有机碳对养殖池塘沉积物中反硝化、厌氧氨氧化的影响

养殖沉积物中反硝化作用对于缓解氮污染有重要的作用,沉积物中的反硝化和厌氧氨氧化菌可将化合态氮转变为氮气,从而有效降低污染,有机碳在该过程中有着重要的作用。为了解有机碳对养殖池塘沉积物中反硝化、厌氧氨氧化的影响,采取理化分析和分子生物学分析等方法,以养殖池塘沉积物为基质、人工配水为营养液,添加不同浓度的淀粉,分析120 h内底物亚硝氮(NO_2~--N)、硝氮(NO_3~--N)、氨氮(NH_4~+-N)和TOC浓度,并对反硝化、厌氧氨氧化菌群丰度变化和反硝化菌多样性进行分析。结果表明:淀粉浓度在150 mg·L~(-1)时,NO_2~--N和NO_3~--N的去除率最高,分别达到98.90%和99.86%;NH_4~+-N去除率在淀粉浓度为50 mg·L~(-1)时最高,为35.98%。随着淀粉浓度的增加,反硝化菌的丰度明显增加,但有机碳对厌氧氨氧化菌群具有抑制作用。当淀粉浓度为150 mg·L~(-1)时,反硝化菌的丰度最大、多样性水平最高、物种数目最大,反硝化细菌优势菌属为未分类的变形菌属和β-变形菌属。     

邛海表层沉积物营养盐分布特征及污染评价

以四川邛海为研究对象,研究了表层沉积物中总有机碳(TOC)、TN和TP的分布特征,对邛海表层沉积物中营养盐的污染状况进行了评价,并分析了表层沉积物碳-氮-磷两两之间的耦合关系。结果表明:邛海表层沉积物中TOC、TN、TP分别为1 479~15 197、270~2 030、380~630mg/kg;表层沉积物TOC与TN具有极显著的正相关关系(r2=0.98,P0.010),除海南乡和鹅掌河河口外TOC和TP呈现了显著的正相关关系(r2=0.94,P0.025),有机质主要来源于浮游植物,海南乡和鹅掌河河口表层沉积物受面源影响较大;邛海表层沉积物有机指数均值为0.120,属于较清洁范畴,有机氮质量分数平均为0.114%,属于尚清洁范畴,污染相对严重,具有造成较小生态风险的可能性。因此,邛海的保护中应注意控制沉积物中外源性氮、磷的输入。     

HRT对UASB厌氧反硝化脱氮的影响

在反硝化脱氮的影响因素方面,研究多集中在碳源种类和碳氮比(C/N)2个方面,而对水力停留时间(HRT)的影响很少有报道。采用UASB作为厌氧反硝化反应器,进水NO_3~--N为50 mg·L~(-1),C/N比固定为1.5,分别以葡萄糖和乙酸钠作碳源,研究HRT对反硝化效果的影响。结果表明:当外加碳源为葡萄糖时,最佳HRT为6 h,此时NO_3~--N和TN的去除效果最好,去除率分别为79.5%和63.8%,出水NO_2~--N和NH_4~+-N浓度分别为4.69 mg·L~(-1)和2.22 mg·L~(-1);当外加碳源为乙酸钠时,最佳HRT为4 h,对应的NO_3~--N和TN去除率分别为99.0%和91.4%,出水NO_2~--N和NH_4~+-N浓度分别为3.08 mg·L~(-1)和0.47 mg·L~(-1)。HRT对反硝化效果有显著影响,且跟碳源种类有关。HRT会影响反硝化菌、反硝化异化还原成铵(DNRA)细菌和其他异养菌之间的平衡。     

