生活污水短程生物脱氮过程中N2O的产生与控制方法

 为降低和控制实际污水处理厂中N2O产生量,通过长期试验和间歇试验对SBR法实际生活污水全程及短程脱氮过程中N2O的主要产生源和影响因素进行了研究.结果表明:生活污水短程硝化反硝化过程中有N2O产生,并且N2O主要产生于短程硝化过程中,即氨氧化过程中,而反硝化作用没有N2O产生,且能够将氨氧化结束时,活性污泥中累积的溶解性N2O进一步还原为N2.短程硝化过程中,N2O产生量随进水氨氮浓度的升高而显著增加.DO浓度对N2O的产生与释放有重要的影响,DO浓度高于2mg/L和低于0.5mg/L N2O产生量均较低.DO低于0.5mg/L时,一方面,降低了曝气作用对N2O的吹脱,延长了N2O在活性污泥中的停留时间;另一方面,在活性污泥絮体内部形成缺氧区,促进了同步硝化反硝化,在硝化作用的同时,加强了反硝化作用对N2O的还原作用,利于N2O的减量控制.     

九龙江河口区夏季反硝化作用初探

河口反硝化是削减入海河流氮污染的重要途径,为探明地处亚热带的九龙江河口混合区的反硝化作用,于2010年7月开展13个站位的面上调查,利用N2：Ar法和膜进样质谱分析仪（MIMS）直接测定反硝化产物溶解N2浓度,用吹扫捕集-气相色谱法测定溶解N2O浓度,并估算二者净增量和水气交换通量.结果表明,溶解N2和N2O净增量有明显的区域变化,从淡水端向海域减少,N2净增量为-9.9～66.8μmol.L-1,N2O净增量为4.3～31.5 nmol.L-1;N2O饱和度为170%～562%,平均352%;N2水气通量为-2.9～53.2 mmol.（m2.d）-1,N2 O水气通量为5.2～23.9μmol.（m2.d）-1,N2 O通量占总通量的0.03%～1.2%（平均0.25%）.温度和营养盐（氮、磷）是影响九龙江河口区反硝化作用的重要因子;淡水端（盐度〈0.5）反硝化作用及其空间分布主要受硝酸盐含量控制,海水端溶解N2与N2O的增加主要来自淡水端的输送,并受盐度梯度（混合作用）影响.     

污水生物脱氮过程中N2O的产生与控制研究进展

N2O是一种重要的温室气体,并且能破坏臭氧层,因而在全球变化研究中受到广泛关注.研究表明,污水生物脱氮过程是N2O的一个重要人为源.为此,对污水生物脱氮过程中N2O的产生与控制进行研究具有重要的意义.文章对污水生物脱氮过程中N2O的产生机理、影响因素和减量化策略进行了论述.N2O通常被认为是不完全硝化作用或不完全反硝化...     

以化学抑制法研究污水生物处理过程中N2O的释放源

采用化学抑制法,研究了不同曝气量下污水生物处理过程中N2O的释放源.结果表明,缺氧段中, N2O的主要释放源为硝酸盐异化成氨反应,而反硝化反应消耗N2O.好氧段中N2O释放源受曝气量的影响很大,当曝气量适中时(65L/h), N2O释放源主要为硝化细菌反硝化作用;而当曝气量偏高(105L/h)或偏低(25L/h)时,同步硝化-反硝化反应是主要的N2O释放源.同时硝化细菌反硝化反应也能够产生少量N2O.     

河口沉积物反硝化反应影响因子综述

本文在分析国内外河口沉积物反硝化主要研究内容、研究结果的基础上 ,综述了影响反硝化作用的主要因子 :氧气浓度 ,有机质含量 ,NO-3 浓度 ,盐度和PH值 ,生物作用等。并指出了反硝化过程中存在的若干负效应 ,以期为河口沉积物 -水界面反硝化研究提供一定的理论依据     

不同污水生物脱氮工艺中N2O释放量及影响因素

微生物的硝化及反硝化过程为污水处理过程中N2O的主要产生源.从微生物学和生物化学反应的角度,阐述了硝化及反硝化过程中N2O的生成机理以及与N2O产生相关的关键酶的基本特性,同时给出了几种典型硝化及反硝化菌的N2O产生与释放情况.通过对实际污水处理厂、不同污水处理工艺,尤其是新工艺过程中N2O释放量及产因的分析,指出污水生物处理过程中N2O的释放量与污水水质、污水处理工艺、工艺的运行工况及微生物的种群结构有关,并对底物浓度、DO浓度、SRT等关键性因素进行了重点论述.在综合分析N2O产生机理及影响因素的基础上,从工艺运行工况及微生物种群优化2个角度,初步提出了控制污水生物处理过程中N2O释放的策略.     

