原水输送管道生物膜的生长及其对硝化作用的影响

利用原水输送管道模拟系统,考察了管壁生物膜在自然形成过程中的微生物种群分布和生物多样性变化,探讨了原水管道的运行时间对原水中硝化作用的影响。结果表明,在管壁生物膜自然形成过程中,微生物表现出明显的群落演替现象,微生物的生长经历了适应期、对数生长期、脱落期和稳定期四个阶段,原水中的硝化作用不断趋于彻底。随着运行时间的增加,微生物多样性逐渐降低,生物系统趋于稳定。运行75 d后,NH_4~+-N浓度的变化率稳定在-45%左右;125 d后,NO_2~--N浓度的变化率稳定在-90%左右,NO_3~--N浓度的变化率稳定在40%左右。     

单级自养脱氮反应器效能与微生物群落结构的相关性

于稳定运行但效能有明显差异的2套序批式生物膜反应器单级自养脱氮系统,研究了微生物群落结构的PCR-DGGEr、eal-time PCR等现代分子生物学特点及其运行效能与之的相关性。结果表明:运行效能好的反应器活性污泥及生物膜浓度较高,微生物群落结构差异较大,二者相似性为58.3%,溶解氧在活性污泥及生物膜内的分布特点为各类微生物及其代谢创造了良好环境,系统中好氧氨氧化菌AOB及厌氧氨氧化菌ANAMMOXz在数量上绝对占优,各类细菌的协同代谢使系统总氮去除率达到80%以上。运行效能相对较差的反应器,由于在反应器启动过程中没有将亚硝酸氧化菌NOB完全"洗脱",系统中出现NO3-积累,且系统挂膜不理想,生物膜浓度低,生物膜与活性污泥微生物群落结构相似性为100%,优势功能菌单一,从而造成运行效能较低,总氮去除率仅为20%~30%。维持SBBR自养脱氮系统微生物群落结构的稳定及平衡性,生物膜是关键性因素。     

PCL和PU填料用于低C/N值污水处理的对比

在序批式生物膜反应器中,分别以可生物降解聚己酸内酯(PCL)和可生物降解聚氨酯(PU)为填料,进行了处理低C/N值污水的对比研究。结果表明,在进水C/N值为4.3时,装有PCL填料的1#反应器的启动历时约35 d,而装有PU填料的2#反应器在28 d后即启动成功。最终1#反应器的出水氨氮稳定在4～7 mg/L,2#反应器的出水氨氮稳定在2～5 mg/L。提高进水氮负荷后,1#反应器出水氨氮浓度稳定在18～22 mg/L,2#反应器出水氨氮浓度稳定在6～9 mg/L。1#和2#反应器对总氮的去除率分别约为53.3%和65.3%。通过扫描电子显微镜观察,附着在PU和PCL上的生物膜结构区别很大,PCL上的生物膜以短杆菌和球菌为主,PU上的生物膜则以丝状菌和长杆菌为主。     

低氨氮废水单级自养脱氮系统的快速构建

针对低氨氮废水单级自养脱氮系统构建困难的瓶颈,采用序批式生物膜反应器(SBBR),探讨了接种污水厂脱水污泥的低氨氮废水单级自养脱氮系统快速构建方法。采用进水氨氮浓度梯度运行方式,实现了单级自养脱氮系统的快速构建。第一阶段,在温度为(30±1)℃、氨氮浓度为(190±5)mg/L、进水氮负荷为0.1 kg N/(m3·d)条件下,反应器接种城镇污水厂脱水污泥,经过53 d的运行,快速富集了自养脱氮功能菌,对氨氮、总氮的平均去除率分别为89.81%、74.73%;第二阶段,在进水氮负荷不变、氨氮浓度降至(50±3)mg/L条件下,反应器运行至68 d时,成功构建出低氨氮废水单级自养脱氮系统,稳定运行时的出水氨氮、总氮平均浓度分别为1.41、15.11 mg/L,去除率分别为97.34%、70.79%。PCR-DGGE分析结果表明,单级自养脱氮系统的微生物种群与接种污泥的相似性低,且微生物多样性显著降低,而功能微生物菌群得到优势富集。     

聚氨酯生物膜反应器的厌氧氨氧化研究

以模拟高氨氮废水为进水,在聚氨酯填料生物膜反应器中实现厌氧氨氧化,考察了其脱氮性能。在运行稳定期,系统对氨氮、亚硝酸盐氮和总氮的去除率分别达到90.1%、89.3%和85.5%;总氮负荷最高达到17.6 kg/(m3·d)。进水亚硝酸盐氮浓度达到271.2~314.0 mg/L时会抑制厌氧氨氧化菌活性,影响厌氧氨氧化反应。进出水pH值的差值可以反映系统的脱氮效果,相对于进水pH值,出水pH值越高,说明系统的脱氮效果越好。应用电子显微镜和扫描电镜观察生物膜的形态,反应器底部生物膜颜色较浅,呈黄褐色,以丝状菌和长杆菌为主,而顶部生物膜颜色较深,呈棕红色,以短杆菌和球菌为主。     

