曝气生物滤池对玉米青贮渗出液处理效果

为了考察曝气生物滤池(biological aerated filter,BAF)处理玉米青贮渗出液的效果及其影响因素,重点考察了水力负荷、气水比、有机负荷和滤床高度。结果表明:水力负荷从0.5m3/(m2.h)升高到3.0m3/(m2.h)过程中,化学需氧量(COD)和NH3-N的去除率先升高后降低,当水力负荷1.5m3/(m2.h)时COD和NH3-N的去除率分别达到最大为83.5%、74.9%;增加气水比使得系统中溶解氧充足,可明显提高COD和NH3-N去除率,当气水比为3.5:1时COD和NH3-N的去除率分别达到最大为87.5%、75.2%;低有机负荷不利于COD和NH3-N的去除,当有机负荷为COD2.4kg/(m3.d)时,COD和NH3-N去除率最低分别仅为49.6%、58.5%,有机负荷为COD4.8kg/(m3.d)时去除率最高分别可达80.9%和75.9%,但过高的有机负荷反而对NH3-N去除不利,当有机负荷为COD7.2kg/(m3.d)时,NH3-N去除率降低为61.7%;滤床高度对硝化反应去除NH3-N影响较大,NH3-N生物硝化反应去除行为主要发生在0.6～1.0m区域。试验表明采用BAF系统处理玉米青贮渗出液是可行的,也为类似性质废水处理和改善农村水环境质量提供有益的参考。     

鲜水葫芦与其汁液厌氧发酵产沼气效率比较

为开发高效处理水葫芦的厌氧发酵产沼气技术,该文在35℃中温条件下,分别以鲜水葫芦和经固液分离的水葫芦汁为发酵底物,应用实验室自行设计的2套完全混合搅拌反应器(CSTR)进行了厌氧发酵比较研究。结果表明,以水葫芦为底物直接进行厌氧发酵,最大容积负荷为2.0kg/(m3·d),挥发性固体(VS)产气率为267mL/g,容积产气率为0.61m3/(m3·d),滞留期为27d,平均甲烷体积分数为58%,而以水葫芦汁为底物,COD(化学需氧量)容积负荷可达6.0kg/(m3·d),原料(COD)产气率为231mL/g,容积产气率可达1.4m3/(m3·d),平均甲烷体积分数为66%,滞留期仅需2.4d,COD平均去除率达85%,MLVSS(挥发性悬浮物浓度)平均去除率可达88%。因此,对水葫芦进行固液分离,以水葫芦汁作为厌氧发酵原料可大大提高处理效率,为水葫芦资源化利用提供了一条新途径。     

固定床厌氧反应器处理高浓度糖蜜废水

为开发高效处理高浓度有机废水的厌氧沼气发酵技术,以活性炭纤维作为生物膜载体,在实验室规模上对固定床厌氧反应器处理高浓度糖蜜废水的运行性能进行了研究。初始进水COD为5 000 mg/L,水力停留时间（HRT）保持在2 d左右。在进水COD为47 000 mg/L以内时,相应的有机容积负荷（OLR,COD含量）达到21.38 kg/(m3×d),COD去除率保持在86%以上,沼气容积产气率为9.51 L /(L×d),甲烷容积产气率为6.46 L /(L×d);当OLR进一步从21.38 kg/(m3×d) 逐步升高到35.13、39.06、44.88 kg/(m3×d) 时,COD去除率从86.48%分别降低到74.40%,67.02% 和63.50%,相应的沼气容积产气率为13.71,13.98和11.44 L/(L×d),甲烷容积产气率为8.84,8.67和5.89 L/(L×d)。进水的pH值通常在3.5～5.6之间,OLR低于35.13 kg/(m3×d) 时,无需对pH值进行中和调节,出水的pH值自然维持在6.8～7.6的良好状态,超出此范围,则需加碱对进水的pH值作适当调节。最终进水COD高达78 600 mg/L,相应的OLR为44.88 kg/(m3×d)。在165 d的运行过程中污泥形成量小,没有发生堵塞现象,固定床厌氧反应器表现出高效的处理酸性高浓度有机废水和较强的抗负荷冲击的能力。     

