单级自养脱氮膜生物反应器启动中的问题与分析

采用有效容积为23L单级自养脱氮膜生物反应器处理人工模拟高氨氮生活废水．以硝化污泥为接种污泥，实验温度为30℃，水力停留时间（HRT）24h，pH值7-8、溶解氧〈0．5mg/L条件下运行反应器，采用具有高效氧气传递效率特性的曝气膜管进行曝气和稳定性强的PVDF分离膜出水．进水氨氮容积负荷从0．012，0．029提升至0．058kg／（m^3·d），氨氮去除率随着负荷增加呈现上升趋势，总氮去除率分别为20％、30％、50％，在一定程度上体现了单级自养脱氮膜生物反应器在处理高氨氮废水领域的优势与前景．另外，污泥浓度和溶解氧浓度控制是本实验两个需要解决的关键性问题．

序批式生物膜反应器强化苯胺废水脱氮的特性及机理研究

采用序批式生物膜反应器(SBBR)处理600 mg/L的苯胺废水,并与序批式活性污泥反应器(SBR)进行对比。结果表明:两组反应器对苯胺均能达到100%的去除效果,但SBBR的总氮去除效率更高。SBBR的硝化以异养硝化为主,同时也存在一定程度的自养硝化;反硝化过程是外加碳源缺氧反硝化。高通量测序结果表明,SBBR的活性污泥和生物膜能更好地兼容苯胺降解菌群和脱氮功能菌群的生长和发育,从而保证苯胺废水的脱氮。

膜曝气生物膜反应器脱氮性能研究

膜曝气生物膜反应器(MABR)有效地将生物膜法技术和膜分离技术结合在一起,在污水脱氮方面潜力巨大。以MABR处理模拟生活污水和豆制品加工废水,着重考察了MABR的稳定性及脱氮性能。结果表明,在HRT=12 h、曝气压力=10 kPa和C/N=5时,MABR对模拟生活污水处理效果最佳,COD、氨氮、TN的平均去除率分别为92.0%、86.5%、83.3%。而在HRT=8 h和曝气压力=10 kPa时,MABR对豆制品加工废水处理效果最佳,COD、氨氮、TN的容积负荷分别为1320、125.5、184 g(/m^(3)·d),平均去除率分别可达到84.2%、81.5%、79.7%,优于传统生物膜法脱氮。

厌氧膜生物反应器的发展及其耦合厌氧氨氧化脱氮的研究综述

由于厌氧膜生物反应器(AnMBR)在水中有机物资源化利用方面具有独特的优势,逐步成为污水处理领域的研究热点。从反应器与膜组件的配置、有机物的去除以及产甲烷率等方面讨论了影响AnMBR运行效果的主要因素。结合污水深度脱氮的需求,探讨了厌氧氨氧化(ANAMMOX)自养脱氮与AnMBR的耦合技术。介绍了国内外相关耦合工艺的应用形式,总结了关于该耦合工艺最新的研究方法、运行效果等,展望了该技术在污水处理领域的应用前景。

不同填料生物膜对海水养殖尾水的脱氮效能及微生物群落分析

为探究不同填料生物膜对海水养殖尾水氮污染物的处理能力,分别以无填料(C)、牡蛎壳(M)、珊瑚石(S)、弹性填料(T)和悬浮球填料(F)构建5组生物滤池,比较填料生物膜成熟时间、成膜情况及对不同氮污染物的24 h去除能力,同时利用高通量测序技术分析挂膜期间(20、40、60 d)填料生物膜上微生物群落的变化。结果表明:不同填料生物膜成熟时间需要46~50 d,珊瑚石所需时间最短(46 d);扫描电镜显示,弹性填料和悬浮球填料附着生物量最多,以杆状细菌为主;对氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的24 h去除率最高的填料分别是悬浮球填料(68.66%±6.27%)、珊瑚石(99.99%±0.00%)和悬浮球填料(6.73%±3.41%);高通量测序显示,随着挂膜时间延长,弹性填料生物膜上的细菌丰度显著增加,牡蛎壳和珊瑚石生物膜上的细菌多样性显著下降(P<0.05);在门分类水平上,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)是不同填料生物膜的主要优势菌群,硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、硝化刺菌门(Nitrospinae)的相对丰度随挂膜时间延长不断升高;在属分类水平上,亚硝酸菌属(Nitrosomonas)、硝化螺菌属(Nitrospira)、硝化刺菌属(Nitrospina)和未分类_亚硝化单胞菌科(unclassified_Nitrosomonadaceae)是填料生物膜上具有硝化作用的优势菌属,这4种硝化菌属在挂膜60 d时的相对丰度总和从高到低依次为悬浮球填料(42.53%)>牡蛎壳(30.50%)、弹性填料(29.30%)>珊瑚石(11.74%),假单胞菌属(Pseudomonas)、青枯菌属(Ralstonia)、噬几丁质菌属(Chitinophaga)和草螺菌属(Herbaspirillum)等反硝化菌属在珊瑚石填料生物膜上的相对丰度高于其他填料。研究表明,珊瑚石、悬浮球填料能够实现脱氮菌属的高效富集,对海水养殖尾水具有良好的脱氮能力,是较为理想的生物填料。

