农业废物反硝化固体碳源的优选

以甘蔗渣、玉米芯、稻草、稻壳、花生壳、木屑6种农业废物作为反硝化碳源和生物膜载体的备选材料,通过各物质浸出物质元素分析、含碳量以及脱氮效果、生物附着性能等方面的比较,意在优选出适于推广的反硝化固体碳源.结果表明,6种农业废物的浸出液中均未检测出铜、铅、铬及镉,安全性较好.甘蔗渣浸出液的有机碳含量和释放速率明显高于其他材料,木屑浸出液的有机碳含量则相对最低.其中,玉米芯、稻草及稻壳表现出较强的持续供碳能力.以稻草、稻壳和玉米芯为碳源和载体的实验组硝酸盐去除率均达80%以上,而木屑实验组由于碳释放量不足、生物附着性能较差等原因导致脱氮性能较差.试验初步优选出了玉米芯、稻草、稻壳可用做替代传统液体碳源的固体碳源.     

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.     

腐朽木为填料的反硝化滤池特性研究

针对城市污水处理厂二级出水低碳氮比的水质特点,该文通过腐朽木的释碳静态实验和反硝化滤池动态实验,研究了腐朽木的碳源释放规律,对腐朽木释碳组份进行了GC/MS分析,同时以人工模拟配制低碳氮比废水作为反硝化滤池实验的进水,从TN、NO_3~--N的去除效果和COD、NO_2~--N、NH_3-N的变化规律,分析和研究腐朽木作为填料在不同水力停留时间(HRT)下反硝化滤池的脱氮性能和运行效果。结果表明,腐朽木可有效地释放碳源物质,腐朽木释碳组份主要为(Z)-9-Octadecenamide,其分子式为C18H35NO;反硝化滤池在初始阶段HRT为12 h时,脱氮效果最佳,TN、NO3--N去除率最高分别可达到94.41%、97.13%,此时腐朽木作为外加缓释碳源填料显著提高了滤池脱氮效果。     

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.     

用于地下水原位生物脱氮的缓释碳源材料性能研究

针对地下水原位生物脱氮时缺乏电子供体(碳源)导致反硝化受抑的问题,以淀粉为碳源原料.聚乙烯醇(PVA)为载体,a-淀粉酶为添加剂,采用共混技术制备GPVAS和GEPVAS两类反硝化原位反应格栅(PRB)缓释有机碳源(SOC)材料.扫描电镜和静态实验研究结果表明.材料内部形成淀粉分子填充的PVA网状骨架结构.释碳符合二级动力学过程.动力学参数平衡浓度(Cm)和释放速率系数(k)可作为评价缓释碳源释碳能力的核心指标.材料配比和a-淀粉酶含量对材料性能影响显著,当淀粉/PVA=40/60时,材料Cm和K值最低;Cm值随酶含量增加显著升高,k值随酶含量增加先升高后降低,表明碳源释放速率可通过组分配比和酶添加剂含量进行有效控制.以适应不同地下水环境和硝酸盐污染程度.提高原位脱氮效率.     

聚己内酯与聚羟基丁酸戊酸酯的脱氮性能对比

以可生物降解聚合物聚己内酯(PCL)和聚羟基丁酸戊酸酯(PHBV)作为反硝化缓释碳源和微生物载体,利用清水释碳和批式反硝化试验选出适用于再生水反硝化深度脱氮生物滤池的可生物降解碳源滤料,通过比较与分析碳源滤料的表面形态及物质特性和附着微生物的群落特征揭示其性能优越的原因.结果表明,PHBV反硝化启动时间短,反硝化速率高,剩余有机物浓度低,相比PCL具有更稳定持续的反硝化效果.原因是其表面粗糙,且含有大量C—O和CO等亲水性基团,易于微生物附着和降解利用;其表面附着的微生物种类多样,其中发硫菌属(Thiothrix)、假单胞属(Pseudomonas)、菌胶团属(Zoogloea)、黄杆菌属(Flavobacterium)和脱氯菌属(Dechloromonas)等优势菌属均具有异养反硝化功能.因此,PHBV更适合作为再生水反硝化深度脱氮生物滤池的碳源滤料.     

地下水生物反硝化的纤维素碳源选择研究

硝酸盐污染已迅速发展为重要的环境问题,硝酸盐污染的现有传统治理和去除技术目前主要有物理法、化学法和生物法,本文利用纤维素作为固态有机碳能满足反硝化细菌所需的碳源,综述利用固态纤维素作为反硝化碳源的研究现状,从而选取5种合适的天然纤维素作为反硝化细菌碳源来研究在缺氧状态下对20mg／LNO3--N的地下水的降解效果。结果表明,利用固态香樟叶纤维素作为碳源去除NO3--N的效果较明显,其次为稻草;并且纤维素作为生物反硝化碳源具有成本低廉、易获取、不需经常补充的优点。     

两种释碳材料的制备及其性能研究

应用固定化技术制备了包埋淀粉的聚乙烯醇(PVA)释碳材料和海藻酸钠(SA)释碳材料,采用红外光谱和扫描电镜对其物化特性进行分析,研究了二者的释碳性能以及作为碳源对硝态氮的去除效果.结果表明,PVA释碳材料中淀粉混合较好,释碳过程满足二级动力学方程,单位质量材料释放的饱和COD达到99.60mg/(g·L).在温度为18~22℃,pH7.2~8.0,硝态氮浓度为35mg/L的条件下,PVA释碳材料的平均反硝化速率为18.5g/(m3·d),SA释碳材料的平均反硝化速率为15.5g/(m3·d),在稳定运行15d后,出水硝态氮浓度逐渐升高,脱氮效果开始下降.     

