O2、NO-3、NO-2为电子受体的生物除磷比较

通过平行运行3个分别以O₂、NO^-₃、NO^-₂为电子受体的SBR除磷系统,探讨了反硝化除磷区别于好氧除磷的工艺特征及其内在微生物竞争机制.NO^-₂不会对经驯化后反硝化聚磷菌（DPAO）的缺氧吸磷产生直接抑制作用,但其作为反硝化除磷电子受体的效能远低于NO^-₃;具备利用NO^-₃而缺乏NO^-₂反硝化酶系的DPAO（DPAO₅）流失及聚糖菌（GAO）增殖是根本原因.而NO^-₃是一种高效电子受体,其反硝化除磷效能与以O₂为受体的好氧除磷系统相当,两者在除磷计量学和功能菌群构成上十分接近.作为聚磷菌（PAO）的竞争者,GAO在3个研究系统中均大量存在.基于对不同电子受体的利用能力,PAO包含P_O、P_N、P_n、P_Nn、P_ON、P_ONn等6个种类.P_ON和P_ONn等兼性PAO是生物除磷的主体,其在污泥中比例越高,系统的除磷负荷也越大,即SBR_o＞SBR_n5＞SBR_n3.     

不同电子受体对反硝化除磷菌缺氧吸磷的影响

利用厌氧/缺氧/好氧交替运行模式培养和富集反硝化除磷污泥,通过在缺氧段分别投加不同浓度的硝酸盐和亚硝酸盐,进行了反硝化除磷菌（DPB）在不同电子受体条件下的缺氧吸磷试验.结果表明,在保证有足够的硝酸盐电子受体的情况下,DPB的缺氧吸磷速率几乎不受硝酸盐浓度的影响,在试验条件下,缺氧阶段每消耗1 mg NO^-₃-N吸收约1 mg PO^３－_４-P;在一定浓度条件下,亚硝酸盐能够作为电子受体参与DPB反硝化吸磷,DPB在较低亚硝酸盐浓度（NO^-₂-N在5～20 mg/L范围）下的缺氧吸磷速率高于以硝酸盐为电子受体时的缺氧吸磷速率,并且缺氧吸磷速率在这个范围内随NO^-₂-N浓度的升高而降低;亚硝酸盐对DPB缺氧吸磷的抑制程度随其浓度的增加而增强,当NO^-₂-N≥35 mg/L时,DPB的缺氧吸磷反应几乎完全停止.     

亚硝酸盐对聚磷菌吸磷效果的影响

以厌氧/好氧生化反应器中的聚磷菌为实验对象,探讨了亚硝酸盐对聚磷菌吸磷效果的影响.结果表明:低浓度NO₂^--N可以作为聚磷菌的电子受体,实现NO₂^--N型反硝化除磷,但吸磷总量和吸磷速率明显低于NO₃^--N型反硝化除磷的效果;当NO₂^--N和NO₃^--N共存于缺氧环境时,NO₂^--N对NO₃^--N型反硝化除磷的除磷总量和速率没有影响,但会降低NO₃^--N的消耗量;NO₂^--N型反硝化除磷污泥的好氧吸磷量和速率均低于传统A/O厌氧放磷污泥的效果,但由于它经历了缺氧吸磷和好氧吸磷2个阶段,因此,从吸磷总量或出水水质看,二者相差不大.     

NO2-作为缺氧吸磷电子受体的试验研究

利用SBR反应器,采用NO₂^-的2种投加方式研究了以NO₂^-为电子受体吸磷的聚磷菌的诱导过程.采用NO₂^-连续投加方式,经过23d的诱导,聚磷菌可以利用NO₂^-为电子受体吸磷,最大吸磷速率达到10.44 mg/(g·h),缺氧吸磷量占缺氧和好氧吸磷总量的97%以上;比较NO₂^-的2种投加方式,发现NO₂^-集中投加方式的缺氧吸磷速率及缺氧段吸磷百分数都小于连续投加的运行方式,为了得到较好的缺氧聚磷效果,建议采用连续加入NO₂^-的运行方式.在SBR反应器内,通过调节COD负荷、沉淀时间、HRT等操作条件,培养出了具有反硝化聚磷能力的颗粒污泥,颗粒污泥的平均粒径为315μm,污泥比重在1.006 4～1.016 5之间,含水率为96.78%～98.14%,SVI在25～40 mL/g之间.试验中COD处理负荷高达1.5 kg/(m³·d),氮、磷的去除率也在90%以上.     