原位洗脱技术对凉水河底泥中氮、磷释放特征的影响

为探讨新兴底泥原位修复技术—原位洗脱技术对城市河流凉水河底泥中氮、磷释放的抑制作用,于现场采集洗脱前后样品并设计室内静态模拟实验,分析了实验期间洗脱组和对照组上覆水中NH_4~+-N、NO_3~--N、TN、PO_4~(3-)-P、TP浓度和释放速率变化特征。结果表明:洗脱组释放第30天时,NH_4~+-N由底泥向上覆水中平均NH_4~+-N平均浓度为0.52 mg·L~(-1),较对照组下降了89.4%;PO_4~(3-)-P和TP平均释放速率较对照组降低了78.1%和83.0%,上覆水中TP平均浓度为0.22 mg·L~(-1),较对照组下降了68.1%。原位洗脱技术对底泥中NH_4~+-N、PO_4~(3-)-P释放的抑制作用主要通过对有机氮、磷物质的削减和水-沉积物界面还原环境的改善来实现。     

硝化液循环比对DBF-BAF工艺处理焦化废水效能的影响

采用DBF-BAF工艺处理焦化废水,考察不同硝化液循环比条件下系统的脱氮除碳效果,通过分析循环比对各反应器内的氮赋存反应、COD去除特性的影响,探究其对DBF-BAF工艺处理焦化废水时脱氮除碳效能的影响机制。结果表明:适当增大循环比,有利于系统脱氮除碳,在300%的最佳循环比下,系统对COD、NH_4~+-N、有机氮和TN的平均去除率分别为87.57%、97.34%、99.18%和79.97%,出水NH_4~+-N稳定达到5.00 mg·L~(-1)以下;循环比通过改变各反应器进水COD、NO_3~--N、NH_4~+-N、有机氮和DO浓度来影响其内的碳氧化反应和氮素的转化与去除,进而影响系统的脱氮除碳效能。     

氢自养脱氮法去除污染地下水中硝酸盐氮的模拟研究

针对硝酸盐氮污染地下水,利用含水层介质培养驯化氢自养脱氮菌,借助静态实验,开展氢自养脱氮的室内研究,考察了初始NO_3~--N浓度、C/N、P/N、溶解氧(DO)和腐殖酸(HA)对脱氮能力的影响。结果表明,当初始NO_3~--N浓度为11mg·L~(-1)时,反应7 d后去除率为97.0%;当初始值分别为22和44 mg·L~(-1)时,13 d后去除率为97.9%和60.7%。在C/N≤2∶1时,生成的NO_2~--N峰值达3.45 mg·L~(-1)。当C/N=15∶1~20∶1时,去除率增加至97.1%~97.8%,NO_2~--N为0.12~0.35 mg·L~(-1)。当P/N由0.03∶1增加至0.29∶1时,去除率由76.5%上升至98.1%。当DO≤1.98 mg·L~(-1)时,去除率为93.7%~96.8%;当DO≥3.87 mg·L~(-1)时,去除率降低至84.1%~88.5%。当HA由0.05 mg·L~(-1)增加至38.75 mg·L~(-1)时,去除率为96.8%~98.1%,同时与初始HA相比残留HA呈降低趋势。初始NO_3~--N浓度、C/N、P/N和DO显著影响氢自养脱氮性能。HA抑制自养脱氮性能,且HA存在时部分NO_3~--N被异养脱氮去除。     

两级自养反硝化实现垃圾渗滤液的深度脱氮

针对目前生物工艺难以解决垃圾渗滤液深度脱氮的问题,探究了短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化(两级自养)工艺处理高氨氮、低C/N比垃圾渗滤液的脱氮效果。结果表明,当进水垃圾渗滤液中氨氮平均浓度为2 560 mg·L~(-1),COD值为4 000～5 000 mg·L~(-1)时,经过短程硝化反硝化-厌氧氨氧化处理后,总氮去除负荷可达1.19 kg·(m~3·d)~(-1)、总氮去除率可达93.1%(出水TN=176.3 mg·L~(-1))、COD去除率可达52.2%。但是,厌氧氨氧化反应器出水中NO_x~--N浓度为154.5 mg·L~(-1),仍未达到我国生活垃圾填埋场垃圾渗滤液处理排放标准(TN≤40 mg·L~(-1))。在厌氧氨氧化反应器之后串联硫自养反硝化,整体工艺最终出水NH_4~+-N、NO_2~--N、NO_3~--N平均浓度分别为1.9、0.6、9.7 mg·L~(-1),TN≤15 mg·L~(-1),进水总氮去除率为99.5%。在短程硝化反硝化-厌氧氨氧化-硫自养反硝化两级自养深度脱氮反应系统中实现了垃圾渗滤液深度脱氮。     

