硫磺/石灰石自养反硝化系统脱氮性能及N_2O排放规律研究

为了考察硫磺/石灰石自养反硝化系统的脱氮性能,并探究系统N_2O的产生和排放规律,采用均匀填充的上流式硫磺/石灰石生物滤池反应器,研究了2组HRT下,不同进水NO_3~--N浓度对系统脱氮效果的影响及N_2O的排放规律。结果表明,进水NO_3~--N浓度为(54.46±1.15)mg/L、HRT为2.5 h时,反应器容积负荷最大且对NO_3~--N去除率最高,可达99.93%,系统无NO_2~--N累积,出水N_2O低于0.86 mg/L;另外,研究发现NO_3~--N浓度随反应器高度增加而逐渐降低,N_2O浓度随着反应器下部NO_2~--N的富集逐渐增加,并随上部NO_2~--N的还原而逐渐减小;进水NO_3~--N浓度增大,N_2O累积量峰值点沿反应器高度逐渐上移,因此该系统仅能处理较低浓度NO_3~--N废水。     

基于铁碳内电解的物化—生物耦合深度脱氮

以自制复合铁碳填料为载体,建立物化-生物耦合脱氮体系,考察了HRT、DO含量、进水pH对低C/N(COD/ρ(TN)=1.5:1)污水脱氮的影响,并通定量了物化作用对脱氮的贡献率。结果表明,在耦合体系中,NH_4~+-N通过氨氧化菌和硝化菌的作用生成NO_3~--N和NO_2~--N,NO_3~--N和NO_2~--N进入生物膜内部,自养反硝化菌以载体原电池反应所产生的[Fe~(2+)]、[H]为电子供体实现反硝化脱氮,其适宜运行条件为:HRT为4.0 h,DO的质量浓度(2.0±0.1)mg/L,进水pH为7.0±0.1,此时污水COD、NH_4~+-N、NO_3~--N、TN去除率分别可达94.6%~97.3%、82.1%~83.6%、92.1%~94.7%、89.3%~92.5%。适宜的HRT低于其它同步硝化反硝化脱氮过程。反应器内反硝化所需电子37.9%由载体物化反应供给,消除了传统生物脱氮过程对有机碳源的依赖,源缩短了脱氮所需停留时间。故该耦合体系可实现低C/N污水的高效深度脱氮。     

活性污泥法+后置反硝化BAF处理电镀污水厂物化出水中试

针对某电镀污水处理厂物化出水,采用活性污泥法+后置反硝化曝气生物滤池(BAF)工艺进行脱氮深度处理中试研究,结果表明,活性污泥法单元COD和NH3-N平均去除率分别达49.37%和69.30%。反硝化BAF单元NO_3~--N和TN平均去除率分别达90.47%和60.42%,出水NO_3~--N的质量浓度基本在10 mg/L以内;停留时间对反硝化BAF脱氮效果影响不大,43 min出水时NO_3~--N容积负荷可达1.5 kg/(m3·d);去除单位氮(N)的碳源消耗量和碱度增加量与理论值相近,反硝化BAF运行成本(碳源部分)为0.41元/t,折合去除每10 mg/L的N运行成本较低,为0.08元/t左右。     

前置反硝化-BAF工艺反硝化池脱氮效能研究

为进一步提高反硝化(DN)池的反硝化效能,分别考察了进水温度、HRT、C/N以及反洗周期等因素对前置反硝化曝气生物滤池(BAF)组合工艺DN池的脱氮效能的影响。结果表明,反硝化效能会随温度的升高而升高,在25℃时NO_3~--N去除率为91.3%;水力停留时间对反硝化作用的影响主要原于HRT的减少缩短了反硝化作用的反应时间,从而使反硝化过程中所消耗的COD降低;COD/ρ(NO_3~--N)小于15时,COD/ρ(NO_3~--N)是DN池脱氮效能的决定性因素,当COD/ρ(NO_3~--N)大于15时,NO_3~--N的含量变化趋于平缓;同一反洗周期内DN池的反硝化效能会持续增加,下一反洗周期开始前NO_3~--N的质量浓度降低至1.9 mg/L,此时脱氮效能达到最大。     

PHBV异养/硫自养协同反硝化滤池强化硝酸盐去除

依据污水厂二级出水碳源不足水质特点进行深度脱氮，设计以固态碳源 PHBV、硫磺为填料的协同反硝化生物滤池。研究表明，该协同反硝化生物滤池运行最佳 HRT 为 2 h，当进水硝酸盐质量浓度为 30 mg/L 时，出水硝酸盐最低维持在 2.0 mg/L，去除率达到 93%，脱氮效率及去除率均为最高水平，出水几乎不含有亚硝酸盐、氨氮，表明不会出现亚硝酸盐积累现象，以及并未发生硝酸盐异化还原反应（DNRA）。COD 出水维持在 30 mg/L，证明碳源释放与利用维持平衡，出水无过量有机残留物，不会造成出水的二次污染，出水 SO₄^2-质量浓度为 82 mg/L，且硫自养比例在41%左右，p H维持在7.0～7.4范围内，无需投加外在碱类物质，且维持在中性范围内。     

