双阴极微生物燃料电池同步脱氮产电研究

构建了双阴极三室微生物燃料电池(MFCs),实现了同步脱氮和产电功能,并对其脱氮机理进行了分析。试验结果表明,在独立进水间歇运行阶段,厌氧阳极、好氧阴极和缺氧阴极的最大功率密度分别为1.0、0.34和0.31 W/m~3,厌氧阳极室和缺氧阴极室库伦效率分别为(21.4±8.8)%和(49.35±1.0)%,阳极室对COD和NH_4~+-N的去除率分别为(98.9±0.2)%和(46.5±4.0)%,好氧阴极硝化率接近100%,缺氧阴极的反硝化率为(45.2±3.8)%。在单一进水连续运行阶段,厌氧阳极、好氧阴极和缺氧阴极的功率密度分别为1.0、0.4和0.4 W/m~3,阳极室和缺氧阴极室库伦效率分别为(2.5±0.2)%和(18.3±0.4)%。当电路断开时,厌氧阳极室对COD和氨氮的去除率分别降低了9.1%和7.5%,好氧阴极室的硝化率和缺氧阴极的反硝化率分别降低了4%和8.8%,系统对COD、NH_4~+-N和TN的总去除率分别降低了2.3%、5.8%和15.6%,说明在MF-Cs产电过程中,能够促进阳极对有机物的氧化和阴极的硝化、反硝化过程。阳极和缺氧阴极库伦效率较低,说明存在非产电过程的有机物氧化途径和硝酸盐还原途径。     

多阴极室反硝化除磷产电装置启动运行研究

多阴极室反硝化除磷产电装置中,将微生物燃料电池引入双污泥反硝化除磷工艺,以厌氧池作为微生物燃料电池的阳极室,以好氧池、二沉池、缺氧池和终沉池分别作为微生物燃料电池的阴极室。以模拟生活污水为处理对象,多阴极室反硝化除磷产电装置经过调控以后进入稳定运行状态,在60 d的测定周期中,对COD、NH4+-N和PO34--P的平均去除率分别为69.88%、62.31%和57.13%,最高去除率分别为80.44%、74.16%和64.86%,厌氧和好氧池、厌氧和二沉池、厌氧和缺氧池、厌氧和终沉池作为4组微生物燃料电池产生的电压和电流平均值分别为0.44、0.40、0.09、0.10 V和0.49、0.45、0.10、0.11 m A,最高电压分别达到了0.55、0.51、0.13、0.12 V。多阴极室反硝化除磷产电装置不仅增强了对生活污水中COD、NH4+-N和PO34--P的去除效果,而且提高了产电性能。     

厌氧氨氧化与反硝化的协同作用特性研究

在已稳定运行7个月的自养脱硫反硝化反应器中成功富集厌氧氨氧化菌后,利用反硝化菌的不完全反硝化作用为厌氧氨氧化菌提供NO2--N。以NH4+-N、NO3--N和有机物为基质,研究厌氧氨氧化与反硝化的协同作用,并探讨了其最适协同作用条件。反应器的有效容积为2L,遮光放置,通过恒温水浴维持反应器内温度为(33±0.5)℃,并投加活性炭作为填料。结果表明,厌氧氨氧化菌能与反硝化菌共存,反应器可实现厌氧氨氧化与反硝化的协同作用,且最适协同作用条件是:COD/TN=1.46、pH=7.55。     

亚硝化/厌氧氨氧化一体化反应器的启动特性分析

以经常规处理后的养猪场废水成功启动自行设计的亚硝化/厌氧氨氧化一体化反应器,着重分析了一体化反应器供氧段和非供氧段的启动特性及处理效果.在启动期间,供氧段对COD、NH4+-N的最大去除率分别达72.24%、71.62%,通过调节曝气量控制系统内的DO浓度实现了稳定的亚硝态氮积累,且出水pH和NO2--N/NH4+-N值满足非供氧段进行厌氧氨氧化的要求;非供氧段可能同时存在反硝化和厌氧氨氧化过程,对NH4+-N、N2--N的最大去除率分别达55.10%、63.74%,脱氮效果明显;第115天,养猪场废水经一体化反应器处理后,对COD、NH4+-N、TN的去除率分别为73.07%、85.00%、67.23%,达到了深度处理的目的.     

