铁碳自养反硝化高效去除厌氧氨氧化出水硝酸盐氮效能分析

通过工艺连续运行研究、铁沉淀形态转化和微生物种群结构分析,考察铁碳自养反硝化工艺对厌氧氨氧化出水硝酸盐氮的去除效能,揭示铁碳载体与生物膜耦合的理论机制.结果表明:铁碳自养反硝化工艺可实现硝酸盐氮的高效去除.在水力停留时间(HRT)为16.6h时,厌氧氨氧化出水的总氮(TN)去除率可达(90.0±4.7)%;在HRT为13.3h时,厌氧氨氧化出水的TN去除率为(82.2±1.4)%.在运行阶段Ⅰ,Fe_(3)O_(4)是生物膜中的主要铁沉淀类型,而在阶段Ⅲ,生物膜中Fe_(3)O_(4)减少,密度更小的FeOOH型铁沉淀有所增加.铁碳自养反硝化工艺运行过程中,在接种污泥中占优势的兼养反硝化菌脱氯单胞菌(Dechloromonas)比例显著降低,而自养反硝化菌和铁转化细菌得到富集,热单胞菌属(Thermomonas)的相对丰度由第43d的0.70%提升至第120d的4.51%.

硫基、铁基及硫-铁基自养反硝化技术研究进展

自养反硝化技术具有无需外加碳源、污泥产量低以及成本低等优势,是双碳背景下具有前景的低C/N废水的深度脱氮处理技术之一,而无机电子供体的选择是该技术能否广泛实际应用的关键。根据反硝化原理,硫基自养反硝化易产酸并会产生硫酸盐,铁基反硝化耗酸且会有亚硝酸盐积累,而硫-铁基耦合自养反硝化可以结合两者的特点,维持反应pH稳定,减少二次污染。基于以上分析了硫基、铁基以及硫-铁基作为电子供体的自养反硝化基本作用原理及特性,并阐述了基于各电子供体进行反硝化时的优势菌属,以期为硫基、铁基及硫-铁基耦合自养反硝化技术在提高脱氮效率并减少二次污染方面的研究提供参考。

黄铁矿-硫自养反硝化生物滤池同步脱氮除磷

基于黄铁矿的自养反硝化(PAD)工艺具有成本低,产泥量少等优点,是一种具有前景的低C、N比废水脱氮除磷技术。然而,与其他硫基自养反硝化(SAD)工艺相比,PAD的动力学较慢,限制了其工程应用。为此,构建了黄铁矿、硫单质为填料的自养反硝化生物滤池(PSAD-BF)和黄铁矿为填料的硫化钠驱动的自养反硝化生物滤池(SAD-BF),PSAD-BF的硝酸盐去除负荷和去除率均高于SAD-BF,FeS_(2)和S^(0)之间的相互作用加速了反硝化过程并维持了酸碱平衡,减少了硫酸盐的产生,同时通过生成FePO_(4)和Fe_(3)(PO_(4))_(2)(OH)_(2)去除磷酸盐。长期运行结果表明:在HRT为3~12 h时,PSAD-BF对总氮和磷酸盐的去除率达到90%~100%,最高反硝化速率可达600 mg/(L·d)。PSAD-BF是一种很有前途的实现铁硫耦合自养反硝化除磷的工艺。

硫铁矿介导的自养反硝化研究进展

硫铁矿介导的自养反硝化是一种经济、高效和绿色的生物处理技术,具有节省外加有机碳源、同步脱氮除磷、减少污泥产量和CO_(2)排放量等优势,是近年来污水处理领域研究的前沿和焦点。本文系统总结了自然生境中硫铁矿介导的自养反硝化现象以及基于硫铁矿构建的生物处理技术现状;分析了硫铁矿特性、添加量、pH以及温度等关键因素对其效能的影响;阐述了硫铁氧化耦合硝氮还原的功能微生物及其生物化学机制;探讨了硫铁矿生物利用性和铁沉积物抑制作用等关键难点,并提出了相应的潜在对策。综上所述,本文概述了硫铁矿介导的自养反硝化技术的现状、影响因素、生物机制以及关键难点四方面内容,以促进对硫铁矿介导的自养反硝化的深度理解,进而推动其在污水处理领域的实际应用。

