复合固相碳源材料强化生物绳脱氮效果

总氮超标的微污染水体中有机碳源较少,投加外部碳源可促进反硝化脱氮,固体碳源因能克服传统碳源缺点而备受关注.以农业废弃物玉米芯和高分子材料作为碳源,以聚乙烯醇和海藻酸钠作为骨架载体,利用交联法制备2种复合固相碳源PSPC-Ⅰ和PSPC-Ⅱ,并研究释碳特性及强化生物绳脱氮效果.结果表明,28 d内两种固相碳源持续释碳且未达到释碳平衡,最高释碳量分别达6.3和8.7 mg/g(以溶解性有机碳计);三维荧光结果显示释放碳源以微生物易降解的可溶性微生物代谢产物和芳香蛋白类物质为主;与不投加碳源的生物绳(生物量200 ng/g,以三磷酸腺苷计)相比,2种固相碳源均显著增加了生物绳挂膜生物量(PSPC-Ⅰ和PSPC-Ⅱ的生物量分别为400~600和300~500 ng/g,以三磷酸腺苷计);2种固相碳源均显著增强了反硝化作用,对照组未脱氮,2种固相碳源脱氮率达80.4%和75.0%.

固相碳源的特性对生物反硝化脱氮技术的影响研究进展

固相碳源反硝化技术是处理低碳氮比污水的重要手段之一,其影响生物反硝化效率的重要因素是碳源特性。针对碳源的自身特性对反硝化的作用原理尚不明晰的问题,从固相碳源应用于脱氮的原理出发,比较和揭示了不同类型固相碳源(人工合成可生物降解聚合物、天然纤维素物质和混合固相碳源)的优势与应用前景,详细梳理了碳源的理化性质(合成物质、释碳组成、表面特性)和投加位点等对污水处理中生物反硝化过程的影响。结果表明,固相碳源的释碳量和利用率是影响反硝化效率的重要因素,通过优化材料组成和混合方式等来改变材料特性可以实现释碳最大化利用,使释放组分更好地被反硝化微生物利用。提出未来固相碳源领域应从改进碳源合成方式和研究电子传递机理等角度优化释碳能力及提高反硝化速率,以期深入开发及推广新型的固相碳源。

固相碳源反硝化强化人工湿地水质净化技术应用研究

近年来,随着人类生产和生活中氮、磷等污染物的排放,河道、湖泊等水体富营养化程度日趋严重。针对氮素超标且碳氮比较低的水厂尾水,一般采用人工湿地系统进行深度降解处理,而此过程中,限制人工湿地进行高效脱氮的最主要因素就是碳源。为解决该技术难题,本研究在传统人工湿地中增设“固相反硝化强化人工湿地脱氮技术单元”,通过在其中添加新型固相碳源,强化人工湿地水质净化效果。

竹丝固相碳源去除硝态氮效果及特性研究

以竹丝为固相碳源分别进行批式和连续流试验，研究竹丝固相碳源去除硝态氮效果及特性研究。先对比了有无固相碳源系统硝酸盐去除效果，竹丝固相碳源系统中硝酸盐的去除率较高且亚硝酸盐积累也较少；所以后续实验以竹丝作为生物反硝化的碳源。实验结果表明：在竹丝填料和竹丝／污泥生物反应器中，硝酸盐的平均容积负荷分别在2．09～2．5mg／L·h时，每去除1g的硝酸盐使亚硝酸的平均积累量分别为0．63mg和1．29mg。此外，温度是影响硝酸盐容积负荷和亚硝酸盐积累一个重要因素。当补充少量的乙醇作为碳源时，硝酸盐的容积负荷和亚硝酸盐积累量均大幅度增加。连续流试验的结果表明：在厌氧条件下的生物反硝化过程中，其他共存污染物如COD和氨氮可以同时被去除。因此，竹丝是一种潜在的反硝化碳源。