短程硝化/厌氧氨氧化一步法自养脱氮中试研究

一步法自养脱氮工艺在高氨氮废水处理中具有运行能耗低、不需外加碳源等优点。利用总容积为50 m3的SBR反应器处理高氨氮废水,成功实现了短程硝化/厌氧氨氧化一步法自养脱氮。反应器对不同氨氮浓度(350~4 300 mg/L)的废水均表现出良好的处理效果,对氨氮与总氮的平均去除率分别达到95%和90%以上。同时,还研究了反应器运行的主要影响因素、污泥粒径分布及微生物群落结构。结果表明,系统内形成了红色的厌氧氨氧化颗粒,且颗粒的比例随运行逐渐增加;而维持合理的溶解氧和氨氮浓度是实现高负荷脱氮的关键因素。     

短程硝化/厌氧氨氧化/全程硝化工艺处理焦化废水

通过对短程硝化和厌氧氨氧化工艺的研究,开发了短程硝化/厌氧氨氧化/全程硝化(O1/A/O2)生物脱氮新工艺并用于焦化废水的处理.控制温度为(35±1)℃、DO为2.0～3.0mg/L,第一级好氧连续流生物膜反应器在去除大部分有机污染物的同时还实现了短程硝化.考察了HRT、DO和容积负荷对反应器运行效果的影响.结果表明,当氨氮容积负荷为0.13～0.22gNH4+-N/(L·d)时,连续流反应器能实现短程硝化并有效去除氨氮.通过控制一级好氧反应器的工艺参数,为厌氧反应器实现厌氧氨氧化(ANAMMOX)创造条件.结果表明,在温度为34℃、pH值为7.5～8.5、HRT为33 h的条件下,经过115 d成功启动了厌氧氨氧化反应器.在进水氨氮、亚硝态氮浓度分别为80和90 mg/L左右、总氮负荷为160 mg/(L·d)时,对氨氮和亚硝态氮的去除率最高分别达86%和98%,对总氮的去除率为75%.最后在二级好氧反应器实现氨氮的全程硝化,进一步去除焦化废水中残留的氨氯、亚硝态氮和有机物.O1/A/O2工艺能有效去除焦化废水中的氨氮和有机物等污染物,正常运行条件下的出水氨氮＜15 mg/L、亚硝态氮＜1.0 mg/L,COD降至124～186 mg/L,出水水质优于A/O生物脱氮工艺的出水水质.     

SBBR处理老龄化垃圾渗滤液的自养脱氮效能

针对老龄化垃圾渗滤液高氨低碳的水质特征,在序批式生物膜反应器(SBBR)中构建能承受高浓度氨氮的自养脱氮系统,探讨负荷及温度对该自养脱氮系统效能的影响,并考察两级SBBR自养脱氮系统的处理效能。结果表明:负荷及温度对反应器自养脱氮效能的影响显著。在温度为28℃、DO为5.0 mg/L、挂膜密度为60%、氨氮负荷为0.83 kg/(m3.d),反应器运行周期为进水0.25 h、反应23 h、沉淀0.5 h、出水0.25 h,以及进水氨氮、总氮、BOD5分别为3 330、3 435、120 mg/L的条件下,两级SBBR系统的出水氨氮和TN分别为110、434 mg/L,对氨氮及总氮的去除率分别为96.7%和87.4%,实现了高效脱氮。     

投加有机物提高ANAMMOX反应器脱氮效果的研究

往一套UASB生物膜厌氧氨氧化反应器中加入葡萄糖促使反应器内反硝化菌增殖,然后迫使增殖的反硝化菌进行厌氧氨氧化反应以提高反应器的脱氮效果。结果显示:在反应器进水中加入葡萄糖后,系统对亚硝酸盐氮的去除率迅速提高到90%,但对氨氮的去除率变化不大,显示出反应器内同时发生了反硝化反应和厌氧氨氧化反应;当进水中停止投加葡萄糖后,仅运行10d,系统对氨氮、亚硝酸盐氮和总氮的去除率就分别达到了90%、98%和91%,一个月后对总氮的去除率达到99%。可见,在特定环境下可迫使反硝化菌进行厌氧氨氧化反应。     