铁-硫自养反硝化在污水处理中的研究进展

铁-硫自养反硝化是一种高效环保的生物工艺,被认为是有效处理低碳氮比污水的方法之一。相较于传统的硫基自养反硝化和铁基自养反硝化,铁-硫自养反硝化有着更高的反硝化能力,无须外加pH缓冲物质,具有二次污染小、氮磷同步去除等优势。该文介绍了铁-硫自养反硝化的形成过程及作用机理,并系统梳理了近年来铁-硫自养反硝化的发展和应用现状;阐述了铁-硫自养反硝化应用于污水处理领域的现状,对未来铁-硫自养反硝化的研究方向进行了展望。

包埋硫铁生物填料的制备及自养反硝化性能

采用包埋固定化技术制备了包埋硫铁生物填料(ESI Filler),基于升流式自养反硝化反应器开展动态实验研究,通过改变水力停留时间(HRT)、pH值、溶解氧(DO)等运行条件,探究ESI Filler反应器的脱氮效果及微生物群落结构组成.结果表明,当进水硝酸盐氮(NO_(3)^(-)-N)浓度为30mg/L,HRT为10h时,NO_(3)^(-)-N去除率不断上升至99.80%.当HRT缩短为2.5h时,NO_(3)^(-)-N去除率降至61.35%.ESI Filler反应器对pH值和DO的改变具有较高的稳定性,NO_(3)^(-)-N平去除率可维持在82.5%以上.但对低温的耐受性较差,当温度从35℃降低至15℃时,NO_(3)^(-)-N平均去除率由90.12%降低至68.80%.运行164d后,球体未出现破裂散落的现象,表现出较长的使用寿命.通过扫描电镜发现,填料表面疏松多孔,附着大量杆状细菌,已成为微生物的良好载体.高通量测序结果表明,包埋颗粒中优势菌属为典型的自养反硝化功能菌Thiobacillus,丰度为80.79%.

以硫-铁为基质的自养反硝化深度脱氮性能研究

通过静态批次实验,探讨了硫自养反硝化、铁自养反硝化和硫铁协同脱氮系统的脱氮性能。实验结果表明,单质硫自养反硝化过程中pH由8.46降至5.46,反应前期NO2--N发生积累,最高达7.14 mg/L。TN和NO_(3)^(-)-N随反硝化的进行呈不断降低趋势。反应5 d时TN去除率可达100%。零价铁粉的加入可以有效起到缓冲pH的作用。在硫铁协同脱氮系统中,硫铁体积比为2∶1、1∶1时,反应体系的pH可维持在6.54~7.12之间。硫铁体积比为2∶1时脱氮效果最佳,反应72 h时TN去除率可达98.5%,NO_(3)^(-)-N去除率可达100%。在铁自养反硝化过程中,pH呈缓慢升高后逐渐稳定的趋势,由8.46增至10.02。与硫自养反硝化系统和硫铁协同脱氮系统相比,铁自养反硝化系统的脱氮性能最差,反应9 d时TN和NO_(3)^(-)-N的去除率分别为40.52%、48.96%,且在该体系中NH_(4)^(+)-N有所积累。硫铁协同脱氮系统中以硫自养反硝化为主,当硫铁体积比分别为1∶1、2∶1、1∶2时,硫自养反硝化对NO_(3)^(-)-N去除量所占比例分别为96%、95%、88%。

