新型除磷填料的制备及除磷吸附床运行参数的优化

为解决现有除磷吸附剂粒径小造成的材料易流失和系统压降过大等问题,以实现吸附除磷工艺在实际工程中的应用,以聚氨酯填料为载体,水溶性聚氨酯为介质,将水化硅酸钙负载到聚氨酯填料上制成负载型除磷填料。研究了制备条件对除磷填料除磷效果的影响,采用扫描电子显微镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）观察分析了负载前后水化硅酸钙微观结构及化学基团的变化;利用除磷填料作为除磷吸附床的滤料,研究了运行条件对吸附床除磷效果的影响。在此基础上,利用响应曲面法研究了除磷吸附床磷酸盐去除率和各变量之间的关系,并对工艺参数进行了优化。结果表明,水性聚氨酯溶液的浓度和用量分别为100 g/L和50 ml,水化硅酸钙的质量为12 g的条件下所制备的除磷填料除磷效果最好;SEM和FTIR分析结果显示,水化硅酸钙负载前后其孔隙结构和化学基团没有明显的变化;预测模型的方差分析结果表明,HRT(X ₁)、进水ρ(PO₄ ^3--P)(X ₂)、温度(X ₃)、初始pH(X ₄)以及X ₁ X ₂,X ₁ X ₄,X ₂ X ₃,X ₂ X ₄的交互作用均对磷酸盐的去除具有显著影响 (P＜0.05),但X ₁ X ₃的交互作用对磷酸盐的去除影响不显著。通过预测模型获得的最佳运行条件为：HRT为79.77 min,进水ρ(PO₄ ^3--P)为1.70 mg/L, 温度为34.04℃,pH为9.68。在该条件下,反应器对磷酸盐的去除率可以达到93.46%。     

固定化藻菌共生生物膜反应器脱氮除磷效果评价

参照某城镇污水处理厂幅流式二沉池设计了固定化短带鞘藻-活性污泥共生生物膜反应器,在不同水力停留时间(HRT)、氧化还原电位(ORP)和水质条件运行反应器并评价其对总氮(TN)、氨氮(NH_4~+-N)、正磷酸盐(PO_4~(3-)-P)和COD的去除效果。结果表明,当模拟进水中TN、NH_4~+-N、PO_4~(3-)-P和COD_(Cr)浓度分别为2.33、2、0.7mg/L和50mg/L时,在HRT=6 h、ORP=150mV和HRT=3 h、ORP=250 mV的条件下,出水中的TN、NH_4~+-N、PO_4~(3-)-P和COD_(Cr)的平均浓度分别为1.27、0.96、0.48 mg/L和25.76 mg/L,以及1.57、1.25、0.46 mg/L和29.6 mg/L,均能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A排放标准(GB 18918—2002),反应器在进水水质波动较大的情况下脱氮除磷效果保持良好,有望实际应用至城镇污水处理厂。     

SBR侧流除磷强化同步亚硝化反硝化除磷效率

采用SBR装置,进水COD/ρ(TN)为7,以厌氧-好氧-缺氧(A/O/A)的运行模式实现同步亚硝化反硝化(SPND)。为解决SPND工艺中除磷问题,实验在进水中额外添加一次乙酸钠,强化厌氧释磷后排出富磷上清液。当除磷效果消失时,依照第1次的方法再一次强化除磷。结果表明,强化后出水PO_4~(3-)-P的质量浓度小于0.5 mg/L,其持续时间分别达2 d和16 d,PO_4~(3-)-P平均去除率分别为95.8%±0%、96.7%±3.7%;NH_4~+-N和TN的平均去除率分别为99.5%±1.6%和97.2%±2.3%。强化后微生物多样性增加,丰度大于1%的菌属增加8种。聚磷菌(PAOs)丰度由3.74%增长至4.04%,聚糖菌(GAOS)丰度由8.63%降至4.37%。     

新型序批式活性污泥法工艺释磷影响因素研究

由序批式活性污泥法(SBR)和生物选择器构成1种新型SBR工艺,以通过污泥转移实现除磷优势菌种的筛选,强化除磷效果。以生活污水为处理对象,研究了转移量和COD/ρ(PO_4~(3-)-P)对释磷的影响。结果表明,比释磷速率(SPRR)与污泥转移量关系为y=exp(1.28+5.468.15x~2)(y=SPRR/(mg·g~(-1)·h~(-1))),中值误差为1.52%,系统在33%的转移量下其最大比释磷速率可达8.97 mg/(g·h);进水COD/ρ(PO_4~(3-)-P)对释磷和除磷影响显著,COD/ρ(PO_4~(3-)-P)=45~96时,比释磷速率、PHB合成量、释磷量较高,磷去除效率可达90.8%以上,出水PO_4~(3-)-P的质量浓度在0.5 mg/L以下,这说明该工艺可适用于南方低碳源污水。     