低温胁迫下包埋厌氧氨氧化污泥颗粒的脱氮性能

为解决在厌氧氨氧化反应进程中,厌氧氨氧化菌抗低温能力较差的问题,以聚乙烯醇-海藻酸钠为包埋剂包埋厌氧氨氧化污泥颗粒,采用UASB反应器研究了HRT对驯化过程中氨氮和亚硝态氮去除效果的影响,考察了温度变化对低温下包埋厌氧氨氧化菌颗粒脱氮效果的影响。结果表明,当进水氨氮浓度为50 mg/L,HRT为7 h时,投加15%包埋污泥后的UASB反应器具有较强的脱氮能力,对NH4+-N、NO2--N的去除率分别为95%和89%。相同条件下,水温从30℃阶梯式降低到14℃时,包埋厌氧氨氧化菌颗粒对NH4+-N的去除率从95%下降为70%,对NO2--N的去除率从89%下降为63%。在14℃下运行期间,调节水力停留时间为11 h可以提高脱氮效果,NH4+-N、NO2--N去除率分别在85%和79%左右。采用聚乙烯醇-海藻酸钠为包埋剂包埋厌氧氨氧化细菌,能大幅度提高低温胁迫下的脱氮性能。     

短程硝化/厌氧氨氧化联合工艺处理含氨废水的研究

在SBR中接种普通好氧活性污泥,通过控制运行条件来实现短程硝化,同时提高厌氧生物转盘系统中厌氧氨氧化的氮负荷,使之与SBR出水中NO2--N的积累量相匹配,并将二者组合形成短程硝化/厌氧氨氧化自养脱氮工艺.处理含氨废水的试验结果表明:在SBR的进水NH4+-N为150～250 mg/L、温度为(28±2)℃、pH值为7～8、DO<1 mg/L的条件下,可实现稳定的短程硝化,NO2--N积累率达85%以上,NH4+-N负荷达0.129 kgN/(kgVSS·d),AOB和NOB的数量之比为103:1.将短程硝化出水加入NH4+-N后作为厌氧氨氧化反应器的进水,在(40±1)℃下可以达到自养脱氮的目的,对NH4+-N、NO2--N和TN的去除率分别达86%、97%和90%以上,TN容积负荷为0.488 kgN/(m3·d).     

厌氧氨氧化颗粒污泥UASB反应器的快速启动

利用厌氧氨氧化絮状污泥和厌氧颗粒污泥启动厌氧氨氧化颗粒污泥UASB反应器,通过调整进水基质浓度及上升流速培养富集厌氧氨氧化颗粒污泥。反应器经过140 d的运行,成功培养出厌氧氨氧化颗粒污泥,NH4+-N和NO2--N去除率分别达到96. 41%和99. 11%,总氮去除负荷可以达到0. 26 kg/(m3·d),并且ΔNO2--N/ΔNH4+-N和ΔNO3--N/ΔNH4+-N分别为1. 32±0. 02和0. 26±0. 01,符合厌氧氨氧化化学反应计量学规律。反应器启动过程中厌氧颗粒污泥经历了解体、重组,颜色由黑色变为灰色最终变为红色,经过160 d的运行后形成1～3 mm的厌氧氨氧化颗粒污泥。     

电流强度对三维生物膜电极反应器处理含氮污水性能研究

考察了三维生物膜电极反应器(three-dimensional biofilm electrode reactor,3D-BER)在阳极区和阴极区分别接种硝化菌和氢自养反硝化菌后,电流强度的变化对处理含氮污水性能的影响.在水力停留时间为12h,进水氨氮浓度为30mg/L,DO调节在6mg/L,pH为7.0,将电流强度分别调至20,40,60,80mA,研究反应器的脱氮效果.结果表明:随电流强度的增大,NH4+-N的去除率呈现先升高后降低的趋势.当电流强度为40mA时,氨氮的去除率达到最高,为79.24%;电流强度升高至80 mA时,反应器对NH4+-N的去除率降为58.61%.     

反硝化生物滤池在污水深度处理中的应用

以苏州市某污水处理厂二沉池出水为原水,分析反硝化生物滤池(DNBF)的脱氮效果以及影响因素。结果表明,DNBF在较宽泛的流速范围内,当进水COD/TN值≥3. 5时能达到较好的脱氮效果,出水TN可降至3 mg/L以下,尤其在进水COD/TN值为5时出水TN可降至1 mg/L左右,TN平均去除率为87. 1%,NO3--N平均去除率为96. 1%;当流速升至120 L/h(HRT=15. 18min)时,初期出现NO2--N积累现象,但仅数日便缓和,DNBF显示出较强的耐水力负荷冲击能力;当进水NH4+-N超高或NO2--N过高时,DNBF对NO3--N和NO2--N的去除率仍处于较高水平,具备较强的抗含氮污染物冲击能力;通过监测DNBF中原水COD以及沿程TN、pH值的变化,及时调整碳源投加量,可确保良好的脱氮效果并保障水质达标。     

低温胁迫下组合工艺对城市污水的处理效能

采用厌氧产甲烷-部分半硝化-厌氧氨氧化组合反应器,以模拟城市污水为研究对象,探究低温胁迫下组合工艺的处理效能。结果表明:组合工艺在常温(26～28℃)下运行高效稳定,COD与NH+4-N去除率都稳定在85%以上。突然降温至15～17℃,COD与NH+4-N去除率有所下降,分别在72%和74%左右。组合工艺对COD和NH+4-N的去除效能整体比较稳定,具有较好的抗低温冲击能力,在低温下能够实现有效的脱氮除碳。