垂直流人工湿地强化农村生活污水脱氮试验研究

以"陶粒"单一填料和"陶粒+沸石"组合填料的两种垂直流人工湿地试验装置为研究对象,评价两种试验装置用于农村生活污水的脱氮性能,并结合湿地植物对TN去除的贡献率及微生物群落多样性解析其脱氮机理,以期为该湿地系统服务于农村生活污水强化脱氮的工程化应用提供理论依据.结果表明:采用"陶粒+沸石"组合填料的垂直流人工湿地对污水中NH_4~+-N及TN的平均去除率高于采用"陶粒"单一填料的垂直流人工湿地的23%和25%,且其出水的NH_4~+-N及TN浓度均满足一级B标准(GB 18918-2002)的要求;两种垂直流人工湿地中植物吸收对污水中TN去除的贡献率均低于0.5%,因此填料吸附和微生物净化是该湿地系统脱氮的主要途径;采用"陶粒+沸石"组合填料的垂直流人工湿地中的微生物群落结构具有更高的多样性;组合填料式人工湿地的植物根系及填料中具备丰富的硝化和反硝化功能菌群,从而为该湿地系统应用于农村生活污水的强化脱氮提供了有力保障.     

沸石联合固定化微生物技术抑制沉积物氨氮释放

以扬州古运河沉积物为对象,将从中驯化分离到的土著硝化、反硝化细菌固定于斜发沸石之上,构建原位联合修复技术并应用于试验水体;着重考察斜发沸石吸附—解吸特性及挂膜前后对沉积物NH4 -N释放的抑制效果差异。结果表明：25℃下,斜发沸石对NH4 -N去除率可达90%以上,吸附极限4.761905mg/g,吸附过程符合Langmuir等温模型;温度上升有利于沸石对NH4 -N吸附;斜发沸石去除NH4 -N以离子交换为主,吸附为辅,在不同的NH4 -N浓度序列下（10~300mg/L）,KCl溶液对沸石的解吸率均高于NaCl和CaCl2溶液;通过结合固定化微生物技术,挂膜沸石NH4 -N去除率高于无生物膜沸石（前者12d接触去除率达94.64%）,可有效抑制沉积物NH4 -N释放,并兼具脱氮功能,从而降低污染底泥氮负荷。     

水生植物对富营养化水体的净化效果研究

选取菖蒲、狐尾藻、凤眼莲、睡莲四种水生植物作为研究对象,在静态条件下,对采集的富营养化污水进行水培试验,研究单一和组合植物在污水中的长势情况及NH~+_4-N、TP和COD的去除能力。结果表明:通过36d的水培试验,单一植物中狐尾藻对NH~+_4-N和TP的去除效果最佳,去除效率大小为狐尾藻凤眼莲菖蒲睡莲;组合植物中狐尾藻+凤眼莲对NH~+_4-N和TP的去除效果均最佳,净化效率分别为84.7%、60.95%;菖蒲+凤眼莲对COD去除效果是最好的,净化效率达到85.74%;相比于单一组分,每种植物的增重率均有所下降,说明混合培养中,不同植物的长势会受彼此的影响。     

基质组配、填充方式及水力负荷对生态滤坝净化效果的影响

为提升生态滤坝净化能力，选取砾石、沸石、陶粒、蛭石4种基质，进行基质组配、填充方式及水力负荷等多情景下的污染物(COD、氨氮、总磷)去除效果试验。试验结果表明：砾石+陶粒组配方式去除COD效果最好，而去除氨氮和总磷效果最好的组配方式是砾石+沸石；砾石和沸石均匀混合有利于COD的去除，而砾石在前沸石在后的填充方式是去除氨氮和总磷最高效的填充方式；随着水力负荷的增大，3种填充方式下COD和总磷的去除率均呈现递减趋势，均匀混合填充方式下氨氮的去除率呈现递减趋势而分层填充方式下氨氮的去除率呈现先增大后减小趋势。     

