固体纤维素类废物作为反硝化碳源滤料的比选

以棉花、稻草、稻壳、玉米芯这4种农业废弃物作为反硝化碳源和微生物载体,通过对静态释碳数量和质量、长期脱氮效果以及生物附着性能等方面的比较,旨在优选出适于再生水反硝化深度脱氮生物滤池的固体纤维素碳源滤料.结果表明,玉米芯初期可溶性有机物较多,易于微生物的附着和繁殖生长;且比其它3种碳源表现出更好的长期反硝化效果,2.5 g玉米芯在46 d累计去除了284.544 g的硝氮;棉花、稻草前期处理效果较好,但长期反硝化能力不如玉米芯;稻壳的处理效果最差,几乎不能被微生物有效利用.因此,玉米芯更适用于再生水反硝化深度脱氮滤池的碳源滤料.     

新型反硝化固体碳源释碳性能研究

碳源在生物硝酸盐去除过程中起着重要的提供电子供体的作用,因此是生物反硝化的核心物质之一.选出玉米芯、稻壳、稻草、木屑4种农业废弃物做为反硝化碳源和生物膜载体,研究了4种碳源物质的释碳规律及外界因子对其释碳能力的影响.结果表明,4种碳源材料的释碳过程均满足二级动力学方程;比较而言,稻草的有机物释放量最大,释放速率也最快,...     

预处理方法对玉米芯作为反硝化固体碳源的影响

分别用1.5%NaOH、1%H2SO4、1.5%H2O2和碱性双氧水(含有1.5%H2O2的NaOH溶液)并联合紫外照射对玉米芯进行预处理,将预处理后玉米芯作为反硝化固体碳源和微生物载体进行静态释碳和静态反硝化实验,考察预处理后玉米芯释碳、反硝化性能及微生物附着情况.结果表明,经过碱和碱性双氧水预处理后的玉米芯碳源可利用性和反硝化效率均有显著的改善,尤其是碱预处理方法,静态反硝化反应至41 d时,仍能保持90%以上的硝酸盐去除率.因此,碱预处理方法可以改善玉米芯释碳性能,有利于微生物的附着和碳源的利用.     

聚己内酯复合固体碳源的制备及其深度脱氮性能研究

以聚己内酯（PCL）为骨架结合不同低成本碳源制备得到PCL复合碳源,静态释放试验筛选出适用于污水深度脱氮的复合碳源,批式试验研究其脱氮性能.并通过比较碳源表面特征、反硝化功能基因丰度与微生物群落结构特征分析其脱氮机理.结果表明,PCL/玉米淀粉连续30 d释碳性能稳定,氮、磷释放量均低于1.0 mg·L^-1,对水质影响较小,可用于生活污水深度脱氮.批式脱氮试验结果显示,PCL/玉米淀粉反硝化系统脱氮效果好,反硝化功能基因nirS、nirK拷贝数高,能够有效富集反硝化菌.此外,PCL/玉米淀粉系统中群落丰富度与多样性更高,系统抗逆性更强.因此,PCL/玉米淀粉能够实现生活污水长效稳定深度脱氮.     

不同电子供体用于混养反硝化系统强化脱氮研究

针对雨水径流中NO₃^--N含量较高易引起受纳水体富营养化的问题,利用植物碳源和硫作为电子供体构建混养反硝化系统强化脱氮.通过对比不同植物碳源(芦苇、马蔺、黄菖蒲、鸢尾)的脱氮效能和释碳性能,优选芦苇作为混养反硝化系统的有机电子供体.基于芦苇构建的不同硫碳比(0.2、0.6、0.8、1.0)混养反硝化系统运行效能表明,高硫碳比系统在运行后期NO₃^--N去除率(98.14%)相对稳定且反硝化条件较为适宜,但硫添加量的提高不利于芦苇持续释碳,还导致了较为明显的NH₄⁺-N和SO₄^2-积累现象.运行效果评价显示出0.2硫碳比系统具有最低的综合污染指数,表现出最佳的脱氮同步副产物控制能力.本研究结果可为雨水径流混养反硝化脱氮技术提供理论支撑.     

