响应曲面法优化分析MBR钨冶炼废水处理过程研究

钨冶炼废水具有高盐度、低碳氮比等特点，对于生化处理是一个极大的挑战。本研究采用膜生物反应器(MBR)处理5%盐度钨冶炼废水，考察了不同运行条件(HRT、pH和DO)对处理效能的影响，并通过响应面分析法对反应器去除COD、NH₄⁺-N和TN的效果进行优化分析。结果表明，反应器处理效果随HRT的增加而提高；pH对去除COD影响较小，NH₄⁺-N和TN则相反，pH在8左右时，去除效果最优；DO在1 mg/L左右时，系统对污染物去除效能最好。对响应面结果进行实验验证后表明在HRT为21.7 h、pH为7.7～8.0、DO为1 mg/L时，MBR系统在5.0%盐度下对COD、NH₄⁺-N和TN去除率可达91.24%、83.87%和75.26%。     

连续曝气生物膜反应器同步脱氮除磷实验研究

为进一步提高生物处理工艺脱氮除磷效果,采用连续曝气生物膜反应器对生活污水进行了实验研究,分析了污染物去除效果和主要影响因素。结果表明,在HRT=3 h的条件下,将DO的质量浓度控制在2 mg/L可取得较好的同步脱氮除磷效果,出水NH_4~+-N、TN、TP的质量浓度和COD分别为2.83、11.9、0.56 mg/L和24.7 mg/L。在HRT=3 h、ρ(DO)=(2±0.2) mg/L的条件下,提高进水碳氮比可进一步优化同步脱氮除磷效果,COD/ρ(TN)=8时,NH_4~+-N、TN、TP去除率分别为92%、77.6%、85.4%。     

移动床生物膜反应器的启动及影响因素的研究

采用配制模拟废水进水,研究移动床生物膜反应器(MBBR)的启动挂膜,结果表明,在悬浮填料填充率为40%,pH为6.3～7.6,温度为20～30℃,m(C)/m(N)/m(P)=100:5:1的条件下,ρ(DO)=3 mg/L,HRT=6 h时挂膜速度快,COD、NH3-N去除效率可达到90%。当ρ(DO)=1.5 mg/L时前5天COD去除率略高于ρ(DO)=3 mg/L时,此后COD、NH3-N去除率均稳定在80%左右,ρ(DO)=5mg/L时紊动剧烈,不利于挂膜;HRT=6h和HRT=8h时COD、NH3-N去除率比较接近,且远高于HRT=4 h和HRT=12 h时。在试验范围内,COD、NH3-N处理效率均随着DO、HRT值增大而增大,而后随着增大反而降低,可知DO、HRT过高或过低均不利于启动运行。在HRT=6 h,ρ(DO)=3 mg/L的条件下稳定运行时,COD、NH3-N、TN、TP的去除率均值分别为:89.5%、94%、54.76%、56.1%。     

A2/O-BAF工艺短程硝化模式下反硝化除磷效能

采用厌氧/缺氧/好氧-曝气生物滤池(A²/O-BAF)工艺处理低C/N城市污水，研究硝化液回流比为0、50%、100%、150%和200%时该工艺脱氮除磷效能。结果表明，在A²/O中控制污泥龄(SRT)为15d，水力停留时间(HRT)为10h，好氧段溶解氧(DO)为2.0mg/L;BAF中控制HRT为3h、好氧/缺氧曝停时间比为50min∶10min以及硝化液回流比R=200%的条件下，进水COD、TN、NH₄⁺-N和PO₄^3--P的浓度分别为232.61mg/L、53.99mg/L、52.20mg/L和5.54mg/L，系统出水中COD、TN、NH₄⁺-N和PO₄^3--P的浓度分别为34.11mg/L、12.44mg/L、1.01mg/L和0.34mg/L，亚硝积累率(Ni AR)高达95.20%。出水NO₂^--N回流至A<...     

