基于高强度农田排水的人工快速渗滤系统结构及运行管理优化研究

【目的】通过研究不同填料组合人工快速渗滤系统(CRI)对高排水强度、低污染浓度农田排水的净化效果,优选出适宜的填料组合及运行条件,为实际工程提供理论支持。【方法】试验设置5个污染负荷水平(即不同氮磷浓度和泥沙量),3个水力负荷水平;在每个污染负荷水平下,通过控制渗滤柱进出水量来控制不同水力负荷;并采用高通量测序分子生物学技术手段,考察系统中微生物群落结构与功能的关系,进而分析系统中不同填料组合下生物脱氮除磷效能与机制。【结果】①不同填料填装高度对各污染物的净化效果总体表现为80 cm>60 cm>40 cm;各填料组合对各污染物净化效果以粗沙、活性炭、黏土陶粒体积比为3∶2∶2、分层填装、填装高度80 cm组合(S3)最好,对总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(AN)、泥沙的净化率分别达到53.26%、82.51%、68.18%和78.43%。②不同污染负荷下,TN净化效果以污染负荷水平2 mg/L(W1)最好,与其他污染负荷水平呈极显著差异,其次为污染负荷水平4 mg/L(W2),净化率分别达56.70%和42.78%;AN、泥沙净化效果均以污染负荷水平W2(AN 4 mg/L、泥沙0.2 g/L)最好,净化率分别达到48.46%和81.61%,但TP净化效果各污染负荷水平间无明显差异。③随着水力负荷增大,渗滤柱对TN、TP、AN和泥沙去除率逐渐下降;在水力负荷28 L/(m^(2)·min)(T1)水平下,渗滤柱对TN、TP、AN、泥沙等各污染物的净化效果均最好,净化率分别达到48.80%、78.51%、54.88%和79.77%。④渗滤柱不同位置菌群物种数下部更多,而菌群多样性上部更高;相似填料组合其微生物群落结构具有较高的相似性;Proteobacteria(变形菌门)丰度最高,其次是Actinobacteria(放线菌门)、Firmicutes(厚壁菌门),对氮的去除起到了关键作用。【结论】人工快速渗滤系统填料填装高度80 cm,分层填装,粗沙、活性炭、黏土陶粒填料比例为3∶2∶2,适用于处理高强度农田排水,表现出较好的净化效果,对污染负荷TN为2 mg/L,AN为4 mg/L,泥沙为0.1~0.3g/L,水力负荷为28 L/(m^(2)·min)净化效果最佳,并可承受较大变幅的TP污染负荷。

人工快速渗滤系统对降雨径流净化效果研究

为提高人工快速渗滤系统的净化效果,选取绿沸石、牡蛎壳、黏土陶粒三种填料对径流中COD、氨氮、总磷等污染物进行等温吸附、动力学吸附试验,并进行Langmuir和Freundlich等温吸附模型拟合。结果表明,Langmuir和Freundlich模型均能较好拟合各填料对径流中各污染物的吸附特征,对氨氮及COD饱和吸附量由大到小依次为:绿沸石>黏土陶粒>牡蛎壳;对总磷饱和吸附量由大到小依次为:牡蛎壳>黏土陶粒>绿沸石。并以牡蛎壳及黏土陶粒作为特殊填料进行小试试验。实验结果表明,新型填料的人工快速渗滤系统对COD、氨氮、总氮、总磷的去除率分别为92.5%、77.4%、77.0%、75.6%,相较于传统填料的人工快速渗滤系统有较好的去除效果,可将牡蛎壳及黏土陶粒作为人工快速渗滤系统的特殊填料。

湿干比对不同人工快速渗滤系统处理厌氧折流板反应器出水的影响

为提高人工快速渗滤系统(CRI)对厌氧折流板反应器(ABR)出水中化学需氧量(COD)和悬浮固体(SS)的去除效果,保证出水水质符合农田灌溉标准,同时保留污水中的N、P元素,通过设计3组不同填料高度(CRI_(1)为110 cm,CRI_(2)、CRI_(3)为160 cm)和不同复氧方式(CRI_(1)、CRI_(3)为自然通风,CRI_(2)为自然通风与机械通风相结合),研究了不同湿干比(1∶0、3∶1、1∶1、1∶3)对3组CRI去除COD、SS及保留N、P元素的影响。结果表明,当填料高度为160 cm、增加机械通风、湿干比为1∶0时,CRI对COD和SS的去除效果最好,且能较多地保留N、P元素,COD、SS及N、P元素的平均去除率分别为76.88%、90.80%、9.43%和66.71%,CRI出水不但满足农田灌溉水质标准,还保证了污水中的N、P元素归田,实现了水肥双重资源化。

