钛基修饰电极催化电解去除水中硝酸盐氮的研究

利用热分解法制备CuO修饰Ti基阴极和SnO2-Sb2O5修饰Ti基阳极,组成无隔膜电解体系,以模拟废水(NO3--N 50mg/L)为对象,进行了水中NO3--N去除实验研究.结果数据表明,CuO修饰Ti基阴极对水中NO3--N的去除率随电流密度、极板间距、搅拌强度和电解时间增加而增加,在电流密度10mA/cm2、极板间距9mm、中等搅拌强度下电解150min,NO3--N催化还原去除率可达93.8%.Cl-支持电解可使NO3--N催化还原产物NH4+-N氧化为N2-N去除.在电流密度10mA/cm2、极板间距9mm、NaCl添加量600mg/L、中等搅拌强度下电解120min后,NO3--N和TN的去除率达到89.3%和86.9%,NO2--N和NH4+-N未检出.分析认为NO3--N还原机制为NOx中O被阴极表面Cu吸附固定,N—O键受氢攻击破坏,逐步还原.阳极电解Cl-生成HOCl,HOCl氧化NH4+-N成N2-N.     

电解催化还原-氯氧化无害化去除水中硝酸盐氮

基于对Pd-Me双金属催化还原的机理分析,提出了以NH₄+-N为目标产物,Fe催化还原NO₃--N的理论设想. 结合折点氯化技术,以Ti/Fe为阴极,以Ti/Ir-Ru为阳极,以NaCl为支持电解质组建无隔膜电解体系,开展了水中NO₃--N去除的试验研究. 结果表明,利用电解催化还原-氯氧化法可将模拟水样中NO₃--N转化为N₂去除,其反应历程为阴极催化还原NO₃--N生成NH₄+-N,阳极电解氯氧化NH₄+-N生成N₂. 在ρ(Cl-)为500 mg/L,电流密度为12 mA/cm2,极板距离为9 mm,搅拌强度为450 r/min的试验条件下电解150 min,初始ρ(NO₃--N)为50 mg/L的模拟水样出水ρ(TN)和ρ(NO₃--N)可分别降至2.9和2.8 mg/L,去除率分别达到94.1%和94.3%,NH₄+-N和NO₂--N均未检出. 分析认为,阴极对NO₃--N的催化还原机理为:Fe化学吸附氮氧化合物离子中的O形成固定的N—O键,电解产生的活性还原物质攻击N—O形成N—H新键.      

饮用水生物处理小试工艺中NH＋４-N的非硝化去除途径分析

通过计算N和DO的质量平衡,研究饮用水生物处理小试工艺中是否存在NH4 -N的非硝化去除途径,并探讨其可能机制.结果表明,当生物流化床和生物滤池进水NH4 -N浓度大于2 mg/L时,前者进水的NH4 -N、NO2--N和NO3--N之和比出水高出0.91 mg/L,后者理论上消耗的DO比实际多约2.90 mg/L,说明这2种工艺中均有氮亏损现象发生,一部分NH4 -N通过与DO无关的非硝化作用被去除.对非硝化去除途径的分析表明,因为反应器对磷元素和有机物的利用不随氮亏损发生变化,可以排除掉同化作用和反硝化作用;因为反应器进水低碳高氮的特性NO2--N的积累与发生氮亏损的废水生物处理系统相似,据此提出在生物膜缺氧内部发生、通过短程硝化和厌氧氨氧化的偶联(或OLAND反应)将NH4 -N和NO2--N同时转变为N2脱除的自养脱氮是饮用水生物处理中氮亏损的可能途径.     