厌氧流化床净化畜禽废水与产电性能

为实现从畜禽废水处理中回收能源,先后以厌氧沼液、低浓度畜禽原水及高浓度畜禽原水作为进水,利用厌氧流化床双室微生物燃料电池(anaerobic fluidized bed microbial fuel cell,AFB-MFC)进行微生物产电及有机物去除研究,重点考察氨态氮质量浓度及COD(化学需氧量)容积负荷对系统COD去除率及产电性能的影响。结果表明:以稀释后的沼液作为进水时,当氨态氮质量浓度达到387.6mg/L时,氨态氮对产电微生物产生明显的短期抑制,产电量下降7.0%,但经过5d的适应期后,系统产电恢复到原来的水平。以畜禽原水作为进水时,系统COD容积负荷在12d内由2.3kg/(m3·d)提升至14.9kg/(m3·d)时,COD去除率保持在74.5%～88.1%;随着容积负荷的提升,系统产电量上升,但上升幅度较小,最高输出电压为379.3mV,相应的面积功率密度为74.9mW/m2;由于进水pH值的差异,高浓度畜禽原水最高输出电压较低浓度畜禽原水低21.4mV;AFB-MFC系统内阻较低,仅为48.5Ω,此时功率密度为75.6mW/m2。本装置实现了畜禽废水的高效处理,同时获得电能,为其资源化处理提供新途径。     

高含固率秸秆和牛粪混合物料发酵产甲烷工艺

该研究针对高含固率纤维质物料难以连续厌氧发酵、甲烷产率低的问题,利用所研制的一套能连续进出料、具有高有机负荷承载力的新型反应器,以玉米秸秆和牛粪为原料,通过调控搅拌强度和投料强度在反应器内建立了"分区发酵"体系,比较了3种高含固率(10%、15%和20%)物料在不同有机负荷下的甲烷容积产率,系统研究了物料含固率、搅拌强度和投料强度对"分区发酵"体系形成功能分区的高度、各功能区的pH值和甲烷容积产率的影响,旨在为纤维质物料产甲烷提供高效的发酵工艺和可靠的运行参数。结果表明,含固率为10%和15%的反应器,甲烷容积产率随有机负荷的增加而增加,平均甲烷体积分数稳定在52%左右,二者在有机负荷分别为13.44和20.17 kg/(m3·d)时,甲烷容积产率最高,分别为1.62和1.66 m3/(m3·d),在有机负荷分别为20.17和30.0 kg/(m3·d)时,甲烷产量明显下降;含固率为20%的反应器,甲烷容积产率随有机负荷的增加基本保持不变且较低(0.98 m3/(m3·d)),当有机负荷达到30.0 kg/(m3·d)时,发酵体系酸败,甲烷产量明显下降。双因素优化结果表明,当物料含固率为10%和15%、搅拌强度为6~12 h/d、投料强度为6.5~10 d时,发酵体系可形成高效的酸化区和产甲烷区,二者的高度之比为1.1~1.6:1,甲烷容积产率可达1.63~1.69 m3/(m3·d)。综上,该反应器可实现含固率为10%~20%的纤维质物料连续进出料,并在含固率为10%和15%时能高效、稳定地产甲烷,通过调控搅拌强度和进料强度能提高其甲烷容积产率。该发酵工艺有规模化应用的前景。     

温度与有机负荷对猪粪厌氧发酵过程的影响

为提高畜禽养殖场沼气工程能源利用效率,降低工程运行成本.该文通过全混式半连续试验,以猪粪为发酵原料,研究不同温度(20、28、38℃)和有机负荷(0.3、1.3、2.3、3.3、4.3 kg/(m3·d))条件下,甲烷产率、挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)及总无机碳(total inorganic carbon,TIC)的变化特征.结果表明:20℃条件下,反应器启动缓慢,甲烷产率低.当有机负荷增加全1.3 kg/(m3·d)以上时,反应器运行不稳定,需外加NaHCO3调节pH值;在28℃与38℃条件下,各有机负荷甲烷产率无明显差异,但是在较高有机负荷3.3和4.3 kg/(m3·d)下运行时,28℃条件下产生挥发性脂肪酸积累的现象,系统缓冲能力缺乏,VFA/TIC值分别达到0.4和0.6.当实际沼气工程低负荷率运行时,可选择28℃作为发酵温度,以达到节省能源、提高沼气工程经济效益的目的.该研究可为实际沼气工程运行管理提供数据参考.     

