脱氮与除碳协同的电化学生物流化床构建与运行工况分析

针对电极生物膜法自养反硝化能力有限以及电化学氧化有机物所需的金属氧化物修饰电极制备复杂的问题,以同步脱氮和除碳为目的,在A/O生物流化床硝化反硝化基础上,联合电解产氢构建自养反硝化和异养反硝化协同作用的体系,脱氮的同时将有机污染物作为异养反硝化碳源加以降解。以模拟焦化废水为研究对象,分别考察反应器脱氮和除碳的运行效果,分析环境温度、电流强度、特定电解质工况条件对脱氮与除碳协同作用的影响。结果表明,与常规生物流化床相比,(22±1)℃,电流强度10 mA时,NO3--N去除率从24%提高到69%,去除速率为9.16mg/(L.h),COD去除速率从31.5 mg/(L.h)提高到66 mg/(L.h);Cu2+本身对反硝化存在促进作用;电流强度10 mA,添加Cu2+使反硝化效果进一步提高,NO3--N去除率达到90%以上,此时苯酚、喹啉与芘的去除速率分别达到15.0、3.1、0.25 mg/(L.h),和NO3--N去除规律呈现一致性。研究过程证明了在微电流和Cu2+强化作用下,电化学生物流化床具备同步脱氮和除碳的功能。     

应用MBBR进行PU合成革废水的脱氮研究

采用一个缺氧/好氧MBBR反应器考察其对TN、NH3-N和有机物的去除,同时采用另一个缺氧MBBR反应器,考察其对NO3--N的去除。试验结果表明:当进水TN的质量浓度为150~300 mg/L,NH3-N的质量浓度为50 mg/L浓度时,缺氧/好氧MBBR对TN和NH3-N的平均去除率大于89.7%和84.0%,出水TN和NH3-N均能达到GB 21902—2008《合成革与人造革工业污染物排放标准》中规定的要求(ρ(NH3-N)8 mg/L,ρ(TN)15mg/L)。当碳氮比较低时,产生NO2--N的积累,对缺氧/好氧MBBR处理合成革废水而言,维持其碳氮比在3.5左右即可实现有效脱氮。缺氧MBBR反硝化能去除约98.2%的NO3--N和NO2--N,初始时碳氮比较低,产生NO2--N的积累,当碳氮比继续升高时,TN浓度下降,说明当NO3--N的质量浓度高达300 mg/L时,缺氧MBBR的反硝化效果显著。     

不同电子受体对生物除磷效果的影响

试验对不同电子受体对生物除磷的影响和各自优势进行了研究。在3个SBR反应器中,分别考察了以NO3--N和NO2--N为电子受体的反硝化除磷现象,以及传统以O2为电子受体的生物聚磷现象。试验结果表明传统生物聚磷在吸磷效果上要优于两种反硝化除磷方式,但后两者的耗氧量和碳源需求减少。以NO3--N为电子受体的反硝化除磷在除磷效果上要优于以NO2--N为电子受体的反硝化除磷,但脱氮效果差。     

甲醇为碳源时C/N对反硝化过程中亚硝酸盐积累的影响

如何获得稳定的NO2--N作为厌氧氨氧化细菌的电子受体是城镇污水通过厌氧氨氧化途径脱氮的瓶颈问题。为此考虑利用反硝化途径获取稳定的NO2--N。以甲醇为碳源,采用小试装置的SBR反应器,通过控制进水C/N(COD与NO3--N质量浓度比)的策略,研究了反硝化过程中的NO2--N积累的状况。试验结果表明以甲醇为碳源且投加量不足时(C/N3.2),反硝化过程中和反硝化结束后会产生稳定的NO2--N积累;在C/N不足的前提下,NO2--N积累量随甲醇投加量的增加而增加;进水C/N为2.4～3.2时,可获得约25%的NO2--N积累率;进水C/N为0.8时,NO2--N积累率仅为5.6%;C/N1时,NO2--N与NO3--N的还原速率随着COD浓度的增加而增加;C/N≥1时,COD浓度不再影响NO2--N与NO3--N的还原速率。     

稻壳作为反硝化碳源在海水中的脱氮性能研究

以稻壳为反硝化碳源,研究了稻壳的营养组成、微观形貌、孔隙结构、在海水中的释碳速率以及作为反硝化碳源在海水中的脱氮效果。结果表明,稻壳中含有能被微生物利用的粗纤维、淀粉和粗蛋白等,总有机碳达到58%以上;稻壳含有大量亲水官能团,表面粗糙且拥有大量孔隙结构,非常利于微生物附着生长。以稻壳为反硝化碳源,海水中硝酸盐去除率可达59%,且具备较好的持续供碳能力,可满足其作为碳源被微生物持续利用的需求。     