降温方式对厌氧氨氧化脱氮性能的影响

考察一次性降温和阶梯式降温对厌氧氨氧化反应器(ASBR)脱氮性能的影响。一次性降温方式(30℃降至15℃),阶梯式降温方式(30℃降至25℃,再降至20℃,最后降至15℃)。温度30℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别为97.3%和98.5%,总氮去除速率为5.12 mg·(g·h)~(-1),?NO_2~--N/?NH_4~+-N为1.33,厌氧氨氧化活性(SAA)为0.139 g·(g·d)~(-1)。一次性降温至15℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率分别降至47.9%和55.1%,总氮去除速率降至2.74 mg·(g·h)~(-1),?NO_2~--N/?NH_4~+-N升至1.51,SAA降至0.071 g·(g·d)~(-1)。阶梯式降温至15℃时,NH_4~+-N和NO_2~--N的去除率降至51.6%和61.2%,总氮去除速率降至3.22 mg·(g·h)~(-1),?NO_2~--N/?NH_4~+-N升至1.48,SAA降为0.083 g·(g·d)~(-1)。阶梯式降温方式脱氮性能更佳。     

基于污水厂尾水的人工湿地系统中水体氮的水流方向分布特征及污染评价

天津临港人工湿地是以污水厂尾水为水源的组合人工湿地,为探究其水体形态氮的分布特征和污染状况,以该湿地系统为研究对象,采集并分析了湿地水样,基于GIS克里格插值法,对湿地水体形态氮和典型理化性质的分布和污染特征进行了研究,结合单因子污染指数法评价了水体污染程度。结果表明:湿地水体TN浓度为0.657～5.576 mg·L~(-1),其中NO_3~--N(0.095～3.920 mg·L~(-1))浓度相对较高,占TN的49.2%;沿水流方向,TN、NO_3~--N和NO_2~--N的分布趋势基本一致,从入水口至景观湖呈逐渐降低趋势;NH_4~+-N的分布相对复杂,在潜流和表流湿地下游与景观湖交汇处浓度最高,表流湿地浓度最低;pH和EC分别对NH_4~+-N和NO_3~--N的分布特征具有较大的影响作用。根据单因子污染指数法,湿地水体TN超标(P_i1),调节塘TN污染最为严重,调节塘可作为TN优控区。以上结果有助于深入认识以污水厂尾水为水源的组合人工湿地中氮污染物的赋存形态及分布特征。     

Fe3+对生物膜反应器去除模拟屠宰废水高氨氮的影响

为解决屠宰废水的高氨氮问题,在2 L SBBR中添加Fe~(3+)对模拟屠宰废水进行脱氮处理。在室温条件下,研究了不同浓度Fe~(3+)对NH_4~+-N、N O_2~--N、NO_3~--N、COD、同步硝化反硝化速率(ESND)、微生物群落分布的影响。结果表明,曝气量为0.6 L·min~(-1),HRT为12 h,Fe~(3+)质量浓度为10 mg·L~(-1)时,NH_4~+-N、COD和TN去除率分别为94%、97%和89.28%。N O_3~--N含量小于5 mg·L~(-1),NO2~--N含量接近0 mg·L~(-1),ESND平均值可达93.91%,比对照组高5.24%。Fe~(3+)提高了微生物抗低温冲击性,加快了同步硝化反硝化速率。高浓度的Fe~(3+)(30～50 mg·L~(-1))会产生生物毒性,抑制生物脱氮。SEM及显微镜观察发现,含有10 mg·L~(-1) Fe~(3+)的体系减少了生物质流失,微生物种类丰富,体系脱氮性能得到有效提升。     