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%。     

天然沸石和硅酸钙滤床的脱氨除磷效能

利用天然沸石和硅酸钙为介质的过滤装置处理含氮磷的污水处理厂出水,研究天然沸石和硅酸钙材料对氨氮和磷酸盐的吸附性能。通过静态试验,得出了天然沸石粉末对氨氮和硅酸钙粉末的磷酸盐吸附容量分别为5.76mg NH4＋-N/g沸石和60mg PO43--P/g硅酸钙。并通过此装置研究了天然沸石、硅酸钙去除氨氮、磷酸盐的合适工艺参数,为生态型脱氨除磷装置的工程应用奠定基础。     

生物除磷颗粒污泥去除Pb~(2+)的效能机制

以好氧颗粒污泥的吸附作用和磷酸盐对重金属的螯合作用为基础,采用富含磷酸盐的生物除磷颗粒污泥作为吸附剂来处理含铅废水,考察了不同吸附条件(pH、Pb~(2+)的初始浓度、吸附反应时间)下,颗粒污泥对Pb~(2+)的去除效果。结果表明,除磷颗粒污泥在pH为4,初始Pb~(2+)浓度为150 mg·L~(-1)时,对铅的去除率最高(为99.9%);在吸附反应20 min时即可达到吸附平衡。生物除磷颗粒污泥对Pb~(2+)的吸附可以用Langmuir模型拟合(R~2=0.993),最大吸附量为49.5 mg·g~(-1)。其中离子交换和磷酸盐与Pb~(2+)的螯合作用对除磷颗粒污泥去除Pb~(2+)起到重要作用;傅里叶变换红外光谱(FTIR)测定表明—COOH、—OH、磷酰基等多种官能团也参与了除磷颗粒污泥除Pb~(2+)过程。     

氢氧化铝吸附除磷性能及影响因素

采用沉淀法,通过控制反应pH,制备不同性能的氢氧化铝,对比研究不同氢氧化铝的吸附除磷性能。结果表明,pH值为10的条件下制备的氢氧化铝具有最佳吸附除磷效果。进一步探究反应时间、反应浓度、溶液pH、温度以及共存离子对氢氧化铝吸附磷酸盐的效果影响机制。结果表明,氢氧化铝对磷酸盐的吸附符合准二级方程,且Freundlich方程的拟合结果略优于Langmuir方程。反应溶液pH及温度对氢氧化铝的吸附性能均有显著影响,酸性条件下吸附效果更好,适当提高温度有助于磷酸盐的吸附。共存阳离子对磷的吸附几乎无影响,阴离子中CO_3~(-2)对氢氧化铝的阻碍最大,而Cl~-和SO_4~(-2)对磷的吸附影响不大,竞争效应不显著。     

硫-硫铁复合床深度脱氮除磷

利用硫铁填料床能同时脱氮除磷,提高城市污水厂出水水质。针对其长期运行填料板结导致填料床堵塞问题,利用硫-硫铁耦合填料床对污水进行脱氮除磷,通过硫填料床脱氧、改变硫铁填充方式以及反冲洗防止填料床堵塞,实现稳定运行。试验结果表明,利用硫自养填料床脱氧,在滤速为0.55~1.37 m/h下,出水溶解氧(DO)浓度均低于0.4 mg/L,最低浓度达0.29 mg/L,溶解氧去除率均在90%以上。硫铁耦合填料床脱氮除磷,在滤速为0.4~1.2 m/h下,出水总磷浓度均低于0.2 mg/L;当滤速低于0.9 m/h时,出水NO₃^--N浓度低于2.5 mg/L,两种硫铁耦合填料床的脱氮负荷为1 000 mg NO₃^--N/(L·d)。完全混合硫铁耦合填料床运行50 d后反应器出现堵塞,后续运行进水压力达53 kPa,填料球分置硫铁耦合填料床运行100 d左右未出现堵塞,适时反冲可以进一步解决填料床堵塞。     