脉冲循环式渠槽厌氧反应器处理太湖腐熟蓝藻性能

为实现太湖腐熟蓝藻的资源化处理,研究新型厌氧反应器——脉冲循环式渠槽厌氧反应器处理太湖腐熟蓝藻的效能及其运行特点。以城市污水处理厂剩余污泥为种泥,污泥接种量混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)为20g/L,进水化学需氧量(COD)质量浓度2000mg/L,水力停留时间(HRT)为5d,中温(30～35℃)厌氧条件下,反应器可在30d内成功启动并达到初步稳定运行,COD去除率达到60%左右,产气率为0.08L/(L·d);当进水COD容积负荷3.5kg/(m3·d)时,仍能实现安全稳定运行,COD去除率可以稳定在80%左右,产气率在1.2L/(L·d),表明反应器抗冲击负荷能力较强,同时沼液中藻毒素(TMC-LR、EMC-LR)去除率为90%以上。稳定运行期间反应器厌氧颗粒污泥对腐熟蓝藻甲烷化的最大比基质降解速率为1.253mg/(mg·d),半饱和常数为11770mg/L,甲烷产率系数为0.256mL/mg;电镜观测发现稳定运行期颗粒污泥以产甲烷的八叠球菌为主,伴有丝状菌和杆菌等,同时发现其蛋白酶、TTC-脱氢酶和辅酶F420活性相对较高。研究发现脉冲循环式渠槽厌氧反应器能够有效地处理太湖蓝藻,这对其资源化利用具有一定的指导意义。     

复式潜流湿地净化生活污水的试验研究

研究了新型复式潜流人工湿地对生活污水的净化效果。在不同水力负荷、季节、曝气方式等条件下经过小试试验,分析了该湿地对污染物净化效果的影响。结果表明,该系统出水水质稳定,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级A标准。在水力负荷184 mm·d-1条件下COD、NH3-N去除率最大分别可达87.2%、68.9%。冬季低温条件下对各类污染物去除率仍大于20%。正交试验分析得知,最佳运行条件是气温28.6℃、水力负荷0.184 m3·m-2·d-1、水力停留时间2.4 d。对比试验表明,采用预曝气方式对湿地净化效果明显优于厌氧处理。     

集约化猪场废水强化生化处理工艺试验研究

该文采用新型厌氧反应器技术和强化生物脱氮及硝化技术处理猪场废水。试验结果表明：新型厌氧反应器容积COD_Cr负荷可达8 kg/(m³·d)以上，稳定运行COD_Cr平均去除率为75％；生物脱氮及硝化采用一体式A/O反应器，缺氧段水力停留时间为1 h，好氧段水力停留时间为3 d，氨氮浓度可控制在10 mg/L以下。总出水COD_Cr平均550 mg/L，BOD₅平均53.0 mg/L，NH₃-N平均8.8 mg/L，总COD_Cr去除率87%，总BOD₅去除率96%，NH₃-N总去除率在98％以上；采用原水碳源优化分配强化生物脱氮，TN去除率为77.11%左右。总出水BOD₅/COD_Cr约0.10，出水COD_Cr中难生物降解成分占绝大多数，需经过后续物化处理才能达到广东省水污染物控制标准(DB44/26-2001)。     

以聚丁二酸丁二醇酯为碳源去除含盐水体硝酸盐及其动力学模型

以固体碳源反硝化工艺应用于闭合循环养殖废水的脱氮提供理论和技术参数为目的,研究了以一种非水溶性可生物降解多聚物材料（BDPs）聚丁二酸丁二醇酯（PBS）作为反硝化碳源和生物膜载体的填料床反应器对含盐水体硝酸盐的去除效果及动力学特征。结果表明：水力停留时间对NO3--N去除效果影响较大,NO3--N去除率随水力停留时间延长而提高。在温度为(29±1)℃,进水NO3--N质量浓度为25～236 mg/L的条件下,进水NO3--N负荷低于0.32 kg/(m3·d)时,NO3--N体积去除负荷随进水NO3--N负荷的增加呈线性上升;进水NO3--N负荷为0.32 kg/(m3·d)时达到最大NO3--N体积去除负荷为0.21 kg/(m3·d);进一步提高进水NO3--N负荷则NO3--N体积去除负荷开始下降且出水中出现NO2--N积累。动力学研究结果表明以PBS为碳源和生物膜载体的反硝化速率遵循一级反应动力学。用Eckenfelder模型拟合,求出反应速度常数K值和常数n值且相关性良好。采用该动力学模型参数可以预测出水NO3--N浓度并用于实际闭合循环养殖系统的工程设计和优化运行。     