SBR-三维电极生物膜工艺处理低碳高氮污水处理研究

以人工模拟的城市污水为研究对象,研究了SBR-三维电极生物膜工艺对污水中CODCr、氨氮、硝态氮和总氮的变化,以及电流强度对总氮去除的影响情况。结果表明,SBR-三维电极生物膜工艺对总氮的去除较好,可以达95%;三维电极生物膜反应器中,出水中总氮的浓度随电流的增加有明显的降低。     

不同工况下一体式生物滤柱反应器的氮去除特征

以一体式生物滤柱反应器为研究对象,在氮负荷为0.60 kg/(m3·d)、碳氮比为0.17、曝气量为(50±10)m L/min和温度为(30±2)℃条件下,通过调整进水氨氮浓度和水力停留时间研究进水氨氮浓度变化对氮去除的影响及反应器中微生物功能的区划。连续183 d的运行结果表明,当进水氨氮浓度分别为600、400和800 mg/L时,总氮平均去除负荷分别为0.487、0.465和0.498 kg/(m3·d)。3个工况下的进水氨氮都约有一半在反应器底部的好氧段被转化为亚硝态氮,在顶部的厌氧段氨氮与亚硝态氮均呈线性减少,且其线性减少速率随进水氨氮浓度增加而变大。与此同时,随着进水氨氮浓度的提高,好氧区微生物的氨氮利用速率(AUR)和亚硝酸盐利用速率(NUR)以及厌氧区微生物的比厌氧氨氧化活性均得到提高,且在相同进水氨氮浓度下,好氧段活性污泥的AUR和NUR均大于生物膜的对应值。     

用于城市污水脱氮的新型生态陶粒混凝土挂膜特征

以粉煤灰陶粒为粗骨料,辅以水泥、高效减水剂等制成新型生态陶粒混凝土,作为自行构建的交替好氧缺氧生物膜反应器(简称ECCBR)的载体,用于城市污水脱氮.采用间歇运行和间歇曝气方式,在不同DO、C/N值等条件下进行挂膜试验,结果显示,挂膜周期主要受水温影响,25 ～31℃时为8～10d,15 ～17℃时为13～15 d;DO对去除污染物的影响较其他因素明显,浓度宜控制为1.5 mg/L;生物膜成熟时,对COD、氨氮和总氮的最高去除率分别为96.4％、94.0％和81.4％,出水浓度均在《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级A标准以内,此时进水COD、氨氮和总氮浓度分别为200、18.1和19.9 mg/L,循环水流量为667 L/h; SOUR沿程变化甚微,反应器末端依然可以维持较高的微生物活性.新型生态陶粒混凝土投资低、挂膜周期短、脱氮率较高、抗冲击负荷,通过进一步开发可作为城市污水高效低耗脱氮的又一生物膜载体.     

温度对AO-MBR运行效果及微生物菌群的影响

监测缺氧-好氧膜生物反应器(AO-MBR)长期运行过程中的膜污染特性、脱氮效果和微生物菌群特征变化,以考察温度的影响。结果发现,随着温度的上升,AO-MBR的平均膜清洗周期由冬季低温时的18 d延长至夏季高温时的30 d,这可能与污泥黏度、EPS含量和微生物菌群变化有关。在夏季高温时,虽然AO-MBR的污泥总氮负荷较高,但是仍有出水氨氮和总氮浓度低于冬季低温时。对污泥的微生物菌群进行分析发现,夏季的菌群多样性较高,而且参与脱氮的Nitrospirae、Acidobacteria和Planctomycetes相对丰度较高,这可能是夏季脱氮效果较好的原因之一。     

一体化生物膜反应器处理小城镇污水的中试研究

采用一体化生物膜反应器处理城镇污水,在HRT为7 h、DO为3～4 mg/L时,系统脱氮效果很好,出水COD、氨氮、总氮等指标均达到了国家一级B排放标准;在DO为4～5 mg/L时,系统除磷效果很好但脱氮效果不佳.经估算,处理量为1 000 m3/d的一体化生物膜反应器的运行能耗为0.26 kW·h/m3,为我国同等规模污水处理厂的70%左右.     