环境因子对长江口滨岸沉积物反硝化速率影响

利用多年在长江河口滨岸湿地开展相关研究工作获得的反硝化速率和各类环境参数数据,对数据进行归纳整理,采用相关性分析和主成分分析,将沉积物反硝化作用和环境因素间的相关性进行量化,并筛选出影响长江口沉积物反硝化作用的两大重要因素。研究表明沉积物反硝化速率和温度(T)、沉积物有机碳(SOC)、总氮(STN)呈现Pearson正相关关系(p70.01,p70.05,和p70.05),与水中盐度(S)、溶解氧(DO)及沉积物C/N呈明显负相关关系(p70.05,p70.05,和p70.01)。尽管沉积物中的N_2O自然产生速率和环境参数间没有表现出相关性,但沉积物的反硝化速率和N_2O的自然产生速率却和C/N呈明显负相关(p70.01)。主成分分析结果表明温度和盐度是影响长江口潮滩沉积物反硝化速率的两大主导因素,同时也是亚热带季风河口的主要环境参数。     

河口沉积物反硝化反应影响因子综述

本文在分析国内外河口沉积物反硝化主要研究内容、研究结果的基础上，综述了影响反硝化作用的主要因子：氧气浓度，有机质含量，NO3^-浓度，盐度和PH值，生物作用等。并指出了反硝化过程中存在的若干负效应，以期为河口沉积物-水界面反硝化研究提供一定的理论依据。     

珠江口入海河段DIN形态转化与硝化和反硝化作用

在自广州中大码头(ST1)沿珠江主航道到虎门外的龙穴水道(ST9)之间设9个采样站,其中ST2、ST5、ST9号3个为沉积物采样站,研究珠江口入海河段溶解态无机氮形态转化与硝化和反硝化作用.水质分析和培养结果表明,水体中存在着强烈的硝化作用.从ST1到ST9站约有88%的NH+ 4转化成了NO- 3和NO- 2 .NH+ 4与NO- 3含量之间呈显著的负相关关系,相关系数R =-0 97(n =19) .NO- 3的变化趋势与其它要素相反,沿入海方向逐渐升高.珠江水相中的N2 O的浓度范围在5 7～3 2 9nmol·L- 1 ,饱和度在674%～413 4%之间,是N2 O的一个重要排放源.采用乙炔抑制法研究微生物作用下发生在沉积物中的硝化、反硝化作用,结果显示,沉积物中存在着强烈的硝化与反硝化作用,硝化速率:0 3 2～2 43mmol·m- 2 ·h- 1 ;反硝化速率:0 0 3～0 84mmol·m- 2 ·h- 1 ;硝酸盐的还原速率:4 17～13 0 6mmol·m- 2 ·h- 1 .硝化与反硝化作用主要发生在沉积物的0～4cm的区域,各站点由于沉积物性状不同而有所差异.硝化和反硝化速率与沉积物中NO- 3和NH+ 4的含量和Eh值等性质及水相中的DO浓度有关     

污水处理厂N2O的释放特征和减排途径研究

温室气体N2O含量的增加对气候变化产生显著影响,针对污水处理行业N2O减排控制的发展趋势与需求,以典型污水生物处理工艺为对象,对N2O产生机理、释放特征和核算、影响因素进行了综述和分析.研究表明,污水处理厂N2O的释放主要来自生物脱氮过程的硝化阶段和反硝化阶段,不同污水处理厂的N2O释放因子和释放特征不同.DO、温度和C/N是影响N2O释放的主要因素,最后从污水处理厂工艺运行和水质调控角度提出了具有可操作性的N2O减排途径与方法.     

基于野外原位抽注试验和同位素技术的含水层反硝化速率研究

反硝化作用是地下水硝酸盐污染去除最重要的过程.由于水文地质条件和水文地球化学环境的复杂性和不确定性,精准测定含水层反硝化速率是反硝化过程的研究难点.选取潮白河冲洪积扇中部中国环境科学研究院地下水创新野外基地作为研究区,基于野外原位试验和15N同位素示踪法提出一种含水层反硝化速率的测定方法.该方法综合体现了研究区实际水文地质条件和水文地球化学环境对反硝化作用的影响,并充分考虑了硝酸盐在含水层中稀释弥散作用对计算结果的影响.结果表明:①潮白河冲洪积扇中部某地地下26~28 m处于还原环境,含水介质以粉细砂为主,ρ（NO₃-N）平均值为2.77 mg/L.②地下26~28 m反硝化速率在349.52~562.99 μg/（kg·d）（以N计,下同）之间,平均值为450.31 μg/（kg·d）.通过与研究区含水介质、采样深度和硝酸盐背景值相似的国内外案例对比研究,初步评估结果处于合理区间.③测试结果具有一定不确定性,主要来自忽略中间产物NO₂-和NO的计算方法、扰动采样方法、N₂O的操作规范程度及采样频率等方面.研究方法为测定含水层硝酸盐速率研究提供了新的思路,研究结果可为地下水中硝酸盐转化过程机理研究、地下水硝酸盐污染修复及风险管控提供关键的理论支撑数据.      