联合脱氮法用于硝酸盐污染地下水修复的机理研究

地下水硝酸盐已经成为了世界性环境和健康问题。目前针对硝酸盐的化学还原脱氮、自养脱氮、异养脱氮等单一脱氮方法研究较多;联合脱氮体系包括化学还原、自养脱氮和异养脱氮三种脱氮途径,综合了单一脱氮法的优点,但研究甚少。本研究通过静态批试验,采用零价铁、甲醇和混合菌液研究了联合脱氮法的脱氮能力、脱氮产物、脱氮途径及脱氮机理。结果表明,5 d后单一的零价铁化学还原、自养脱氮和异养脱氮的去除率分别为5.79%、14.30%和63.03%;而联合脱氮的去除率接近100%,去除效果显著优于单一的化学还原脱氮、自养脱氮或异养脱氮。在联合脱氮法体系中,零价铁化学还原、自养脱氮未引起亚硝酸盐积累,而异养脱氮造成了亚硝酸盐积累;化学还原、自养脱氮和异养脱氮引起的铵盐增量均<0.6 mg/L,绝大部分硝酸盐未被还原成铵盐,进而省去了后续除铵工艺;零价铁化学还原、自养脱氮、异氧脱氮三者发生协同作用,表现于在厌氧环境下,零价铁发生腐蚀,产生阴极氢和二价铁,为自养脱氮菌提供了电子供体,从而促进了自养脱氮;异养脱氮不仅占主导地位,而且还会产生CO2,CO2被自养脱氮菌作为无机碳源加以利用,从而提高了体系中自养脱氮能力。这种协同作用表现为联合脱氮法的去除率增加,而在单一的异养脱氮或自养脱氮体系中则无法形成这一良性过程。实验表明联合脱氮法是一种潜在的有效可行的地下水原位修复方法。

粒状铁与甲醇支持的生物-化学联用法去除富氧地下水中硝酸盐

针对富氧地下水中硝酸盐,采用粒状铁和甲醇支持的生物-化学联用法开展了批实验研究,优化了脱氮反应参数,初步探讨了脱氧脱氮的能力及途径。结果表明,该法的优化参数是粒状铁种类为GI-北京,m（粒状铁）∶m（水）为3∶800,粒状铁粒径为0.425~1.0 mm,反应时间为5 d,甲醇用量为210.59 mg.L-1。生物-化学法、粒状铁和好氧异养菌完全脱氧所需的时间分别是174、206和2 746 min。生物-化学法脱氧依赖于粒状铁化学还原和好氧异养菌有氧呼吸,并且前者起着关键作用。随着反应时间的增加,异养脱氮、自养脱氮和化学还原各自引起的NO3-去除率亦增加。当反应时间≤5 d时,自养脱氮和化学还原的去除率均〈10%,而当反应时间为5 d时,生物-化学法的NO3-去除率达到近100%。生物-化学法内存在异养脱氮、自养脱氮和化学还原3种脱氮途径,其中异养脱氮是最主要的途径,且三者存在共生、协同和促进作用。生物-化学法脱氮期间硝酸盐还原速率≥亚硝酸盐还原速率。生物-化学法去除地下水中硝酸盐是有效可行的。

铁型反硝化脱氮技术研究进展

传统反硝化工艺是非常有效的废水脱氮技术,具有反应快、效率高等优点,但受废水中有机碳源浓度影响较大.废水中碳源不足不能满足生物反硝化脱氮的需求且会导致总氮(TN)去除率偏低,而投加外源有机碳源会提高处理成本,极易造成二次污染,因而传统反硝化工艺对低碳氮比(C/N)废水脱氮处理具有一定局限性.铁型反硝化脱氮技术作为自养反硝化脱氮技术之一,具有高效、经济、产物具有回收价值等优点,可有效解决传统异养反硝化存在的不足.总结了硝酸盐废水的来源及危害,阐明铁型反硝化脱氮过程的反应机理.通过阐述pH值、温度、铁氮物质的量比(Fe/N)等对铁型自养反硝化脱氮效能的影响,综述了铁型反硝化脱氮系统的性能强化措施.

