木质框架土壤渗滤系统处理养猪废水厌氧消化液的效能

为处理高氨氮、低C/N比的养猪废水厌氧消化液, 构建了具有缓释碳源特性的木质框架土壤渗滤系统(WFSI), 并通过运行测试了进水浓度和表面水力负荷(SHL)对系统处理效能的影响。在SHL为0.2 m³·m^-2·d^-1条件下, 当进水COD和NH₄⁺-N平均浓度分别从152和175.5 mg·L^-1提高到421和788.7 mg·L^-1时, 系统对COD的去除率从52.3%提高到61.2%, NH₄⁺-N去除率从84.2%下降到61.5%, TN去除率从28.6%提高到了33.5%, NH₄⁺-N和TN去除负荷分别达到了75.5和41.7 g·m^-3·d^-1。当SHL提高为0.32 m³·m^-2·d^-1时, 系统仍能维持运行, 但处理效能受到显著影响。在进水COD 和NH₄⁺-N分别为265和465 mg·L^-1左右时, COD、NH₄⁺-N及TN的去除率分别平均为56.5%、53.3%和20.9%。木质填料及其附着层形成的NH₄⁺-N浓度梯度, 可使系统承受较高的SHL的同时获得缓释碳源, 并保护氨氧化细菌免受自由氨毒性。     

短程硝化耦合厌氧氨氧化工艺处理低C/N比生活污水

为快速实现低C/N比生活污水高效低耗稳定脱氮,在常温条件下,对短程硝化-厌氧氨氧化工艺的启动及脱氮性能进行研究,在常温,高DO（2.5 mg·L^-1）条件下,采用实时控制结合神经网络模型预测控制可快速启动短程硝化,亚硝积累率达到95%以上。由于生物膜的独特结构可为厌氧氨氧化（Anammox）菌提供良好的厌氧环境,因此选用生物滤池来实现厌氧氨氧化,启动期间克服了温度变化的影响,第173天后,NH₄⁺-N和NO₂^--N去除率达到90%以上,TN去除率达到80%,Anammox滤池成功启动。后续将短程硝化与厌氧氨氧化耦合,通过逐步提高滤速启动耦合系统,Anammox滤池滤速可提高到0.5 m·h^-1,总氮容积负荷达到0.75 kg·m^-3·d^-1。系统出水TN平均浓度为8 mg·L^-1,实现了短程硝化耦合厌氧氨氧化工艺稳定高效地处理生活污水。     

溶解氧对长距离输水管道水质影响

为保证长距离输水管道输送水水质,采用管道模拟反应器考察了溶解氧（DO）对输水管道水质影响以及曝气充氧后水质恢复情况。结果表明：DO降低影响氨氮（NH₄⁺-N）的去除,DO浓度越低越不利于NH₄⁺-N的去除,且曝气充氧后恢复越缓慢,DO=0.5 mg·L^-1和DO=1.5 mg·L^-1的反应器在运行95 h后,NH₄⁺-N去除率分别由90%降到21%和85%,曝气充氧54 h和3 h后恢复;DO浓度降低导致亚硝酸氮（NO₂^--N）积累明显增加,DO浓度越低,NO₂^--N的积累越严重,且曝气充氧后恢复越缓慢,DO=0.5 mg·L^-1的反应器在运行95 h后,出水NO₂^--N由0.02 mg·L^-1增加到0.354 mg·L^-1,曝气充氧54 h后恢复,DO=1.5 mg·L^-1的反应器在运行32 h后,出水NO₂^--N达到最大值0.112 mg·L^-1,曝气充氧4 h后恢复;DO浓度降低使水中UV₂₅₄升高,DO=0.5 mg·L^-1和DO=1.5 mg·L^-1的反应器在运行2 h后,出水UV₂₅₄分别增加了70.8%和20.8%,均在运行32 h后恢复,且曝气充氧后保持稳定。因此,DO对长距离输水管道水质具有重要影响,可采用DO实现对水质的调控。     