固相碳源脱氮同步去除壬基酚的试验研究

采用一种基于PHBV研发的新型固相碳源NS,构建同步硝化反硝化脱氮生物反应器,同时探究常见的内分泌干扰物壬基酚(NP)在系统中的同步去除特性,并运用Illumina Mi Seq高通量测序和荧光定量PCR(q PCR)技术,对微生物群落进行解析.反应器运行效果良好,硝酸盐氮和氨氮去除率可分别达到96.18%和82.54%,出水COD平均浓度为27.48mg/L,壬基酚平均去除率为81.17%.高通量测序结果表明,Dechloromonas(脱氯单胞菌属)和Zoogloea(动胶菌属)等报道的具脱氮作用的菌属在无壬基酚条件下占据优势地位.加入壬基酚的条件下,菌种总数和α多样性降低.荧光定量PCR结果表明,系统中氮循环基因丰度较高,nir S基因丰度最大,而amo A基因丰度最低.进水中存在壬基酚的条件下碳源表面nir S基因丰度较低.

高效反硝化菌强化固相碳源生物脱氮特性研究

以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)作为固相可生物降解模式碳源的生物填充床,针对分离获得的高效反硝化菌开展强化生物脱氮的特性研究,并利用荧光定量PCR解析反应器的微生物群落结构。结果表明,投加反硝化菌(W14)可以明显地提高反硝化脱氮效率,当水力停留时间(HRT)为0.5 h时,反硝化菌强化脱氮生物反应器的脱氮效率达到90%以上,且能有效地降低出水残余的DOC浓度。荧光定量PCR结果表明,高效反硝化菌投加强化能够增加nir S基因丰度和比例,较好地解释了不同接种生物反应器的脱氮效果差异,即反硝化菌的强化作用能有效增加反硝化菌数量并强化脱氮效果。

基于4种固相碳源的人工湿地高效脱氮机制

人工湿地虽具有较好的脱氮禀赋,但对于低碳氮比污水,其仍存在因碳源电子供体不足所导致反硝化效率较低的问题。将同等碳含量的小麦秸秆、棉花、可生物降解塑料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、废报纸分别投加至垂直流人工湿地,研究其对反硝化过程的影响。结果表明,4种材料均可释放有效的碳源,明显提高人工湿地对硝酸盐的去除率,其中,投加废报纸的人工湿地对NO 3—N去除率最高可达96.71%,比未添加固相碳源的人工湿地提高60%。在人工湿地系统内,4种固相碳源的释碳过程基本不产生NH + 4—N和NO2—N,且兼具成本低廉、无二次污染等优势。

锰负载固相碳源在处理生活污水中脱氮性能研究

生物强化脱氮技术是城镇污水处理厂重点关注的技术之一,现有大量研究表明改性填料可以增强污水生物脱氮效果。制备了一种锰负载丝瓜络填料,构建以锰负载丝瓜络为生物载体的生物滤池系统,应用同步硝化反硝化(SND)技术处理模拟低碳氮比生活污水,考察反应器的启动及一系列C/N条件下系统脱氮性能的变化情况。结果表明,系统运行20 d后,实验组和对照组总氮去除率分别可达39.92%和60.07%左右,实现了SND的启动;且在反应器启动阶段,实验组COD、NH_(4)^(+)-N、TN平均去除率均高于对照组,分别提高了4.61%、20.09%、16.31%。在DO=(4.0±0.5)mg/L、HRT=12 h,进水C/N=5的条件下,实验组NH_(4)^(+)-N、TN平均去除率分别可达88.95%、64.98%,相较对照组分别提高9.72%、10.84%。可见锰负载物可提高污水处理中NH_(4)^(+)-N、TN以及COD的去除效果。