强化生态浮床净化黑臭水体研究

采用装载不同类型填料的生化物化耦合强化生态浮床处理低碳氮比黑臭水体。构建了Fe-C微电解强化生态浮床(ICEFB)、海绵铁微电解强化生态浮床(SIEFB)、沸石强化生态浮床(ZEFB)和生态浮床(EFB)四组反应器，比较不同浮床系统的脱氮除磷效果，考察DO质量浓度和进水NH₄⁺-N质量浓度对氮、磷等营养盐去除效果的影响。结果表明，铁微电解填料的引入显著提高了生态浮床的脱氮除磷能力，与ZEFB和EFB相比，SIEFB和ICEFB具有较高的养分去除效率。在DO为2 mg/L、进水NH₄⁺-N质量浓度为30 mg/L时，SIEFB对NH₄⁺-N的去除率和去除负荷分别为99.33%和62.96 g/(m³·d),TN的去除率和去除负荷分别为64.42%和56.78 g/(m³·d),TP的去除率和去除负荷分别为88.51%和10.73 g/(m³·d)。SIEFB的SND效率最高，为84.80%，具...     

双膜耦合系统（MBR-MBfR）处理低碳氮比污水实验研究

为解决实际低碳氮比废水高效脱氮问题，以MBR-MBfR双膜耦合系统为研究对象，探究不同C/N双膜系统的脱氮效果。结果表明，当C/N=2时，其对NO₃^--N、NH₄⁺-N、TN及COD的协同去除效果最好，COD、NO₃^--N、NO₂^--N、NH₄⁺-N、TN的去除率分别达到79.16%、78.40%、88.41%、77.04%和77.31%，是适合MBR-MBfR双膜耦合系统的最佳碳氮比。用于处理实际废水经过20 d的运行，结果表明，COD、NO₃^--N、NH₄⁺-N、TN去除率分别达到75.88%、80.02%、76.42%和80.92%。达到较好的双膜耦合效果，为反应器高效脱氮以及去除含有有机碳的低C/N废水提供参考和技术支持。高通量测序结果表明：1)作为氨氧化菌(AOB)的亚硝基...     

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/(m³·d）和0.58 kg TN/(m³·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。     

折流式A2O-MBR工艺启动过程及影响因素研究

针对MBR工艺的改进和优化，构建了小试规模的折流式A²O-MBR工艺装置，将好氧池分为第一好氧池(O₁)和第二好氧池(O₂)，考察了溶解氧(DO)和水力停留时间(HRT)对处理性能的影响。进水COD、NH₄⁺-N和PO₄^3--P分别为400 mg/L、50 mg/L和5 mg/L。在HRT分别为24 h和12 h条件下，COD、NH₄⁺-N和TN的去除效果保持稳定，平均去除率为90.2%、99.4%、84.8%，平均出水分别为38.1 mg/L、0.3 mg/L和7.6 mg/L。除磷性能受好氧区DO影响较大，将O₁池DO浓度从6 mg/L下降至3.5 mg/L，除磷效果明显改善，PO₄^3--P去除率从45.0%提高至79.5%；在HRT缩短至12 h后，除磷效果保持稳定，出水平均浓度保持在1.0 mg/L。适当降低DO浓度、...     

组合CRI工艺对印染二级生化出水的深度脱氮效果

采用好氧+厌氧组合人工快渗(OCRI+ACRI)工艺处理印染二级生化出水,考察了运行过程中氮素污染物的迁移转化规律及脱氮效果。结果表明,组合工艺运行28 d后可成功启动部分亚硝化和厌氧氨氧化,稳定运行期间COD、NH₄⁺-N、TN平均去除率分别为87.2%、99.0%、96.9%,出水浓度均达到《纺织染整工业水污染物排放标准》(GB 4287-2012)的直接排放标准。组合CRI工艺共运行180 d,OCRI反应器内主要发生部分亚硝化,其对COD、NH₄⁺-N、TN的去除率分别为87.3%、60.1%、5.2%。ACRI反应器内主要发生厌氧氨氧化,其对COD、NH₄⁺-N、TN的去除率分别为12.7%、39.9%、94.8%。     