木质填料床A/O系统处理低C/N比养猪废水的效能与脱氮机制

针对干清粪式养猪废水 浓度高和低C/N比的特点构建了四格室木质填料床A/O处理系统,通过调控运行探讨其除氮效能和机制。结果表明,在HRT 18.7 h、32℃、硝化液回流比200%、好氧区DO 1.5 mg·L^-1等条件下,即便进水 高达307.7 mg·L^-1,COD/TN平均为0.47,系统对COD、 和TN的去除率仍能维持在66.5%、93.6%和89.0%左右,TN去除负荷达到0.22 kg·m^-3·d^-1以上。系统对COD和TN的去除表现出一定的空间分区特征,其中前三厌氧格室是去除COD主要功能区,末端好氧格室是脱氮功能区。系统的脱氮机制以短程硝化反硝化为主,枯木填料的腐解为反硝化提供了必要的碳源。     

高效反硝化分段组合式反应器运行性能

氮素污染是水体富营养化的主要诱因之一,反硝化技术是氮素污染控制的有效手段。采用模拟废水,研究了反硝化分段组合式反应器(CAR)的脱氮除碳性能。实验结果表明,CAR具有很高的容积效能,在进水NO₃^--N浓度为964.7 mg·L^-1、水力停留时间为0.86 h条件下,硝氮去除速率(NRR)为26.8 kg·(m³·d)^-1,COD去除速率(CRR)为93.76 kg·(m³·d)^-1,NRR高于文献报道的最高值,CRR也达到文献报道的领先水平。CAR具有良好的运行稳定性,在反应器的效能上升阶段和效能稳定阶段,出水基质浓度的变异系数比和极差分别小于9.85和9.07,出水pH的相对标准差小于1。CAR运行性能出众的原因是它能持留浓度高(MLVSS高于17 g·L^-1)、活性强(最大比活性为1.573 g NO₃^--N·(g VSS)^-1·d^-1)的颗粒污泥。     

同步硝化反硝化SBBR处理低C/N比生活污水的启动与稳定运行

以低C/N比实际生活污水为处理对象,聚氨酯海绵填料为生物载体（填料填充率25%）,采用逐步提高氮负荷的方式,在较短的时间内（98 d）成功启动了同步硝化反硝化（simultaneous nitrification and denitrification,SND）的序批式生物膜反应器（sequencing batch biofilm reactor,SBBR）。实时定量PCR（real-time qualitative polymerase chain reaction,real-time qPCR）结果表明系统内硝化菌得到富集。在稳定运行期间,系统对有机物及氮的去除效果良好,平均出水COD、NH₄⁺-N、TN分别为38.28 mg·L^-1、1.23 mg·L^-1、8.23 mg·L^-1。微生物将大部分碳源以聚羟基脂肪酸酯（poly-β-hydroxyalkanoate,PHA）的形式储存至体内,系统内NO₃^--N的去除主要通过内源反硝化作用,且反硝化过程基本无NO₂^--N积累,平均SND率为70.57%,TN去除率高达82.95%。由于硝化反应和反硝化反应在同一反应器内同时进行,反硝化过程产生的碱度可补充硝化过程消耗的碱度,维持系统内pH的相对稳定。此外,可以通过DO和pH的变化判断SND的进行状态,有效地控制反应时间,节省动力消耗。     

厌氧复合床处理模拟焦化废水的反硝化动力学

采用厌氧复合床(UBF)处理模拟焦化废水,进水中投加NaNO₃模拟硝化液回流,实现了同时反硝化/产甲烷,COD去除率达到94%,NO₃^--N去除率达到99%。取复合床下部污泥做反硝化动力学研究,在存在亚硝酸盐积累的情况下,以NO₃^--N+0.6NO₂^--N作为反硝化电子受体,采用双基质的Monod方程对实验数据进行拟合,拟合曲线与实验测定值相关性良好。其次,采用双基质的Monod微分方程组对NO₃^--N和NO₂^--N的浓度变化进行拟合,得到相关参数:硝态氮的最大比降解速率和半饱和常数分别为1.13 d^-1和2.0 mg·L^-1;亚硝态氮的最大比降解速率和半饱和常数分别为0.66 d^-1和2.5 mg·L^-1,基于硝态氮和亚硝态氮的有机物半饱和常数分别为90.8 mg·L^-1和96.8 mg·L^-1。     

