改良分段进水工艺处理低C/N城市污水流量优化控制

采用改良分段进水工艺处理低碳氮比(C/N<3.5)生活污水,研究流量分配对系统处理性能的影响。在其他条件不变的情况下,以实际处理效果以及物料衡算结果为依据来逐步提高首段进水比例以寻求最优的流量运行工况,共确定4组不同的进水流量分配。结果表明:在此碳氮比条件下,通过提高首段进水比例的方法并不能降低厌氧区氮氧化物的含量,甚至出现相反的情况;系统的同步硝化反硝化作用以及微生物同化作用强度对TN的去除起着至关重要的作用;首段进水比例的提高强化了厌氧区聚磷菌的释磷作用,提高了磷酸盐的去除率;综合考虑系统的脱氮除磷效能以及后续可优化空间,确定在进水流量分配比例为6:3:1的工况3为最优工况,系统出水COD、氨氮、总氮、磷酸盐浓度分别为45.98、0.04、17.47和2.43 mg·L-1。

以改性蛭石为填料的生物流化床法处理低C/N污水的应用

以热改性蛭石为填料,提高生物流化床系统处理低C/N污水的能力。实验结果表明,经过改性的蛭石对氨氮和COD的去除效率有明显的提高,分别是天然蛭石的2.1倍和2.7倍。在热改性蛭石为填料的生物流化床系统处理低C/N污水的实验过程中,主要分析了温度、pH和DO对反应系统处理效果的影响,确定了反应器的最佳处理条件。对于氨氮质量浓度为50 mg/L、ρ(COD)为200 mg/L的原水,在温度为30℃、pH=8.0、ρ(DO)=2.0 mg/L的处理条件下,反应系统对氨氮和COD的处理效果最佳,去除率分别可达94.9%和85.7%。

低C/N比异养硝化-好氧反硝化菌筛选及硝化特性

针对生物法处理低C/N比废水存在碳源不足、脱氮效率不高问题,从石化废水处理厂活性污泥中分离得到一株低C/N比异养硝化-好氧反硝化菌株WUST-7。通过形态学观察、生理生化试验和16S rDNA序列分析,鉴定其为假单胞菌属(Pseudomonas sp.)。通过单因素实验,考察碳源种类、培养温度、初始pH和摇床转速对菌株硝化性能的影响,确定最优异养硝化培养条件为:丁二酸钠为碳源、培养温度30～35℃、初始pH8.0～9.0、摇床转速150～200r/min。在最优异养硝化条件下培养9h,可将初始浓度为107.52mg/L的氨氮去除90.64%,并且在整个培养过程中没有亚硝酸盐氮的积累,硝酸盐氮含量也始终低于3.5mg/L,总氮的去除率达88.63%。实验结果表明,菌株WUST-7在利用氨氮进行硝化反应的同时,还可以利用硝酸盐氮进行反硝化,具有良好的同步硝化反硝化潜能。

低滤层下不同C/N和碳源对反硝化生物滤池脱氮性能的中试研究

采用反硝化生物滤池(DNBF)处理安徽省蚌埠市五河县污水处理厂二级生化出水,通过改变碳氮比(C/N)以及碳源类型,重点考察了低滤层下DNBF的脱氮效能,并构建了脱氮动力学模型。研究结果表明:当滤层高度为2.5 m,滤速为9 m/h,温度为16~17℃时,最佳C/N比为6;两种碳源(甲醇、乙酸钠)TN的平均去除率分别为72.78%、67.76%,乙酸钠能较好地提高DNBF的脱氮效能,并且出水TN、COD平均值分别为3.93、20.55 mg/L,在最佳碳氮比条件下并没有发生碳源穿透现象,出水均满足地表水“准Ⅳ类”水质标准(COD≤20~50 mg/L,ρ(TN)≤10 mg/L);此外,一级反应动力学模型能较好的拟合两种碳源下的DNBF脱氮过程,且相关系数R2分别高达0.997 2、0.983 9。本实验研究为五河后续提标改造工程提供了技术支撑,并为“准Ⅳ类水”提标改造工程提供参考。