氨氮和硝氮在太湖水华自维持中的不同作用

通过室内实验和野外监测相结合的方法,探讨了氨氮(NH4+-N)和硝氮(NO3--N)在太湖水华自维持中的不同作用.室内实验结果表明,水华微囊藻在以NH4+-N为氮源时比以NO3--N为氮源时具有更高的生长以及光合能力,当生长在不同的NH4+-N/NO3--N(浓度比)上时水华微囊藻均优先吸收NH4+-N,而当NH4+-N浓度大于2mg/L时,水华微囊藻的生长速率急剧下降;野外监测结果显示,在太湖藻型区,水体中的氮源以NO3--N为主,除了竺山湾,其余湖区全年NH4+-N/NO3--N基本在0.5以下,NH4+-N年平均浓度在2mg/L以下.结果表明,太湖中巨大的氨再生量使得浮游植物能以NH4+-N为主要氮源生长,而低浓度NH4+-N环境避免了浮游植物的生长受到抑制,两者共同保证了夏秋季太湖浮游植物的高生长以及光合能力,使得微囊藻生长旺盛、蓝藻水华维持在严重状态.     

焦化废水厌氧氨氧化生物脱氮的研究

采用厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺处理焦化废水,在厌氧34℃、pH值7.5~8.5,HRT为33h的条件下,经过115d成功启动厌氧氨氧化反应器.当进水NH4+-N、NO2--N浓度分别为80、90mg/L左右时, TN负荷可达160mg/(L·d),系统NH4+-N和NO2--N的去除率最高分别达86%和98%,TN去除率可达75%. GC-MS分析结果表明,酚类是焦化废水中较易被生物利用的有机物,ANAMMOX过程对好氧短程硝化工艺出水残余低浓度酚类有机物有进一步去除作用.     

HRT及氮素负荷对厌氧氨氧化系统的影响

为了考察水力停留时间(HRT)、氮素负荷(NH4+-N和NO2--N)对厌氧氨氧化系统处理效果的影响,通过启动试验、HRT影响试验、NH4+-N负荷试验、NO2--N负荷试验,以好氧硝化污泥、厌氧污泥、花园土壤渗出液为接种污泥,历经114d培养厌氧氨氧化反应器成功启动.结果表明:①系统HRT过短会导致含氮污染物去除不完全,HRT过长则污泥可能已经解体,取HRT为10d是合理的;②厌氧氨氧化系统HRT、微生物总量确定的情况下,系统NH4+-N氧化能力也随之确定,以污泥负荷描述厌氧氨氧化系统NH4+-N氧化能力较为恰当,控制进水NH4+-N污泥负荷小于0.009g.g-1.d-1;③高NO2--N负荷对厌氧氨氧化系统中NH4+-N氧化步骤不产生明显抑制影响,但当NO2--N负荷大于14g.m-3.d-1后,会对厌氧氨氧化系统中NO2--N还原步骤产生抑制,所以控制进水NO2--N容积负荷小于14g.m-3.d-1或折合为污泥负荷0.018g.g-.1d-1是合适的.本研究对厌氧氨氧化系统的设计、运行、管理控制有重要参考意义.     

HRT对厌氧氨氧化反应器脱氮效能的影响

利用UAFB反应器富集培养了厌氧氨氧化细菌,并在此基础上考察水力停留时间(HRT)对厌氧氨氧化系统处理效果的影响。结果表明:HRT对厌氧氨氧化系统影响较大,当HRT为4 h时,系统出水NH4+-N、NO2--N去除率降至65%~60%,出水浓度则分别为15 mg/L、20 mg/L,表明过短HRT会导致含氮污染物去除不完全;HRT为6 h时,系统中NH4+-N去除率均在95%以上,出水NH4+-N≈1 mg/L。系统中NO2--N去除率均在92%以上,出水NO2--N≤5 mg/L;当HRT继续延长至10 h,去除效果无明显变化,出水NH4+-N≈1 mg/L,NO2--N≤5 mg/L,NO3--N平均5.6 mg/L。因此,在该研究中HRT为6 h效果最佳,总氮容积去除负荷为0.57 kg/(m3·d),厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应器氨氮去除量、亚硝态氮去除量和硝态氮生成量之比为1∶1.19∶0.39。     

