三种反硝化滤池深度脱氮中试

以污水厂实际二级出水为处理目标,通过中试试验研究了陶粒滤料反硝化生物滤池、固定床反硝化砂滤池和连续过滤连续反冲砂滤池的特性。以甲醇作为外加碳源,3种滤池均可实现出水平均总氮小于5 mg/L。不足量投加外碳源会出现出水亚硝态氮的积累。当进水TN为15 mg/L左右时,为达到出水TN小于5 mg/L,生物滤池、固定床砂滤池和连续过滤砂滤池建议滤速分别为不大于8,5.2,6.2 m/h;滤池反硝化碳源投加比例分别为4.28,3.0,3.2 g甲醇/gTN;对应的反硝化容积负荷平均值分别为1.1,0.8,1.2 kg/(m3·d)。进水组分分析发现,有机氮不是出水总氮小于5 mg/L的限制因素。     

基于全流程分析的低碳氮比进水污水处理厂运行调控

为使某污水处理厂出水达标排放,对该厂进行了全流程测试,分析其主要污染物沿工艺流程分布特征以及活性污泥特性,评估工艺运行现状,为该污水处理厂优化调控提供基础数据。研究发现,该厂进水ρ（BOD₅）/ρ（TN）仅为2.45,属于典型的低碳氮比进水。此外,通过活性污泥特性测试发现,反硝化潜力为9.0 mg/（g·h）,反硝化菌群相对丰度较高。进水碳源不足及外部碳源投加位点设置不合理是该厂无法实现TN达标排放的主要原因。在采取改变碳源投加位点、减小好氧池末端曝气量、增加碳源投加量等措施后,出水ρ（TN）由32.0 mg/L降至12.7 mg/L,实现了TN的达标排放;此外,厌氧释磷潜力由1.3 mg/（g·h）提升至2.6 mg/（g·h）,生物除磷能力也有了较大提升。研究提供了一种解决污水处理厂出水水质超标问题的思路,可为含低碳氮比进水的城镇污水处理厂运行调控及稳定达标提供参考。     

连续砂滤池在低水温条件下的反硝化脱氮效果

研究在低水温条件下连续砂滤池的反硝化脱氮效果及其主要影响因素,寻找最佳的甲醇碳源投加比。运行结果表明:当水温降低至11.7℃时,在连续砂滤池里反硝化菌培养时间为24 d;反硝化脱氮稳定运行后,砂滤池的滤速为4 m/h时反硝化去除总氮量超过15 mg/L,容积负荷达0.6 kg/(m3·d),最佳甲醇碳源投加比为2.8~3.2,出水COD、SS浓度均可达到一级A排放标准;影响连续砂滤池反硝化脱氮效果的主要因素为进水水温、硝酸盐浓度、溶解氧浓度、上升水力流速和甲醇投加比。     

不同聚集形态短程反硝化耦合厌氧氨氧化系统脱氮性能与碳源利用特性

考察了微生物以生物膜和颗粒污泥两种聚集方式主导的短程反硝化耦合厌氧氨氧化(PD/A)系统启动与长期运行性能、功能菌活性变化与种群结构差异。通过批次试验研究了碳源类型和碳氮比(C/N)对不同聚集形态的PD/A污泥脱氮活性的影响。结果表明,PD/A生物膜与颗粒系统均实现了氨氮(NH⁺₄-N)和硝态氮(NO^-₃-N)的同步高效稳定去除,其总氮(TN)去除率分别为90.6%和96.2%。碳源类型对PD过程实现亚硝态氮(NO^-₂-N)积累具有显著影响。当C/N为5.0时,生物膜系统比NO^-₃-N还原速率(μNO₃)由大到小依次为乙酸钠、葡萄糖、乙醇和甲醇;在C/N为3.0时,生物膜系统比NH⁺₄-N降解速率(μNH₄)由大到小依次为葡萄糖、乙醇、乙酸钠和甲醇;在适宜C/N范围内,厌氧氨氧化活性随短程反硝化活性提升而提高;当乙酸钠为碳源时...     