硫铁耦合自养反硝化系统运行性能优化研究

为解决单质硫自养反硝化pH偏低和硫酸盐副产物的问题，本研究通过开展“硫磺-硫铁矿/菱铁矿”填料脱氮性能比选，并分析了出水pH和硫酸盐副产物浓度，确定了以硫磺作为主要填料，菱铁矿作为主要辅助填料，构建新型硫铁耦合自养反硝化填料系统。通过填料优化实验，确定了硫铁耦合填料的最佳粒径为3～5mm，硫磺和菱铁矿最佳质量比为3∶1；。在进水硝酸盐为10mg/L、HRT=80min条件下，采用最佳硫铁耦合填料的小试实验装置出水硝酸盐平均浓度为1.43mg/L，硝酸盐去除率为85.28%。     

短程硝化与厌氧氨氧化装置启动及连接过程研究

探究了2种工艺稳定高效启动方法,以及两装置的连接方式及进水改变对总出水的影响。分别启动厌氧氨氧化于短程硝化装置,调整负荷水质以使短程硝化出水满足厌氧氨氧化装置进水要求。短程硝化装置以进水pH=8.4、NH_4~+-N的质量浓度170 mg/L、亚硝氮生成率为14.4 mg/(L·h)启动,亚硝氮积累率稳定在85%以上。厌氧氨氧化装置以进水NH_4~+-N、NO_2~--N的质量浓度分别为150、198 mg/L,HRT为24 h,TN去除率84%启动并稳定。装置连接后,厌氧氨氧化装置进水由人工配水改为短程硝化出水调配水,相较原进水COD残余约80 mg/L,NO_3~--N的质量浓度15 mg/L,TN去除率有些微的提升,但COD对成熟的厌氧氨氧化装置影响还有待检测。成熟稳定的厌氧氨氧化装置可以很好地适应短程硝化出水调配水,并对进水水质变化具有较好的耐受性。     

不同碳源条件生物滤池深度脱氮效能及其经济性

通过构建外加碳源+反硝化生物滤池(DNBF)、O_3+DNBF和二级出水掺入原污水+间歇曝气生物滤池(IBAF)3种运行方案,进行了不同碳源条件下反硝化、间歇曝气生物滤池对污水厂二级出水深度脱氮研究,并考察了可行性与经济性。结果表明,方案1和2分别在外加乙酸钠和臭氧投加量为20 mg/L时,出水TN的质量浓度平均分别为13.47 mg/L和13.76 mg/L,TN去除率为32.52%和27.88%;方案3在原污水与二级出水的体积比为1:2时,出水TN的质量浓度平均为13.45 mg/L,TN去除率为39.22%。出水水质均达到GB18918-2002中的一级A标准。方案1的脱氮效能及运行费用最优;方案3可获得定量处理水深度脱氮和原污水协同处置耦合的效果,适用于生物处理扩容及出水提标工程。     

硫铁耦合中试反应器脱氮除磷效果研究

为实现城市污水处理厂二级出水的深度脱氮除磷,建立了硫铁耦合中试反应器,以污水厂生化出水为处理对象,通过改变进水NO_3~--N含量和水力停留时间(HRT),研究反应器脱氮除磷效果。结果表明,当进水体积流量为150～500 m~3/d(HRT=0.20～0.06 d),NO_3~--N、TP的质量浓度分别20、0.8 mg/L时,反应器出水的NH_4~+-N、NO_3~--N、TP的质量浓度可分别控制在1～5、1、0.3 mg/L,平均TN去除负荷(NRR)为0.08～0.11 kg/(m~3·d),最高可达0.19 kg/(m~3·d);当进水体积流量为150 m~3/d、进水NO_3~--N的质量浓度为30～45 mg/L时,反应器出水的NH_4~+-N、NO_3~--N的质量浓度均维持在1 mg/L以下,平均NRR约为0.17 kg/(m~3·d)。该硫铁耦合中试反应器具有良好、稳定的脱氮除磷能力,受进水负荷冲击影响较小,可为污水厂提标应用提供一定参考。     