常温条件下两级曝气生物滤池启动及短程硝化研究

采用以陶粒和天然沸石为填料的两级上向流曝气生物滤池处理模拟废水,进水COD浓度为176~353 mg/L,NH4+-N浓度为56~175 mg/L,水力负荷范围为0.03~0.09 m/h,考察了水温、溶解氧(DO)、游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)以及反冲洗对NO2--N积累的影响。结果表明,水温在6~10℃和≥22℃时能够实现NO2--N的积累,而13~18.2℃并未出现短程硝化特性;水温6~10℃时,BAF N段最佳DO浓度范围为2.43~4.75 mg/L,NO2--N平均积累率为65.8%,NH4+-N平均去除率为84.1%;另外,FA、FNA对亚硝酸盐氧化菌(NOB)具有联合抑制作用,能够实现NO2--N累积,最佳抑制浓度分别为0.10 mg/L≤FA≤8.77 mg/L和0.069 mg/L≤FNA≤0.249 mg/L,对应NO2--N平均积累率分别为67.7%和56.9%;反冲洗有利于NO2--N积累,反冲洗10 h后BAF N段对NH4+-N总去除率提高到80%,17 h后NO2--N积累率为82.5%,明显高于反冲洗前的74.5%。     

浑河流域地表水和地下水氮污染特征研究

通过分析浑河流域地表水、地下水中主要离子和不同形态氮含量,探讨了水体中水化学组成特点、各形态氮污染水平与分布特征,并采用综合指数法对流域浅层地下水水质进行了评价.结果表明,地表水水型从上游到下游由Ca-HCO3型转变为Ca-SO4型.NO3--N浓度由1.06mg/L增至6.13mg/L,NO2--N和NH4+-N仅在中游和下游地表水中检出,表明地表水在流域中下游地区受到的人为影响强烈;地下水沿流动方向水型由Ca-HCO3型依次演进为Ca-SO4和Ca-Cl型.NO3--N的含量(0.62~23.47mg/L)明显高于其在地表水中的含量.局地土地利用类型(林地、旱地、城镇用地、水田)对附近地表水体NO3--N浓度影响不显著,而旱地与水田地下水中NO3--N浓度存在显著差异,旱地地下水NO3--N浓度最高.浅层地下水质量评价结果显示流域浅层地下水总体质量一般,NO3--N超出背景值1.4倍,中游地区NO2--N和NH4+-N污染严重,达到Ⅳ类水标准.地下水中ORP、DO、Cl-浓度和各形态氮组成特征表明由于反硝化作用,中下游地区地下水中NO3--N浓度逐渐降低,而NO2--N浓度上升到0.041mg/L.     

浑河流域地表水和地下水氮污染特征研究

通过分析浑河流域地表水、地下水中主要离子和不同形态氮含量,探讨了水体中水化学组成特点、各形态氮污染水平与分布特征,并采用综合指数法对流域浅层地下水水质进行了评价.结果表明,地表水水型从上游到下游由Ca-HCO3型转变为Ca-SO4型.NO3--N浓度由1.06mg/L增至6.13mg/L,NO2--N和NH4+-N仅在中游和下游地表水中检出,表明地表水在流域中下游地区受到的人为影响强烈;地下水沿流动方向水型由Ca-HCO3型依次演进为Ca-SO4和Ca-Cl型.NO3--N的含量(0.62~23.47mg/L)明显高于其在地表水中的含量.局地土地利用类型(林地、旱地、城镇用地、水田)对附近地表水体NO3--N浓度影响不显著,而旱地与水田地下水中NO3--N浓度存在显著差异,旱地地下水NO3--N浓度最高.浅层地下水质量评价结果显示流域浅层地下水总体质量一般,NO3--N超出背景值1.4倍,中游地区NO2--N和NH4+-N污染严重,达到Ⅳ类水标准.地下水中ORP、DO、Cl-浓度和各形态氮组成特征表明由于反硝化作用,中下游地区地下水中NO3--N浓度逐渐降低,而NO2--N浓度上升到0.041mg/L.     