自养型铁驱动生物脱氮技术研究进展

生物脱氮具有成本低、运行高效的特点,有效保护了水质环境。水圈微生物驱动下铁-氮循环研究对开发自养型生物脱氮技术具有重要意义。文章从铁循环的角度,介绍了厌氧铁氨氧化,亚硝酸盐、硝酸盐依赖型铁自养反硝化技术,并提出铁驱动生物脱氮(FeDBNR)概念:即利用Fe(Ⅲ)氧化氨氮,同时利用产生的Fe(Ⅱ)作为电子供体还原硝酸盐氮,生成N_(2)。具有减少碳源消耗、避免二次污染、循环利用铁元素等优势。重点介绍了FeDBNR的反应机理、微生物种类、影响因素和优势,对该技术在未来污水生物处理中的应用进行了展望。

集成式铁基质生物膜反应器自养反硝化深度脱氮

以污水厂处理水为研究对象,采用铁基质生物载体与生物膜耦合实现高效自养反硝化脱氮。考察停留时间(HRT)对系统脱氮效能的影响,通过动力学及微生物群落结构分析,揭示耦合技术的脱氮机理。结果表明:HRT为8 h,对一级A和一级B污水厂处理水,总氮(TN)平均去除率分别为95.41%和92.55%,TN处理负荷分别为0.48 kg TN/(m^3·d)和0.58 kg TN/(m^3·d),硝化过程氨氮(NH4^+-N)饱和常数分别为1.17 mg/L和0.72 mg/L,反硝化过程硝氮(NO3^--N)饱和常数分别为0.87 mg/L和0.67 mg/L。出水水质分别达到《地表水环境质量标准》Ⅲ类、Ⅴ类水质标准。铁基质生物载体与生物膜耦合系统中微生物优势菌属为Maritimimonas、Rhodobacter和Sphaerotilus,均为自养反硝化菌,证实了铁基质生物载体可为自养反硝化菌提供电子,实现生物自养反硝化脱氮。

微生物驱动下铁氧化还原循环与生物脱氮

生物脱氮技术是防治水体氮素污染的重要途径。利用铁循环与氮转化耦合治理氮素污染,已成为国际研究的前沿。文章概述了目前废水生物脱氮主流技术,主要介绍微生物驱动下的铁氧化还原现象,包括与生物脱氮过程密切相关的铁自养反硝化,硝酸盐型厌氧亚铁氧化,亚硝酸盐型厌氧亚铁氧化和铁氨氧化等。预见未来基于铁氧化还原耦合生物脱氮研发的对环境领域氮素污染控制的新型生物脱氮技术具有很大发展潜力。

EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)对自养生物体系下硝酸盐还原过程的影响

采用厌氧序批式生物膜反应器(ASBBR),以固定浓度的硝酸盐和硫酸亚铁为基质,按不同梯度条件添加EDTA-2Na,进行长时间的培养驯化,研究铁盐脱氮的启动过程,同时探究不同EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)对铁自养反硝化过程以及硝酸盐异化还原为铵(DNRA)的影响.结果表明:经过65d的培养驯化,反应器成功稳定运行.当EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)<1.50时,反应器只进行铁自养反硝化过程,NO_(3)^(-)-N去除率最高仅为71.70%;当EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)≥1.50时,反应器同时进行铁自养反硝化与DNRA过程,NO_(3)^(-)-N去除率最高为99.70%.值得注意的是,在EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)=1.50时,铁自养反硝化速率达到最大值1.63mg/(L·h)的同时,DNRA的产氨量也达到最大值9.75mg/L.Visual MINTEQ模拟结果表明:EDTA-2Na与Fe(Ⅱ)的摩尔比会影响进水中EDTA-2Na与Fe(Ⅱ)的存在形态,物质的量比越大,FeEDTA^(2)度越高,Fe(Ⅱ)的生物可利用性越强.通过对不同样本进行微生物种群分析,发现优势菌属有Brucella、Castellaniella、Ochrobactrum、Pseudomonas、Citrobacter,前4种菌属均与反硝化过程有关,Citrobacter菌属与DNRA过程有关,且该菌属只在EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)=1.50和1.75两个条件下出现.上述研究结果可为更深入探究DNRA与反硝化之间的作用关系提供参考.