用于河道水反硝化脱氮补充碳源选择研究

碳源不足是河道水处理过程中制约生物脱氮的关键问题。试验选择芦苇、稻草、棕树纤维、木屑、玉米芯、树皮、竹子、腐殖土8种常见天然有机物作为反硝化细菌碳源,研究不同碳源对NO3--N的降解特性。结果表明,芦苇和稻草对于NO3--N的吸附能力很强,但同时释放大量的NH4+-N,影响整体脱氮效率。相比之下,玉米芯和木屑在缺氧状态下的脱氮效果最好,脱氮率均在95%以上,且其氮磷的释放量很少。因此,综合各碳源的脱氮能力、氮磷释放潜能及吸附能力,木屑和玉米芯是河道水反硝化脱氮的最佳补充碳源。     

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。     

不同缓释碳源对低碳氮比污水反硝化的影响

分别采用稻壳、玉米芯和陈米作为外加碳源,研究不同碳源对低碳氮比污水反硝化的影响。结果表明:稻壳和玉米芯对NH3-N的去除效果显著,去除率分别为0~93.33%和6.9%~91.75%;投加陈米后,出水NH3-N比原水有所增加。投加稻壳和玉米蕊时,反应体系对TN的去除效果不稳定,去除率为-28.36%~42.79%和-14.93%~58%;而投加陈米后,对TN的去除效果显著,出水TN范围为0.69~10.8 mg/L,去除率为33.43%~93.37%。从反硝化效率和成本方面看,陈米更适于作为反硝化脱氮的碳源。     

适用于地表水反硝化的淀粉碳源选择

以江南大学校内湖水为接种物,采用不同淀粉质有机物作为反硝化细菌碳源进行摇瓶反硝化降解试验.有机质释放试验结果显示,在蒸馏水组有机质释放量木薯＞小麦＞玉米≈马铃薯,湖水组NO3--N的存在可刺激合成碳源材料有机质的释放.马铃薯和小麦释碳性质相似,均呈波动性;硝酸盐降解实验表明马铃薯和小麦均具有较高的脱氮效果,脱氮率在90％以上,前7d脱氮过程符合零级反硝化动力学方程,两种碳源的脱氮周期为7d.综合而言,选择马铃薯合成材料用于地表水反硝化的淀粉碳源.     

稻壳填料生物滤池脱氮工艺的试验研究

以稻壳作为生物滤池填料处理模拟生活污水,对不同条件下生物滤池的脱氮效果进行了试验研究.研究结果表明,以稻壳为填料的生物滤池在滤速为2 m/h、气水比为5:1、曝气方式为每间隔2 h曝气1 h、水温为20.5～26.5 ℃、进水COD负荷为0.24～0.72 kg/( m3·d)、NH3-N负荷为0.03～0.09 kg/( m3·d)的条件下其COD、NH3-N的去除能力分别为60 %～90 %、60 %～82 %,有较强的同步除碳和脱氮能力,同时反应器中表现出了显著的短程硝化反硝化特征.     

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。     

COD/NO3--N对厌氧同时反硝化产甲烷的影响

采用间歇试验,以葡萄糖为碳源,加入不同量硝酸盐的人工配水进行不同m(COD)/m(NO3--N)下厌氧同时反硝化产甲烷研究。当m(COD)/m(NO3--N)≥7时,发生厌氧同时反硝化产甲烷反应;而m(COD)/m(NO3--N)=3或5时,反硝化不完全,未发生产甲烷过程。进一步通过与单独产甲烷体系对照,发现反硝化过程对产甲烷过程存在抑制。随着m(COD)/m(NO3--N)的增大,体系对NO3--N的去除率越高,直到100%。且发现同时反硝化产甲烷体系中,优先利用丙酸,乙酸积累,而后被利用。     

以稻壳为载体的SBR对农村生活污水去除效能分析

为实现高效、低耗处理农村生活污水,以农业废弃物稻壳为材料,对添加稻壳的序批式活性污泥法（SBR）反应器处理人工模拟农村生活污水的效能进行了分析,并研究了稻壳释放和吸附污染物特性。研究结果表明,以稻壳为载体的SBR对有机物和氨氮具有很好的去除效果,当进水有机物和氨氮平均浓度分别为530.77mg/L和35.32mg/L时,二者的去除率分别为90.46%和95.64%,并表现出良好的同步硝化-反硝化特性;短时间内稻壳对模拟废水有机物表现为释放特性,而对氨氮表现为吸附特性;比较而言,稻壳对实际生活污水中有机物则表现为释放和部分吸附特性,而对氨氮则表现为释放特性;长时间浸没试验结果表明,去离子水中浸没稻壳会引起有机物和氨氮浓度的升高。生物作用是以稻壳为载体的SBR对污染物去除的主要原因,稻壳的吸附作用很小。     

高效嗜碱好氧反硝化细菌的筛选及其脱硝特性

从碱厂污泥中筛选出一株高效嗜碱好氧反硝化细菌BMEN1,通过生理生化鉴定和16S rDNA序列分析,鉴定为Pseudomonas stutzeri,命名为Pseudomonas stutzeri BMEN1,其具有napA, nirK, norB和nosZ等好氧反硝化相关基因. 通过条件实验确定该菌最适脱硝条件为：pH 9.0, 37℃, 有效碳源依次为丁二酸钠、乙酸钠和葡萄糖等. 在最适条件下,以菌体浓度计脱硝(NO3--N)速率高达52.92 mg/(h×OD),且无NO2-累积. 将其用于模拟烟道气吸收液脱硝,能在16 h内完全脱除NO3--N和NO2--N 140 mg/L,表明该菌是有应用潜力的好氧反硝化脱硝细菌.     