人工快速渗滤系统处理深圳市茅洲河水的试验研究

针对传统污水快速渗滤土地处理系统水力负荷低,占地面积大的弱点,提出了采用渗透性能良好的天然砂作为主要渗滤介质建立人工快速渗滤系统的试验方案,并以受污染河水为研究对象进行了为期一年的现场试验研究.结果表明,在1.5m/d的水力负荷条件下,人工快速渗滤系统对污染河水具有较好的污染物去除效果,其对SS、CODcr、BOD5、NH3 N、T P和LAS的平均去除率分别为89.51%、77.82%、85.33%、98.28%、60.19%和94.25%;处理出水中SS、CODcr、BOD5、NH3 N和LAS的平均浓度分别为2.5mg/L、15.7mg/L、2.89mg/L、0.32mg/L、0.86mg/L和0.05mg/L.

人工快速渗滤系统对污染物的去除机制

人工快速渗滤系统(CRI)是在传统的污水快速渗滤处理系统(RI)的基础上发展起来的一种新型的污水土地处理技术。通过对CRI的模拟,揭示了非生物机制与生物机制对有机物、营养元素的降解机制。结果表明,CRI对污水中污染物的去除是在非生物机制与生物机制协同作用下完成的。对污水中的有机物和氮的降解以生物机制为主、非生物机制为辅;对磷的降解则以非生物机制为主、生物机制为辅。生物机制对有机物、氮的去除占70%以上,非生物机制对磷的去除占61.9%。系统中氮转化以硝化效果为主,反硝化效果较弱。

人工快速渗滤系统氨氮去除机理

通过对稳定运行的快渗池采样监测和利用室内人工土柱法研究了渗滤系统中氨氮、硝氮的分布和转化，探讨了人工快速渗滤系统（CRI）中氨氮的去除机理．结果显示，在布水期，人工快速渗滤系统中主要发生吸附反应，吸附态氨氮主要集中在0～50cm砂层；在落干期，吸附态氨氮发生硝化反应，在下一次布水时硝氮随水流排出；系统的反硝化能力较弱，总氮的去除率也较低．

人工快速渗滤系统中人工快渗池对污染物的去除效果研究

为了阐明人工快速渗滤系统中人工快渗池对污染物的去除效果,对深圳市某污水处理厂的人工快渗池进、出水各项水质指标进行了全面研究。结果表明,该人工快渗池进水水质波动不大,出水水质稳定且良好,对COD和BOD5均有良好的去除效果;NH3-N去除率在97%以上,硝化作用很强,NH3-N在硝化菌的作用下几乎全部被氧化成硝态氮;SS去除率在90%以上,TP去除率在40%～70%。研究结果有助于系统地了解人工快渗池在整个人工快速渗滤系统中所发挥的作用,为提高人工快速渗滤系统的除污能力提供了理论依据。

人工快速渗滤系统堵塞-恢复实验研究

采用干湿交替间歇进水的运行方式,以不同粒径的河砂为填料构建3组人工快速渗滤(CRI)系统,研究CRI系统的堵塞-恢复规律,填料粒径与系统出水COD、水力负荷和纳污量之间的关系,以及环境温度对系统处理效率的影响。结果表明,CRI系统堵塞后经过一段时间的恢复期即可以自然恢复活性。细砂CRI系统的稳定性最好,出水COD最稳定,抗冲击能力和纳污量强于混砂和粗砂CRI系统。当温度在适宜微生物生长的范围内波动时,对系统处理效率的影响并不明显。实际工程应建造多级系统或并行系统解决堵塞问题,以保证系统的水力负荷和稳定运行。