弹性填料微孔曝气生物膜法修复污染水源除NH4+-N

采用弹性填料微孔曝气生物接触氧化法对受污染的水源进行修复除NH₄⁺-N效果研究.结果表明,在正常水温20℃～27℃条件下,当污染水源COD_Mn7～14mg/L,NH₄⁺-N 0.7～2.0mg/L和生物修复工艺运行参数HRT为1.4h,气:水=0.5:1,DO为7～9mg/L时,生物修复工艺可去除水源中的NH₄⁺-N为64%～95%;在较低水温7℃～12℃条件下,当污染水源COD_Mn6～11mg/L,NH₄⁺-N 1.2～8.0mg/L和生物修复工艺运行参数HRT为1.4h,气:水=0.5:1,DO为8～10mg/L时,生物修复工艺可去除水源中的NH₄⁺-N为40%～63%.     

花卉废物和牛粪联合堆肥中的氮迁移

以花卉废物和牛粪为原料,进行了温度反馈的通气量控制联合堆肥中的氮迁移中试研究.采用自制的静态好氧床进行一次发酵,过程控制采用温度反馈通气量控制方法,发酵周期20d;采用周期性翻堆进行物料二次腐熟,腐熟周期40d.研究了堆肥过程中总氮、有机氮、无机氮、氨氮、硝氮等氮素形态转化随时间的变化特征及温度反馈的通气量控制对氮迁移的影响.结果表明:堆肥初期的氨化作用和反硝化作用显著,氮素总量损失累计达41.98%,其中主要是有机氮的损失,99.95%的氮损失发生在一次发酵阶段;氮素损失主要是在pH和温度较高条件下的氨气大量挥发造成的.对通风进行有效控制、提高物料C/N及添加酸性物质有望减少N损失.对于C/N较低,硝态氮含量较高的物料堆肥,NH₄⁺-N≤0.04%、NH₄/NO₃≤0.16不能作为腐熟度指标.     

生物膜SBR反应器中低氨氮浓度废水亚硝化启动试验研究

为建立生物膜SBR反应器处理中低氨氮浓度废水的自养脱氮系统,采用控制DO浓度、HRT和不同生物载体填料的4组小试生物膜SBR反应器,对中低氨氮浓度废水进行了单级自养脱氮工艺亚硝化阶段的启动试验研究.结果表明:接种普通好氧活性污泥和厌氧污泥,在水温30℃±2℃,氨氮浓度60～120mg/L,DO为0.8～1.0mg/L和HRT=24h条件下,运行130d可实现稳定的亚硝化,YJZH软性组合填料更适合于微生物附着.     

河套灌区春小麦-萝卜复种模式下土壤NO3--N动态

研究了河套灌区春小麦-萝卜复种模式下,土壤、土壤溶液和地下水NO₃^--N浓度的动态变化.结果表明:随着试验时间的延长,土壤表层NO₃^--N含量降低,深层(100～150cm)增加;土壤溶液中、下层NO₃^--N浓度(70、120cm)显著高于上层(30cm),尤其是在萝卜生长季.当前的灌溉条件下,不同年度、不同生长季土壤NO₃^--N淋失量的多少与土壤水分的下渗量密切相关,且输入的氮素中有30%以上以NO₃^--N的形式淋失掉.施肥区地下水NO₃^--N浓度显著高于未施肥区,且65.5%的水样超过WHO规定的上限(11.3mg/L).总之,经过连续2a的春小麦与萝卜复种可使表层土壤NO₃^--N含量明显降低,但由于中、下层土壤剖面中残留大量的NO₃^--N,因此在当前灌溉措施下,短期内NO₃^--N淋失是不可避免的.     