丝瓜络填料反硝化滤池对生活污水的净化

考察了以丝瓜络为填料的反硝化生物滤池对生活污水中TN和TP等污染负荷去除的效果。结果表明,通过间歇运行的方式,在不加碳源的条件下,水力停留时间为24 h,各污染物的去除效果较好,对NO_3~--N、NO_2~--N、NH_3-N、TN、TP和COD平均去除率分别为95%、92%、30%、75%、25%和50%,出水总氮含量低于城镇污水处理厂一级A标准(GB 18918-2002)。通过扫描电镜对丝瓜络微观表面形貌进行观察,发现丝瓜络具有微米级的网状结构,反应后表面镶嵌有大量球形的微生物群落,且内部网壁变薄。     

水力负荷对改良型垂直流人工湿地降解模拟污水厂尾水效果的影响

为确定改良型垂直流人工湿地降解模拟污水厂尾水的最佳水力负荷,采用生物炭和活性炭改良、微生物强化以及同时添加生物炭、活性炭和微生物改良强化的3套垂直流人工湿地系统,研究了其在3种水力负荷条件下(0.25、0.5和1 m~3·(m~2·d)~(-1)),对模拟污水厂尾水中污染物的去除效果。结果表明,3套垂直流人工湿地系统均在低水力负荷(0.25 m~3·(m~2·d)~(-1))时对模拟污水厂尾水中NH_4~+-N、TN、TP和COD的去除率较高,但随着水力负荷的增大其去除率逐渐降低。3套垂直流人工湿地系统对NO_3~--N的去除率均在高水力负荷(1 m~3·(m~2·d)~(-1))时较高,且随着水力负荷的变大,其去除率逐渐升高,但去除率的增长幅度变缓;实验证明,生物炭和活性炭改良基质能够提高湿地系统对NH_4~+-N、TN、TP和COD的去除效果,并且在低水力负荷时对NH_4~+-N、TN和COD的去除拥有更好的改良效果,而对TP去除的改良则在高水力负荷时优于在低水力负荷时。厌氧-异养反硝化菌能够提高湿地系统对NH_4~+-N、NO_3~--N和TN的去除效果,并且在高水力负荷时对NO_3~--N的改良效果优于低水力负荷,而在低水力负荷时对NH_4~+-N和TN具有更好的改良效果。综合考虑多种污染物的去除效果,确定3套改良型垂直流人工湿地系统的最佳水力负荷为0.5 m~3·(m~2·d)~(-1)。     

UASB-SBR工艺处理规模化畜禽养殖废水

针对规模化畜禽养殖废水常规厌氧-好氧组合处理工艺及SBR处理工艺脱氮效率低、运行费用高等问题,采用UASB-SBR工艺,研究3种不同的SBR模式对处理效果的影响。结果表明,UASB容积负荷(以COD计)8 kg·(m~3·d)-1、pH 7.0、温度35℃、HRT 25 h时,COD去除率为80%~85%;SBR在进水15 min、反应480 min、沉淀60 min、出水15 min、闲置810 min条件下,对废水COD、NH_4~+-N、和TN去除率分别为91.8%、98.7%和71.6%,出水COD≤180 mg·L~(-1)、NH_4~+-N15 mg·L~(-1)、TN50 mg·L~(-1),达到《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB 18596-2001)。该运行条件下NO_2~--N积累率超过50%,出现了NO_2~--N积累,短程硝化反硝化是主要脱氮方式。     

苏州市各功能区水环境中碳氮磷分布特征与污染评价

为了解苏州市水环境中营养元素的时空分布特征及潜在生态风险,于苏州市城区、城郊和郊区共设置16个采样点,并对全年水样和沉积物样进行各形态碳、氮、磷含量的测定。结果表明:(1)时间尺度上,水体中春季溶解性有机质(DOC)极显著低于秋、冬季,TN季节性差异不显著,春、夏季TP极显著高于秋、冬季。沉积物中总有机碳(TOC)、TN和TP均在冬季最高、春季最低。(2)空间尺度上,水体中城区TP高于城郊和郊区。沉积物中TOC、TP均呈现城区郊区城郊的分布特征。(3)水体富营养化评价综合指数表明,1个采样点为极富营养级,11个为重富营养级,4个为富营养级,春、夏两季富营养化风险高。(4)苏州市整体有机氮污染较严重,城区沉积物中生物有效性磷最高,对上覆水的磷释放风险最高。(5)相关性分析表明,沉积物中TP、无机磷和铁铝磷来源可能相同。     