应用16SrDNA克隆文库解析人工快速渗滤系统细菌种群多样性

本文通过构建16S rDNA克隆文库开展了人工快速渗滤(CRI)系统表层(10cm深)细菌种群多样性研究,结果表明,在CRI系统表层填料中细菌多样性十分丰富,存在7个主要类群,其中不可培养的酸杆菌纲(uncultured Acidobacteria)和其它不可培养细菌(uncultured bacteria)在整个克隆文库中比例最大,比例为53.72%,其次是浮霉菌纲(uncultured planctomycete)和β-变形菌纲(β-proteobacterium),分别占文库比例的13.89%和8.33%;克隆文库中反硝化菌的比例高于亚硝化单胞菌属细菌(0.925%),没有出现Nitrospira属的克隆子。本文通过16S rDNA克隆文库揭示了在生物膜上存在的优势菌为不可培养菌,而假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)和紫色色杆菌(Chromobacterium sp.)等在平板分离培养中出现的频率较高,两种方法之间的结果存在差异。本研究采用16S rDNA克隆文库方法揭示的结果,将为CRI系统生物降解的进一步提高提供依据。

人工快速渗滤系统脱氮机理试验研究

为了探寻人工快速渗滤系统脱氮的机理,采用人工试验土柱模拟人工快速渗滤系统,通过监测不同高度出水中的氨氮、硝态氮和总氮的浓度,得到了其随高度的变化规律。试验结果表明:人工试验土柱中填料层0～1200mm段氨氮的去除率很高,约占总去除率95%,深度越浅氨氮降解效率越高,深度越大氨氮降解效率越低;填料层中900mm处,硝态氮达到最大值14.08～15.06mg·L-1,在兼氧段(900～1200mm)和厌氧段(1200～1500mm)硝态氮浓度下降仅10%左右;出水总氮浓度16.50～21.85mg·L-1,去除率为28.35%～29.78%。

人工快速渗滤系统对地表微污染水净化效果的试验研究

为确定人工快速渗滤系统净化微污染地表水的主要影响因素,在三家店水库下游的京永引水渠旁建立了人工快速渗滤系统,开展了不同季节三家店水库微污染水净化效果的试验研究。结果表明,夏季高温季节,CODMn和NH4+-N的平均去除率分别为45%和65%,去除率随着渗透速率的提高而降低,但是变化不明显;随着水温的降低,CODMn的去除率开始下降。在低温季节,CODMn的去除率明显随着渗透速率的提高而显著降低,而NH4+-N受温度和渗透速率的影响不明显,但其平均去除率仍可达到60%。试验结果表明:人工快速渗滤系统对微污染地表水中CODMn和NH4+-N有较好的净化效果,且该系统在冬季低温条件下仍可以正常运行,但为保证净化效果,需要适当减小渗透速率。

人工快速渗滤系统去除总氮技术进展

人工快速渗滤系统在小城镇污水处理中具有重要的应用价值,但存在总氮去除率偏低的问题,强化硝态氮的反硝化是解决这一问题的关键。国内外针对反硝化系统及人工快速渗滤系统的研究表明,改善反硝化细菌特性、添加碳源、优化碳氮比和湿干比、增设饱水层是解决总氮去除率较低的有效方法。

人工快速渗滤系统的工程应用

通过工程实例讨论了人工快速渗滤系统(CRI)的工艺过程和处理效果,结果除总磷外,处理生活污水其出水CODCr为5. 0～2 6 . 0mg L ,SS为1 .7～10. 0mg L ,NH3 N为0 . 30～2 .31mg L ;处理受污染的河流水时,其出水CODCr为8. 0～2 6 . 0mg L ,BOD5为1. 0～6 . 0mg L ,SS为2. 0～6 .0mg L ,NH3 N为0 . 17～2. 5 4mg L ,均能达到相应的处理要求,是值得推广的一项新型处理工艺。

污水人工快速渗滤系统中厌氧氨氧化菌的分子生态学分析

使用厌氧氨氧化菌的引物从污水人工快速渗滤系统(CRI)砂层样品总DNA中扩增16S rDNA序列,并测序、构建系统发育树,从而确定了其发育地位。结果表明:在CRI系统6号样品(50cm深)中存在厌氧氨氧化菌,测定该菌的16S rDNA部分序列(长度为831bp)与anoxic biofilm clone Pla1-48、uncultured anoxic sludge bacterium KU2和anaerobic ammonium-oxidizing planctomycete KOLL2a等厌氧氨氧化菌的相似性均在97%以上,表明它们的系统发育关系比较相似。厌氧氨氧化菌的发现为此工艺的改进和反硝化能力的提高提供了新的思路。