AD-MFC中甲醇与硝酸盐的偶合过程与作用机制

在双室微生物燃料电池(MFC)阳极内接种反硝化细菌富集培养物,同时加入硝酸盐和甲醇,构建了阳极反硝化微生物燃料电池(AD-MFC),并以批式操作研究了AD-MFC的反硝化产电性能。试验结果表明,在初始硝氮浓度为(100.22±0.62)mg·L^-1,COD浓度为(500.40±1.67)mg·L^-1的条件下,AD-MFC的最大容积NO₃^--N和COD去除速率分别达到0.31 kg N·m^-3·d^-1和1.06 kg COD·m^-3·d^-1,最大电压达到(602.80±5.42)mV,相应最大功率密度为(908.42±0.07)mW·m^-3。AD-MFC的产电过程是甲醇氧化与硝酸盐还原的偶合过程,电压变化与反硝化作用密切相关,可用于指示反硝化进程。AD-MFC的电压曲线呈现降低-升高-再降低的三阶段特性,其原因是反硝化作用、甲醇降解作用和细胞水解发酵作用依次成为阳极液中的主导反应。     

单级SBR厌氧/好氧/缺氧处理中期垃圾渗滤液深度脱氮

为了考察单级SBR处理实际中期垃圾渗滤液深度脱氮的可行性,采用单级SBR在“厌氧/好氧/缺氧”(AOA)运行方式下处理实际中期垃圾渗滤液。试验发现,厌氧/好氧/缺氧交替运行下驯化的微生物能在厌氧段消耗胞内糖原,并将水中部分溶解性有机物以聚羟基脂肪酸酯(PHAs)形式储存;在好氧段微生物消耗胞内PHAs,转化为胞内糖原,氨氧化的同时也伴随着同步硝化反硝化脱氮;好氧段氨氧化结束后贮存的碳源(PHAs和糖原)能为后置缺氧反硝化提供碳源。经长期试验研究,进水COD、NH₄⁺-N、TN浓度分别为6430～9372 mg·L^-1、1025.6～1327 mg·L^-1、1345.7～1853.9 mg·L^-1,出水COD、NH₄⁺-N、TN浓度能达到525～943 mg·L^-1、1.2～4.2 mg·L^-1、18.9～38.9 mg·L^-1。在未投加外碳源的情况下,SBR法AOA运行方式下能够实现中期垃圾渗滤液的深度脱氮,出水TN<40 mg·L^-1。其中,好氧段(DO<1 mg·L^-1)通过同步硝化反硝化去除TN占总去除量的1/3左右;缺氧后置反硝化去除的TN占总去除量的2/3左右。     

电絮凝-半短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺处理裂化催化剂废水

裂化催化剂生产过程中产生的高盐度、高浊度、高氨氮、低C/N比废水难以处理。构建了电絮凝-半短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺,考察了该组合工艺对实际裂化催化剂废水的处理效果以及处理稳定性。结果表明组合工艺处理裂化催化剂废水具有较好的稳定性,出水水质稳定在以下水平:浊度< 30 NTU,NH₄⁺-N< 10 mg·L^-1,NO₂^--N< 3 mg·L^-1, NO₃^-< 40 mg·L^-1,COD< 100 mg·L^-1;通过进水氨氮浓度确定曝气时间的方式可以保证长期稳定的半短程硝化过程,出水NO₂^-/NH₄⁺-N比值维持在0.9～1.4之间,满足厌氧氨氧化反应器的进水要求;同时在裂化催化剂废水的高盐度胁迫下厌氧氨氧化工艺能够表现出显著的厌氧氨氧化效果。     

Simultaneous removal of nitrogen and phosphorus from swine wastewater in a sequencing batch biofilm reactor