污泥臭氧减量化过程中氮溶出物的规律

以污泥臭氧减量化过程中含氮物质的转变为研究核心,分析了减量过程中不同形态氮溶出物随臭氧投量的变化,并利用线性回归方程归纳出污泥溶解过程中各形态含氮物质的溶出规律。结果表明:当臭氧投量在0.15 g O_3·(gTSS)~(-1)时,TN的增长速率最高,增幅达437.44%,此时MLSS减少了41.28%,可将0.15 g O_3·(gTSS)~(-1)视为臭氧最佳投量;XPS图谱显示,溶出的NH_4+~-N、NO_3~--N主要由污泥絮体中铵态氮和硝态氮的释放所致,而凯氏氮主要来源于胞内蛋白质-N(有机态凯氏氮)的溶出,在臭氧投量为0.30 g O_3·(gTSS)~(-1)时,凯氏氮占溶出TN的93.46%;最终建立TN关于ΔMLSS、臭氧投量D和臭氧浓度C的数学模型为TN=ΔMLSS·(0.000 96C+0.011 2)=e~(3.992)·D~(0.774)·C~(1.466)·(0.000 96C+0.011 2),该模型应用范围为MLSS=4 000~5 000 mg·L~(-1),20 mg·L~(-1)C40 mg·L~(-1),0.02 g O_3·(gTSS)~(-1)D0.30 g O_3·(gTSS)~(-1)。     

间歇曝气序批式活性污泥法处理农村废水及其效果的模拟预测

采用两种不同运行模式的间歇曝气序批式活性污泥反应器(IASBR)处理农村废水,反应器连续稳定运行235d,考察了5个工况下,缺氧/好氧循环次数、进水碳氮比(C/N,质量比)、水力停留时间(HRT)等对总有机碳(TOC)、氨氮、TN、TP去除效果的影响。在进水C/N低时,缺氧/好氧循环次数为4的1~#IASBR的脱氮效率及稳定性明显比缺氧/好氧循环次数为2的2~#IASBR高,而脱碳和除磷效果无显著差异。氨氮去除方面,在进水C/N较低的工况1(C/N平均为2.3)、工况2(C/N平均为2.2)和工况4(C/N平均为2.0)下,1~#IASBR的出水氨氮质量浓度明显比2~#IASBR更低,而在进水C/N相对较高时两者无显著差异。TN去除与氨氮去除有类似规律。构建以进水TOC、氨氮、TN、TP、C/N和HRT、缺氧/好氧循环次数为输入的反向传播人工神经网络(BP-ANN)模型,对TOC、氨氮、TN、TP的去除率进行模拟预测,结果显示以上4个输出参数在训练组中的预测结果和实际检测结果之间绝对平均误差分别为2.65%、5.27%、3.56%、34.56%,在测试组中的预测结果和实际检测结果之间绝对平均误差分别为2.74%、3.40%、5.13%、28.32%。     

亚硝化颗粒污泥处理低碳高氨氮废水的影响因素

稳定的部分硝化是新型脱氮工艺处理低C/N比高氨氮废水的关键环节。在SBR中,以放置超过30d的亚硝化颗粒污泥为接种污泥,考察反应器内快速启动亚硝化的可行性和污泥形态变化,探讨pH和C/N比对颗粒污泥性能和氮转化的影响。结果表明,通过提高进水负荷可快速启动亚硝化反应器,氨氮去除率和亚硝酸盐累积率均在90%以上,由同步反硝化引起的氮损失为20%左右。降低进水pH至7.0,SBR周期运行最高游离氨FA浓度为5.1mg·L~(-1),有利于NOB选择性抑制,提高氨氮去除率,出水NO_2~--N/NH_4~+-N比值从0.5提高到0.95左右。C/N比高于2,会引起异养微生物的快速增殖,COD去除负荷提高了1.45kg·(m~3·d)~(-1),AOB受显著抑制,出水NO_2~--N/NH_4~+-N由1.0降低至0.65左右,出现颗粒污泥破裂、解体。     