矿化垃圾生物反应床处理垃圾渗滤液的效果

矿化垃圾细料中含有经渗滤液长期驯化获得的优势微生物,是很好的渗滤液处理生物介质。在北京阿苏卫垃圾填埋场室外进行了矿化垃圾生物反应床处理渗滤液的研究,结果表明：二级矿化垃圾生物反应床对垃圾渗滤液具有良好且稳定的处理效果,并对渗滤液中污染物浓度的变化具有较好的适应能力。在水力负荷为40 L/(m3·d),布水时间为2 h/d的条件下,COD和氨氮进水平均浓度分别为10992 mg/L和1977 mg/L,经过二级矿化垃圾生物反应床处理以后,出水平均浓度达到1001 mg/L和23.2 mg/L左右,去除率分别为90.9%和98.9%。     

蚯蚓引入垂直流-水平潜流湿地混流系统处理沼液的效果

为了避免或减少人工湿地处理厌氧发酵液发生堵塞,并提高系统处理效果,该试验将蚯蚓引入到垂直流湿地系统中,并与水平潜流湿地构成混流系统,用来处理厌氧发酵液。结果表明:采用蚯蚓垂直流湿地-水平潜流湿地混流系统处理厌氧发酵液,在进水平均有机负荷达1.82 kg/(m~2·d),水力负荷10、20 cm/d的条件下,对化学需氧量、总磷、总悬浮固体的去除率达到了90%以上,氨氮去除率达80%以上,总氮去除率也维持在60%以上。提高水力负荷对污染物的消减量更有优势,水平潜流湿地对总氮的消减优于蚯蚓生态湿地。2种水力负荷下,混流湿地出水化学需氧量、氨氮、总磷、总悬浮固体均能达到《畜禽养殖业污染物排放标准》要求。蚯蚓使混流系统对化学需氧量、氨氮、总凯氏氮的去除分别提高了2%、12%、4%,同时具有同步处理污水污泥,缓解湿地堵塞的效果,处理水质基本达标,处理污泥的成本也大大降低,因此具有很大应用潜力。     

分段组合式厌氧反应器的运行性能

为研发高效厌氧生物反应器,采用模拟有机废水,对分段组合式厌氧反应器的运行性能进行了研究。试验结果表明：该反应器具有很高容积效能,容积负荷可达110.97?g/(L·d),容积负荷去除率可达84.35?g/(L·d),容积产气率可达57.00?L/(L·d)。该反应器内的基质浓度及中间产物浓度较高,平均化学需氧量和挥发性有机酸浓度分别是常效反应器相应值的18.49倍与37.52倍,可提供较大的反应推动力。该反应器具有良好的运行性能,但趋近满负荷时性能参数波动较大,易导致反应器工况失稳。     

多层生物滤塔去除废气中硫化氢

为了解决填料及单层滤塔中压降大、效率低的问题,以单层玉米芯生物滤塔为对照,研究了多层生物滤塔对低浓度H2S气体的净化效果,其适宜的工艺条件和生物降解宏观动力学。结果表明：填料分层填充可提高废气中H2S去除率,当进气浓度低于140 mg/m3时,H2S的去除率90%以上;H2S进气容积负荷、去除率与填料层填充厚度有一定的相关性,负荷低于42.2 g/(m3·d),下层200 mm填料对H2S总去除率的贡献在95%以上;填料含水率为55%～70%,生物滤塔的微生物活性较高,净化效率高;试验条件下,采用Michaelis-Menten模型进行生物降解宏观动力学研究,其中半饱和常数为12.4 mg/m3,污染物最大去除速率为909 g/(m3·d)。试验表明：多层生物滤塔净化效果优于单层,其气流分布更均匀,停留时间延长,压降低,效率高;在适宜的工艺条件下运行3个月,对H2S净化效率均稳定在90%以上,为进一步研究及工程应用提供理论指导。     