NO_3~-和NO_2~-作为电子受体时的反硝化除磷实时控制

采用SBR厌氧/缺氧运行方式,研究了NO- 3和NO- 2作为电子受体时的反硝化除磷效能及ORP与pH作为反硝化除磷过程控制参数的可行性.结果表明,反硝化除磷过程中COD、磷酸盐、电子受体浓度与体系pH和ORP的变化具有较强的相关性.在厌氧阶段,当释磷结束时,pH值平台的出现指示了释磷的结束;在缺氧阶段,吸磷结束后,ORP出现拐点,标志着缺氧吸磷的完成.另外,考察了2种电子受体(NO- 3和NO- 2)反硝化除磷的效能.在以NO- 3为电子受体的反应中,在缺氧初期30 min反应中,平均摄磷速率为32.68 mg/(L·h),每吸收1 mg PO3- 4-P 约消耗1.14 mg NO- 3-N.在以NO- 2为电子受体的反应中,在缺氧初期30 min反应中,平均摄磷速率为17.66 mg/(L·h),每吸收1 mg PO3- 4-P 约消耗1.57 mg NO- 2-N.综上,提出pH和ORP可以作为2种电子受体(NO- 3和NO- 2)反硝化除磷的实时控制参数,并且,以NO- 3为电子受体系统在摄磷方面优于NO- 2电子受体系统.     

同步反硝化聚磷的试验研究

采用SBR反应器和人工合成废水研究了同步反硝化聚磷的条件和影响因素.试验结果表明,厌氧/好氧方式下驯养的生物除磷污泥,在厌氧期之后供给硝酸盐,则污泥可以很快实现同步反硝化聚磷.聚磷前厌氧阶段的存在是实现反硝化聚磷必不可少的重要前提.在没有NO₃^-干扰而且乙酸钠为唯一碳源下,最佳厌氧时间为60min.先于缺氧期微生物接触硝酸盐,会使反硝化聚磷减弱甚至丧失.缺氧段NO₃^--浓度是影响反硝化聚磷效果的因素之一.在厌氧(2h)-缺氧(1h)-好氧(2h)的试验条件下,当NO₃^--N浓度由5mg/L上升至20mg/L时,其反硝化聚磷效率由11.9%上升至48.7%.但NO₃^--N浓度提高到了20mg/L以上时,其效率提高得不很明显.好氧段的存在不会使诱导形成的反硝化聚磷消失,但缩短好氧时间有助于提高DNPA在除磷中的比例.     

A2N系统中低碳污水的反硝化除磷优化及运行稳定性

采用序批式生物移动床（SBMBBR）,通过优化反应条件可以取得较高的聚-β-羟基丁酸盐（PHB）富集效率,通过双泥系统的操作,可以实现低碳下的高效反硝化除磷.在进水COD 200 mg/L、pH为中性的生活污水中,并在搅拌速度为80 r/min下,磷的去除率达到83.7%,NO^-₃-N的去除率达到81.4%,NO^-₂-N的去除率接近100%,取得较好的反硝化除磷作用.较大的生物量是保证较高效率的反硝化除磷的关键之一.采用双泥系统运行SBMBBR,可以获得稳定的、较高效率的脱氮除磷.在COD为140～170 mg/L, TN为34～42 mg/L低碳氮比的实际废水处理中,磷的去除率达到89.2%,TN的去除率达到84.5%.在处理过程中,排泥中的磷量基本与进水中磷的量一致,未发现磷的其它去除路径.     

