膜曝气生物膜反应器数学模型的研究进展

污(废)水处理与资源化是控制水体污染、缓解水资源短缺的重要手段。高效的污水处理工艺是实现污水处理与资源化的关键。膜曝气生物膜反应器(membrane-aerated biofilm reactor, MABR)是一种集膜技术和生物膜技术于一体的新型污水处理技术,具有氧传质效率高、同步除碳脱氮等优势,因此在污(废)水处理领域得到广泛研究与应用。MABR数学模型是依托于数理逻辑方法的系统定量描述,对于深入解析MABR系统运行机理、优化工艺参数具有重要意义。通过回顾MABR数学模型的发展历程,从底层逻辑出发归纳概括了MABR数学模型涉及的主要过程(包括MABR传质过程模型和MABR反应过程模型);分析了MABR模型研究中的关键影响参数;总结了现有MABR模型研究中存在的问题,并对今后MABR数学模型的研究方向进行了展望。     

硫自养反硝化系统运行效能和微生物群落结构研究

启动了单质硫自养反硝化反应器并研究其脱氮性能,通过血清瓶批式实验测定了污泥的反硝化活性,并采用扫描电镜和高通量测序手段揭示了系统内微生物群落结构特征.结果表明,SBR反应器进水NO₃^--N浓度为80mg/L,随水力停留时间由12h逐渐缩短为6h,反应器的自养脱氮性能逐渐增强,稳定期反应器的总无机氮去除率达99.1%,总无机氮去除负荷平均值为0.158kg N/（m³·d）;SBR周期内NO₂^--N浓度最大值为13.3mg/L,NO₃^--N还原为NO₂^--N过程pH值由7.38降低至6.94,NO₂^--N还原为N₂过程pH值基本不变;批式实验结果表明,硫自养反硝化和异养反硝化NO₃^--N去除速率分别为0.515,0.196kg N/（kg VSS·d）,硫自养反硝化污泥NO₂^--N降解速率为0.117kg N/（kg VSS·d）,污泥同时具有自养反硝化和异养反硝化活性;扫描电镜显示,污泥中存在大量的杆状细菌和球状菌;污泥中主要的硫反硝化细菌分别为Thiobacillus、Sulfurimonas和Thermomonas属,其相对丰度分别为14.5%、7.6%和6.0%.     

MBR处理猪场废水过程中抗生素抗性基因的去除

以猪场废水中典型的抗生素抗性基因(antibiotic resistant genes, ARGs)为研究对象,针对MBR工艺处理猪场废水,研究生物处理过程抗性基因去除及其与工艺参数的关系。膜生物反应器(membrane bio-reactor, MBR)小试装置对猪场废水中COD和TN的平均去除率分别达到95.5%和92.4%。在污泥龄(sludge retention time,30 d)较长时,MBR对ARGs的拷贝数去除率在1.5~2 logs,而将SRT缩短至15 d时去除率最高可达3.78 logs。环境因子(DO、pH、Temp、SS、COD、NH+₄-N和TN)对MBR出水中ARGs拷贝数和丰度的影响呈现出相同趋势。因此,通过降低SRT、提高DO、pH、和温度等措施,可以提高ARGs拷贝数和丰度的消减效率,具有实际应用价值和指导意义。     

泥膜混合MBBR系统自养脱氮工艺的启动研究

为了加速厌氧氨氧化菌(AnAOB)富集,解决自养脱氮工艺启动缓慢的问题,在短程硝化絮状污泥反应器中投加含有少量AnAOB的悬浮填料,构建泥膜混合移动床生物膜反应器(MBBR)系统,探讨该系统在自养脱氮启动中的作用. 结果表明:①在温度为20~30 ℃、pH为7.8~8.2、DO浓度为0.2~0.9 mg/L的条件下,经45 d的运行,成功富集AnAOB. 通过调整运行模式和曝气量,TN去除率提高至70%左右,成功启动自养脱氮工艺. ②在运行过程中,曝气阶段主要发生短程硝化反应,缺氧阶段主要发生厌氧氨氧化反应. ③泥膜混合MBBR系统中优势的好氧氨氧化菌(AOB)和AnAOB分别为Nitrosomonas和Candidatus_Kuenenia. Nitrosomonas主要分布于絮状污泥中,其相对丰度从42.95%减至30.98%;而Candidatus_Kuenenia主要分布于填料生物膜中,其相对丰度从5.88%增至25.90%. ④泥膜混合MBBR系统中还检测出Ignavibacteriales_bacterium_UTCHB1、Pseudomonas、Denitratisoma等多种反硝化细菌,说明部分TN损失是通过内源反硝化途径实现. 研究显示,基于短程硝化絮状污泥的泥膜混合MBBR系统,可以维持稳定的短程硝化,快速富集AnAOB,也可以有效缩短自养脱氮工艺的启动时间.      