人工快速渗滤系统处理含盐生活污水可行性初探

将人工快速渗滤系统（CRI）应用于处理含盐生活污水，考察了不同进水盐度下CRI系统的运行效果及脱氮微生物的空间分布特征。结果表明，进水盐度（NaCl的质量分数）在0．75％及以下时，COD、NHg-N去除效果受盐度影响较小，去除率分别保持在83％、90％VR上；进水盐度在0．5％及以下时，CRI系统对TN的去除率较不含盐时提高7～12．9个百分点，盐度对反硝。{二细菌的抑制作用强于硝化细菌、对亚硝酸盐氧化菌（NOB）的抑制作用强于氨氧化菌（AOB）；进水盐度对TP的去除影响不大，这与CRI系统除磷过程主要依靠填料吸附和化学沉淀有关。初步证明了采用CRI系统处理盐度在0．5％及以下的生活污水是可行的，该盐度还可作为CRI系统实现短程硝化的理想盐度。

污水人工快速渗滤系统在微污染河水治理中的应用及菌群分布研究

污水人工快速渗滤系统(CRI系统)是在传统污水快速渗滤系统基础上发展起来的一种新型污水处理技术,具备水力负荷高(1～2 m/d)、净化效果好等优点,是目前中小城镇污水、微污染河水处理的重点推广应用技术。介绍了CRI系统在深圳观澜河支流牛湖河污染治理中的应用,并对其快渗池内菌群的分布进行了研究。结果表明,出水CODCr、氨氮、SS等主要指标均能满足《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)中的Ⅴ类水质要求,同时研究了快渗池中菌群空间分布规律。

大清河人工快速渗滤系统示范工程效果分析

以滇池流域受污染的大清河为研究对象,开展了人工快速渗滤系统(CRI)示范工程研究,根据气候条件、进水水质和运行工艺分为6个工况,以探索污染负荷和工艺参数对CRI运行性能的影响。实验结果表明:水力负荷2 m.d-1、湿干比1:1是该示范工程运行的最优工艺条件。CRI系统对有机物(COD)的平均去除率范围17.42%～63.75%;对氨氮去除效果受进水水质影响,高、低污染负荷下NH3-N去除率分别为56.71%、85.48%;CRI示范工程硝化作用较强,反硝化能力较弱,对TN的平均去除率范围为10.69%～28.29%;CRI示范工程对TP的平均去除率为27.62%,最佳工艺条件下为50.23%。CRI系统可通过对填料进行优化组合、适当增大饱水带高度,强化除磷脱氮能力。

人工快速渗滤系统在城市雨水资源化中的应用

城市雨水作为一种宝贵的淡水资源如何有效利用,已引起有关部门的重视。收集处理城市雨水是解决水资源危机的重要途径之一。但大规模的收集雨水难度较大,为有效合理地利用雨水资源,结合我国的实际国情,本文介绍了利用人工快速渗滤系统(CRI)处理分散式的城市雨水并结合实际工程加以讨论其可行性。

人工快速渗滤系统的发展与展望

在总结众多试验结果的基础上,阐述了人工快速渗滤系统(CRI)对主要污染元素氮、磷、有机物的主要去除机理和去除过程,以及净化过程中的限制因素。此外,还分别介绍了CRI系统的主要运行参数,总结了不同滤料、温度、配水方式对系统净化效率的影响和目前国内对CRI系统的强化和改良进展。针对目前面临的主要问题,提出了今后CRI系统应进行的主要研究内容和技术攻关重点为硝态氮的强化去除,并对其应用方向进行了展望。

人工快速渗滤系统微生物数量与相关酶活性变化分析

全面研究和监测人工快速渗滤(CRI)系统运行周期内微生物数量和微生物基质酶活性的变化情况。结果表明:(1)CRI系统的微生物数量和基质酶活性基本保持稳定,各深度的微生物数量、脲酶活性和脱氢酶活性基本为1.0×108～4.3×108个/g、5～45μg/g、10～130μL/g。(2)CRI系统的间歇布水方式和低有机负荷是CRI系统不产生剩余污泥的主要原因,而运行周期内微生物的总增殖量与内源呼吸衰减量的平衡是CRI系统无剩余污泥产生的根本原因。(3)建议根据实际情况采用浅翻晒或深翻晒相结合的方法进行维护,防止CRI系统产生剩余污泥。