膜曝气生物膜反应器处理生活污水的脱氮性能研究进展

膜曝气生物膜反应器(MABR)作为一项将膜技术与生物处理技术相结合的新型污水处理技术,与传统生物处理技术相比,凭借其极高的氧传输效率而大大降低电耗以及提高水处理效果,成为污水处理领域新的研究热点之一。由于MABR特殊的生物膜结构,使其传质性能优于传统生物膜,并且能够凭借同步硝化反硝化实现高效脱氮除碳的目的。膜组件作为MABR的核心单元,是气体依附膜孔向液相扩散的媒介,同时也是微生物生长的载体。具有特殊结构的膜材料能形成利于脱氮除碳的特殊生物膜结构,从而使MABR实现高效运行。分析了异向传质生物膜结构,论述了MABR运行的基本原理,总结了不同膜材料和运行参数对生活污水MABR脱氮运行性能的影响,并对MABR的研究趋势进行了展望。

微藻-膜光生物反应器的污水深度脱氮效能及膜污染特征研究

通过对污水处理厂出水排放到自然水体之前对其进行进一步处理,可减轻水体的富营养化。本研究在膜光生物反应器中培养蛋白小球藻,进一步去除污水处理厂出水中的氮。研究了水力停留时间对微藻生物量和养分去除的影响。研究发现,MPBR处理二次出水的最佳HRT为8 h。结果表明,缩短HRT增加了膜通量,使悬浮液中的SAP更快地向膜移动,加剧了膜污染。但降低HRT可以通过减少悬液中的SAP和竞争细菌以及提高蛋白小球藻的生长速度来提高系统稳定性,提高污染物的去除率。

玻璃轻石序批式生物膜反应器构建参数优化及水产养殖污水脱氮性能研究

【目的】探明玻璃轻石构建序批式生物膜反应器(SBBR)在水产养殖污水中的脱氮性能,为生物膜法处理水产养殖污水工艺中高效、低廉的载体材料选择提供模型及数据参考。【方法】以玻璃轻石为载体构建SBBR模型,利用水产养殖池底泥进行挂膜,并进行玻璃轻石不同孔径(3~8、2~3、1~2和0.1~1.0 mm)、粒径(10~20、20~30和30~50mm)和填充率(20%、30%和40%)脱氮性能优化试验,以获得最佳脱氮性能SBBR参数;以沸石、火山石、活性炭和SiO2颗粒为对照,对比各载体材料生物膜中的挥发性悬浮物(VSS)和细胞外聚合物(EPS)含量,比较不同载体材料对疏水性蛋白的吸附能力。【结果】玻璃轻石以孔径1~2 mm、粒径10~20 mm、填充率20%构建SBBR的除氮性能最优,第30 d时氨氮、亚硝氮和总氮的去除率分别可达(90.61±0.30)%、(99.45±0.08)%和(94.04±0.14)%,玻璃轻石上的VSS含量为3.87±0.11 g/L,EPS含量为80.99±0.05 mg/g-VSS,显著高于其他载体材料处理(P<0.05,下同),同时EPS中具有更高的蛋白/多糖(PN/PS)比值,有利于生物膜的形成;除氮细菌吸附试验结果,玻璃轻石可吸附(58.08±0.15)%的牛血清白蛋白(BSA),显著高于沸石(41.72±0.40)%、火山石(25.34±0.53)%、活性炭(20.68±0.13)%和SiO2颗粒(15.56±0.38)%。【结论】以玻璃轻石构建的SBBR应用于水产养殖污水处理具有良好的脱氮性能,且具有较好的除氮细菌吸附能力,是良好的生物膜技术修复水产养殖污水的载体材料。