地下水生物反硝化碳源材料研究

以淀粉和聚乙烯醇为原材料,采用高分子制造技术,通过共混/包覆制备出一类地下水原位生物反硝化用控释高分子碳源材料。制备碳源材料在水体中有机质释放试验表明,不同含量的碳源材料在水体中均有一定的COD释放能力,制备的碳源材料满足生物反硝化的需要。硝酸盐生物降解试验表明,对于本类碳源材料,反硝化菌存在6d左右的驯化期,不同淀粉含量碳源材料对生物反硝化的进行影响不大。经过6d左右,水中NO3-浓度从40mg/L降低到10mg/L以下。同时发现碳源材料具有缓释性能,随着反硝化过程中有机质的消耗,可以不断向水体释放有机质。     

NO3--N负荷对树皮填料人工湿地早期反硝化及释碳速率的影响

为了将污水厂尾水作为再生水进行利用,常常需要对尾水进行深度脱氮,针对尾水的水质特征,在深度脱氮时常常需投加碳源.试验采用树皮作为填料,兼作脱氮的缓释碳源,进行树皮填料人工湿地深度脱氮模型试验,研究进水NO_3~--N负荷对反硝化和树皮释放碳源的影响.结果表明,树皮填料人工湿地可稳定脱氮;反硝化速率遵循Monod关系式,随进水NO_3~--N负荷增大而递增,饱和常数KS=19.10 mg·L~(-1);硝氮去除率随进水NO_3~--N负荷增大而减小;在树皮填料人工湿地运行早期,树皮释碳总量、树皮释碳速率随进水NO_3~--N负荷增大而递增,与进水NO_3~--N均呈线性正相关;树皮静态释碳速率为0.2 mg·(g·d)-1,与腐朽木等中空松散的植物碳源相比,碳源缓释性能较好,释碳周期较长,是良好的缓释碳源.     

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...     

以PHAs为固体碳源的城镇二级出水深度脱氮研究

利用从连续运行的缓释碳源滤料滤池中取出的聚羟基脂肪酸酯(PHAs)颗粒,研究了微生物和硝酸盐对其的总有机碳(TOC)释放速率的影响,并研究了温度、pH值、硝态氮浓度对其反硝化速率的影响.结果表明:原有的和附着有微生物的PHAs颗粒在去离子水中TOC释放速率分别为0.030,0.053mg/(g·d),远低于水中有硝酸盐时的TOC释放速率[进水NO3--N为30mg/L时,TOC释放速率为0.533mg/(g·d)].温度和pH值对反硝化速率影响较大, pH值为7.5时,在15~35℃范围内, 30℃下的反硝化速率最大,为0.067mg/(g·h);温度为30℃时,pH值在6.0~9.0范围内,pH值为7.8时的反硝化速率最大,达到0.061mg/(g·h).反硝化速率与NO3--N浓度之间的关系符合Monod方程,最大反应速率和半饱和常数分别为4.74mgNO3--N/(gSS·h)和56.6mg/L.     

以稻草为碳源和生物膜载体去除水中的硝酸盐

采用室内试验装置,研究了以农业废弃物稻草为反硝化碳源和反应介质的生物反应器对于污水中硝酸盐的去除效果及其影响因素.结果表明,以稻草为反硝化碳源和生物膜载体的反应器启动时间短,对污水中硝酸盐氮的去除效果好,且试验过程中未发现亚硝酸盐累积;进水硝酸盐浓度对装置的处理效果有一定影响,浓度过高会导致硝酸盐的去除率下降;装置对进水DO和ｐH变化有一定抗性,DO在1.0～3.5 mg/L,pH在6.5～8.5之间变化时,反应器硝酸盐的去除率变化很小,缓冲能力较强;反应器稳定性强,装置运行84 ｄ后,出水硝酸盐开始升高,硝酸盐去除率逐步降低,但去除率仍在50%以上.     

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.     

Starch/polyvinyl alcohol blended materials used as solid carbon source for tertiary denitrification of secondary effluent

Starch/polyvinyl alcohol （PVA） blended materials for using as a solid carbon source （SCS） were prepared by blending PVA and gelatinized starch in an aqueous solution system, in which PVA served as framework material and starch as carbon source. The optimization of starch content and temperature effects were investigated. It was indicated that higher denitrification efficiency could be achieved with more starch in the materials. The average specific denitrification rates were 0.93, 0.66, 0.37 and 0.36 mg/（g·day） corresponding to starch content of 70%, 60%, 40% and 30% respectively at 37℃. The denitrification rates increased when operating temperature was raised from 23℃ to 30℃ and then 37℃. The mechanism of carbon release was analyzed incorporating the experimental results of abiotic release in deionized water. The organic carbon was mainly hydrolyzed by microbes, and the biological release efficiencies were at the range of 89.2% to 96.0%. A long-term experiment with a continuous flow reactor with SCS material containing 70% starch was conducted to gain some experience for practical application. When the influent nitrate concentration was in the range of 35.2 to 39.1 mg/L, hydraulic retention time of 4 hr, and operating temperature of 30℃, a nitrogen removal efficiency up to 94.6% and denitrification rate of 0.217 kg/（m3.day） was achieved. The starch-based materials developed in this study can be used as a solid carbon source for tertiary nitrogen removal from secondary effluent.