负载型Zr-ATP除磷吸附剂的制备及表征

通过浸渍法制备了锆负载凹凸棒石(Zr-ATP)除磷吸附剂,利用XRD、FTIR、SEM等技术手段对所得产物进行了表征。以吸附效率及吸附容量为考察指标,探究了吸附剂的制备路线,并对其吸附除磷机理进行了初步研究。结果表明:适量的锆负载于凹凸棒石上,可优化其吸附性能,加快吸附速率。当锆溶液浓度为0.2 mol/L、负载温度100℃、陈化时间12 h时,所得Zr-ATP吸附剂在吸附时间为60 min时的吸附效率可高达99.9%,吸附容量为9.99 mg/g(以P计)。     

人工湿地填料除磷影响因素研究

填料除磷是人工湿地除磷的主要方式.对填料自身的理化性质和外界环境因素对其除磷效果的影响进行了探讨,认为填料除磷性能由其自身的理化性质决定,并且受到pH、水力条件、温度、溶解氧、进水磷负荷、竞争离子、进水有机负荷、设计运行情况、植物与微生物等诸多因素的共同影响.     

7种人工湿地填料对污水中营养盐吸附能力的评价

为筛选对污水中氮、磷吸附效果较好的填料,选取7种在污水处理中较常用到的填料(煤渣、火山岩、活性炭、沸石、牡蛎壳、钢渣和河沙)作为研究对象,考察其吸附、解吸特性。结果表明,Langmuir和Freundlich方程均能较好地拟合填料对氨氮(NH_4~+-N)和磷酸盐(PO_4~(3-))的吸附特征。通过Langmuir模型计算,沸石、活性炭、火山岩和牡蛎壳对NH_4~+-N的理论饱和吸附量较大;钢渣、牡蛎壳、沸石和煤渣对PO_4~(3-)盐的理论饱和吸附量较大。在动力学特征研究中,沸石和钢渣分别对NH_4~+-N和PO_4~(3-)保持了较高的吸附速率,同时其解吸风险也较其他填料大。综合评价填料对NH_4~+-N与PO_4~(3-)的等温吸附过程、吸附动力学特征及解吸风险,发现沸石和钢渣分别对NH_4~+-N和PO_4~(3-)具有很强吸附能力,可针对不同浓度含氮、磷废水进行适当选择及搭配使用,牡蛎壳对NH_4~+-N和PO_4~(3-)同时具有较强的吸附能力,是作为人工湿地填料的较好选择。     

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。     

Na~+对铁盐化学去除含腐殖酸污水中磷的影响

采用常规化学混凝实验,同时借助耗散型石英晶体微天平技术(QCM-D)考察了不同Na~+含量下含腐殖酸(HA)污水中磷的铁盐化学去除特性。结果表明,当Na~+的浓度从0增大到50 mmol/L时,反应体系除磷率逐渐增加。由于电荷屏蔽、电中和作用和吸附配合作用使得HA与铁盐溶液表面所带净电荷量减少,削弱了HA与铁盐溶液之间的静电斥力,促进了铁盐在HA表面吸附质量的逐渐增大,HA-铁盐配合产物反应层表面的PO_4~(3-)-P吸附质量不断增加。当Na~+的浓度继续增大到100 mmol/L时,反应体系除磷率逐渐下降。由于静电斥力不断增大,减缓了反应物之间的吸附作用,吸附在HA表面的铁盐质量因此降低,此时HA-铁盐配合产物反应层表面的PO_4~(3-)-P吸附质量不断减小。     

投料氧化沟工艺除磷效能的正交试验研究

通过正交试验考察了投配率、水力停留时间(HRT)、污泥龄(SRT)对投料氧化沟系统除磷兼顾脱氮效果的影响。通过对TP、TN去除率的极差和方差分析得到,投配率和HRT对系统除磷、脱氮均有显著性影响;SRT对脱氮有显著性影响,而对除磷影响较小。选取系统的最优运行工况为投配率30%,HRT为厌氧2 h、缺氧2.2 h、好氧7.8 h,SRT=25 d,此时出水中ρ(TN)≤15.72 mg/L,ρ(TP)≤0.82 mg/L,均达到了理想的去除效果。     