单级固定床生物膜反应器主流厌氧氨氧化快速启动性能

主流厌氧氨氧化(Anammox)是城市污水脱氮的热点和难点问题。本研究采用单级固定床生物膜反应器(SFBR)处理模拟城市污水,通过间歇运行切换和微氧(DO:0.4~0.7mg/L)控制,65天后成功启动Anammox。系统对氨氮和总氮去除率分别达98.8%和92.6%。此时生物膜结构致密,呈现红色。微生物活性测试发现,厌氧氨氧化菌活性在所有功能菌活性中最高。高通量测序证实厌氧氨氧化菌(Candidatus Brocadia)、短程反硝化菌(Thauera)和硝化菌(Nitrospira)共存,而未检测到氨氧化菌。amoA功能基因扩增子测序进一步分析表明,Nitrospira实际为全程氨氧化菌(Comammox)。因此,系统是在具有氧分层的生物膜内通过全程硝化/短程反硝化/厌氧氨氧化途径耦合实现城市污水脱氮。研究结果为主流Anammox快速实现提供了一种新的工艺思路。

复合硫基质驱动自养反硝化脱氮除磷效能与微生物群落结构

针对单一硫基质驱动自养反硝化性能的缺陷,采用单质硫(S^(0))与天然铁硫矿石(FeS、Fe_(1-x)S、FeS_(2))两种矿物作为生物填料,构建3组复合硫基质填充床反应器(B1、B2、B3),探究了启动与稳定运行期间反应器对市政尾水深度脱氮除磷的效果与微生物群落结构的特征。结果表明,3组反应器均表出现较高的脱氮性能,NO_(3)^(-)-N去除率均随反应器水力停留时间(HRT)的延长而提高,当反应器HRT分别为1h(B1)、12h(B2)和9h(B3)时,均实现20mg/L NO_(3)^(-)-N完全去除。PO_(4)^(3-)-P与脱氮过程中产生的铁离子形成铁磷沉淀物而被去除,且PO_(4)^(3-)P的去除率与脱氮效果呈正相关。复合硫基质反应器的SO_(4)^(2-)/NO_(3)^(-)低于单一硫基质自养反硝化系统,硫酸盐产生量相应降低,且pH保持在6.3以上,无需添加pH缓冲剂。微生物群落结构分析表明,Thiobacillus(硫杆菌属)和Ferritrophicum(铁氧化菌属)是3组反应器中硫自养反硝化菌的优势菌属,在B1、B2和B3反应器的相对丰度分别为16.07%和31.24%、30.07%和50.19%以及30.20%和11.62%。复合硫基质提高了微生物群落丰度和物种多样性,从而表现出良好的脱氮除磷效果。

启动炭管膜曝气生物膜反应器实现全程自养脱氮

启动包裹无纺布的多微孔炭管为膜组件的膜曝气生物膜反应器(MABR),实现基于短程硝化和厌氧氨氧化的完全自养脱氮.首先接种普通硝化污泥启动反应器,在温度35℃,pH为7.9条件下,通过对膜内腔压力的适当控制逐步降低反应器溶解氧浓度,实现亚硝酸盐的积累.然后再次接种厌氧氨氧化污泥,使无纺布上形成好氧氨氧化菌与厌氧氨氧化菌稳定共存的膜曝气生物膜,从而实现全程自养脱氮.结果表明,经过120 d连续运行,在膜内压力为0.015 MPa,水力停留时间6 h,进水NH4+-N为200 mg/L±10 mg/L条件下,NH4+-N转化率达到88.7%,出水总氮平均为48.65 mg/L,总氮去除率达到83.77%.荧光原位杂交(fluorescent in situ hybridization,FISH)分析表明,好氧氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌作为主要功能菌群分别控制着靠近炭管膜/生物膜界面区域和靠近生物膜/液体界面区域.