典型城镇污水处理厂碳源智能投加控制生产性试验

乙酸钠、甲醇等药剂是污水处理厂为保障反硝化脱氮效果所投加的外碳源,然而污水处理厂存在碳源实际投加量与反硝化碳源需求量不匹配的问题。针对污水生物处理过程反硝化碳源的动态需求,研究提出了基于在线实时监测的碳源投加智能控制算法,开发了污水处理碳源智能投加控制系统,以克服人工调控碳源投加存在的过量加药、调控滞后、碳排放量高以及工艺稳定性问题。在污水处理厂进行了4个月的生产性试验,结果表明:控制系统正式运行以来出水水质稳定达标,日均乙酸钠投加量与2020年同期相比降低了21.2%,月均节省乙酸钠药剂费用4.72万元。该项技术可在保障污水处理工艺稳定的前提下实现对碳源投加的精准控制,为污水处理厂自动化运行和减污降碳提供技术和装备支撑。     

分段进水A/O工艺外碳源投加控制策略的比较研究

采用连续流分段进水A/O中试试验系统处理低COD/N生活污水,为获得高品质出水,投加外碳源(乙醇)强化反硝化效果.为合理、有效控制外碳源投量,针对不同控制参数(ORP和在线硝酸盐氮)及外碳源投加位置(D3和D4),提出5个外碳源投加控制策略,并从基建投资、处理效果、运行费用及维护等方面对控制策略进行比较.结果表明,控制策略Ⅰ和Ⅱ只选取D4为碳源投加控制点,控制结构最为简单,传感器数量最少,造价低,但由于缺氧停留时间过短,在高负荷、低COD/N时,控制参数无法达到预先设定值,而使得碳源投加持续过量,缺氧区D4平均COD浓度高达192.8 mg/L和158.9 mg/L,平均出水TN浓度高达17.42 mg/L和19.04 mg/L,碳源消耗量分别为92 mL/(m³·d)和84 mL/(m³·d).而控制策略Ⅲ～Ⅴ,同时在D3和D4投加外碳源,并采用不同的控制参数.结果表明,3个控制策略能充分利用D3和D4反硝化容量,较好地抵抗冲击负荷,保持出水TN浓度稳定,平均为7.30、 8.2和7.49 mg/L,碳源消耗量分别为29、 45和27 mL/(m³·d).最后,从传感器数量、运行效果稳定性及运行费用等方面对5个控制策略进行综合评价,结果表明,控制策略Ⅲ具有良好的动态品质,抗冲击负荷能力较强,出水效果较好,碳源投加量较低且在线仪器的投资较省,是较为优化的外碳源投加控制策略.     

前置反硝化脱氮系统外加碳源在线控制基础

以低碳氮比(C/N)生活污水为研究对象,对连续流前置反硝化生物脱氮系统外加碳源的控制方法进行了研究,从而能使出水硝酸盐和亚硝酸盐(NO_x-N)的浓度在满足出水水质标准的情况下,尽可能减少外加碳源的投加量.试验结果表明:总回流比大于2碳源不足时,增加总回流比并不能提高脱氮效率;总回流比一定,缺氧区出水NO_x^--N的浓度达到2mg/L左右时,即使碳源投加量成倍增加,TN的去除率提高不多.在对总回流比与投加碳源量的相互关系分析的基础上提出了外加碳源量的控制方案:通过使缺氧区出水NO_x^--N浓度维持在2mg/L左右来控制外加碳源的投加量,总回流比由进水TN及出水NO_x^--N浓度的标准值来确定.该控制方案既容易判断碳源投加的最佳点又能节省碳源的投加量,易于在污水处理实践中实现.     