高浓度污泥的双曝气双泥层过滤反应器处理生活污水

为解决土地紧缺问题,满足小城镇污水高效处理需要,以提高污泥浓度和密实性以及污泥不膨胀为目的,设计研发了具有不同污泥龄菌种生长环境的双曝气双泥层过滤反应器,在实验室用学校生活污水进行了试验,测定了COD、氨氮和总氮指标。试验结果表明:在容积负荷为5kgCOD/(m3·d)左右的条件下,对COD的去除率达到95%、对氨氮的去除率达到85%、对总氮的去除率达到68%~75%,出水COD≤50 mg/L、氨氮≤10 mg/L、总氮≤20 mg/L。反应器运行稳定,其容积负荷和脱氮能力均有一定突破,证实了反应器内高浓度复合污泥是其处理的关键。     

给水管网中硝化作用的形成特性研究

采用4台BAR反应器串联对氯胺消毒管网中硝化作用的形成特性进行研究,并与实际管网中的水质变化加以比较.测定显示,BAR4中首先出现氨氧化菌(AOB)生长、氨氮降解和硝酸盐氮浓度升高现象;当AOB数量稳定后,模拟管网中的氨氮浓度沿程降低,生物膜及悬浮态AOB数量、亚硝酸盐氮浓度沿程升高到一定值后降低.发生严重硝化的实际管网末梢pH值较出厂水的降低了0.7,出厂水余氯(3.0 mg/L)已不能控制管网中的硝化作用.由于受AOB检测手段的限制,应综合考虑氨氮、余氯、pH值及不同管网点亚硝酸盐氮浓度的变化来判断管网中是否发生了硝化现象.研究表明,4台BAR反应器串联可以模拟发生硝化作用的实际管网中水质的变化.     

基于固体碳源反硝化的低碳源污水生物硝化技术

在污水处理工艺末端嵌入固体碳源反硝化滤池,可以不改变污水处理厂的原有工艺并提高对总氮的去除效率,方便应对污水厂的提标压力和低碳源污水的脱氮问题。以序批式生物膜反应器(SBBR)为对象,探究有利于低碳源污水生物硝化的运行模式和固体碳源反硝化滤池的脱氮效果。结果表明:对于COD为93~140 mg/L、TN为41~45 mg/L的低碳源污水,在SRT为20d、充水比为0.4、周期时间为3 h、氨氮负荷为0.112 kg/(m~3·d)、曝气量为3.8 m~3/(h·m~3)的情况下,SBBR的出水氨氮为1.5 mg/L,出水硝态氮为16 mg/L,出水硝态氮占出水总氮的70%,实现了高效稳定硝化。富含硝态氮的SBBR反应器出水通过固体碳源反硝化滤池后,出水总氮平均值为4.23 mg/L,COD平均值为25 mg/L,均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级A标准,系统总的脱氮率大于90%,获得了优异的低碳源污水生物脱氮效果。     

PU海绵填料-SBBR处理氨氮废水启动特性研究

分析了PU海绵填料-SBBR反应器在无有机碳源条件下处理模拟氨氮废水的启动特性。结果表明,当PU海绵填充率为50%、进水p H值为7.5~7.6时,运行13 d后,氨氮去除率达到70%以上,实现了PU海绵填料-SBBR反应器的快速启动。在启动第16天时,亚硝态氮积累率及总氮去除率分别为72.2%及47.4%,即出现明显的短程硝化反硝化现象。测定典型周期内p H值、DO、ORP参数发现,这三个参数随氨氮的变化表现出明显的不同,对后期反应条件的控制具有指导意义。SEM结果表明,生物膜上的微生物主要由球菌、杆菌及丝状菌构成。PU海绵填料-SBBR反应器通过控制可实现在无外碳源下较高的总氮去除率。     

低溶解氧对生物膜特性的影响研究

通过考察生物膜的生长特性、除污效率、脱氢酶活性以及微生物群落组成,分析了低溶解氧对生物膜特性的影响,验证了在低溶解氧条件下采用生物膜反应器处理低浓度生活污水的可行性.试验发现,在低溶解氧条件下生物膜具有特殊的生长特性与外观结构,对COD、SS的去除率分别达到60%和90%以上;由于液相中的低浓度有机物向生物膜内的扩散通量较小,使其成为生物膜降解活性的主要限制因素;长期在低溶解氧下运行会使生物膜内环境更适合兼性异养菌的生长,而总的细菌含量变化不大,保证了生物膜具有较高的处理效率.这为降低污水处理能耗,拓宽生物膜反应器的应用范围提供了新的思路和理论基础.     

超滤工艺出水管网生物稳定性影响因素研究

以活性炭/超滤出水为试验水样,采用生物膜培养反应器(BAR)模拟实际给水管网,研究了剪切力、管材以及水中可同化有机碳(AOC)对挂片生物膜上生物量的影响,以及反应器出水浊度、生物膜与悬浮菌的关系。结果表明,反应器出水AOC浓度随着挂片上生物量的增加而减少;在不锈钢管和铜管中,转速分别为100、50 r/min下挂片上最大生物量在同一数量级上;在不锈钢给水管中,悬浮菌是影响浊度的主要因素,悬浮菌量的多少影响反应器出水浊度的高低;生物膜上生物量与悬浮菌量有相同的变化趋势。