廊道式人工湿地处理污水过程中氨氮的去除效果研究

通过廊道式人工湿地(CCW)的生产性试验工程,研究了该处理系统的性能及系统内部氨氮的变化规律.结果表明,CCW处理系统的去除效率高且稳定,氨氮的去除率平均为88%,质量去除率平均为(6.94±2.07)gN·m-2·d-1,系统内部第三单元的氨氮质量去除率最高;CCW处理系统的氨氮质量负荷率小于10gN·m-2·d-1时,质量去除率与质量负荷率呈明显的线性相关,质量负荷率大于等于20gN·m-2·d-1时,进水浓度和出水浓度之间呈明显线性相关;处理系统各处理单元及系统整体的体积去除率常数(Kv值)均大于其他湿地处理系统;CCW处理系统氨氮浓度变化与pH值的变化趋势并不一致.     

寒冷地区多级垂直流人工湿地系统设计及氮磷去除效率

为了解决北方寒冷地区人工湿地冬季效率低、运行不稳定的问题,设计建设了两个多级垂直流人工湿地系统(multistage vertical-flow constructed wetlands,MVCWs),处理北京房山区居民生活污水,通过工程设计以及添加碳源强化系统脱氮效果,增加磷吸附基质等措施,提高系统稳定性和污染物的去除效率。研究结果表明,湿地系统Ⅰ化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)的平均去除率为87.3%;总磷(total phosphorus,TP)的平均去除率为91.9%;总氮(total nitrogen,TN)的平均去除率为68.9%,能够全年稳定运行。湿地系统Ⅱ采取半间歇式运行方式,在0.5 m3/(m2·d)的水力负荷条件下,对COD、TN、TP的平均去除率分别为92.5%、53.8%、77.2%。湿地系统Ⅱ厌氧单元添加62 kg木块后,COD/TN从0.93上升到1.85,比添加31 kg木块单元对TN的去除率提高15.6%。木块作为厌氧阶段的外加碳源,有效促进了垂直流人工湿地系统对氮的去除。通过垂直流人工湿地多级合理的单元设计,在厌氧阶段添加碳源有利于反硝化脱氮以及添加吸附磷的基质,提高冬季没有植物参与时高效除氮、磷,有效地保证对各种污染物的去除效率。使该研究中的人工湿地系统能够全年稳定运行,该研究结果可为人工湿地在中国北方的推广应用提供参考。     

基于磷去除效果的人工湿地中含活性氧化铝复合基质配比优化

为探究北方寒冷地区人工湿地中含活性氧化铝基质的除磷效果,研究选用活性氧化铝与常用的钢渣、石灰石和沸石作为基质材料,在同等条件下通过等温吸附和吸附动力学试验选择吸附能力最强的活性氧化铝。考虑基质的孔隙度及对水力停留时间的影响,将活性氧化铝与砂和石灰石按不同粒径及不同体积比例混合构建9种组合基质,以生活污水(平均磷质量浓度为2.89 mg/L)为处理对象,模拟单级垂直流人工湿地系统进行小试试验,并选取除磷效果较好的同粒径且含活性氧化铝组合基质以探索其在高质量浓度磷(15.96、38.13和68.22 mg/L)下出水水质达标情况。最后筛选出磷吸附效果最优的含活性氧化铝的组合基质,在多级垂直流人工湿地系统进行中试试验以评价其对污水中高浓度磷(20 mg/L)的去除效果。研究结果表明:1)活性氧化铝对磷的吸附能力最佳,依次为钢渣、石灰石、沸石;2)9种组合基质中75%的活性氧化铝和25%的石灰石组合基质对磷的去除率最高,达93.48%,粒径为3～5 mm且含不同比例活性氧化铝的4种组合基质对磷去除效果较好,将其应用于高浓度磷的污水处理后,出水磷浓度可以达到《北京市水污染物综合排放标准》(DB11/307-2013)中总磷A标准排放限值(0.2 mg/L);3)以75%的活性氧化铝和25%的石灰石构建的组合基质在多级垂直流人工湿地中出水磷浓度均达到A标准排放限值,去除率在94%以上。因此,研究建议以75%的活性氧化铝和25%的石灰石构建组合基质,该含活性氧化铝的基质组合在人工湿地中具有良好的除磷效果和应用价值。