乙醇对地下水中硝酸盐去除作用的研究

综述和比较了近年来利用不同碳源反硝化去除地下水中硝酸盐的研究成果,并着重于乙醇作为碳源的脱硝作用。从硝酸盐去除、亚硝酸盐积累、产生生物量等方面比较了不同碳源蔗糖、乙醇、甲醇、乙酸等的优缺点,最终认为乙醇是较为合适的碳源。阐述了该领域的研究进展,总结了影响反硝化进行的主要因素,指出目前乙醇反硝化去除硝酸盐存在的问题,同时对今后进一步的研究方向进行了展望。     

岩溶地下河反硝化作用的有限性——一个碳酸盐岩管道的实验研究

反硝化作用是公认的去除水体中硝酸盐的路径,但相比于多孔介质,岩溶地下河中反硝化效果具有不确定性.为更好地认识岩溶地下河中反硝化效果,本研究利用天然碳酸盐岩管道几何模型,以乙醇为可利用电子供体(碳源),示踪了控制流速条件下管道流中反硝化作用,并辅以多孔介质流实验进行对比.反应示踪、地球化学印迹和微生物检测结果表明:当碳源缺乏时,反硝化作用没有明显启动的迹象;一旦补充了碳源,溶解氧、硝酸盐浓度和质量都出现了明显衰减,并且有中间产物亚硝酸盐产生,水体碱度增加.然而,即使在碳源充足情况下,管道流中反硝化强度却明显比多孔介质流中强度低,两者硝酸盐生物去除率分别为39.4%和大于99%,生物降解速率分别为0.113和10.8 mg·L~(-1)·h~(-1).推测其原因,一是碳酸盐岩管道内固体表面积与水体积比值低,固体吸着条件不利于微生物生长与发育,降低了硝酸盐去除率;二是管道富含的溶解氧可能延迟了反硝化作用启动,溶解氧降至3.0 mg·L~(-1)左右时硝酸盐浓度才有明显衰减.相比之下,其它环境因素如p H值和温度没有出现明显变化.该研究意义在于:岩溶管道流反硝化去除硝酸盐的潜能是存在的,但即使可利用碳源充足仍具有明显的局限性,这可能意味着岩溶地下河一旦遭受硝酸盐污染,其作为饮用水源的安全风险更大.     

2种生物反硝化法去除地下水中硝酸盐的研究

采用砂柱装置,在实验室研究了自养微生物和异养微生物2种生物反硝化方法对地下水中硝酸盐的去除效果。自养反硝化反应在以硫作为电子供体的硫/石灰石/细沙反应柱中进行,异养反硝化反应在石灰石/细沙反应柱中进行,进水增加乙醇作为外加碳源。实验结果用以比较2种反硝化方法在硝酸盐去除率、微生物反应动力学和反应产物三者的异同。结果表明,自养反硝化反应中NO3--N去除率达95.4%,异养反硝化反应去除率可达99.3%;分别与Monod微生物0级、1/2级和1级反应动力学方程进行拟合,2种反硝化反应均符合1/2级微生物反应动力学,适合用1/2级微生物反应方程描述;在反应结束阶段,自养反硝化主要反应产物SO42-出水浓度低于250mg/L,异养反硝化副产物CH3OO-易成为二次污染源,异养反硝化的反硝化速率明显高于自养反硝化反应。     

Denitrification potential enhancement by addition of external carbon sources in a pre-denitrification process

The aim of this study is to investigate the denitrification potential enhancement by addition of external carbon sources and to estimate the denitrification potential for the predenitrification system using nitrate utilization rate （NUR） batch tests. It is shown that the denitrification potential can be substantially increased with the addition of three external carbon sources, i.e. methanol, ethanol, and acetate, and the denitrification rates of ethanol, acetate, and methanol reached up to 9.6, 12, and 3.2 mgN/（g VSS.h）, respectively, while that of starch wastewater was only 0.74 mgN/（g VSS,h）. By comparison, ethanol was found to be the best external carbon source. NUR batch tests with starch wastewater and waste ethanol were carried out. The denitfification potential increased from 5.6 to 16.5 mg NO3-N/L owing to waste ethanol addition. By means of NUR tests, the wastewater characteristics and kinetic parameters can be estimated, which are used to determine the denitrification potential of wastewater, to calculate the denitrification potential of the plant and to predict the nitrate effluent quality, as well as provide information for developing carbon dosage control strategy.     