多点交替进水阶式A2/O工艺强化脱氮除磷

为强化CMICAO(多点交替进水阶式A2/O)工艺的脱氮除磷性能,通过调整进水C/N〔ρ(COD_Cr)/ρ(TN)〕、进水端厌氧池和缺氧池的进水流量比对CMICAO工艺参数进行优化,考察其对氮、磷去除的影响. 结果表明:试验条件下,C/N的提高可增强SND(同步硝化反硝化)作用,氮的去除效果也随之提高,C/N≥7时,前好氧池同步硝化反硝化率达到61%,出水ρ(TN)≤9.0 mg/L;在相同工况下,较低的C/N下反硝化除磷现象更明显. 综合考虑,C/N在5~7范围内,可取得较好的整体脱氮除磷效果. 优化工艺进水碳源分配可提高碳源利用效率,氮、磷的去除效果受进水流量比的影响较大,当厌氧池和缺氧池进水流量比为2.0时,可强化缺氧池的反硝化除磷作用,TN和TP去除率分别为75%和92%,出水ρ(COD_Cr)、ρ(NH+₄-N)、ρ(TN)和ρ(TP)分别为28.7、1.9、9.2和0.27 mg/L,通过优化实现了CMICAO工艺对氮、磷去除的强化.      

碳源对反硝化过程NO2-积累及出水pH值的影响

采用序批式反应器(SBR),考察了以甲醇、乙醇、乙酸钠为碳源的电子供体对反硝化过程中亚硝酸盐积累及出水pH值的影响.结果表明,碳源充足时,亚硝酸盐积累量与碳源类型及污泥负荷有关.进水NO3--N为20mg/L,即低负荷条件下,各碳源系统仅有少量亚硝酸盐积累,比反硝化速率及出水pH值对应碳源依次为乙酸钠>乙醇>甲醇;高负荷条件下,除甲醇系统因反硝化不完全仅有微量亚硝酸盐积累外,乙醇和乙酸钠系统均有大量亚硝酸盐积累,且积累量与出水pH值明显高于低负荷.对以乙酸钠为碳源的研究还发现,不同电子受体投配比的反硝化均出现不同程度的亚硝酸盐积累且反应速率随着NO3--N比例提高而降低,说明亚硝酸盐的还原受到硝酸盐的抑制.pH值监测显示,除了与碳源类型及污泥负荷有关,反硝化过程pH值增量还随COD/N比升高.因此,反硝化过程宜采用乙酸钠与其他碳源混合且适量投加以消除单一碳源造成出水pH值过高或反应速率慢的不利影响.     

基于短程反硝化厌氧氨氧化的低碳源城市污水深度脱氮特性

短程反硝化厌氧氨氧化是一种新型生物脱氮技术,应用于城市污水深度脱氮有望大幅降低外碳源投加量.本研究接种厌氧氨氧化污泥,考察了短程反硝化厌氧氨氧化的深度脱氮性能与污泥特性.结果表明,接种厌氧氨氧化污泥可迅速启动短程反硝化厌氧氨氧化系统,在进水COD/TN为2.19±0.08时,出水TN浓度为(4.82±1.84)mg·L~(-1),实现了低碳源污水深度脱氮.系统粒径大于0.20 mm的污泥占86.16%,污泥实现了颗粒化,有助于厌氧氨氧化菌在系统内的有效持留.将短程反硝化厌氧氨氧化深度脱氮应用于城市污水处理厂二沉池出水深度脱氮,可降低外碳源投加量,同时可降低污水处理厂硝化池耗氧量.     

新型生物质碳源强化脱氮效果及微生物菌群分析

为了实现城镇污水处理厂深度脱氮效果,以太湖流域某污水处理厂为对象,以生物质废弃物再利用过程中产生的衍生物甘油为主要原料的生物质碳源作为反硝化电子供体,分别研究了缺氧池、深床滤池的反硝化脱氮效果,同时解析了外加生物质碳源前后的微生物群落结构变化特征。结果表明:在缺氧池投加2.5~3.0 t/d生物质碳源时,可使缺氧池硝态氮浓度下降1.67~1.73 mg/L,去除率为52%~68%;在深床滤池投加生物质碳源后,反硝化脱氮过程中约消耗5.27 mg COD可去除1 mg NO₃--N,进而使出水TN能够达到5 mg/L以下,实现了出水TN稳定达到DB 32/1072—2018《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》一、二级保护区的排放限值要求。通过16S rRNA基因序列分析发现,缺氧池和深床滤池微生物优势菌门主要为Proteobacteria、Actinobacteriota、Chloroflexi和Bacteroidota。深床滤池由于工艺条件和生长环境不同,在投加生物质碳源后,Thiothrix、Bacillus、Propionicicella、norank_f_Rhodocyclaceae、Terrimonas等具有反硝化脱氮功能的优势菌群较为突出,有效保证了系统稳定的深度脱氮效果,同时间接降低CO₂排放,对城镇污水厂的碳减排及“碳中和”提供了积极参考。     