磁性载镧鸡蛋壳对水中磷酸盐的吸附性能

将镧离子和铁氧化物负载于鸡蛋壳(ES)上,获得一种易分离的除磷吸附剂—磁性载镧鸡蛋壳(ES@Fe_3O_4-La)。采用XRF、XRD、FTIR和激光粒度仪对ES@Fe_3O_4-La结构进行了表征,并研究了ES@Fe_3O_4-La对水中磷酸盐的吸附特征。结果表明,与ES相比,ES@Fe_3O_4-La能够明显提高对磷酸盐的吸附能力,25℃下磷酸盐在ES上的最大吸附容量(qmax)为2.58 mg/g,而相同条件下磷酸盐在ES@Fe_3O_4-La上的qmax为18.02 mg/g。ES@Fe_3O_4-La对磷酸盐的吸附是吸热过程,其吸附等温线符合Langmuir方程,吸附动力学过程遵循准二级动力学模型。磷酸盐溶液的初始pH对ES@Fe_3O_4-La吸附磷酸盐的影响较大,当pH约为4时,ES@Fe_3O_4-La对磷酸盐的去除效果最佳。     

建筑废料粉煤灰砖块作为人工湿地填料的除磷能力研究

试验以建筑废料粉煤灰砖块为研究对象,通过静态吸附试验考察其对磷的吸附能力;并构建以粉煤灰砖块为填料的多级串联复合垂直流人工湿地反应器探索对磷的去除效果。填料的吸附等温特性利用Langmuir,Freundlich和Temkin等温模型进行分析,其中Langmuir方程最适合描述吸附过程,计算的饱和吸附量达44.62mg/g。动态湿地反应器的原水采用西安建筑科技大学校园生活污水,其中磷酸盐平均为2.43 mg/L,在水力负荷为0.012、0.017及0.023 m3/(m2.d)条件下系统对磷的去除率均可达到99%以上。粉煤灰砖块的吸附沉淀作用是湿地系统除磷的主要途径。结果表明,粉煤灰砖块作为湿地填料对磷具有较强的去除能力,同时又可减少固体废弃物的数量,是一种以废治废的新技术。     

生物除磷颗粒污泥去除Pb2+的效能机制

以好氧颗粒污泥的吸附作用和磷酸盐对重金属的螯合作用为基础,采用富含磷酸盐的生物除磷颗粒污泥作为吸附剂来处理含铅废水,考察了不同吸附条件（pH、Pb²⁺的初始浓度、吸附反应时间）下,颗粒污泥对Pb²⁺的去除效果。结果表明,除磷颗粒污泥在pH为4,初始Pb²⁺浓度为150 mg·L^-1时,对铅的去除率最高（为99.9%）;在吸附反应20 min时即可达到吸附平衡。生物除磷颗粒污泥对Pb²⁺的吸附可以用Langmuir模型拟合（R²=0.993）,最大吸附量为49.5 mg·g^-1。其中离子交换和磷酸盐与Pb²⁺的螯合作用对除磷颗粒污泥去除Pb²⁺起到重要作用;傅里叶变换红外光谱（FTIR）测定表明-COOH、-OH、磷酰基等多种官能团也参与了除磷颗粒污泥除Pb²⁺过程。     

生态强化型一体式反应器同步脱氮除磷及特性

强化生态过程和绿色技术融入顺应了全球水污染处理产业创新和发展,采用末端生态强化型工艺将前端生物脱氮除磷技术与污水生态处理系统结合起来,实现深度污水处理,减少能耗。通过种植水生植物构成的水生生态系统作为末端生态强化单元,改进ABR-CSTR工艺构成深化处理一体式反应器用以处理船只排放的生活污水,通过不断缩短水力停留时间(HRT),在45d实现高效同步脱氮除磷,COD、NH_4~+去除率稳定于90%以上,总出水PO_4~(3-)浓度低于1mg/L,系统实现ABR有效去碳提供VFAs的最佳HRT为16h。生态格室进一步吸附水体中氮磷元素,一体式反应器的生态强化格室可良好反馈于污水处理。     

不同负荷下悬浮生物填料的性能优化研究

采用序批式生物膜反应器(SBBR),以聚丙烯悬浮生物填料作为实验填料,在相同的条件下运行,分别对高负荷和低负荷下培养的悬浮生物填料的生物膜附着生长情况,去除COD、PO_4~(3-)-P、NH_3-N以及释放磷酸盐的性能进行对比研究。结果表明,经过30 d的培养后,高负荷下培养的悬浮生物填料性能较好,2 h内对COD、PO_4~(3-)-P、NH_3-N的平均去除率分别为44.4%、24.3%、29.5%,磷酸盐释放量为2.0 mg/L,其分泌的胞外聚合物含量远大于低负荷组,微生物活性较高,且培养时间短,能够快速启动,但30 d挂膜率较低,仅为8.6%。