利用淀粉/PCL共混物作为反硝化固体碳源和生物膜载体的研究

以双螺杆挤出机制备了淀粉/聚己内酯（PCL,polycaprolactone）共混物（SPCL5）,研究了其浸出性能及吸水性能,并在序批试验中研究了其作为反硝化固体碳源和生物膜载体的特性.结果表明,SPCL5颗粒前3d浸出的有机物浓度较高,随后逐渐降至1.31 mg/L.SPCL5颗粒吸水率在1d左右达到饱和,约为30.97％.SPCL5可作为固体碳源用于去除低碳氮比（C/N）水中的硝酸盐.以活性污泥接种时,SPCL5颗粒在1d后就有显著的脱氮效果.驯化结束后,SPCL5颗粒的平均反硝化速率（以N计）为0.020 8 mg/（g·h）.剪切力是影响反硝化速率的重要因素,转速从70 r/min提高至140 r/min时,平均反硝化速率提升近1倍,达到0.0403 mg/（g·h）.进水NO3-N浓度为15～50 mg/L时对反硝化速率无显著影响,反硝化为零级反应.红外光谱结果表明利用后的共混物中淀粉和PCL均发生了降解.

水产养殖尾水高效脱氮技术和装置的研究

结合脱氮生物滤池技术与流离生化法,构建了以脱氮为主要目的、兼顾其他指标达标处理的水产养殖尾水净化装置,在野外条件下,探究其对低C/N、高浓度DO的水产养殖尾水中主要污染物的去除效率。在间歇式进出水、无曝气、HRT为4.8 h的运行工况下,通过连续6个月的跟踪监测,分析了水质指标的变化及尾水净化后主要污染物的去除率。研究表明,实验装置对低C/N、高浓度DO的水产养殖尾水反硝化脱氮效率较高,对其他污染物也有较好的净化效果,各项主要污染物均可稳定达到SC/T 9101—2007《淡水池塘养殖水排放要求》。

中试规模AAO-曝气生物滤池双污泥系统的启动运行

AAO-曝气生物滤池（BAF）是污泥龄差距较大的双污泥系统,可在低C/N条件下实现氮、磷的同步去除。本试验以低碳氮比的城市污水为处理对象,研究了处理量为40~100 m3·d-1的大型中试级别的AAO-BAF脱氮除磷工艺的启动运行。通过先使AAO和BAF独立运行以分别培养驯化聚磷菌活性污泥和硝化细菌生物膜,待分别观察到AAO出水TP及BAF出水NH4^＋-N浓度稳定后,再将两部分连通运行的策略,使得在第58天时系统出水COD、NH4^＋-N、TN、TP、浊度、SS分别小于50 mg·L^-1、5 mg·L^-1、15 mg·L^-1、0.5 mg·L^-1、5NTU、10 mg·L^-1,表明该中试系统已成功启动。与小试研究比较发现,分开运行更有利于聚磷菌的培养驯化;BAF中采用自然挂膜法较接种污泥法更方便,但增加了填料挂膜的时间。根据微生物群落多样性分析,发现AAO中的硝化细菌丰度少于3%,而BAF生物膜上的硝化细菌的丰度占到12%以上。本试验可为该工艺的实际工程应用提供一定参考。

碳源及反硝化芽孢杆菌强化低C/N比景观水体的生物脱氮

实验探讨了添加碳源及投加反硝化细菌对低碳氮比景观水体生物脱氮的影响。结果表明,有机碳源及B.subtilis FS05均能显著促进实验水体的生物脱氮作用,实验水体在28℃静置72 h后,乙醇添加组的TN、氨氮、硝酸盐及亚硝酸盐的去除率分别达到了62.7%、67.0%、69.8%和29.4%,而同样条件下,B.subtilis FS05投加组的去除率分别达到了66.9%、73.4%、66.0%和82.2%。从水质变化趋势可以看出,投加B.subtilis FS05能在更短时间内完成生物脱氮过程,其中,硝酸盐和亚硝酸盐去除速率最快,分别仅需要18 h和12 h。

长泥龄改良A^2/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、NH+4-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(NO-2-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。