In this study, the performance of a sequencing batch biofilm reactor (SBBR) for removal of nitrogen and phosphorus from swine wastewater was evaluated. The replacement rate of wastewater was set at 12.5%throughout the exper-iment. The anaerobic and aerobic times were 3 h and 7 h, respectively, and the dissolved oxygen concentration of the aerobic phase was about 3.95 mg·L?1. The SBBR process demonstrated good performance in treating swine wastewater. The percentage removal of total chemical oxygen demand (COD), ammonia nitrogen (NH4+-N), total nitrogen (TN), and total phosphorus (TP) was 98.2%, 95.7%, 95.6%, and 96.2%at effluent concentrations of COD 85.6 mg·L?1, NH4+-N 35.22 mg·L?1, TN 44.64 mg·L?1, and TP 1.13 mg·L?1, respectively. Simultaneous nitrification and denitrification phenomenon was observed. Further improvement in removal efficiency of NH4+-N and TN occurred at COD/TN ratio of 11:1, with effluent concentrations at NH4+-N 18.5 mg·L?1 and TN 34 mg·L?1, while no such improvement in COD and TP removal was found. Microbial electron microscopy analysis showed that the fil er surface was covered with a thick biofilm, forming an anaerobic–aerobic microenvironment and facilitating the removal of nitrogen, phosphorus and organic matters. A long-term experiment (15 weeks) showed that stable removal efficiency for N and P could be achieved in the SBBR system.     

长泥龄改良A2/O工艺的短程硝化反硝化除磷

为解决传统A²/O工艺硝化与除磷泥龄(SRT)之间的矛盾,进一步提高低C/N(P)比生活污水同步脱氮除磷效率,采用一种改良A²/O工艺在长SRT条件下处理生活污水.试验结果表明,该工艺可有效筛选和强化反应器内活性污泥,并大量富集长SRT的反硝化除磷菌(DPAO).通过亚硝酸盐氧化菌(NOB)淘洗阶段后,反应器在SRT=19.6d、A²O段污泥浓度(MLSS)=5.5 g·L^-1、水力停留时间(HRT)=8.2 h、污泥回流比(R)=90%、硝化液回流比(r)=250%、溶解氧(DO)=1.5～0.3 mg·L^-1,间歇曝气段HRT=4 h、曝气周期1 h曝气1 min(DO=0.3～0.5 mg·L^-1)、沉淀59 min条件下长期运行,COD、NH₄⁺-N、TP和TN的平均去除率分别为88.71%、99.2%、93.77%和89.52%,出水亚硝化率(NO₂^--N/NO_x^--N)可达97.2%,DPAO占聚磷菌(PAO)比为95.5%.污水中约72.96%的COD被DPAO合成PHA除磷,15.75%的COD由异养反硝化消耗,约41.96%和31.31%的N分别通过反硝化除磷和异养反硝化去除.剩余污泥主要由DPAO和反硝化菌增殖产生,分别占82.74%和17.24%,较传统脱氮除磷途径减少了58.76%的碳源消耗和44.6%的污泥排放.     

不同填料的厌氧氨氧化污泥挂膜性能比较

向厌氧氨氧化反应器内投加填料形成生物膜有利于污泥的持留,然而有关填料本身的不同特点对厌氧氨氧化生物膜生长影响的报道较少。将两种不同密度的悬浮塑料填料和两种不同密度的海绵填料置于同一反应器内,进行厌氧氨氧化污泥的挂膜,结果发现海绵填料的单个填料氨氮平均去除速率和亚硝态氮平均去除速率整体高于悬浮塑料填料,所挂污泥的EPS含量整体也高于悬浮塑料填料,并且挂膜速度也相对较快。在挂膜30 d后,单个小密度海绵填料便可检测出氨氮和亚硝态氮去除速率,且Δ（NO₂^--N）/（NH₄⁺-N）值接近1.32。在挂膜105 d后,单个小密度海绵填料的氨氮平均去除速率为0.123 mg·L^-1·h^-1,亚硝态氮平均去除速率为0.160 mg·L^-1·h^-1,值为1.30,最为接近理论值1.32,厌氧氨氧化活性为最佳,并且其所挂污泥的厌氧氨氧化菌丰度值在4种填料中最大,为1.73×10¹⁰ copies·（g dry sludge）^-1,总体来看小密度海绵填料的挂膜效果更好。     