水热预处理对稻壳焦热电性能的影响

为了探究水热预处理对稻壳焦热电性能的影响，首先通过不同水热温度对稻壳进行改性处理，分析了其燃料特性、官能团以及热解特性。再于550℃下热解，针对热解后的稻壳焦采用工业分析、元素分析、红外光谱（FTIR）分析、X射线衍射（XRD）分析和N₂吸附脱附等方法研究改性前后稻壳焦特性及微观结构。结果表明：水热预处理后稻壳中半纤维素、碱金属和碱土金属大量减少，挥发分含量增加，并获得更多的含氧官能团。经改性后水热稻壳焦比表面积和总孔容积提高，在水热温度为150℃时达到最大比表面积335.1m²/g和最大总孔容积0.173cm³/g。用改性前后稻壳焦作为电极材料，NaCl为电解液，发现改性后稻壳焦输出电压提升明显，在50K温差下，输出电压为67.084mV，比能量为106.7mJ/g，展现了改性稻壳焦作为一种低成本多孔炭优异的热电转化性能。     

固液碳源对反硝化脱氮及污泥产量影响研究

分别用乙酸钠和聚己内酯作为外加碳源,对反硝化滤池中固液碳源对污水厂出水脱氮的反硝化效果和污泥产量进行了对比研究。结果表明,液体碳源的反硝化速率更快,可达到2.19 g/(L·d),氮去除率最高可达到95%以上,固体碳源的反硝化速率低于液体碳源,受HRT的影响更大。固体碳源中NO2^--N几乎不积累,液体碳源更容易积累且积累量与HRT有关,2种碳源中均存在异化性硝酸盐还原成铵反应,但出水NO2^--N和NH4^+-N含量均未超标。固体碳源的出水COD稳定低于50 mg/L,当HRT缩短时,液体碳源出水COD存在超标的风险。液体碳源的浓缩污泥产量和单位污泥产量分别为固体碳源的3倍和1.6倍。使用固体碳源可以有效减少污泥的产生。     

厌氧氨氧化一反硝化耦合处理合成革废水研究

采用厌氧氨氧化(Anammox)-反硝化偶合反应器处理合成革废水,在人工配水、常温、控制pH在7.5~8.0。结果表明,经过79 d的培养,历经启动初期、活性提高期、负荷提高期等3个启动阶段,系统的TN去除率达70%,成功实现厌氧氨氧化耦合反硝化的启动,系统中厌氧氨氧化和反硝化均发挥一定的TN去除作用,以厌氧氨氧化作用为主。继续运行30 d,反应器状况保持良好,在进水NO2--N与NH4+-N质量浓度的比在1.2~1.5,且COD为60~70 mg/L的条件下,TN去除率可稳定在80%以上,TN容积去除速率约0.29~0.41 kg/(m3·d)。出水水质稳定,处理效果较好。     

生物膜法A~2/O~2焦化废水处理系统缺氧反应器工艺特性

以焦化厂废水处理系统气浮设备出水为试验废水水源,在中试规模上研究了生物膜法A2/O2(厌氧/缺氧/好氧/好氧)系统中缺氧反应器的工艺特性和效果。缺氧反应器为以陶粒作填料的上流式滤池。研究结果表明,缺氧反硝化对去除焦化废水中COD有重要作用。反硝化菌可利用一些好氧微生物和厌氧微生物都难以降解的焦化废水中的有机物作碳源,反硝化反应器可去除进水中40%的COD。缺氧反硝化反应器进水碳氮质量比在5以上就可基本满足焦化废水反硝化对碳源的需求。稳定运行状况下的NO3--N容积负荷不大于0.24 kg/(m3.d)。缺氧反应器的水力停留时间不小于24 h。系统进水COD、NH3-N的质量浓度分别在1 000～2 200、200～400 mg/L范围内,对系统进水不进行稀释的条件下,水解酸化反应器HRT为20 h,缺氧反应器HRT为24 h,一级好氧反应器和二级好氧反应器HRT均为48 h,二级好氧反应器硝化液回流比为3时,生物膜法A2/O2系统处理出水的COD和NH3-N可以同时达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中的一级排放标准。