MABR系统处理空间站模拟废水的研究

微生物法处理空间站废水是未来空间站水回收管理系统的发展方向之一，为了探究生化法对空间站废水的处理效果，设计并搭建了一套MABR反应器，以出水COD、NH₄⁺-N和TN等作为主要考察指标，并结合NO₂^--N、NO₃^--N等指标对反应器的处理效果进行评估和分析。试验对比了不同曝气压力、不同断面流速下反应器的处理效能，从而找出各因素对反应器处理效果的影响规律，然后在一定条件对空间站模拟废水进行处理。结果表明：反应器启动后具有同步硝化反硝化功能；当处理市政污水时，设定曝气压力为0.015 MPa，断面流速为2.5 mm/s,HRT为24 h,COD、NH₄⁺-N和TN去除率分别达到99.9%、97.8%和86.69%；当处理空间站模拟废水(稀释10%)时，补充碳源150 mg/L(葡萄糖)，曝气压力为0.02 MPa，断面流速为2.5 mm/s,HRT为24 h,COD、NH₄⁺     

温度降低对UMSR处理高氨氮低碳氮比养猪废水效能的影响

针对干清粪养猪废水高氨氮低碳氮比的特点,前期研发了升流式微氧活性污泥反应器（UMSR）,在23℃条件下可实现碳氮的高效同步去除。为降低处理成本,在HRT 8 h和出水回流比45：1的条件下,对UMSR在20℃、17℃和15℃下的COD、NH₄⁺-N和TN去除效果进行了考察。结果表明,当温度阶段性地从20℃降低为15℃时,UMSR对养猪废水COD的去除率变化不大,均可保持在60%以上,但NH₄⁺-N和TN去除率分别从98.9%和79.8%左右大幅下降到了61.8%和39.7%左右。在17℃条件下,UMSR对COD、NH₄⁺-N和TN的去除率分别平均为62.4%、80.7%和71.2%,出水浓度分别为71、55.5和80.7 mg·L^-1左右,完全满足《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB 18596-2001）的要求。在15～20℃范围内,温度的降低并没有显著改变UMSR系统的脱氮机制,仍然保持着以anammox为主要脱氮途径的特征。     

Simultaneous removal of nitrogen and phosphorus from swine wastewater in a sequencing batch biofilm reactor

In this study, the performance of a sequencing batch biofilm reactor (SBBR) for removal of nitrogen and phosphorus from swine wastewater was evaluated. The replacement rate of wastewater was set at 12.5%throughout the exper-iment. The anaerobic and aerobic times were 3 h and 7 h, respectively, and the dissolved oxygen concentration of the aerobic phase was about 3.95 mg·L?1. The SBBR process demonstrated good performance in treating swine wastewater. The percentage removal of total chemical oxygen demand (COD), ammonia nitrogen (NH4+-N), total nitrogen (TN), and total phosphorus (TP) was 98.2%, 95.7%, 95.6%, and 96.2%at effluent concentrations of COD 85.6 mg·L?1, NH4+-N 35.22 mg·L?1, TN 44.64 mg·L?1, and TP 1.13 mg·L?1, respectively. Simultaneous nitrification and denitrification phenomenon was observed. Further improvement in removal efficiency of NH4+-N and TN occurred at COD/TN ratio of 11:1, with effluent concentrations at NH4+-N 18.5 mg·L?1 and TN 34 mg·L?1, while no such improvement in COD and TP removal was found. Microbial electron microscopy analysis showed that the fil er surface was covered with a thick biofilm, forming an anaerobic–aerobic microenvironment and facilitating the removal of nitrogen, phosphorus and organic matters. A long-term experiment (15 weeks) showed that stable removal efficiency for N and P could be achieved in the SBBR system.     