亚热带土壤反硝化过程中NO-3-N对CH4排放的影响

研究了发育于不同成土母质和不同土地利用方式下的45个亚热带土壤样本,在反硝化严格厌氧培养条件下（密闭、淹水、充N₂）,加入KNO₃的处理（加入N量为200 mg·kg^-1）和不加KNO₃的空白对照对CH₄产生和排放的影响.结果表明,厌氧培养条件下无论加入KNO₃与否,CH₄的产生和排放首先取决于土壤有机碳总量水平及其有效性.对照土壤中花岗岩母质发育的土壤和KNO₃处理土壤中稻田利用方式下的土壤CH₄排放量最高.加入KNO₃显著抑制了CH₄的产生和排放,NO^-₃-N对CH₄产生的抑制效应可能较N₂O对CH₄产生的抑制效应更大.加入KNO₃处理中厌氧培养第1周内的NO^-₃-反硝化量和降低速率是决定CH₄排放量的关键因素.不加KNO₃的对照土壤中,73％的土样表现为 Fe²⁺的产生和CH₄的排放之间呈指数关系增长,表明Fe³⁺和CO₂的还原可同步进行.NO^-₃-N不仅显著抑制了CH₄的产生和排放,也抑制了Fe³⁺的还原.     

SBR工艺中反硝化除磷特性研究

在ＮＯ^-₃-N/COD为0.04、0.095、0.125和0.27条件下,采用SBR反应器研究了反硝化除磷的特性.试验表明,污染物与控制参数（pH、ORP、 DO）具有良好的相关性.在搅拌阶段,ORP可以指示是否发生了反硝化聚磷反应;在好氧阶段,上述3个参数都可以监测TN浓度的低谷（NAS point）,但是pH最为灵敏.在NAS point排放上清液,能提高反应器的效率和出水水质.在反硝化聚磷的过程中,反硝化聚磷菌（DPBs）首先快速将ＮＯ^-₃-N转化为某种中间产物,然后再将该产物逐渐转化为N₂.有机碳源对DPBs的除磷能力有较大影响,当ＮＯ^-₃-N/COD大于0.095时,随着比值的升高,DPBs除磷能力增强.结果表明,为取得良好的反硝化除磷效果,ＮＯ^-₃-N/COD应不低于0.125.     

SBR双颗粒污泥系统脱氮除磷性能研究

以模拟废水为研究对象,对SBR双颗粒污泥系统的脱氮除磷性能进行了考察.试验结果表明,A₂N双颗粒污泥系统能使硝化菌和聚磷菌分别在各自最佳的环境中生长,有利于系统脱氮除磷的稳定和高效运行,可控制性也得到了提高.在COD为300 mg·L^-1条件下,系统对COD的平均去除率达到78.8%,大部分COD被聚磷菌用来合成PHA;当溶解氧控制在3.55~4.90 mg·L^-1和5.60~6.60 mg·L^-1之间时,硝化SBR对氨氮的去除率分别为87.0%和94.5%.除磷SBR仅设置缺氧段时,磷去除率为72%;增设后曝气段后,磷去除率增至85%.NO_x^--N(NO₂^--N+ NO₃^--N)的去除主要发生在缺氧段,在反硝化除磷时作为电子受体被去除,平均去除率为90.6%.     

间歇曝气对硝化菌生长动力学影响及NO-2积累机制

采用间歇曝气方法处理低氨氮浓度生活污水,在SRT 10、 5、 2.5和1.25 d条件下,SBR反应器出水中NO^-₂含量（以N计,下同）为18、 19、 14和5　mg/Ｌ,积累率达到73%、 85%、 91%和78%,而连续曝气SBR仅为14%、 21%、 31%和34%;同时氨氮去除率维持在97%、 95%、 76%和39%,与连续曝气SBR的92%、 97%、 71%和47%相当.对硝化菌的生长动力学分析表明,在间歇曝气硝化系统中,氨氧化菌（AOB）可以通过产率系数（Y_AOB）的增加来提高自身在反应器中的绝对生物量,并补偿因间歇曝气引起的比底物利用速率下降,从而使比增殖速率（μ_m）和NH⁺₄的氧化速率不变.与此相反,亚硝酸盐氧化菌（NOB）却不具备这种补偿特性,导致其μ_m和对NO^-₂氧化速率降低,引起了NO^-₂在出水中积累.     