复合沸石吸氮系统控制暴雨径流污染

为控制滇池流域暴雨径流污染,研究沸石内部孔隙结构,利用沸石对氨氮的吸附作用和物化、生物作用,构建以沸石为填料的人工湿地系统。试验运行结果表明,对暴雨水中NH+4-N平均去除率85%以上,去除机理主要是沸石对NH+4-N的选择吸附作用;对NO-3-N去除主要以反硝化作用去除为主,并且碳源量制约系统去除NO-3-N能力。植物可提高系统除氮率5%左右。该系统停留时间短、能高效去除溶解性氮,对高负荷暴雨径流污染有明显的去除效果。     

生物滤池处理微污染原水中氨氮及“氮亏损”影响因素分析

为探讨饮用水生物滤池对NH4+-N去除和"氮亏损"现象的影响因素,测定生物滤池进出水中NH4+-N,NO2--N,NO3--N等指标.结果表明,陶粒生物滤池对NH4+-N的去除率从14.97%到60.99%,活性炭生物滤池对NH4+-N的去除率从16.59%到83.02%;陶粒和活性炭滤池对NH4+-N的去除率都随着流速的增加而降低;陶粒滤池内NH4+-N的去除率随着气水比和C∶N的增加而先增加后下降;NH4+-N的去除率在活性炭滤池内随C∶N的增加而降低,气∶水的增加而增加;气∶水对两种生物滤池中NH4+-N去除的影响最大.陶粒生物滤池氮亏损的量从0.10 mg/L到0.70 mg/L,活性炭生物滤池氮亏损量从0.11 mg/L到1.01 mg/L;氮亏损量随着流速增加而降低,随着气水比增加而增加,随着C∶N的增加而先下降后增加;气水比对陶粒和活性炭生物滤池的氮亏损量影响最大.     

无植物生物滞留池去除生活污水中典型抗生素及其效能强化

传统生物滞留池氮磷去除效果差,对抗生素等新兴污染物的去除效能尚不清晰,通过添加活性炭层、铁粒构建微生物燃料电池改进生物滞留池,考察了其对化学需氧量(COD)、氨氮(NH~+_4-N)、总氮(TN)、总磷(TP)、磺胺甲恶唑(SMX)、四环素(TC)的去除效能.结果表明,较常规生物滞留池,强化型生物滞留池对TP的去除率提高了20%,稳定运行105 d且无释磷现象;在进水投加0.8 mg/L抗生素(SMX/TC)的条件下,强化型生物滞留池对SMX和TC的去除率分别为99.62%和99.67%,较常规生物滞留池分别提高了67.66%和35.24%;投加SMX/TC并未对强化型生物滞留池COD、TP的去除产生抗生素胁迫,且对TN和NH~+_4-N的去除产生显著性促进作用,去除率分别提高了29.47%和26.09%.     

内蒙古部分河段表层沉积物对氨氮的吸附/解吸行为研究

通过实验室模拟的方法研究了老哈河、霍林河和乌梁素海(入湖口和湖中)的沉积物对NH~+_4-N的吸附特征.结果显示:(1)沉积物吸附氨氮的过程可以用Lagergren准二级吸附动力学方程描述,拟合得出平衡时最大吸附量为23.64 mg/kg;(2) Langmuir等温方程拟合的吸附等温线表明沉积物吸附NH~+_4-N的最大吸附容量范围是1428.75～3333.33 mg/kg,属于单分子层吸附.吸水过程及表面形貌可能对NH~+_4-N的吸附能力有影响.Freundlich吸附等温模型拟合得出常数0.8206(1/n)1.1100,说明沉积物对NH~+_4-N的吸附过程均易于进行;(3)采样点的吸附解吸平衡浓度均大于水体中的NH~+_4-N浓度,为"氮源",且对氨氮的吸附均属于不可逆反应.     