望虞河表层沉积物中氮的分布与形态变化特征

为了揭示望虞河沉积物中氮的分布与形态变化特征及环境影响因素,于2011年5月、8月、11月和12月采集沿线10个监测断面的表层沉积物。利用逐级分离浸取法(BCR)测定沉积物中各形态氮的含量,并观测其主要理化指标。结果表明,(1)沉积物中总氮(TN)含量为347.85~2 733.56 mg/kg并沿程上升,其中排水期8月TN含量最高且沿程变化较大,调水期TN分布与变化趋势相近。以沉积物中TN含量为污染评价标准,沉积物在5月和12月较清洁,在11月为轻度污染,而在8月为重度污染状态。(2)望虞河上河段和贡湖湾表层沉积物中TN及各形态氮的含量较低,氮在5月、8月和11月以非转化态氮(NEF-N)为主,而在12月以可转化态氮(TF-N)为主,其中离子交换态氮(IEF-N)和有机态与硫化物结合态(OSF-N)受水环境变化影响较大。(3)在调水期,IEF-N和OSF-N含量较大且沿程变化较大,CF-N和IMOF-N显示出明显季节差异性;在排水期8月,IEF-N和OSF-N含量较低且变化平缓。(4)望虞河表层沉积物中氮的含量分布与形态变化主要受到总有机碳(TOC)含量、温度、氧化还原电位(ORP)和粒度的影响。     

鱼类循环水养殖系统DO变动及污染物去除

为优化工厂化循环水石斑鱼养殖系统的运行管理,利用DO在线监测系统,跟踪监测了石斑鱼两次喂料期间(48 h内)养殖池DO的波动情况,考察了DO随养殖池内NH_4~+-N、NO_2~--N、溶解性COD的变化规律,并研究了该养殖条件下生物滤池对污染物的去除性能。结果表明:在该养殖条件下,NH_4~+-N、NO_2~--N和COD分别在28、36和44 h恢复至喂料前的水平,48 h内养殖池NH_4~+-N、NO_2~--N和COD维持在0.32、1.27和2.40 mg·L~(-1)以下;养殖池DO波动明显,随着污染物浓度的增加而降低,喂料2 h后DO低于安全浓度6 mg·L~(-1),养殖石斑鱼容易缺氧死亡;在该养殖系统中,弹性填料滤池对COD的去除能力较强,单个循环时间内最大去除率为61.84%;珊瑚砂滤池对NH_4~+-N、NO_2~--N去除能力较强,单个循环时间内最大去除率分别为38.17%、56.43%。可知,系统水处理效果良好,基本满足循环水养殖石斑鱼的相关水质要求;运用DO在线监控系统,跟踪监测DO变化情况,结合DO随污染物浓度变化的相关规律,可及时察觉养殖池水质变化,以便采取有效调控措施。     

渗透坝对丹江口库湾水体氮磷负荷削减的应用

为了解决丹江口库湾局部水体富营养化问题,以水体氮、磷削减负荷为目标,利用渗透坝对库湾水体进行净化,促进库湾水体流动循环。该技术以渗透坝为主体,包括提水风车、生态塘和布水系统,设计进水负荷为16.7 L·min~(-1)。结果表明,三级坝系统对水体中TP、TN、NH_4~+-N和NO_3~--N负荷平均削减率分别为48.3%、46.8%、56.9%和52.1%,进水中NO_3~--N负荷量的标准偏差较大,为2.01,出水氮磷负荷量波动比较稳定,TN削减负荷量标准偏差较大,为1.08。TSS出水负荷量出现升高现象,分析表明TSS主要成分为固体颗粒物质。该技术的应用对库湾水体氮磷负荷具有显著的削减作用,同时能够增强库湾水体的流动循环,可有效防止水体富营养化现象发生。