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。     

砾石床湿地系统对氮去除率影响的研究

为探究砾石床湿地系统对氮去除的影响,设计茭草床和芦苇床湿地系统以研究对氮去除的影响因素。结果表明HRT增加至2 d,TN和NO_3--N的去除率增加,而NH_4+~-N的去除率无变化。保持HRT为1 d,温度由22℃降低至10.6℃时,NO_3~--N的去除率明显下降,而NH_4~+-N的去除率变化不大。投加50 mg/L的葡萄糖补充碳源,湿地床沿程NO_3~--N逐渐降低、DO浓度降低1 mg/L,碱度的沿程变化幅度比未加碳源提高数倍。反硝化作用不仅需在碳源充足时进行,而且外加有机碳源可以显著强化反硝化过程。水力负荷为0.2~0.8 m~3/(m~2·d)时,茭草床TN负荷增加,出水浓度增加,进水浓度和出水浓度满足简单回归方程。分析TN去除途径,砾石床因吸附能力较好而具有较大的TN去除率,而茭白床和芦苇床湿地系统脱氮的最主要路径是微生物的反硝化作用,最高脱氮比例可达49%,其次是砾石吸附作用,而植物吸收脱氮作用最弱。     

石灰石改性硫磺材料深度脱氮除磷研究

为了使污水处理厂出水中的氮、磷浓度进一步降低,制备出了一种石灰石改性硫磺材料,通过批次实验和生物滤池实验探究其脱氮除磷性能。结果表明,硫磺/石灰石体积比为3∶1的改性材料脱氮除磷效果最佳,发泡可以提高改性材料脱氮除磷性能,改性材料对HRT有较好的适应性。当HRT=1 h,进水NO₃^--N、PO₄^3--P分别为20、1 mg/L时,生物滤池NO₃^--N、PO₄^3--P去除率分别高于89%、65%。微生物群落分析显示,生物滤池中硫自养反硝化菌丰度大于79%。     

丝瓜络耦合硫铁复合填料强化处理硝酸盐的特性

为强化污水处理厂尾水的深度脱氮,研究丝瓜络、硫和铁不同质量比和不同水力停留时间(HRT)下丝瓜络耦合硫铁复合填料反硝化滤池的脱氮效率,并对比分析丝瓜络反硝化滤柱和丝瓜络耦合硫铁复合填料反硝化滤柱的脱氮性能。结果表明,120 g丝瓜络∶380 g硫铁复合填料系统(Fe∶S∶水泥=5∶2∶3)脱氮性能最佳,NO3--N去除率稳定,最高可达100%,NO3--N平均去除率约为90.4%,TN平均去除率约为83.1%,系统最佳运行HRT为8 h。丝瓜络耦合硫铁复合填料反硝化滤柱更耐冲击负荷,脱氮性能更好。通过高通量测序结果可知,丝瓜络耦合硫铁复合填料反硝化滤柱中自养反硝化菌增长了219.2%,异养反硝化菌增长了33.0%,添加硫铁复合硫铁填料强化了异养联合自养反硝化作用。可见,丝瓜络耦合硫铁复合填料反硝化滤柱在一定条件下具有高效脱氮能力,适用于城市污水厂尾水的深度脱氮处理。     

两组混养反硝化滤池深度脱氮效果的对比试验

针对污水处理厂面对提标改造进一步提高深度脱氮问题，开展了以单一硫磺(1号)、硫磺-牡蛎壳(2号)为填料的两组硫混养反硝化滤池深度脱氮的对比试验。试验期间，2号滤池深度脱氮效果在各阶段均优于1号滤池；1号滤池在水温15～18℃、进水氮负荷为7.3×10^-3 kg/(m³·d)、HRT=3.5 h时平均出水TN浓度为4.22 mg/L,TN去除率达到43.42%，同样条件，2号滤池平均出水TN浓度为3.42 mg/L，平均TN去除率达到54.49%，均可以稳定达到《大清河流域水污染物排放标准》(DB13/2795-2018)核心控制区标准，为试验期间最佳运行参数；牡蛎壳提供了大量碱度，使2号滤池pH降幅小于1号滤池，有效缓解了水体酸化；通过成本分析测算，将2号滤池与污水处理厂深度处理单元进行对比，前者吨水处理成本较后者降低了0.191元，具有很大的成本优势。     

低氮浓度下的硫自养反硝化深度脱氮研究

构建硫自养反硝化反应器分别探究污水处理厂二级出水的深度脱氮与尾水的极限脱氮。研究结果表明,在DO的质量浓度低于0.5 mg/L, HRT为15 min的条件下,二级出水TN的质量浓度由10 mg/L左右稳定降至5 mg/L以下,出水TN可达到昆明市地方标准DB5301/T 43—2020《城镇污水处理厂主要水污染物排放限值》中A级标准;在DO的质量浓度低于0.5 mg/L, HRT为20 min的条件下,尾水TN的质量浓度由6 mg/L左右稳定降至1 mg/L以下,出水TN可达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅲ类水标准。采用高通量测序对反应器内微生物群落结构进行分析,结果表明在属水平上硫自养反硝化优势菌群有Thiobacillus和Sulfurimonas。     