缓释碳源滤料滤池用于二级出水的深度脱氮

以聚己内酯(PCL)为反硝化电子供体和生物载体,开发出具有脱氮和过滤功能的缓释碳源滤料滤池,并以城市污水处理厂二级出水为原水进行深度脱氮试验,结果表明,在20.1～22.0℃的条件下,进水总氮(TN)质量浓度30.0 mg.L-1,HRT为0.5 h,反硝化负荷达54.0 mg.(L.h)-1时,TN的去除率最高可达98.9%;出水总有机碳(TOC)为6.5～8.4 mg.L-1,比进水增加了2.0～3.0 mg.L-1;出水SS低于4.0 mg.L-1;反硝化过程所需有机碳主要是在微生物作用下缓慢释放,其占到有机碳总释放量的84.2%;对碳源滤料进行扫描电镜观察,发现在其表面形成了致密的生物膜,其中微生物以杆菌和丝状菌为主.     

简捷硝化—反硝化过程处理焦化废水的研究

简捷硝化-反硝化过程处理焦化废水具有去除负荷高、出水浓度低、可节省反硝化碳源等优点.试验表明,当系统进水COD、NH_3-N和TN浓度分别为1204.8、274.3和443mg/L,系统总水力停留时间为26.2h时,系统出水COD、NH_3-N、NO_~-2-N、NO_3~--N和TN浓度分别为36.3、12.1、9.25、2.46和44.4mg/L.试验结果还证明本文所采用的系统确实处于简捷硝化-反硝化状态.     

改进型A2NSBR工艺参数及其除磷脱氮特性

以模拟生活污水为处理对象,在常规A₂NSBR工艺厌氧释磷后插入一段曝气吸磷过程,通过运行条件的优化,寻求解决后续缺氧段中硝酸盐与磷酸盐浓度的匹配问题,并在此基础上研究了改进后A₂NSBR工艺的除磷脱氮特性及其缺氧段的运行控制问题。结果表明：在厌氧释磷后插入一段曝气吸磷过程,控制后续的缺氧搅拌初始ρ(NO^-₃-N)/ρ(PO^3-₄-P)为1.15～1.3时,可以提高系统反硝化除磷过程的稳定性,可避免因ρ(NO^-₃-N)/ρ(PO^3-₄-P)过低而出现“二次无效释磷”现象,并可将pH在线参数由上升转为下降的峰值点,作为在线控制缺氧段反硝化除磷过程结束的依据;取SBR池的充排水比为0.67时,系统能为其缺氧段初提供的NO^-₃-N量仅约为进水NH⁺₄-N的40%;优化后改进型A_2<...     

A/O生物脱氮工艺内循环回流和外碳源投加综合控制的优化

为了提高A/O工艺反硝化效果,应用COST/IWA-Benchmark基准对5种内循环回流量和外碳源投加综合控制策略进行了比较.结果表明,控制策略1无论从外碳源消耗量、出水水质,还是从控制器稳定性上都是最优的控制策略,它有2个反馈环路组成,一个环路控制外碳源投加量,从而维持缺氧区出水硝酸氮浓度处于最优设定值2mg/L,另外一个环路控制内循环回流量,维持好氧区出水硝酸氮浓度(根据排放标准确定,一般为8～12mg/L).该策略在低负荷时可以高效利用缺氧区反硝化容量,而在高负荷时通过控制外碳源投量保证出水硝酸氮满足排放标准.     

前置反硝化工艺外碳源投加串级控制策略研究

反硝化反应需要以有机碳源为电子受体.由于污水厂的进水负荷时刻在变化,当进水碳氮比较低时,需要外投加碳源.为了有效地控制外碳源投加量,提出了由两个PI控制器组成的外碳源投加串级控制策略,可以控制出水硝酸氮浓度以及缺氧区末端硝酸氮浓度.由Matlab/Simulink模拟表明,该控制器具有良好的动态品质、抗冲击负荷强,可快速响应进水负荷的变化,能在降低出水硝酸氮和总氮浓度的同时,大大降低外碳源投量.     