几种可作固相碳源的硝酸根吸附剂的制备及其性能

研发具有既能吸附NO_3^-同时又能缓释碳源的材料对提高反硝化效率具有重要意义.本研究制备了3种不同的NO_3^-离子吸附剂:改性美人蕉(MCL)、改性稻秆(MRS)和改性花生壳(MPS),采用SEM、红外光谱和元素分析仪对其性能进行分析和表征,并考察了几种材料的NO_3^-吸附效果和释碳效果.研究结果表明,在20℃,pH值为6.72时,1 g·L^(-1) MCL、MRS和MPS对25 mg·L^(-1) NO_3^-的去除率分别可达56.5%、65.85%和65.72%;伪二级动力学方程能更好地描述吸附过程;Langmuir模型(R^2>0.99)能更好地拟合它们的等温吸附过程;MCL、MRS和MPS对NO_3^-的吸附量随温度升高而降低,在25℃下最大吸附量分别为27.17、29.85、29.59 mg·g^(-1);通过热力学计算,MCL、MRS和MPS对NO_3^-的吸附是放热、自发的过程;实验5 d后3种吸附剂的释碳量分别稳定在50、60、88 mg·(g·L·d)^(-1)左右.由此可见,3种吸附剂均具有作为反硝化固相碳源的潜力.

以聚乙烯醇为骨架材料的固相碳源反硝化脱氮试验研究

针对反硝化过程中液态碳源投加量难以控制的问题,研发了一种缓释固相碳源。对比了不同骨架材料、乳化剂及组分配比对固相碳源脱氮性能的影响,优化固相碳源制备条件,并分析其释碳规律。结果表明,以聚乙烯醇(PVA)为骨架材料,失水山梨糖醇脂肪酸酯(SPAN80)为乳化剂,PVA∶淀粉质量比为1∶1时制得的固相碳源释碳效果和脱氮效果更优,对于硝态氮为25~30mg/L模拟污水,其硝态氮去除率可以达到95%以上,出水COD保持在80mg/L左右。在连续流试验中,系统可在3d内迅速实现稳定反硝化脱氮,高效脱氮时间可维持在40d左右,在实际工程应用中,可以通过调节水力停留时间、反应器流态等参数,提高固相碳源的使用寿命。

固相碳源用于处理地下水硝酸盐的研究

在去除地下水/饮用水中硝酸盐氮时,固相碳源反硝化越来越引起人们的注意。固体碳源在硝酸盐的去除过程中提供了碳源和微生物的载体。本文介绍了固相碳源反硝化过程的原理,和不同种类的固体碳源去除硝酸盐的效果,以及在处理被污染的地下水/饮用水的应用。

复合固相碳源的脱氮性能与释碳分析

为解决反硝化碳源不足的问题,研发了一种复合固相碳源。该碳源主要为聚乙烯醇和醋酸酯淀粉的共混物,能有效控制碳源的释碳速率。5 g固相碳源在200 mL纯水中经7 d的恒温震荡后,溶液中累积COD浓度达402 mg/L。复合固相碳源用于反硝化反应中,对NO_(3)^(-)去除率可维持96%以上的。复合固相碳源的物理释碳量为:4.113 mg/(L*h),微生物水解释碳量为4.680 mg/(L*h),大于物理性溶解释碳量,该材料具有良好的可生物降解性,是一种良好的碳源缓释材料。

循环海水养殖系统固相反硝化工艺研究进展

循环海水养殖系统(Recirculating mariculture system,RMS)中来自食物残渣、动物排泄物、腐烂生物体中的含氮物质,经水处理过程的化学氧化作用与微生物的硝化作用逐渐形成硝态氮(NO_(3)^(-)-N),并随水体循环不断累积,严重影响水质并威胁养殖动物的健康。固相反硝化工艺因具有良好的脱氮效果、无需精确的碳源投加、能避免液相碳源的二次污染与运输储存困难等优点,近年来已逐渐应用于RMS的脱氮处理。文章综述了固相反硝化工艺机理,不同固相反硝化工艺应用于RMS的脱氮效果;总结了溶解氧、盐度、水力停留时间对不同固相反硝化工艺脱氮效果与菌群特性的影响;对固相反硝化工艺应用于RMS中进行了展望,以期为未来RMS固相反硝化工艺的研究与应用提供有益参考。