菌藻生物膜反应器处理养猪废水机制研究

利用菌藻共生生物膜系统处理畜禽养殖废水,反应器是关键的工序和重要的限制因素。设计菌藻生物膜反应器运行处理养猪废水,通过调节进水氨氮质量浓度探究其对污染物去除效率及微藻生物量的影响,扫描电镜观察载体上菌藻生物膜的形成情况,然后利用高通量测序进一步探究微生物群落的变化,从而揭示菌藻生物膜污水处理系统的污染物去除规律和微生物响应机制。结果表明,当进水氨氮质量浓度为200 mg/L时,氨氮的日去除速率最高可达到35.60 mg/(L·d),并在载体上观察到大量微藻和细菌的团簇体,表明菌藻生物膜形成,优势菌属为Prevotella_9、Clostridium_sensu_stricto_1、Acinetobacter和Bifidobacterium;当进水氨氮质量浓度为300 mg/L时,氨氮的日去除速率显著提高,最高可达到45.70 mg/(L·d),但持续的高氨氮负荷会对菌藻生物膜造成一定冲击,优势菌属演替为Comamonas和Christensenellaceae_R-7_group。

反硝化颗粒污泥系统和反硝化生物膜系统深度脱氮对比研究

对比分析了反硝化颗粒污泥系统和反硝化生物膜系统在不同进水条件和不同水力停留时间(HRT)下的脱氮效果。结果表明,当进水COD较高即外部碳源较为充足时,反硝化颗粒污泥系统和反硝化生物膜系统脱氮效果接近;而当进水总氮浓度较高即外部碳源受限时,生物膜系统的脱氮效果优于颗粒污泥系统。在不同的HRT条件下(3~6 h),反硝化生物膜系统的深度脱氮效果均优于反硝化颗粒污泥系统,且当HRT=5 h时,两系统的脱氮性能均达到最高。实验结果表明反硝化生物膜系统在脱氮性能方面略胜一筹。但是,结合经济性和去除性能进一步分析可知,与生物膜系统相比,颗粒污泥系统具有占地面积小、无载体成本等低成本的显著优势,在既有工艺出水深度脱氮的工程实践中,可优先选择反硝化颗粒污泥工艺,并可通过控制颗粒粒径和系统运行参数等措施强化脱氮性能。

新型单质硫自养生物膜反应器脱氮性能研究

在上流式反应器中添加尼龙填料,并以小颗粒单质硫和NaHCO_3作为底物构建自养高效脱氮系统。在(35±1)℃下,经过70 d运行,在HRT为2.4 h、进水NO_3^--N浓度为150 mg/L时,达到1.3 kg/(m^3·d)的最大稳定脱氮能力。启动初期,应该缓慢提高进水NO_3^--N负荷来驯化反应器。S/N(摩尔)批次试验发现,在最佳摩尔比为10时,NO_3^--N的转化率为90%;而摩尔比低于10时,NO_3^--N转化速率随着单质硫粉浓度增大而增大,且摩尔比为1.1时,会出现NO_2^--N积累。由于传质效率低和单质硫流失问题,连续流反应器中S/N(摩尔)比宜在5.5以上,防止出现NO_2^--N积累。当进水NO_3^--N浓度为150 mg/L、HRT为2.4 h时,控制温度从(35±1)℃缓慢降至(20±0.5)℃,反应器脱氮能力稳定在1.4~1.5 kg/(m^3·d),说明本反应器对温度下降适应性较强,具备常温下高效运行的能力。

膜曝气与生物载体对单机自养脱氮反应器性能的影响

以人工配制的模拟高氨氮废水为处理对象，设计一种膜分离单级自养脱氮反应器，考察了反应器的运行性能．在无外加有机碳源，反应器进水氨氮浓度150mg／L，温度（30±1）℃，溶解氧0．6—1．0mg／L，水力停留时间24h的条件下，系统对氨氮及总氮的去除率分别达到了80％及81％，显示出该反应器对高氨氮废水处理具有一定的优越性．更改曝气条件并通过对悬浮活性污泥体系与生物膜体系的对比，获得最优化的反应条件．

膜曝气生物膜反应器处理合流制溢流污水的实验研究

以聚丙烯复合材料经熔融拉伸制成的帘式超薄微孔中空纤维膜为载体,构建膜曝气生物膜反应器装置处理合流制溢流污水,研究在不同水力停留时间、曝气压力、水流流速条件下,膜曝气生物膜反应器对水体中污染物COD、NH_(4)^(+)-N、TN的去除率。结果表明:膜曝气生物膜反应器对水体中各项污染物均有较好去除效果。水力停留时间为12 h时,COD、NH_(4)^(+)-N、TN去除效果较好,去除率分别为80.8%、82.4%、65.4%;水力停留时间为8 h时,TP去除效果达到34.2%,后期逐渐趋于平缓。溶解氧浓度随曝气压力增加而增加,曝气压力达到25 kPa之后COD、NH_(4)^(+)-N达到较佳的去除率,平均去除率分别为82.2%、84.1%;而TN去除的最佳曝气压力为15 kPa,去除率为70.0%。水流流速为0.03 m/s和0.05 m/s时,反应器整体运行效果较好,对COD、NH_(4)^(+)-N、TN的平均去除率分别为81.8%、83.5%、67.8%。