玉米芯缓释碳源对CRI系统脱氮效能的影响

为解决CRI系统有机碳源不足导致的TN去除率低的问题,选取玉米芯作为碳源备选材料,研究了酸热、碱热、超声波3种预处理方法对其释碳性能和反硝化潜力的影响,筛选出最优预处理方式后,投加于CRI系统考察了对其脱氮效能的影响。结果表明,碱热处理玉米芯的COD平均释放量为13.24 mg/(g·d),反硝化潜力为130.93 mg NO_3~--N/g,粗糙的表面和丰富的孔隙有利于微生物的附着生长,且分解过程对水质的潜在影响较小,确定其为较适宜的缓释碳源。将碱热处理玉米芯投加到CRI系统的中层(50~100 cm),当玉米芯与基础填料体积比为1∶7,湿干比为1∶3时,COD、TN的平均去除率分别达到了80.28%、85.29%。沿程污染物变化规律表明,碱热处理玉米芯释放的有机物为反硝化段(100~150 cm)提供了充足的碳源,100 cm处进水的C/N比对照组提高了9.14倍,最终TN去除率比对照组提高了58.35%。     

以10种农业废弃物为基料的地下水反硝化碳源属性的实验研究

为了选择理想的农业废弃物作为优质碳源,同时作为生物膜载体应用于可渗透反应墙(PRB),通过反硝化作用去除地下水中的硝酸盐.选择小麦秸秆、玉米秸秆、稻秆、大豆秸秆、玉米棒、稻壳、甘蔗渣、杨树枝、木屑、芦苇共10种农业废弃物进行元素分析实验、浸溶实验和长效浸出实验研究.元素分析实验结果显示,10种农业废弃物的C、N、H元素含量分别为38%~48%、5%~7%、0.5%~2.5%.短效浸出实验表明,甘蔗浸出液的总有机碳(TOC)浓度最高,均值可达38.66 mg·g~(-1),大豆秸秆、水稻秸秆、玉米秸秆、稻壳、杨树枝和小麦秸秆为8.04~15.30 mg·g~(-1),其他均值约为2.36~6.33 mg·g~(-1).但是,大部分农业废弃物均释放一定量的含氮物质.其中,硝酸盐及亚硝酸盐释放量均低于0.05 mg·g~(-1),氨氮释放量低于0.30 mg·g~(-1),凯氏氮除木屑、玉米棒、杨树枝释放量较低,其余均高于0.80 mg·g~(-1),最高可达1.65 mg·g~(-1).同时,秸秆类材料浸出液具有一定的色度,其中稻杆的色度最高,其值为1025.选择浸出液TOC浓度较高的甘蔗渣、玉米秸秆、稻壳、小麦秸秆及凯氏氮浓度较低的玉米棒和木屑作为理想碳源材料,进行长效浸出实验.结果表明,6种材料的TOC能迅速达到高位平衡状态,且溶出速率稳定,浸出液的高效液相色谱(HPLC)和气-质谱联用仪(GC/MS)分析表明,其主要成分为有机酸、糖类、含氮有机物和酯类等物质.其中,有机酸主要为甲酸、乙酸、草酸、富马酸等小分子有机酸、糖类主要为纤维二糖、葡萄糖、果糖和木糖.脱氮效能实验表明,6种农业废弃物硝酸盐去除率均达到80%以上,脱氮速率均达到1.00~2.00 mg·cm~(-3)·d~(-1)(以N计).综上,这6种材料均可作为地下水硝酸盐污染原位修复的理想碳源填充材料.     