钱塘江引水降氮示范工程的构建和运行研究

针对杭州西湖钱塘江引水低碳高氮的特点,提出以改性水草塘—复合垂直流人工湿地(IVCW)相耦合的生物—生态工艺进行引水处理,对该引水降氮示范工程的构建和运行效果进行了跟踪研究。结果表明,整个稳定运行期间(2012年7月19日至11月19日),耦合工艺对COD、TN、硝酸盐氮、TP的平均去除率分别为52.27%、52.49%、53.69%、52.79%,系统出水满足《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅳ标准;改性水草塘和IVCW单元作为耦合工艺的两个重要组成部分,在脱氮、除磷方面优势互补,从而共同保证出水水质的稳定;在改性水草塘单元,温度与COD的去除效果呈负相关关系,进水C/N与TN去除效果呈正相关关系;而在IVCW单元,温度与COD、TN的去除效果均呈线性正相关关系,进水C/N与两者的去除效果也呈正相关关系,且对COD的影响要大于对TN的影响。

固定化包埋硝化菌处理微污染源水的研究

采用固定化包埋颗粒,借助气升式内循环好氧流化床反应器,对人工模拟低氨氮、低有机物的微污染源水进行处理。分别研究了DO和碳氮比对氨氮和有机物去除率的影响。研究表明,在T=24℃,HRT=60min,pH=7.1～7.3的条件下,当C∶N=1∶1、DO为3～8mg/L时,系统对氨氮的去除率>90%,对COD的去除率保持在50%～60%;当DO=8mg/L、C∶N=2∶1时,对氨氮的去除率最高达93.56%,对COD的去除率为50%～60%;当C∶N=3∶1时,对氨氮的去除率>90%,对COD的去除率在40%左右。在微污染源水的处理过程中,固定化包埋硝化菌有较强的适应能力和较高的处理效率。

晋中市污水水质及低C／N值进水反硝化特征

针对城市污水处理厂出水总氮浓度超标和低C/N值(C/N值<4)的现象,以晋中市某污水处理厂为研究对象,深入分析其污染物指标分布概率和污水水质特征。采用间歇式反硝化试验,对比了以沉砂池、初沉池出水为进水的反硝化过程中,对NO_3^--N及COD的去除效果,并用动力学方法分析两种进水反硝化特征的差异。试验结果表明,沉砂池出水和初沉池出水的反硝化过程均可分为快速反应期、减速反应期和慢速反应期。碳氮比较低条件下,反硝化过程呈一级动力学反应。取消初沉池后,对NO_3^--N的去除率可提高9%,颗粒性有机物碳源(CODSS)可起到增加外碳源的作用。同时表明,取消初沉池为反硝化微生物提供颗粒性有机碳源的工艺思路合理可行,对实际城市污水处理具有指导意义和应用价值。

污泥厌氧发酵物强化低碳氮比生活污水脱氮除磷

为降低使用污泥厌氧发酵物作碳源时的成本,以及简化使用步骤,研究将既不进行发酵液与污泥的分离,也不去除副产物氮和磷的污泥发酵物直接作生活污水脱氮除磷碳源的可行性.以实际低碳氮比城市生活污水为处理对象,将不同量的污泥碱性发酵物(0,20,50,100,200mL,对应的SCOD质量依次为0,79,198,396,792mg)作为生物反硝化脱氮和厌氧释磷的碳源,考察脱氮和释磷情况.结果表明:随着投加量的增加,反应结束时氮氧化合物(NOx^--N)先降低后升高,当投加量为50mL(SCOD质量为198mg、氮质量为12.9mg、碳氮比为15.3)时,NOx^--N质量浓度最低,仅为1.2mg/L且全部以NO2^--N的形式存在,对应的反硝化效率为94.9%;厌氧释磷过程随着污泥发酵物投加量的增多,释磷量不仅没有升高,反而会降低,当投加量为20mL(SCOD质量为79mg、氮质量为5.2mg、磷质量为1.6mg、碳氮比为15.3、碳磷比为49.5)时,反应结束时释磷量最多,高达23.8mg/L.此外,通过模拟硝化过程、反硝化过程以及鉴定细胞形态,得出污泥发酵物中硝化细菌和反硝化细菌的细胞结构遭到破坏,其活性均被抑制,即发酵物的引入不影响污水脱氮除磷系统主要菌群结构的稳定性.因此,污泥厌氧发酵物直接做生活污水脱氮除磷的碳源是可行的,本研究中对于反硝化脱氮,50mL为最佳投加量,对于厌氧释磷,20mL为最佳投加量.