沸石曝气生物滤池处理农村生活污水的实验

采用曝气生物滤池(BAF)系统,进行沸石和普通沙子作为滤料处理模拟农村生活污水的对比实验。实验结果表明,停留时间为8 h,沸石曝气生物滤池(ZBAF)和沙子曝气生物滤池(SBAF)对COD去除率分别为88.39%和79.38%;ZBAF和SBAF对TN去除率分别为72.17%和49.49%。沸石作为曝气生物滤池的填料,更有利于农村生活污水中COD、NH4+-N和TN的去除。ZBAF的出水TN和COD浓度均达到了污水排放国标一级标准。     

人工湿地净化尾水效果的研究

采用种有美人蕉(Canna indica)的水平流和垂直流人工湿地对污水处理厂尾水进行处理,通过检测COD、TN、NO_(3-)-N、NH_(4+)-N、TP等指标分析探讨温度、pH和进水指标等因素对湿地系统净化能力的影响。COD、NH_(4+)-N、NO_(3-)-N、和TN去除率可分别高达66%、98%、62%和79%,其中NH_(4+)-N经湿地系统处理后可达到《地表水环境质量标准》(GB 18918-2002) I类标准。TN、NH_(4+)-N、TP在垂直流湿地系统中的去除率均高于水平流湿地系统,COD在水平流湿地系统中的平均去除率(53. 5%)却高于垂直流湿地系统(47. 3%)。通过对水平流和垂直流湿地净化尾水效果的分析比较,表明垂直流湿地系统比水平流湿地系统在净化尾水方面更具优势。此外,Pearson相关性分析表明人工湿地系统中进水NH_(4+)-N浓度和气温对TN、NO_(3-)-N和NH_(4+)-N的去除有显著影响。上述研究结果能为高效运用人工湿地处理污水处理厂尾水提供科学依据和技术指导。     

填料对厌氧化装置启动的影响研究

目的研究不同的填料对厌氧氨氧化装置启动的影响,选出最有利于厌氧氨氧化反应启动的填料,解决厌氧氨氧化装置启动时间过长的问题.方法取三套生物反应器厌氧氨氧化装置,分别填入弹性填料、火山岩、陶粒3种不同填料,均接种沈阳某污水厂二沉池污泥,自配模拟废水,装置水体温度为(35±1)℃,调节pH值为7.8~8.2.结果经150 d的运行调试,三套厌氧氨氧化装置均启动成功.其中弹性填料装置经过149 d的运行,NH_4~+-N与NO_2~--N的去除率均达到91%和90%;火山岩填料装置经129 d的运行,NH_4~+-N与NO_2~--N的去除率达到96%和97%;陶粒填料装置经过135 d的运行,NH_4~+-N与NO_2~--N的去除率达到93%和94%.结论火山岩和陶粒两种填料与弹性填料相比,具有装置启动时间较短,去除率相对高等优势.     

垂直潜流人工湿地除砷实验研究

构建以锰砂和陶粒为填料和以蜈蚣草、灯心草为湿地植物的垂直潜流人工湿地系统,并模拟系统对水环境中砷的去除效果.实验结果表明:锰砂组人工湿地除砷能力大于相应的陶粒组;在进水砷质量浓度为500μg/L条件下,锰砂组人工湿地除砷高效稳定,维持在89%,陶粒组人工湿地除砷效率呈逐渐下降趋势,从48%~81%下降至29%~51%;与空白对照组相比,种植植物可提高湿地除砷效率;以陶粒为填料的各组砷去除率分别是50%(空白对照组),64%(蜈蚣草组)和74%(灯心草组);以锰砂为填料各组相应的砷去除率分别是89%,95%和91%;人工湿地对砷的去除率与温度和NH+4-N质量浓度呈显著正相关性,与PO3-4-P质量浓度呈显著负相关关系.     

厌氧污泥接种好氧反应器处理生活污水的启动研究

以模拟乡镇生活污水为处理对象,利用厌氧污泥接种启动好氧小试反应器,采取连续进水连续曝气的方式,进行构建好氧生物处理系统,考察驯化过程反应器中污染物的去除效率.实验结果表明:常温条件下,模拟生活污水进水量为4 L/d,HRT(水力停留时间)为12 h,进水均值COD(化学需氧量)为400 mg/L,NH~+_4-N(氨氮)为20 mg/L,TN(总氮)为25 mg/L,TP(总磷)为4 mg/L,运行12 d,实验出水COD为39.80 mg/L,NH~+_4-N为0.98 mg/L,TN为8.32 mg/L,TP为0.96 mg/L;运行29 d,COD、NH~+_4-N平均去除效率均可稳定达到90.0%,活性污泥生长良好,初步构建好氧生物处理系统.     