短程硝化-反硝化生物滤池脱氮机制研究

研究了短程硝化生物滤池的调控因素以及短程硝化-反硝化生物滤池的脱氮机制.结果表明,针对城市污水处理厂二级出水中的氨氮和总氮,在水温为(30±1)℃的条件下,提高进水pH值有助于硝化生物滤池中亚硝酸盐的积累,较好地实现短程硝化过程,当进水pH值平均为8.5时,亚硝酸盐的积累达到最大.沿硝化生物滤池水流方向,pH和DO的变化呈相反趋势,亚硝酸盐的积累呈增加趋势,在反应器出水口较好地实现了亚硝酸盐的积累.短程硝化-反硝化生物滤池对NH4+-N有较好的去除效率(90%以上);当反硝化生物滤池进水COD/TN为3.0时,出水TN的浓度降低到8～9 mg.L-1的范围,去除率稳定在79%～81%.     

碳源调控下复合垂直流人工湿地脱氮研究

碳源是制约生物脱氮效率的重要因素.我国城市污水碳源不足,需要考虑补充碳源提供反硝化电子供体.在复合垂直流人工湿地(IVCW)系统中,通过湿地特有的通气管补充碳源到湿地底部,改善了湿地内部微生物环境,强化了湿地脱氮功能,对氮的去除效率有显著提高.结果表明,葡萄糖作为外加碳源提高系统的反硝化能力要优于羧甲基纤维素(CMC),投加葡萄糖的系统比未补充碳源的系统脱氮效率有显著提高(p0.05).通过投加不同量的葡萄糖进行对比实验,发现对于处理量60 L.d-1的IVCW系统最佳葡萄糖投加量为1.5 g.此时C6H12O6∶NO3--N的质量比仅为4.3,这个投加量远低于在进水中为满足反硝化所需调控的C/N,因此通气管投加碳源的方式可节约外加碳源成本.此外,在进水前4h投加碳源要优于进水时加入碳源.     

A/O生物脱氮工艺的反硝化动力学试验

通过SBR反应器间歇试验,研究了投加外碳源后系统的反硝化潜力和反硝化速率的变化.结果表明,向原有淀粉废水中投加外碳源乙醇废液后,可以明显提高系统的反硝化速率和反硝化潜力,反硝化速率由0.74mg/(g·h)增加到2.11mg/(g·h),反硝化潜力由5.6mg/L增加到16.2mg/L.脉冲投加淀粉废水进行缺氧反硝化间歇试验,可以获得系统污泥动力学信息,确定原水的反硝化潜力,并可估计城市污水处理厂的总反硝化潜力,因此可以预测获得最小出水硝酸氮浓度的控制策略.相对于COD/N,如果确定了系统反硝化潜力和污水水质能获得更多信息.     

反硝化滤池的数值模拟与模型校正

建立了反硝化滤池中试系统,在滤速8m/h,进水C/N分别为4和5两种工况条件下运行,考察其反硝化处理效果,结果表明在进水C/N=5条件下,出水TN浓度由14.52mg/L下降为7.14mg/L.应用BioWin软件,构建了反硝化滤池中试系统的模型,基于滤速8m/h,进水C/N=5条件下的运行数据,应用常规灵敏度分析法(Si,j)和均方根灵敏度分析法( ),对BioWin软件中的412个参数进行了灵敏度分析,结果表明,对反硝化滤池中试系统模拟结果影响最为显著的两类参数为:与甲基营养菌有关的计量学参数及与生物膜有关的参数.根据灵敏度分析结果,选取5个灵敏度最高的参数,通过调整参数值对所构建的反硝化滤池模型进行了校正,应用于滤速8m/h,进水C/N=5条件下的运行模拟取得了较好的效果.最后应用校正模型对滤速8m/h,进水C/N=4条件下的运行结果进行模拟,结果表明模拟值与实测值同样能够较好地吻合.由此得出结论,本研究所构建的反硝化滤池中试系统模型及基于灵敏度分析的模型校正方法是有效的,可用于实际反硝化滤池工艺的模拟.