人工湿地对低污染水中氮去除的研究进展:效果、机制和影响因素

低污染水类型多样,水体性质复杂,主要包括低污染河水、污水厂尾水、城镇地表径流、农田径流排水(含农村分散性生活污水)4类,具有量大面广、可生化性差、部分水碳氮比(C/N)低等特点。人工湿地是净化低污染水的有效手段,不同类型湿地对低污染水的污染物净化效果不同。本文探讨了不同类型人工湿地净化低污染水中氮的效果,并总结了人工湿地处理低污染水的微生物机制,分析了不同因素(pH、溶解氧、温度、C/N、植物、基质)对人工湿地低污染水水质净化的影响及优化方法,以期为人工湿地净化低污染水的工程实践提供理论参考。

“塘+湿地”耦合系统净化再生水补给低C/N河湖水体的效能及机制研究

构建了针对再生水补给低C/N河湖水体的“释碳塘⁃水平潜流人工湿地⁃沉水植物塘”耦合生态净化系统,以北运河上游沙河水库为研究对象,研究了该耦合系统对主要污染物TN、TP和CODCr的净化效能,并采用高通量测序技术解析了各单元微生物群落分布特征.结果表明,耦合生态系统稳定运行后出水中TP、TN和CODCr的浓度分别为(0.07±0.03),(1.41±1.06)和(18.51±6.97)mg·L^-1,其中,TP和CODCr可稳定达到《我国地表水环境质量标准》(GB3838—2002)地表IV类水(湖库)标准,TN达标率为73%.10月下旬后出水中TN不达标主要是由于温度降低导致反硝化细菌活性降低以及进水中C/N降低导致.本耦合系统可强化沙河水库中氮素的去除,不仅体现在释碳床的加入可补充湿地反硝化所需碳源,且自身的“夹心结构”可在内部实现缺氧环境,有利于反硝化的发生.加入释碳床前后,释碳塘和水平潜流人工湿地对TN的去除率分别由23.1%±27.3%和38.3%±21.6%提高至25.3%±19.4%和47.4%±15.6%.微生物群落分析结果表明,运行过程中释碳床内部微生物优势菌属由嗜氢菌属和淀粉发酵菌属转变为纤维素降解菌属.耦合系统各单元优势菌属差异较大,其中节杆菌属(Arthrobacter)在3个单元均为优势菌属.

微电解强化微生物菌种对高氨氮低碳氮比黑臭水的脱氮研究

针对高氨氮低碳氮比(C/N)黑臭水进行脱氮研究,通过硝化菌和反硝化菌共同作用,并在后期耦合铁碳微电解(IC-ME)强化脱氮。单因素控制变量实验表明,硝化菌和反硝化菌在30℃硝化/反硝化效果较优,平均氨氮去除率为71.62%,硝态氮去除率可达到67.52%;在溶解氧(DO)为3 mg/L时硝化效果较好,平均氨氮去除率达到了70.08%;在后期投加150 g/L铁碳填料时,反硝化效果最好,2#和3#反应器硝态氮去除率最高分别提高到了81.78%和91.17%。长时间运行反应器后,氨氮去除负荷达到0.193 kg/(m^(3)·d),化学需氧量(COD)去除负荷达到1.786 kg/(m^(3)·d)。单独的微生物菌种针对高氨氮低C/N黑臭水脱氮还有一定的局限性,通过后期耦合IC-ME,脱氮效率明显提升,总氮(TN)去除率可从45.65%提升到58.91%。

污泥双回流-厌氧/好氧/缺氧强化内源反硝化深度脱氮

目前,如何经济有效地实现低C/N生活污水深度脱氮仍是污水处理厂面临的一个重大挑战。理论上后置反硝化可以实现深度脱氮效果,但往往由于缺乏外碳源难以同时满足经济高效脱氮。本研究建立的新型污泥双回流-厌氧/好氧/缺氧(AOA)工艺有利于富集培养以Candidatus Competibacter为主的反硝化聚糖菌(DGAOs),能够开发与利用内碳源脱氮。该系统长期处理低C/N(3.2)实际城市生活污水,TIN去除率达91.81%,出水TIN浓度为4.36 mg·L^(-1)。此外,提高第二污泥回流量增加了缺氧区的MLSS同时提升了比内源反硝化速率,是深度氮去除的主要原因。随着去除效果的提升,充分的厌氧环境使得内碳源贮存量升高,脱氮效果呈现正向循环。二沉池底部产生的额外碳源随第二回流引入系统进一步强化脱氮。本研究阐明了污泥双回流-AOA系统节碳脱氮的原理与关键,为低C/N城市污水的脱氮效率提供了一种可行性。