5种改性硅酸盐填料对磷的吸附性研究

对沸石、膨胀蛭石、瓷砂陶粒、页岩陶粒和黏土陶粒5种硅酸盐填料改性前后对水中磷的吸附性进行了研究,并分析了硅酸盐填料投加量、吸附时间和pH等因素对磷去除率的影响.结果表明:改性前,膨胀蛭石对磷的吸附性最好,瓷砂陶粒次之,黏土陶粒、页岩陶粒和沸石较差.经过镁盐和铝盐改性后,改性膨胀蛭石除磷效果最好,其最佳使用条件为:填料用量10 g/L,pH 5～9,吸附时间60 min,此时磷去除率可达97%以上.     

铁碳微电解耦合苦草原位处理河道黑臭污水的研究

采用铁碳微电解耦合苦草原位处理河道黑臭污水技术,开展模拟实验,考察了铁碳组、苦草组及铁碳耦合苦草组对黑臭水体的净化效果,讨论了水质净化机理.结果表明,处理20 d,耦合组对COD、NH₄+-N、TN和TP的去除率分别为94.2%、85.7%、82.9%和96.1%,水质指标分别稳定在13.68±1.81、1.41±0.75、5.02±0.86、0.21±0.05 mg/L; 溶解氧(DO)和氧化还原电位(ORP)快速提升,分别由0.68 mg/L、-126.37 mV升高并稳定至(6.35±0.22) mg/L和(235.42±3.41) mV.耦合组对黑臭水的净化效果显著优于单一的苦草、铁碳填料组.耦合组的微生物多样性和丰度也有了明显改善,与降解有机物、脱氮除磷等过程相关的微生物群落相对丰度呈增加趋势,优势菌门有Proteobacteria、Bacteroidetes、Actinobacteria、Firmicutes,优势菌属为Sediminibacterium、Candidatus Nitrotoga、Pseudomonas.耦合组处理过程以铁碳微电解氧化还原降解COD、产生质子[H]和Fe2+ 为自养反硝化提供电子、Fe2+氧化后的Fe3+生成FePO₄沉淀等作用以及根际微生物和陶粒生物膜降解有机物和硝化反硝化作用为主,辅以苦草吸收氮磷,苦草光合产氧、根际泌氧作用及分泌物促进微生物硝化反硝化,通过协同作用净化水质.该研究为采用铁碳微电解耦合沉水植物快速净化河道黑臭水体提供了依据.     

复合异养脱氮菌群脱氮性能研究

采用传统微生物分离纯化方法,从焦化废水活性污泥中筛选得到4株高效去除氨氮(NH4+-N)和总氮(TN)的异养硝化细菌C16、C17、YX1、YX2。经96h培养,4株菌的氨氧化率均在90%左右,TN去除率也达到了68%以上。组合试验研究表明,4株菌组成的复合菌在降解NH4+-N和去除TN时均比单一菌株和其他组合菌的效果好。经24h培养,四株菌组成的复合菌群的氨氧化率可达95%,TN去除率也达到了91%。     

磺胺甲恶唑在垂直流湿地中的去除行为研究

以北京清河为研究背景,在广谱抗生素中选取常用的磺胺甲恶唑(SMX)为研究对象,对其在垂直流式湿地系统中的去除行为进行研究。通过改变水力停留时间(HRT),分析HRT对SMX去除效果的影响,确立出本试验最佳的HRT为16h。改变SMX负荷率后发现,SMX的去除趋势是先升高后降低,SMX去除率范围是81.73%~99.74%,平均值为92.80%。在SMX从液相向固体组合基质(沸石、陶粒和炉渣)的迁移过程中,炉渣基质层对SMX的吸附作用最好,其次是沸石、陶粒,平均去除率分别为31.76%、25.61 %和18.85%。沸石层的SMX的降解作用最好,其次是陶粒、炉渣,平均去除率分别为3.40%、2.49%和1.86%。通过SMX去除率与常规污染指标的相关系数分析,发现SMX的去除效率与COD、TN的去除效率呈极显著正相关,这表明SMX通过好氧生物降解作用去除。     