一种新型电化学法处理硝态氮废水的初步研究

通过对Pd-Me双金属催化还原NO 3--N和折点氯化法处理NH 4+-N的相关理论分析,提出了一种基于电化学法的新型NO 3--N废水处理工艺.即利用具有电子空轨的常见金属元素修饰Ti基获得催化阴极,在电场的作用下,将NO 3--N催化还原;通过调整催化元素的配比和电解条件,控制NO 3--N还原产物主要为NH 4+-N;利用阳极氧化Cl-生成高氧化性物质HOCl,将NH 4+-N氧化为无害产物N2-N.结果表明,金属元素Co和Cu修饰Ti基制得阴极可以有效地催化还原模拟废水中的NO 3--N;按前驱物溶液金属元素摩尔比1∶1制得Ti基Co-Cu复合涂层催化阴极,可以将NO 3--N高效催化还原为NH 4+-N;电解体系中引入Cl-后,通过阳极作用可将NO 3--N还原生产的NH 4+-N有效地氧化为N2-N.在100 mg/L NO 3--N模拟废水中添加1 000 mg/L Cl-,设置极板间距6 mm、电流400 mA,电解2.5 h后出水NO 3--N、NO 2--N、NH 4+-N和TN分别为2.9、0.5、1.7和6.0 mg/L.     

两种微藻胞外分泌物与NO2-、NO3-对2，4-D光解的影响

在模拟太阳光照射下,利用旋转式光化学反应装置,研究了海水小球藻(Chlorella vulgaris)和新月菱形藻(Nitzschia closterium)的胞外分泌物(EOM),以及分别在NO-2或(和)NO-3共存条件下对2,4-二氯苯氧乙酸(2,4-D)光解的影响.实验结果表明,2,4-D在海水小球藻和新月菱形藻EOM及分别在NO-2、NO-3共存下的光解过程均符合准一级动力学反应.研究发现,2,4-D的光解速率随海水小球藻和新月菱形藻EOM浓度的增加而减小,表明这两种微藻EOM可抑制海水中2,4-D的光解.当在微藻EOM溶液中分别加入不同浓度的NO-2或NO-3后,微藻EOM对2,4-D光解的抑制作用减弱,且随着NO-2和NO-3浓度的增加,2,4-D光解速率明显增加.特别是当微藻EOM与NO-2或NO-3三者共存时,可进一步促进2,4-D的光解.     

广州地区SO42-、NO3-、NH4+与相关气体污染特征研究

本文获得了2009年12月1日至2011年12月31日广州二次无机离子(SO2-4、NO-3、NH+4)及相关反应性气体(NOx/SO2/HNO2/HNO3等)的小时浓度数据,并分析了其污染特征.研究结果表明:PM2.5的浓度季节变化特征为冬秋春夏,SO2-4的浓度季节变化特征为秋冬春夏,NH+4的为冬秋春夏,NO-3则为冬春秋夏,SO2-4、NO-3和NH+4之和占PM2.5的比重大小为秋夏春冬;硫氧化率(SOR)均大于0.1,秋冬季节的值高于春夏季节,与SO2-4的浓度变化趋势一致;氮氧化率(NOR)日变化呈单峰形式,最大值出现在06时,最小值出现在14时,春冬季节的值高于夏秋季节,与NO-3的浓度变化趋势一致;广州地区NH3/NH+4除10—12月外,其月均值均大于1;在典型过程中,SO2-4、NO-3、NH+4、SOR、NOR和NH3/NH+4与能见度的变化都存在较好的对应关系,说明广州地区低能见度与二次离子(SO2-4、NO-3、NH+4)的生成有关.     