异养-自养耦合深度脱氮系统的生物脱氮性能研究

为探究低C/N〔ρ(CODCr)/ρ(NO^-3-N),下同〕水体的脱氮技术,分别以火山岩、火山岩/铁碳颗粒、火山岩/硫磺颗粒、火山岩/铁碳颗粒/硫磺颗粒作为填料构建R1、R2、R3和R4反应器,考察反硝化系统在不同C/N下的脱氮效果.结果表明:①随着进水C/N的降低,R1、R2和R3反应器的NO^-3-N去除率逐渐降低,R4反应器则是先升后降;在C/N为1.5~2.0、系统温度为30℃、进水pH为7.0±0.2、HRT(水力停留时间)为4.0 h、进水ρ(NO^-3-N)为30 mg/L时,R4反应器中NO^-3-N去除率最高,平均值为90.1%.②在R2反应器中,随着反应器的运行,铁碳颗粒自身氧化表面形成氧化膜,使得铁自养反硝化作用不断减弱,脱氮效率与R1反应器相近.③运行前期,R2和R4反应器保持着较高的ρ(NH^+4-N),随着反应器的运行,4个反应器的ρ(NH^+4-N)相当.④与R3反应器相比,R4反应器中不存在NO^-2-N的累积情况,同时铁自养过程产生的碱能被硫自养过程所消耗,系统pH更适合反硝化菌生存.研究显示,C/N为1.5~2.0时,异养-铁-硫自养反硝化系统可提供充足的电子供体,减少对有机碳源的依赖,保证了稳定高效的脱氮效果.

mZVIP/CRI协同处理低C/N值微污染水体的效能

针对低C/N值微污染水体带来的水质安全及富营养化问题,探索了微米零价铁粉(mZVIP)与人工快渗(CRI)协同体系深度处理微污染水体的效能,研究了mZVIP体积占比、湿干比和水力负荷周期对mZVIP/CRI协同体系去除COD、NH4+-N、TN和TP的影响,获得了协同体系的优化运行条件。结果表明,协同体系在湿干比为1∶3、水力负荷周期为24 h、mZVIP体积占比为10%的优化条件下,出水COD、NH4+-N、TN和TP平均浓度分别为(9.88±2.04)、(0.20±0.05)、(13.84±0.93)和(0.071±0.011) mg/L,与传统CRI系统相比,去除率分别提高了12.66%、13.30%、20.73%和4.24%,满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级A标准,mZVIP/CRI协同体系具有处理低C/N值微污染水体的可行性。

曝气人工湿地脱除低污染水中氮的影响因素

低污染水由于排放量大、来源范围广,成为地表水体中氮的重要贡献者.为探究人工湿地对低污染水脱氮时的影响因素,构建曝气人工湿地,分析其在不同运行工况下对低污染水中不同形态氮的去除效果.结果表明,低污染水中TN和NO_(3)^(-)-N去除率与水力停留时间(HRT)、碳氮比(C/N)和温度显著正相关(r>0.65,P<0.01),与溶解氧(DO)极显著负相关(r<-0.85,P<0.01);NH_(4)^(+)-N去除率与各因素之间相关性不显著(P>0.05).曝气量和HRT的改变,可以调节湿地内DO环境,为湿地内营造交替好-缺氧环境,利于硝化与反硝化过程.在曝气量为0.2 L·min^(-1)、HRT为1 d时,曝气人工湿地对低污染水中TN、NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N去除率分别可达90.15%、98.25%和86.22%,实现了TN、NH_(4)^(+)-N和NO_(3)^(-)-N同步高效去除.C/N和温度是影响TN和NO_(3)^(-)-N去除效果的重要因子.随C/N增加,TN和NO_(3)^(-)-N去除率明显提升;在进水C/N为5时,TN和NO_(3)^(-)-N去除率达到最高,分别为68.49%和50.48%,其中TN去除率较无碳源时提高了37.43%.此外,温度从8~12℃升高至28~32℃时,曝气CW脱氮速率逐步增大.相较于低温(8~12℃),在高温(28~32℃)时CW对TN和NO_(3)^(-)-N去除率分别提高了29.37%和50.24%;而NH_(4)^(+)-N去除率受C/N和温度影响不大.