缺氧/好氧SBR工艺去除亚铵法造纸废水中的氮

采用反应期缺氧/好氧SBR工艺去除亚铵法造纸废水中氮的研究结果表明:该工艺脱氮的最佳操作条件为:缺氧、好氧时间比1:1.5,运行周期为8h;SRT≥12d,NH3-N负荷率＜0.063g/(g·d);当进水中COD_cr浓度为1200～1800mg/L,NH₃-N浓度为135～200mg/L,NO_x-N浓度为7～10mg/L时,没有外加碳源时,氨氮的去除率为95%,总氮的去除率为66%,投加乙酸钠后,总氮的去除率提高到85%;投加乙酸钠的量为125mg/L(以COD_Cr计)最经济、有效.     

环流曝气塔中生物脱氮过程的研究

利用环流曝气塔进行同时硝化/反硝化(sND)脱氮实验.实验中,分别采用不同降解性能的碳源以及采用不同的碳源投加方式,研究反应器内的脱氮过程,监测处理过程中NO_x^--N浓度和溶解氧DO的变化.实验显示,在COD 800mg/L+800mg/L的分批加料方式下,NH₄⁺-N的降解得到加强,出水中NH₄⁺-N浓度低于3mg/L;利用较难降解物质作为碳源时,利于反应器内低溶解氧条件的出现,促进了反硝化的进行,实验在采用醇类碳源时脱氮效果好于葡萄糖的情况.     

田湾核电站大气中水溶性阴离子的观测研究

Cl-、SO24-和NO3-是滨海大气中的主要水溶性阴离子.2005年6月～2006年5月期间,对连云港田湾核电站滨海大气中主要水溶性阴离子Cl-、SO24-和NO3-进行了监测.研究表明,田湾核电站大气中Cl-、SO24-和NO3-的年均值分别为(33.12±53.63)、(53.34±30.34)和(8.34±4.47)μg·m-3;季节变化分析表明,Cl-、SO24-浓度在夏季高、冬季低,NO3-浓度在秋冬季高、夏春季低.气象因素分析表明,风向、风速、气温、相对湿度等对大气阴离子浓度有一定影响.本研究首次对我国滨海核电大气中主要腐蚀性阴离子进行了同时监测,为防止海洋大气腐蚀,保证我国核电工业安全经济运行提供了依据.     

太原地区大气氮湿沉降变化特征

为研究太原地区的大气氮湿沉降时空变化规律,于2016年1月～2017年12月采用雨量器对太原市市中、近郊和远郊三地大气氮湿沉降进行了为期2年的监测。得到市中、近郊、远郊的NO₃^--N平均浓度为12.9、18.4、1.3 mg/L,NH₄⁺-N平均浓度分别为3.6、2.3、1.6 mg/L。季节变化上看,NH₄⁺-N浓度值四季相对平均,春夏季稍高,而NO₃^--N浓度变化较大且冬春季浓度值较高。三个采样点大气氮湿沉降量（无机氮）年均沉降量分别为40.0、48.0、14.2 kg/hm²,以近郊的沉降量最高。市中、近郊、远郊的NH₄⁺-N沉降量分别为9.0、5.0、8.2 kg/hm²,占总无机氮湿沉降量的比重分别为22%、11%、57%,NO₃^--N沉降量分别是31.0、43.0、6.0 kg/hm²,占总无机氮湿沉降量的比重分别为78%、89%、43%。从上可知城市降水中主要以NO₃^--N沉降为主,农村则以NH₄⁺-N沉降为主。结合市中、近郊、远郊NH₄⁺-N/NO₃^--N浓度比值分别为0.54、0.30、1.31,充分表明市中和近郊大气氮湿沉降主要来自工业和交通运输源,远郊则来自农业源。另外,市中、近郊月氮湿沉降量与降雨量差异不显著,远郊则达到极显著水平,说明影响市区两点氮湿沉降的因素较为复杂。由以上数据看出市中和近郊氮污染情况比较严重,应根据各自沉降特点予以控制。