半固定生物膜载体耦合改良SBR工艺深度脱氮效能及机理研究

传统SBR反应器TN去除效果较差,研究采用半固定生物膜载体模块、污泥回流系统和快速进出水系统优化传统SBR工艺,并开展中试试验探讨工艺深度脱氮的效果和机理。结果表明半固定生物膜载体耦合改良SBR工艺在低进水负荷情况下对COD、NH_(3)-N、TN和TP的去除率分别为87.19%、98.24%、63.42%和87.06%,高进水负荷情况下去除率分别为94.34%、98.47%、73.47%和73.73%。通过16S rRNA基因序列和PICRUSt2技术分析,悬浮污泥和生物膜载体的微生物群落存在显著差异。在低进水负荷情况下,悬浮污泥主要负责反硝化,生物膜载体主要负责氨氧化,TN主要通过硝化-反硝化去除。在高进水负荷情况下,悬浮污泥中硝酸盐还原酶的作用逐渐减弱,生物膜载体中厌氧氨氧化和氮的同化作用成为主导,TN主要通过同化作用去除。

有机物存在时全程自养脱氮工艺启动及微生物群落结构演变

为了实现全程自养脱氮工艺在处理含有机物废水中的应用,考察有机物存在时全程自养脱氮工艺的启动、运行工况与微生物群落结构演变,通过低溶解氧和生物膜菌种富集的控制策略,缓解有机物对厌氧氨氧化菌的抑制,实现全程自养脱氮工艺启动和功能微生物的富集。结果表明,当进水化学需氧量质量浓度为600 mg/L时,全程自养脱氮工艺启动,在反应器稳定运行期间总无机氮去除率最高达到79.46%;三维荧光光谱显示腐殖酸类和富里酸类物质是主要的微生物代谢产物;微生物高通量测序显示厌氧氨氧化菌的优势属Candidatus Kuenenia和Candidatus Brocadia的相对丰度分别从0.02%和0.01%增加到10.47%和4.45%,成功实现厌氧氨氧化菌的富集。

集成式铁基质生物膜反应器自养反硝化深度脱氮

以污水厂处理水为研究对象,采用铁基质生物载体与生物膜耦合实现高效自养反硝化脱氮。考察停留时间(HRT)对系统脱氮效能的影响,通过动力学及微生物群落结构分析,揭示耦合技术的脱氮机理。结果表明:HRT为8 h,对一级A和一级B污水厂处理水,总氮(TN)平均去除率分别为95.41%和92.55%,TN处理负荷分别为0.48 kg TN/(m^3·d)和0.58 kg TN/(m^3·d),硝化过程氨氮(NH4^+-N)饱和常数分别为1.17 mg/L和0.72 mg/L,反硝化过程硝氮(NO3^--N)饱和常数分别为0.87 mg/L和0.67 mg/L。出水水质分别达到《地表水环境质量标准》Ⅲ类、Ⅴ类水质标准。铁基质生物载体与生物膜耦合系统中微生物优势菌属为Maritimimonas、Rhodobacter和Sphaerotilus,均为自养反硝化菌,证实了铁基质生物载体可为自养反硝化菌提供电子,实现生物自养反硝化脱氮。

响应曲面法对优化侧向回流一体化生物膜反应器去除氨氮的效果模拟

针对农村分散式生活污水的处理,设计了侧向回流一体化生物膜反应器,缩短了污水处理工艺流程,减小了设施占地面积。文章从优化反应器对氨氮的处理效果出发,运用Box-Behnken响应曲面法,建立了关于氨氮去除率的数学模型,以寻求反应器水力停留时间、填料填充率和气水比的最佳参数组合。响应曲面法的结果表明:影响因素的显著性顺序为填料填充率>水力停留时间>气水比,并且填料填充率与水力停留时间、水力停留时间与气水比、填料填充率与气水比的交互作用均为显著。模型预测结果表明,当水力停留时间为6.98 h、填料填充率为39.67%、气水比为7.73时,侧向回流一体化反应器对氨氮的去除率为97.70%,验证试验结果为98.09%,与模型预测值偏差仅为0.39%。