不同DO下SBBR亚硝酸型同步脱氮及N2O释放特性

在(20±2.0)℃ 条件下,以实际生活污水为处理对象,以碳纤维为填料（填充率35%）,利用序批式生物膜（sequencing batch biofilm reactor,SBBR）反应器,通过限氧曝气,成功实现了亚硝酸型同步生物脱氮（simultaneous nitrification and denitrification,SND）过程。荧光原位杂交技术（fluorescence in-situ hybridization,FISH）半定量表明,氨氧化菌（ammonia oxidizing bacteria, AOB）是硝化系统中的优势菌种。微生物将外碳源以聚β–羟基烷酸酯(poly-β-hydroxyalkanoate,PHA)的形式储存在体内,作为后续反硝化过程所需内碳源。DO=0.5 mg/L,SBBR系统NH₄ ⁺-N和TN去除率分别为95%以上和80.4%,SND效率达77.9%。出水NO _x ^--N小于10 mg/L,且以NO₂ ^--N为主。DO=2.0、1.2和0.5 mg/L时,系统N₂O释放量分别为1.38、2.39和1.65 mg/L。AOB的好氧反硝化过程和低氧条件下以PHA作为内碳源的NO _x ^--N反硝化过程,都会导致N₂O释放。低DO水平是实现亚硝酸型同步脱氮过程和降低N₂O释放的关键因素。低DO促进了AOB的竞争优势,形成了良好的缺氧微环境,降低了COD降解速率,为反硝化过程提供外碳源作为电子供体,从而降低了N₂O释放量。     

同步硝化反硝化SBBR处理低C/N比生活污水的启动与稳定运行

以低C/N比实际生活污水为处理对象,聚氨酯海绵填料为生物载体（填料填充率25%）,采用逐步提高氮负荷的方式,在较短的时间内（98 d）成功启动了同步硝化反硝化（simultaneous nitrification and denitrification,SND）的序批式生物膜反应器（sequencing batch biofilm reactor,SBBR）。实时定量PCR（real-time qualitative polymerase chain reaction,real-time qPCR）结果表明系统内硝化菌得到富集。在稳定运行期间,系统对有机物及氮的去除效果良好,平均出水COD、NH₄⁺-N、TN分别为38.28 mg·L^-1、1.23 mg·L^-1、8.23 mg·L^-1。微生物将大部分碳源以聚羟基脂肪酸酯（poly-β-hydroxyalkanoate,PHA）的形式储存至体内,系统内NO₃^--N的去除主要通过内源反硝化作用,且反硝化过程基本无NO₂^--N积累,平均SND率为70.57%,TN去除率高达82.95%。由于硝化反应和反硝化反应在同一反应器内同时进行,反硝化过程产生的碱度可补充硝化过程消耗的碱度,维持系统内pH的相对稳定。此外,可以通过DO和pH的变化判断SND的进行状态,有效地控制反应时间,节省动力消耗。     

A/O1/O2生物膜系统污染物降解特性

将传统A/O工艺的好氧单元分为两段,在各反应器中设置填料,构建了A/O₁/O₂生物膜系统,对锦纶废水进行处理,研究了污染物在系统各段的降解情况,并借助红外光谱分析方法探讨了污染物中官能团的变化规律。结果表明,A/O₁/O₂生物膜系统处理锦纶废水的效果良好,COD、NH₄⁺-N和TN的平均去除率分别为92.70%、85.35%和58.85%。当有机负荷从1.64～4.61 kg/(m³·d) 变化时,A段、O₁段和O₂段中COD、NH₄⁺-N和TN的降解变化趋势均不相同。对于COD的去除,A段、O₁段和O₂段的平均贡献率分别为63.08%、29.72%和4.16%;对于NH₄⁺-N的去除,O₁段和O₂段的平均贡献率分别为23.80%和75.99%;对于TN的去除,A段、O₁段和O₂段的平均贡献率分别为74.97%、19.77%和4.09%。经A段缺氧、O₁段和O₂段好氧处理后,废水中酰胺化合物、氨基酸和脂肪族化合物含量减少,出现了无机的NH₄⁺、NO₃^－、HCO₃^－以及碳水化合物。     