聚丁二酸丁二醇酯（PBS）为反硝化固体碳源的脱氮特性研究

以聚丁二酸丁二醇酯(PBS)为固体碳源和生物膜载体,研究其脱氮性能以及添加惰性载体砾石对反应性能的影响.结果表明,PBS可作为反硝化固体碳源去除低C/N水体中的硝酸盐氮,但是所需的启动时间较长,为33 d左右.反硝化过程不会造成亚硝酸盐氮积累,但是会产生低于0.8 mg·L-1的氨氮.在PBS为碳源的反硝化体系中添加惰性载体来增加生物膜量,可以提高反硝化速率,PBS、PBS+30 g砾石、PBS+60 g砾石、PBS+90 g砾石4个体系的反硝化速率分别为5.33、7.04、10.05和6.93mg·(L·h)-1,反应均为零级反应.反硝化反应过程中(0~9 h),溶解性有机碳(DOC)先升高后降低,反应结束时(24 h),添加惰性载体砾石60 g和90 g体系的DOC分别为16.34 mg·L-1和19.22 mg·L-1,高于未添加砾石体系的13.48 mg·L-1.4个反硝化体系的pH值均低于初始值,是固体碳源降解过程中产生的酸性物质与反硝化产生的碱度综合作用的结果.     

利用聚乳酸作为反硝化固体碳源的研究

利用聚乳酸(PLA)颗粒作为反硝化的固体碳源和生物膜载体,考察了聚乳酸作为反硝化碳源的可行性和温度对聚乳酸颗粒反硝化脱氮性能的影响,并对聚乳酸颗粒表面进行了红外光谱分析和扫描电镜观察.结果表明,PLA颗粒作为反硝化固体碳源和生物膜载体进行反硝化脱氮,接种和驯化时间较长.在30℃,硝酸盐氮初始浓度为50 mg/L时,PLA的平均反硝化速率为2.6×10-3mg/(g.h),13 h内硝酸氮可以完全去除.温度对反硝化速率影响很大,在30~40℃之间反硝化速率较高,一旦偏离适宜温度,反硝化速率降低很快.对PLA颗粒表面的红外光谱分析和扫描电镜观察证实了PLA作为反硝化固体碳源的可行性.PLA颗粒表面的生物膜扫描电镜观察发现生物膜比较薄,以球菌为主.     

利用辐照预处理麦秆作为反硝化固体碳源的研究

采用经辐照预处理的秸秆作为反硝化微生物的固体碳源和生物膜载体反硝化脱氮,以考察辐照预处理是否可以提高麦秆作为固体碳源反硝化的性能.静态试验结果表明,辐照预处理可以使麦秆作为固体碳源反硝化的反硝化速率提高20%,在硝酸氮初始浓度65.3 mg/L时,辐照剂量300 kGy的麦秆的反硝化速率可以达到0.087　mg/(g·h),硝酸氮去除率在90%以上.部分试验结果通过麦秆的表面结构红外分析和扫描电镜观察得到了证实.     

6种农业废弃物初期碳源及溶解性有机物释放机制

针对农业废弃物作为反硝化碳源初期有机物释放过多,N、P和色度物质释放以及溶解性有机物成分、释放机制及潜在影响不清楚等问题,选取水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、玉米芯、大豆秸秆和大豆壳作为反硝化碳源,研究其碳源、二次污染物及溶解性有机物的释放情况,并分析其可能产生的影响.结果表明,6种材料均可作为反硝化碳源,小麦秸秆中C元素含量最高,而玉米芯释放二次污染的风险最低;6种材料在1~120 h的碳源释放过程符合二级反应动力学和Ritger-Peppas方程,二级反应动力学拟合结果表明玉米芯因具有适中的c_m值和较大的t_1/2值更适合作为反硝化碳源,Ritger-Peppas方程拟合结果表明释放机制为扩散过程;水稻秸秆浸出液中NH₄⁺-N、TN和TP浓度显著高于其他5种材料,小麦秸秆和玉米秸秆在浸泡过程中释放色度严重,玉米芯释放的N、P和色度物质均最少;玉米芯和大豆秸秆浸出液的可生化性好,造成出水二次污染的风险较低;浸出液中DOM芳香性和分子量随时间逐渐增大,腐殖化程度较低;利用平行因子法分析出5种荧光组分,主要为以类酪氨酸和类色氨酸为主的类蛋白物质,类胡敏酸为主的类腐殖酸含量较少,对后续水处理过程可能存在不利影响.本研究结果能为农业废弃物作为反硝化碳源时对初期阶段的出水水质影响及风险评估提供理论支撑.     