水力负荷及固相碳源对BAF+多级土壤渗滤组合工艺处理污水的影响研究

碳源的选择及曝气量的控制是影响多级土壤渗滤系统(multi-soil-laying,即MSL)脱氮效果的重要因素.试验采用BAF+MSL两段式新型组合工艺,避免了传统MSL曝气过量抑制反硝化脱氮的风险.考察了不同水力负荷下,BAF+MSL对生活污水的净化效果,并比较研究了以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为反硝化碳源的MSL-1及木屑为碳源的MSL-2的脱氮除磷效果.结果表明,不同水力负荷下,系统对SS平均去除率为94.08%,对COD的去除率均在80%以上,出水COD在20mg·L-1以下.水力负荷对系统BAF段硝化性能影响较小,对MSL反硝化脱氮影响较大.BAF水力负荷为0.5、1及2m·3m-·2d-1时,BAF对NH4+-N的去除率均在90%以上,对TN的平均去除率依次为26.53%、11.09%、5.71%;对应MSL段水力负荷分别为0.25、0.50及1m·3m-·2d-1时,MSL-1对TN平均去除率分别为87.39%、65.09%、45.56%,MSL-2平均去除率依次为61.51%、42.52%、31.32%.MSL-1脱氮性能明显优于MSL-2,而两者除磷效果区别较小.随着水力负荷增大,MSL对TP去除率依次降低,MSL-1对TP平均去除率最高为91.97%.

固相反硝化处理地下水硝酸盐研究进展

为解决地下水硝酸盐污染问题,固相反硝化技术成为近年来的研究热点。基于固相反硝化的原理,归纳常用固相碳源种类及其优缺点,分析固相反硝化过程中的影响因素,并阐述固相反硝化技术在生物反应器、可渗透反应墙及人工湿地反应器中的应用。总结并展望固相反硝化技术在修复地下水硝酸盐污染中的问题及今后的研究方向,以期为地下水硝酸盐的修复工作提供借鉴。

生物可降解聚合物在微污染水体中固相反硝化脱氮效果研究

为解决微污染水体因低碳氮比而导致脱氮效率差的问题，本文选择聚丁二酸丁二醇酯（PBS）、聚ε-己内酯（PCL）和聚乳酸（PLA）3种生物可降解聚合物，对比其作为填充床反应器的膜载体与反硝化固相碳源的反硝化效果。结果表明：在进水TN质量浓度维持在14.31～19.21mg／L，HRT为1.0h时，PBS填充床的TN平均去除率为94.95％，优于PCL的84.46％，PLA未能维持良好去除率；PBS与PCL填充床的平均反硝化速率（以NO3-N计）分别为12.14、10.11mg／（L·h），二者出水溶解性有机碳（DOC）先上升后降低至1.3mg／L，表明二者可被微生物降解，是良好的反硝化固相碳源；PBS与PCL填充床出水NO2-N浓度〈O.10mg／L，NH3-N浓度〈0.45mg／L，出水效果良好，不会造成二次污染；3种固体碳源反应前后质量下降不明显，表明其化学结构未发生显著变化；电子扫描显微镜（SEM）扫描显示PBS和PCL反应表面空隙率较高，反应后被腐蚀痕迹明显，表明二者适合作为生物膜载体供微生物附着生长，PLA表面变化不明显。