新型厌氧水解酸化-短程反硝化厌氧氨氧化工艺同步处理生活污水和含硝酸盐模拟废水

构建新型厌氧水解酸化（AnHA）-短程反硝化厌氧氨氧化（PD/A）工艺,实现了低碳氮比模拟生活污水和低浓度硝酸盐模拟废水的同步和高效处理。通过控制进水NO₃^--N/NH₄⁺-N=1.2、COD/TN=2.36,调控生活污水分段进水比为3∶7,AnHA反应器HRT=3.2h,AnHA-PD/A系统实现了94.78% TN去除,相应出水TN浓度仅为5.47mg/L,远低于我国城镇污水处理厂一级A排放标准。稳定运行期间,PD-Anammox过程作为AnHA-PD/A系统内最为主要的氮素去除过程,其对系统TN去除贡献率高达95.87%。气相色谱结果表明,乙酸作为AnHA出水主要有机成分（43.65%）,即优质碳源供给极大地促进了PD/A系统内NO₂^--N供给过程。微生物高通量测序表明,Commamonas和Omatilinea作为AnHA系统内相对丰度最高的水解和酸化菌属,在大分子有机物的降解产酸过程中发挥重要作用,相应丰度分别为2.97%和3.74%;PD/A系统内主要优势功能菌属为Candidatus Brocadia和Thauera,相应丰度分别为2.93%和7.37%。     

溶解氧对长距离输水管道水质影响

为保证长距离输水管道输送水水质,采用管道模拟反应器考察了溶解氧（DO）对输水管道水质影响以及曝气充氧后水质恢复情况。结果表明：DO降低影响氨氮（NH₄⁺-N）的去除,DO浓度越低越不利于NH₄⁺-N的去除,且曝气充氧后恢复越缓慢,DO=0.5 mg·L^-1和DO=1.5 mg·L^-1的反应器在运行95 h后,NH₄⁺-N去除率分别由90%降到21%和85%,曝气充氧54 h和3 h后恢复;DO浓度降低导致亚硝酸氮（NO₂^--N）积累明显增加,DO浓度越低,NO₂^--N的积累越严重,且曝气充氧后恢复越缓慢,DO=0.5 mg·L^-1的反应器在运行95 h后,出水NO₂^--N由0.02 mg·L^-1增加到0.354 mg·L^-1,曝气充氧54 h后恢复,DO=1.5 mg·L^-1的反应器在运行32 h后,出水NO₂^--N达到最大值0.112 mg·L^-1,曝气充氧4 h后恢复;DO浓度降低使水中UV₂₅₄升高,DO=0.5 mg·L^-1和DO=1.5 mg·L^-1的反应器在运行2 h后,出水UV₂₅₄分别增加了70.8%和20.8%,均在运行32 h后恢复,且曝气充氧后保持稳定。因此,DO对长距离输水管道水质具有重要影响,可采用DO实现对水质的调控。     

升流式微氧生物膜反应器处理高氨氮低C/N比养猪废水的效能

针对高氨氮低C/N比干清粪养猪废水处理面临的脱氮问题,制作并运行了一种升流式微氧生物膜反应器（UMBR）,考察了废水水质和由出水回流比调控的溶解氧（DO）对系统处理效能的影响。结果表明,将系统内DO控制在0.23～0.70 mg·L^-1范围,不会对UMBR的COD去除率造成不良影响,而且能够保证NH₄^--N的氧化效能。但DO为0.70 mg·L^-1的微氧环境,会抑制厌氧氨氧化作用,降低系统的TN去除效能。在HRT 8 h、27℃和DO 0.40 mg·L^-1的条件下,UMBR对NH₄^--N和TN的去除负荷平均可达0.94和0.91 kg·m^-3·d^-1,COD去除负荷也能达到0.60 kg·m^-3·d^-1左右。分析认为,填料的布设及生物膜的着生,不仅保证了UMBR的微生物持有量,而且可为化能自养菌群、氨氮氧化菌群、自养反硝化菌群和异养反硝化菌群等微生物类群创造各自适宜的微环境,是系统保持污染物高效去除的生物学基础。     

蜂窝填料三相流化床去除城市污水中的总氮特性研究

在好氧条件下,构建了蜂窝填料三相流化床,研究了三相流化床去除城市污水中总氮的效果以及氨态氮、亚硝酸盐和硝态氮转化规律。结果表明,当HRT为3 h时,三相流化床对总氮去除率为52.61%。氨氮去除率为45.71%,进、出水中的亚硝酸盐和硝酸盐氮质量浓度均较低(进水低于1.12 mg/L,出水低于4.52 mg/L)。对剥落的生物膜进行隔离研究,证实了三相流化床内存在明显的硝化和反硝化菌群。蜂窝填料具有独特的结构特征,使蜂窝填料不同孔内生物膜优势群体存在较大差异,系统中存在好氧区和缺氧区。