厌氧条件下砂壤水稻土N2、N2O、NO、CO2和CH4排放特征

了解厌氧条件土壤反硝化气体(N2、N2O和NO)、CO2和CH4排放特征,是认识反硝化过程机制的基础,并有助于制定合理的温室气体减排措施.定量反硝化产物组成,可为氮转化过程模型研发制定正确的关键过程参数选取方法或参数化方案.本研究选取质地相同(砂壤土)的两个水稻土为研究对象,通过添加KNO3和葡萄糖的混合溶液,将培养土壤的初始NO-3和DOC含量分别调节到50 mg·kg-1和300 mg·kg-1,采用氦环境培养-气体及碳氮底物直接同步测定方法,研究完全厌氧条件下土壤N2、N2O、NO、CO2和CH4的排放特征,并获得反硝化气态产物中各组分的比率.结果表明,在整个培养过程中,两个供试土壤的N2、N2O和NO累积排放量分别为6~8、20和15~18 mg·kg-1,这些气体排放量测定结果可回收土壤NO-3变化量的95%~98%,反硝化气态产物以N2O和NO为主,其中3种组分的比率分别为15%~19%(N2)、47%~49%(N2O)和34%~36%(NO);但反硝化气体产物组成的逐日动态均显现为从以NO为主逐渐过渡到以N2O为主,最后才发展到以N2为主.以上结果说明,反硝化气体产物组成是随反硝化进程而变化的,在以气体产物组成比率作为关键参数计算各种反硝化气体产生率或排放率的模型中,很有必要重视这一点.     

兰溪市PM2.5中水溶性离子的组成特征及季节变化

为探索浙江省中部地区大气细颗粒物（PM_2.5）中水溶性离子的组成特征及其季节变化,采集了兰溪市市区和近郊两个站点2016年4个季节的PM_2.5样品,利用双通道离子色谱对水溶性无机离子（Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-、Na⁺、NH₄⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺）进行了定量分析.结果表明,兰溪PM_2.5中离子总浓度存在明显的冬季高、夏季低的季节变化趋势,年均值为21.19 μg·m^-3,约占PM_2.5质量的45%;SO₄^2-、NO₃^-和NH₄⁺是水溶性离子中最主要的组分,年均浓度分别为8.11、5.92、3.87 μg·m^-3.Cl^-和NO₃^-浓度的季节变化最为显著,冬/夏浓度比接近10,其半挥发特性是导致兰溪PM_2.5中离子组成呈现季节变化的重要原因.兰溪PM_2.5中NO₃^-/SO₄^2-比值的冬季平均值为1.18,说明流动源对兰溪PM_2.5有很大贡献;夏季（以及春、秋季）时NO₃^-/SO₄^2-比值较低,且与PM_2.5浓度呈负相关,与矿物尘结合的硝酸根离子的较大贡献可能是导致夏季PM_2.5浓度较低时NO₃^-/SO₄^2-比值较高的主要原因.阴阳离子平衡、相关性及主成分分析（PCA）结果表明,矿物尘对兰溪市PM_2.5的酸度及离子赋存状态有较大影响;冬季及春、秋季兰溪的PM_2.5具有一定的酸性;NO₃^-和SO₄^2-主要与NH₄⁺结合,但部分可能与钙等其他组分结合;Cl^-和K⁺主要来源于生物质燃烧,但K⁺的年均浓度仅为0.31 μg·m^-3,说明生物质燃烧对兰溪PM_2.5的贡献不大.     