好氧颗粒污泥反应器的研究进展

着重探讨好氧颗粒污泥反应器的研究进展,大部分好氧颗粒污泥的研究都是在序批式生物反应器SBR及其变形工艺中进行的,近几年出现关于连续流工艺的报道。综述了几种比较流行的好氧颗粒污泥反应器,对各反应器下形成好氧颗粒污泥的形态、理化特性及其形成机理进行总结和分析。     

两级后置纯膜MBBR的反硝化性能研究

为研究纯膜移动床生物膜反应器(MBBR)作为深度反硝化脱氮生物处理工艺的性能,采用两级纯膜MBBR反应器,以某市政污水处理厂二沉池出水为处理对象,以乙酸钠为外加碳源,经过278 d,从启动、处理效果和负荷、碳源利用效率等方面进行了中试。系统历经启动、稳定运行、碳氮比调整和低温运行4个阶段,结果表明:两级后置MBBR反硝化系统总出水ρ(NO_3~--N)5 mg/L; 10℃时第1级反硝化负荷为0. 45 kg/(m~3·d),第2级反硝化负荷为0. 03～0. 29kg/(m~3·d);在水温为9～28℃时,拟合负荷温度变化系数θ值为1. 026;反应器污泥产率系数为0. 520～0. 542 kg/kg(COD);系统负荷与C/N呈线性关系,C/N适宜控制在4. 0～4. 5,过低则会造成NO_2~--N积累且影响出水NO_3~--N浓度。反应器出水硝态氮浓度低,且脱氮负荷高,表现出较好的低温抗性。     

基质比对ABR厌氧氨氧化工艺脱氮性能的影响

为解决厌氧氨氧化底物去除不彻底导致总氮去除偏低的问题,通过控制不同的进水基质比,对厌氧折流板反应器(ABR)的厌氧氨氧化脱氮性能进行了研究.结果表明,ABR厌氧氨氧化系统最佳进水N_2~O--N/NH+4-N为1.34,此时NH+4-N和N_2~O--N的去除率同时达到99.99%左右,总氮去除率达到峰值为87%,当进水N_2~O--N/NH+4-N从1逐渐降低至0.49和从1.34逐渐提高至1.62时,反应器对NH+4-N和N_2~O--N的绝对去除量较为稳定,NH+4-N或N_2~O--N过量对ABR厌氧氨氧化系统没有产生明显抑制;此外,不同基质比条件下,NH+4-N和N_2~O--N的去除基本在第1隔室完成,基质比变化对ABR各隔室的脱氮效果没有产生显著影响,ABR厌氧氨氧化系统对基质浓度的变化具有较好的稳定性.     

四级串联厌氧反应器对阿卡波糖废渣的减量处理

发酵生产阿卡波糖的过程会产生大量发酵废渣,该废渣处理成本高昂且易造成环境污染。因此,寻找高效环保和低成本的废渣减量处理方法,是目前亟需解决的问题。采用四级串联厌氧反应器对阿卡波糖废渣液进行减量处理,经过启动阶段和负荷提高阶段,共运行68 d。其中,负荷提高阶段增加水解酸化罐作为预处理工艺,两阶段有机负荷分别为1.16,3.32 kg/(m3·d)。结果表明:水解酸化罐作为预处理工艺可提高系统稳定性;系统运行后期可溶性COD去除率达83.3%,平均容积产气率为0.36 m3/(m3·d),废渣中固体物质的去除率达64%,在2—4号罐体底部观察到直径0.8~2 mm的颗粒污泥形成。     

光电催化水处理技术研究新进展剖析

光电催化技术是一种新型的电化学辅助光催化技术,即通过施加阳极偏压抑制光生电子和空穴的复合,达到提高光催化效率的目的。近年来,光电催化技术在水处理技术研究领域受到广泛关注。简述了光电催化技术的基本原理,总结了可见光响应光阳极的研制进展;从光电反应器的构型、原理和主要特点3个方面分别介绍了悬浮型、负载型和复合光电催化反应器系统;归纳了光电催化技术在水处理和污染物资源化回收方面的应用;探讨了光电催化水处理技术在实际应用方面存在的问题,并展望了其研究前景。