MBBR中HRT与pH对短程硝化反硝化的影响

为了开发经济高效的生物脱氮工艺,在MBBR中进行了短程硝化反硝化的研究,考察了HRT与pH对短程硝化反硝化的影响。结果表明,在短程硝化反硝化过程中,在室温、不控制溶解氧的条件下,NH_4~+-N与COD去除率随着HRT的延长而增大,出水NO_2~--N随着HRT的延长先增大后减少,当HRT为8h时出水NO_2~--N最高;当pH由5增加到10时,COD去除率的变化较小,NH_4~+-N去除率和出水NO_2~--N则随着pH的增大先增大后减小,pH在8~9时对NH_4~+-N的处理效果最好,出水NO_2~--N最高。     

短程硝化联合厌氧氨氧化/反硝化合成革废水处理的研究

近年来随着我国合成革产业的飞速发展,合成革废水量也不断增多,利用传统生物脱氮工艺处理存在占地面积大、运行成本较高、总氮去除不彻底等问题,亟需探求经济高效的合成革废水脱氮新技术。本研究采用短程硝化(PNP)联合厌氧氨氧化/反硝化(Anammox/DN)处理实际合成革废水。实验结果表明,联合工艺处理效果较稳定,进水COD为160~580 mg/L,NH_4~+-N质量浓度为260~460 mg/L,出水NH_4~+-N质量浓度约15 mg/L、NO_2~--N质量浓度小于10 mg/L,NO_3~--N约30 mg/L,出水COD小于40 mg/L,总氮去除率稳定在85%左右,总氮容积去除速率约0.41~0.60 kg N/(m~3·d),达到预期处理效果。     

秸秆碳源对高硝氮含量水体脱氮效果实验研究

针对高含氮水体往往存在碳源不足,需要补充碳源的问题,以农林废弃物油菜秸秆作为外加碳源,对不同高含氮的水体进行了生物反硝化脱氮实验研究。结果表明,油菜秸秆在NO_3~--N含量相对较低的水体情况下脱氮效果较好,可以作为良好的缓释碳源,当NO_3~--N的质量浓度为20 mg/L时,脱氮效果最好,NO_3~--N负荷为31 mg/(L·d);当NO_3~--N的质量浓度大于30 mg/L时,因秸秆释碳不足,NO_3~--N去除率减小。不同浓度NO_3~--N水体的NO_3~--N去除率差别较大,但脱氮负荷较为接近,说明高含量NO_3~--N水体的脱氮效果主要与秸秆释碳量有关,受碳源影响。     

基质比对厌氧氨氧化生物膜工艺脱氮效能的影响

首先采用厌氧氨氧化生物膜反应器建立稳定的厌氧氨氧化处理系统,控制温度为(32±2)℃,pH为(7.2±0.2)。通过控制进水基质比(NO_2~--N/NH_4~+-N)分别为1:1、1:1.1、1:1.2、1:1.32和1:1.4来研究基质比对厌氧氨氧化生物膜工艺脱氮效能的影响,在基质比1:1.20时,生物膜反应器的脱氮效果最好,进水NH_4~+-N为150 mg/L,HRT为12 h,其出水的平均NH_4~+-N和NO_2~--N在质量浓度分别为6 mg/L和3.5 mg/L,NH_4~+-N和NO_2~--N的平均去除率分别为96%、98%,此时的脱氮性能最好且稳定,其发生反应的NO_2~--N/NH_4~+-N最接近厌氧氨氧化反应式中的1.32。     

氢自养还原菌去除实际工业废水中NO_3~--N可行性及影响因素研究

针对较高浓度NO_3~--N与SO_2~(4-)的实际工业废水处理较难的问题,考察了摇瓶实验下氢自养菌还原工业废水中NO_3~--N的可行性及其对NO_3~--N与SO_2~(4-)的优先利用级别,探究了进水COD、p H和温度对氢自养还原菌去除NO_3~--N的影响。结果表明,氢自养还原菌能够降解实际废水中NO_3~--N且出水总氮质量浓度达到企业15 mg/L的排放标准;进水SO_2~(4-)质量浓度在2~200 mg/L时NO_3~--N去除率均维持在90%以上,SO_2~(4-)不会抑制NO_3~--N的反硝化过程;氢自养菌还原实际废水中NO_3~--N优化p H和温度范围分别为7.3~8.0和35~40℃,进水中130 mg/L难生物降解有机物不会影响氢自养菌对NO_3~--N的还原能力。