市城区某地下水进行软化处理,研究考察了软化药剂投加量、诱晶颗粒粒径、诱晶颗粒填料高度、入水流速、碳酸钙过饱和度等参数对水质硬度去除的影响。研究发现,当药剂投加量为220 mg·L-1时,出水钙硬度去除率可达90%以上,总硬度去除率达到60%,出水总硬度可达300 mg·L-1左右。使用石英砂颗粒作为诱晶材料,粒径为0.21~0.43 mm。当诱晶材料填料高度为40 cm,入水流速控制在40~70 m·h-1时,均可得到较好的出水水质。优化反应参数,可控制处理后的出水总硬度在300 mg·L-1左右,即去除235 mg·L-1的暂时硬度,煮沸的水不再浑浊,无水垢生成,并且出水pH可控制在8.5以下。此外,探究了多相流化过程中诱晶颗粒的线性增长速率以及床层增长速率与过饱和度、颗粒粒径、入水流速的关系,通过计算得到晶体线性增长速率相关表达式。     

臭氧在柱式反应器中的强化传质过程

结合理论分析,提出了影响臭氧在水中传质效率的三大因素：表观气速μobs、初始气泡直径d、液位高H。通过实验设计,以臭氧氧化柱式反应器中气泡的行为为研究对象,以废水COD去除率及臭氧利用率为指标,考察了这三大因素对臭氧传质效率的影响,且探讨了体系中引入搅拌对强化臭氧传质的贡献。结果表明,适当地提高表观气速μobs、初始气泡直径d及液位高H都可强化气液传质、提高废水处理效果,而对于传质控制型反应效果更为显著。在低、中表观气速下,搅拌能促使气泡均匀分散,从而提高气液传质效率;而在高表观气速下,搅拌作用的强化能力是有限的。通过对搅拌作用下反应器内流体热视图分析可知,反应器内中心气泡密度、尺寸均高于近壁面位置。n=100 r·min-1时,反应器内气泡直径小且分布均匀;n=200 r·min-1时,反应器内气泡破碎严重,搅拌杆有气穴生成;n=500 r·min-1时,反应器中心出现明显旋流与气液分层现象。