玉米芯和稻草秸秆强化潜流人工湿地对低C/N污水的处理效果

人工湿地在处理低C/N污水时存在碳源缺乏而严重限制反硝化进行的问题.为了补充反硝化需要的碳源,选择了玉米芯和稻草秸秆作为外加碳源引入湿地系统,对比两种碳源对湿地脱氮的强化效果.结果表明,通过11 d的纯水浸提释放实验发现,碳素累积释放量：稻草秸秆［（145.17±9.44） mg·g^-1］>玉米芯［（57.41±5.04） mg·g^-1］;氮素累积释放量：稻草秸秆［（2.31±0.09） mg·g^-1］>玉米芯［（0.66±0.08） mg·g^-1］.在观测的时间内,玉米芯和稻草秸秆累积释放碳氮比平均值分别为94.78和63.64.相比于稻草秸秆,玉米芯更适合作为外加碳源.在为期58 d的潜流人工湿地实验中,发现除了第8~12 d,添加玉米芯和稻草秸秆人工湿地出水中ρ（COD）超过50 mg·L^-1外,其它时间都低于50 mg·L^-1.在观测期间,添加玉米芯人工湿地的NO₃^--N去除率为93%~99%,具有良好的反硝化性能.而添加稻草秸秆人工湿地在运行后期NO₃^--N去除率最低只有76.8%,反硝化速率明显下降.对照组NO₃^--N去除率只有76.2%~77.7%,出现了明显碳源不足的现象.碳源不足还造成了NO₂^--N的蓄积.添加稻草秸秆和对照组人工湿地中NO₂^--N的出水质量浓度分别是玉米芯人工湿地的2.5~6倍和6~26倍.与添加稻草秸秆比,添加玉米芯可以使人工湿地中NO₂^--N出水质量浓度得到更显著地降低（P<0.05）.玉米芯、稻草秸秆和对照组人工湿地TN去除率分别为83.75%~93.49%、76.59%~78.85%和67.85%~72.56%,三者之间存在显著性差异（P<0.01）.最后,通过对玉米芯进行了稀碱加热预处理,使玉米芯的碳素累积释放量提高到（93.73±17.49） mg·g^-1,累积释放的碳氮比提高至175.8,进一步提高了玉米芯的释碳性能,表现为更合适的外加碳源.     

生物反硝化去除地下水中硝酸盐的混合碳源研究

选取麦秸、锯末、乙醇为碳源,比较了这3种物质单独或两两组合作为碳源的情况下,生物反硝化去除模拟地下水中硝酸盐的效果.结果表明,以麦秸为碳源的反应体系具有较好的反硝化效果,但反应器出水具有颜色和异味;锯末+乙醇作为混合碳源的反应体系比单独添加锯末或乙醇反应体系的脱氮效果好;碳氮比(C/N)为40的混合碳源用量有利于硝酸盐...     

甘蔗渣和稻草秸在亚/超临界水中液化的初探

采用亚/超临界水解方法进行了甘蔗渣和稻草秸液化的实验研究,考察了反应温度、质量比(秸秆/水)对纤维素液化转化所得还原糖产率的影响.研究结果表明:(1)反应温度为350℃,固液比为1∶4时,甘蔗渣转化为还原糖的产率与浓度最大,产率达31.8%,浓度为127 g/L;(2)稻草秸在333℃,固液比为1∶3.6时,还原糖产率...     