碳底物含量对厌氧条件下水稻土N2、N2O、NO、CO2和CH4排放的影响

理解底物碳氮对厌氧条件下水稻土排放氮素气体——氮气(N2)、氧化亚氮(N2O)和一氧化氮(NO)以及二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)的影响,有助于制定合理的温室气体减排措施,定量了解反硝化产物组成对碳底物水平的依赖性,也有助于氮转化过程模型研发中制定正确的关键过程参数选取方法或参数化方案.本研究采用粉砂壤质水稻土为研究对象,设置对照(CK)和加碳(C+)两个处理,前者的初始硝态氮和可溶性有机碳(DOC)含量分别为~50 mg·kg-1和~28 mg·kg-1,后者的分别为~50 mg·kg-1和~300 mg·kg-1.采用氦环境培养-气体及碳氮底物直接同步测定系统,研究了完全厌氧条件下碳底物水平对上述气体排放的影响.结果表明,CK处理无CH4排放,而C+处理可观测到CH4排放;C+处理的综合增温潜势显著高于CK处理(P<0.01);NO、N2O和N2排放量占这3种氮素气体排放总量的比重,在CK处理分别约为9%、35%和56%,在C+处理分别约为31%、50%和19%,处理间差异显著(P<0.01).由此表明,碳底物水平可显著改变所排放氮素气体的组成;对于旱地阶段硝态氮比较丰富的水稻土,避免在淹水前或淹水期间施用有机肥,有利于削减温室气体排放.     

重庆市北碚大气中PM2.5、NOx、SO2和O3浓度变化特征研究

重庆是我国西南工业重镇,但长期受大气污染困扰.利用全自动在线环境监测仪器,于2012年1月—2014年2月,对重庆市北碚区大气中的典型污染物PM2.5、NO_x、SO_2和O_3进行了观测研究.结果表明:重庆北碚大气首要污染物为PM2.5,2012和2013年平均浓度分别为(67.5±31.9)和(66.6±37.5)μg·m~(-3),是国家环境空气质量一级标准35μg·m~(-3)的1.9倍,两年超过国家二级标准的天数分别为119和126 d,年超标率均大于1/3;两年NO_x,SO_2及O_3的年平均浓度分别为(57.1±24.6)和(55.1±36.6),(43.1±24.0)和(35.0±21.9)及(31.1±24.9)和(48.5±37.4)μg·m~(-3).大气污染物浓度具有明显的季节变化特征,PM2.5和NO_x冬季污染最为严重,两年冬季平均值分别比两年年平均值高33.6%、59.6%和43.2%、8.5%;O_3表现为夏高冬低;SO_2春季最高且污染最轻.大气污染物日变化显示PM2.5和NO_x浓度呈双峰日变化形式,有早晚两个峰值,与城市交通高峰相对应.SO_2和O_3浓度呈单峰日变化,前者峰值出现在午前10∶00—12∶00大气对流层被打破之后,而后者峰值出现在午后16∶00局地光化学最强之时.消减各种污染源的颗粒物直接排放,消减气态污染物SO_2和NO_x的工业排放,消减机动车NO_x和VOCs等的排放,才有可能使重庆北碚的大气污染状况得到改善.     

Cu2+对以NO2-为电子受体反硝化过程的影响

短程生物脱氮工艺在废水处理中已经得到较为广泛的应用,其反硝化过程是实现氮去除的关键步骤,而关于废水中常见重金属离子Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程的影响尚无系统研究.选取A/O反应器内具有良好短程生物脱氮特性的污泥,通过批次试验及SBR长期试验分别探究了Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程的短期及长期影响.短期试验结果表明,Cu~(2+)对以NO2-为电子受体反硝化过程具有明显抑制作用,对污泥反硝化活性的半抑制浓度EC50为4. 79 mg·L-1.在长期影响试验中逐渐提高污泥对Cu~(2+)的耐受浓度,当Cu~(2+)浓度为0. 5 mg·L-1和1 mg·L-1时,污泥反硝化活性降低后均能够通过驯化恢复至原有水平;而Cu~(2+)浓度升高至3 mg·L-1后污泥反硝化性能遭到破坏且难以恢复,NO_2~--N去除率降低至10%以下,反硝化系统遭到严重抑制.但是,停止投加Cu~(2+)后污泥反硝化活性在第14 d恢复至原有水平.同时,在Cu~(2+)的长期影响过程中,EPS含量增多,对微生物抵御Cu~(2+)的毒害起到重要保护作用,促使污泥粒径增大,污泥沉降性得到提高.