硫/铁硫化物自养反硝化脱氮除磷研究进展

二级出水中的氮、磷浓度虽较低,但污水排放量大,是造成水体富营养化的原因之一;且二级出水的碳氮比低,采用传统反硝化工艺无法达到脱氮除磷的需求。利用硫/铁硫化物自养反硝化深度处理污水是有必要的。阐述了自养反硝化菌利用硫/铁硫化物进行反硝化脱氮除磷的基本原理,以及反硝化菌用铁硫化物作电子供体的反应途径,论述了水力停留时间(HRT)、温度、pH对硫/铁硫化物自养反硝化过程的影响。研究表明:增加HRT可以提高硫/铁硫化物自养反硝化对氮、磷的去除率;反硝化菌群属于嗜温性菌,温度低于20℃明显抑制反硝化速率;pH为6.5-7.0时硫/铁硫化物自养反硝化菌群的活性最高,对氮、磷的去除效果最好;硫氮比、COD等也会影响硫/铁硫化物自养反硝化对氮、磷的去除效率。介绍了前人研究硫/铁硫化物自养反硝化过程中主要的微生物种类和相对丰度,总结了国内外关于硫/铁硫化物自养反硝化脱氮除磷的工程实际应用,并指出工艺中存在的问题及解决方向。

铁(Ⅱ)基质自养反硝化的脱氮效率及其影响因素研究

铁(Ⅱ)自养反硝化是一种新型自养反硝化脱氮工艺,它是以Fe^2+为电子供体,NO3^--N为电子受体而实现的微生物化能自养型生理活动.本文采用实际脱氮工艺中的异养反硝化活性污泥,通过亚铁基质自养反硝化驯化,实现铁(Ⅱ)自养反硝化启动和运行,并探究了该自养反硝化脱氮的影响因素和运行条件.试验结果表明:在反应温度为30℃,进水Fe^2+和NO3^--N浓度分别为575 mg/L和55 mg/L时,铁(Ⅱ)自养反硝化脱氮效率为53.6%;当进水Fe/N(即Fe^2+/NO3^--N摩尔比)比为3时,铁(Ⅱ)自养反硝化脱氮效果最好,NO3^--N最大去除率为42.12%,最大去除负荷为0.051 kg/(m^3·d);进水Fe^2+浓度越高,并非有利于铁(Ⅱ)自养反硝化脱氮,当进水Fe^2+增大到800 mg/L时,脱氮效率开始下降;铁(Ⅱ)自养反硝化脱氮运行的最适宜pH为7.进水pH越高或越低,均对铁(Ⅱ)自养反硝化脱氮效率有明显影响;进水中NH4^+-N对铁(Ⅱ)自养反硝化运行不利,当进水NH4^+-N浓度大于50 mg/L时,脱氮效率明显下降;铁(Ⅱ)基质自养反硝化菌不能促使NH4^+-Fe3+反应.铁(Ⅱ)基质自养反硝化的途径是铁(Ⅱ)基质自养反硝化菌直接将NO3^--N还原为气态氮.研究结果对于完善铁(Ⅱ)自养反硝化运行条件和提高运行效果具有一定的指导意义,为生物脱氮提供了新的方法和理论依据.

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 m V升高并稳定至(6.35±0.22)mg/L和(235.42±3.41)m V.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Fe^2+为自养反硝化提供电子、Fe^2+氧化后的Fe^3+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.

基于不同电子供体反硝化脱氮技术研究进展

近年来,由于自养反硝化、甲烷氧化耦合反硝化等反硝化脱氮技术具有无需投加固/液态有机碳源和环境友好等特点,能有效处理低碳氮比含硝酸盐废水而受到广泛关注。阐述了基于铁、硫、氢气和甲烷为电子供体的新型反硝化脱氮工艺技术的研究进展,探讨其现有局限,并对今后的研究进行了展望。

铁基自养反硝化脱氮技术研究进展

为解决污水脱氮中碳源缺乏,投加碳源易造成二次污染等问题,业界将目光投向自养反硝化脱氮技术。综述了常见的自养反硝化技术,特别是铁自养反硝化技术的发展。分析了铁基自养反硝化原理以及pH值、温度、Fe/Fe^(2+)浓度及存在形态、碳源等因素对反应过程的影响,阐述了铁自养反硝化技术及其耦合工艺的研究进展,并对铁基自养反硝化技术在应用过程中可能遇到的问题与技术发展方向进行了探讨。

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/m 2、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Fe^2+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.