磺胺甲恶唑在垂直流湿地中的去除行为

以北京清河为研究背景,在广谱抗生素中选取常用的磺胺甲恶唑(SMX)为研究对象,对其在垂直流式湿地系统中的去除行为进行研究。通过改变水力停留时间(HRT),分析HRT对SMX去除效果的影响,确立出本试验最佳的HRT为16 h。改变SMX负荷率后发现,SMX的去除趋势是先升高后降低,SMX去除率范围是81.73%~99.74%,平均值为92.80%。在SMX从液相向固体组合基质(沸石、陶粒和炉渣)的迁移过程中,炉渣基质层对SMX的吸附作用最好,其次是沸石、陶粒,平均去除率分别为31.76%、25.6%和18.85%。沸石层的SMX的降解作用最好,其次是陶粒、炉渣,平均去除率分别为3.40%、2.49%和1.86%。通过SMX去除率与常规污染指标的相关系数分析,发现SMX的去除效率与COD、TN的去除效率呈极显著正相关,这表明SMX通过好氧生物降解作用去除。     

铁碳内电解耦合蕹菜(Ipomoea aquatica)对黑臭污水脱氮效果的研究

构建了铁碳内电解耦合蕹菜技术体系,用于原位净化河道黑臭污水,采用单因素模拟实验,探究耦合体系植株密度、铁碳填料用量和陶粒用量对黑臭污水脱氮效果的影响规律.结果表明,在植株密度为80株/m2、铁碳填料用量为18 g/L和陶粒用量为52 g/L的适宜组合下,处理22 d后,TN和NH₄+-N的去除率分别为74.1%和99.6%,其质量浓度分别稳定在(13.65±1.24) mg/L和(0.18±0.04) mg/L.水体微生物丰度和多样性有了显著提高,主要优势细菌门是Proteobacteria、Firmicutes和Bacteroidetes,主要优势细菌属为Pseudomonas、Escherichia-Shigella和Diaphorobacter,微生物群落演化更适宜脱氮.耦合体系通过协同作用净化水质,其作用过程包括:铁碳内电解产生质子[H]和Fe2+提供电子促进自养反硝化、蕹菜根际泌氧促进微生物硝化、陶粒生物膜与根际微生物之间的硝化反硝化作用、陶粒吸附氮.该研究为采用铁碳内电解耦合挺水植物净化河道黑臭污水提供了依据.     

生物陶粒滤池预处理黄浦江上游水的生产性试验研究

以黄浦江上游水为水源，进行生物陶粒滤池预处理的生产性试验．试验结果表明：(a)不曝气时，生物陶粒滤池对原水中的浊度、Fe和Mn的去除效果比曝气工况好，平均去除率分别达到61．70％，73．86％。74．05％．(b)在原水溶解氧浓度较高(平均为4．8mg／L)而NH3-N浓度较低(平均为0．28mg／L)时。曝气和不曝气工况下，生物陶粒滤池对CODMn的去除率没有显著差别，分别为16．09％和15．60％．(c)在原水NH3-N浓度低的情况下。生物陶粒滤池对NH3-N和NO2^--N的去除效果均较差，但试验结果显示，曝气充氧有助于提高去除率．(d)从生物陶粒预处理装置的运行要求来看，其对浊度、有机物、Fe和Mn等各项指标的去除效果良好。且从去除NH3-N和NO2^--N的情况来看，曝气充氧是必须的．生物陶粒滤池的设计和运行参数可为微污染水源水厂的改造和新建提供科学依据．