农作物残体制备的生物质炭对水中亚甲基蓝的吸附作用

将稻草、稻壳、大豆秸秆和花生秸秆低温热解制备生物质炭,用平衡吸附实验和淋溶实验研究了制备的生物质炭对阳离子染料亚甲基蓝的吸附及对水体中亚甲基蓝的去除效果.结果表明,生物质炭对亚甲基蓝有很高的吸附能力,但不同生物质炭之间存在较大差异,4种生物质炭吸附亚甲基蓝能力的大小顺序为:稻草炭>大豆秸秆炭>花生秸秆炭>稻壳炭,这一顺序与生物质炭表面负电荷数量和生物质炭比表面的大小顺序基本一致.但亚甲基蓝在生物质炭表面主要发生专性吸附,因为亚甲基蓝的吸附量随介质离子强度的增加而增加,而且亚甲基蓝吸附使生物质炭颗粒的Zeta电位向正值方向位移.Langmuir方程对吸附等温线的拟合效果较好,可以用Langmuir方程描述生物质炭对亚甲基蓝的吸附.由Langmuir方程预测的亚甲基蓝在稻草炭、大豆秸秆炭、花生秸秆炭和稻壳炭表面的最大吸附量分别为196.1、169.5、129.9和89.3 mmol.kg-1.淋溶实验表明,156 g稻壳炭可以将30 L水中亚甲基蓝浓度为0.3 mmol.L-1的染料几乎全部除去,累积吸附量达57.7 mmol.kg-1.生物质炭可以用作高效吸附剂去除染料废水中的亚甲基蓝.     

基于光谱学技术对生物沥浸污泥与不同辅料堆肥过程中富里酸的研究

以生物沥浸污泥与不同农林废弃物混合堆肥为研究对象,采用紫外可见光谱(UV-vis)、傅里叶红外光谱(FTIR)和三维荧光光谱(3D-EEMs)技术分析了堆肥过程中富里酸结构、组成和含量变化。基础理化性质表明：4个处理组(T1:污泥+甘蔗渣,T2:污染+秸秆,T3:污染+米糠,T4:污染+木屑)均达到堆肥成熟标准;UV-vis和紫外参数SUVA₂₅₄、SUVA₂₈₀的变化表明4个堆肥处理组中的腐熟度和富里酸的芳香碳含量均增加,其中T2处理组的腐熟度优于其他处理组。FTIR分析表明富里酸中多糖类、碳水类和脂肪族物质的含量逐渐降低,合成的腐殖酸类物质含量逐渐增加,T3处理组的腐殖化、芳构化程度要优于其他处理组。3D-EEMs分析表明结构简单、共轭程度低的有机物如辅酶、色素等物质被降解消耗,形成共轭程度高的类腐殖质物质,T2处理组的荧光峰强度最大,表明堆肥腐熟效果更好。富里酸含量变化则表明T3处理组腐熟效果优于其他处理组。结果表明,秸秆和米糠与生物沥浸污泥共同堆肥效果较好。     

水生植物材料与传统植物材料吸油性能比较

将水生植物材料(凤眼莲叶和茎、大薸叶)作为新型吸油材料,与传统植物材料(水稻秸秆、夏威夷坚果壳、甘蔗渣)的吸油性能进行比较。通过研究各材料的表面结构特征、表面基团特征、吸油能力和表面疏水性,来对比各材料的吸油性能。结果表明:水生植物材料具有较大吸油容量,且其叶子部分疏水性很强,适合作为水上浮油原位处理的吸附剂;水稻秸秆疏水性稍弱,但也是一种良好的水上浮油吸附剂;凤眼莲茎吸水性较强,与夏威夷坚果壳、甘蔗渣一样具有浮力较小、疏水性较弱的特点,但对正己烷的吸附速率非常快,可考虑作为填充滤料处理含油废水。