PHBV-硫铁矿基人工湿地处理实际污水处理厂尾水混合营养反硝化研究

以河南省新乡市某大型污水处理厂尾水为研究对象,开展模拟人工湿地尾水深度脱氮除磷研究。选用聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)和硫铁矿作为湿地系统的主要功能填料,构建异养反硝化与自养反硝化相结合的混合营养反硝化系统。通过水质指标监测和高通量测序等手段,探究工艺运行效果与微生物群落结构机制。构建PHBV+硫铁矿组(实验组)和PHBV+陶粒组(对照组),反应器连续运行77天,结果表明,当水力停留时间(HRT)为2小时,进水水质为NO_(3)^(−)-N=8.39±1.72 mg/L,TN=10.41±1.58 mg/L,TP=0.37 mg/L,COD=15.7 mg/L时,平均出水TN浓度达到2.22 mg/L,TP浓度达到0.28 mg/L,COD浓度为32.7 mg/L,PHBV+硫铁矿组人工湿地脱氮效率(78.55%)明显优于PHBV+陶粒组(51.25%),基本上达到地表水环境质量标准(GB 3838—2002)V类。微生物群落结构分析表明,PHBV+硫铁矿组人工湿地中的优势菌属为自养菌Desulfobacter和异养菌unclassified_k__norank_d__Bacteria,丰度分别为23.98%和12.30%,通过自养与异养菌的协同,实现混合营养反硝化,其中与硫代谢相关Desulfobacter主导的自养反硝化在系统脱氮中可能起主要作用。研究结果可为PHBV+硫铁矿基人工湿地尾水生物脱氮除磷的工程实践提供参考。

以纤维素物质为反硝化碳源和载体去除水中硝酸盐

利用纤维素物质作为反硝化碳源和载体是目前去除水中硝酸盐常用的方法 ,该方法具有成本低廉、取材广、无二次污染等优点。对基于纤维素物质的固相反硝化技术使用的可行性、影响因素以及技术难题等进行了论述,并提出了纤维素物质固相反硝化技术的发展方向和亟需解决的技术难题以及该方法的弊端,为纤维素物质固相反硝化技术的发展和研究提供有益参考。

不同填料对污泥作为生物反硝化碳源的影响和特性研究

在30℃和80～95 r.min-1的条件下,利用摇瓶试验探讨了弹性填料(YDT)和竹子作为填料对污泥为主要碳源的系统反硝化特性和机理。试验结果表明,以污泥/竹子系统中NO3--N的去除速率最大(2.51 g.m-.3h-1),其次是污泥/YDT系统(1.30 g.m-.3h-1),最后是污泥系统(0.53 g.m-.3h-1);而NO2--N积累量也呈现一定的趋势(以每去除1 g NO3--N计算):污泥/竹子系统最高、污泥系统次之、最后是污泥/YDT系统;污泥特性是决定系统反硝化效果的主要因素。然后以污泥/竹子系统进行深入了研究发现,水温对污泥/竹子系统的反硝化过程具有较为显著的影响。

PHBV生物滤池深度脱氮过程中抗生素环丙沙星的同步去除规律及影响因素

固相碳源是反硝化生物滤池深度脱氮过程中抗生素被同步去除的关键影响因素之一。选取典型抗生素环丙沙星(CIP)为研究对象,搭建固相碳源-聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)反硝化生物滤池,重点考察不同浓度CIP条件下系统的出水水质和微生物群落结构特征变化。结果表明:秋季适宜温度(3~27℃)条件下,当进水CIP浓度低于300μg/L时,NO_(3)^(-)-N和CIP去除率均超过了95%;冬季低温(-8~12℃)条件下,当进水CIP浓度为1000μg/L时,NO_(3)^(-)-N和CIP去除率分别为60%和49%。微生物群落结构特征分析显示,变形菌门(Proteobacteria)和丙型变形菌纲(Gammaproteobacteria)分别为最优势门和纲,其中Gammaproteobacteria良好分泌胞外聚合物的特征使其对抗生素具有耐药性。尽管系统长期暴露于CIP中,系统中反硝化菌属物种依然保持较高的相对丰度,其中最优势反硝化菌属脱氯单胞菌(Dechloromonas)在系统纵向沿程中的相对丰度均超过5%,最高达10%。研究证实PHBV反硝化生物滤池是实现深度脱氮并同步去除抗生素的有效技术,同时也为反硝化生物滤池在实际工程中低温运行提供一定的数据支撑。