CANON工艺处理实际晚期垃圾渗滤液的启动实验

针对晚期垃圾渗滤液NH₄^--N浓度高、C/N低、深度脱氮困难的问题,采用CANON工艺在曝气/缺氧搅拌循环交替的运行方式下,处理晚期垃圾渗滤液实现了深度脱氮。系统经过130 d的驯化培养后成功启动,长期试验研究结果表明,在进水COD、NH₄^--N、TN浓度（mg·L^-1）分别为2050±250、1625±75和2005±352情况下,出水COD、NH₄^--N、TN浓度（mg·L^-1）能达到407±14、8±4和19±4,总氮去除率达到了98.76%。在未投加外碳源的情况下,CANON工艺在曝气/缺氧搅拌的运行方式下实现了对晚期垃圾渗滤液的深度脱氮。此外,经荧光原位杂交（FISH）检测表明,在该运行方式下能够成功富集氨氧化菌和厌氧氨氧化菌,各占总菌数的19.5%±1.3%和42.7%±5.02%,为CANON工艺用于处理晚期垃圾渗滤液的工程应用提供参考。     

温度降低对UMSR处理高氨氮低碳氮比养猪废水效能的影响

针对干清粪养猪废水高氨氮低碳氮比的特点,前期研发了升流式微氧活性污泥反应器（UMSR）,在23℃条件下可实现碳氮的高效同步去除。为降低处理成本,在HRT 8 h和出水回流比45：1的条件下,对UMSR在20℃、17℃和15℃下的COD、NH₄⁺-N和TN去除效果进行了考察。结果表明,当温度阶段性地从20℃降低为15℃时,UMSR对养猪废水COD的去除率变化不大,均可保持在60%以上,但NH₄⁺-N和TN去除率分别从98.9%和79.8%左右大幅下降到了61.8%和39.7%左右。在17℃条件下,UMSR对COD、NH₄⁺-N和TN的去除率分别平均为62.4%、80.7%和71.2%,出水浓度分别为71、55.5和80.7 mg·L^-1左右,完全满足《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB 18596-2001）的要求。在15～20℃范围内,温度的降低并没有显著改变UMSR系统的脱氮机制,仍然保持着以anammox为主要脱氮途径的特征。     

生物转鼓反应器氧转移特性及运行效能

采用一种研制的新型生物转鼓反应器(RDBC),内部装填MBBR悬浮填料,通过调节浸没深度和转速可实现厌氧、缺氧、好氧等工况条件下运行,其氧总体积传质系数K_La可达25.87 h^-1,动力效率可达228.62g·(kW·h)^-1。利用生物转鼓分段进水后置反硝化工艺处理模拟生活污水,结果表明:在进水流量6 L·h^-1(HRT 18 h),好氧生物转鼓反应器浸没高度比2/3、转速8 r·min^-1、DO 3.0 mg·L^-1,缺氧生物转鼓反应器浸没高度比5/6、转速4 r·min^-1、DO 1.0 mg·L^-1,进水流量分配比3:1,进水COD、NH₄⁺-N和TN浓度平均值分别为385.0、38.0和38.0 mg·L^-1时,COD、NH₄⁺-N和TN去除率分别达到90.4%、93.7%和80.9%,出水水质可满足我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A排放标准要求。     

多点进水改良型复合A2/O处理低C/N污水

以低C/N比城市生活污水为研究对象,重点考查了改良A²/O工艺的脱氮除磷性能。原水按一定比例分配给厌氧池和缺氧池,以合理分配厌氧释磷和缺氧反硝化所需的碳源;在好氧池和缺氧池中分别投加填料,以稳定系统的硝化和反硝化效果,提高系统的脱氮性能;厌氧池和缺氧池出水都直接进入好氧池。在进水COD/TN平均为5.54,HRT为11 h,SRT为15 d,MLSS为3000～4000 mg·L^-1,污泥回流比为50%条件下,通过三种不同进水分配比以及三种混合液回流比的对比试验研究,得到系统最佳进水分配比5:5,对分配脱氮和除磷所需碳源更加合理;而混合液回流比为200%,过高会破坏缺氧池的溶解氧环境,过低又会导致缺氧池反硝化作用不能充分发挥。在最优工况下COD、NH₃-N、TN和TP出水水质分别为29.7、0.1、11.8和0.42 mg·L^-1,平均去除率分别达到87.8%、99.7%、72.4%和91.3%,出水优于国家GB 18918-2002一级A排放标准,并且在缺氧池中发生了明显的反硝化除磷现象。