太湖竺山湾缓冲带两种人工草林土壤反硝化作用比较

在太湖竺山湾缓冲带选取两种人工草林(杨树灌木混合林和纯杨树林),对其林床地表径流、林下土壤水和林下地下水进行了为期1 a的观测,比较了土壤反硝化作用.结果表明:①两种人工草林林下土壤生化性质、w(有机碳)以及各形态氮质量分数在1 m深度内垂向剖面上的分布大致相同;②两种人工草林内地下水中的ρ(NO₃--N)在1 a之内都没有明显升高趋势,显示反硝化作用在土壤水的入渗过程中有效削减了NO₃--N,并阻止了其向地下水的迁移;③在垂直剖面上,两种人工草林土壤水中ρ(NO₃--N)在40 cm深度处出现峰值,同深度处的ρ(DO)(低至0.08 mg/L)、E_h(氧化还原电位,0~18 mV)也较低,说明40 cm深度附近可能发生了耦合的硝化-反硝化作用;④在垂直剖面上,两种人工草林土壤中反硝化势和反硝化菌数均在40 cm深度附近出现峰值,虽然杨树灌木混合林土壤反硝化势[2.1 mg/(kg·h)]是纯杨树林[1.1 mg/(kg·h)]的2倍,但两种人工草林土壤中实际的反硝化速率受ρ(NO₃--N)的限制,没有明显的差别.研究显示,两种人工草林土壤都在40 cm深度附近存在反硝化活跃带.      

Effects of cathode potentials and nitrate concentrations on dissimilatory nitrate reductions by Pseudomonas alcaliphila in bioelectrochemical systems

The effects of cathode potentials and initial nitrate concentrations on nitrate reduction in bio- electrochemical systems （BESs） were reported. These factors could partition nitrate reduction between denitrification and dissimilatory nitrate reduction to ammonium （DNRA）. Pseudomonas alcaliphilastrain MBR utilized an electrode as the sole electron donor and nitrate as the sole electron acceptor. When the cathode potential was set from -0.3 to -I.1 V （vs. Ag/AgC1） at an initial nitrate concentration of 100 mg NO~-N/L, the DNRA electron recovery increased from （10.76 ± 1.6）% to （35.06 ± 0.99）%; the denitrification electron recovery decreased from （63.42 ± 1,32）% to （44.33 ± 1.92）%. When the initial nitrate concentration increased from （29.09 ± 0.24） to （490.97 ± 3.49） mg NO3-N/L at the same potential （-0.9 V）, denitrification electron recovery increased from （5.88 ± 1.08）% to （50.19 ±2.59）%; the DNRA electron recovery declined from （48.79 ±1.32）% to （16.02 ± 1.41）%. The prevalence of DNRA occurred at high ratios of electron donors to acceptors in the BESs and denitrification prevailed against DNRA under a lower ratio of electron donors to acceptors. These results had a potential application value of regulating the transformation of nitrate to N2 or ammonium in BESs for nitrate removal.     

Bio-reduction of nitrate from groundwater using a hydrogen-based membrane biofilm reactor

A hydrogen-based membrane biofilm reactor(MBfR) using H2 as electron donor was investigated to remove nitrate from groundwater.When nitrate was first introduced to the MBfR,denitrification took place on the shell side of the membranes immediately,and the effluent concentration of nitrate continuously decreased with 100% removal rate on day 45 under the influent nitrate concentration of 5 mg NO3--N/L,which described the acclimating and enriching process of autohydrogenotrophic denitrification bacteria.A series of short-term experiments were applied to investigate the effects of hydrogen pressures and nitrate loadings on denitrification.The results showed that nitrate reduction rate improved as H2 pressure increasing,and over 97% of total nitrogen removal rate was achieved when the nitrate loading increased from 0.17 to 0.34 g NO3--N/(m2 ·day) without nitrite accumulation.The maximum denitrification rate was 384 g N/(m3 ·day).Partial sulfate reduction,which occurred in parallel to nitrate reduction,was inhibited by denitrififcation due to the competition for H2 .This research showed that MBfR is effective for removing nitrate from the contaminated groundwater.     

Optimization and evaluation of a bottom substrate denitrification tank for nitrate removal from a recirculating aquaculture system

A bottom substrate denitrification tank for a recirculating aquaculture system was developed. The laboratory scale denitrification tank was an 8 L tank (0.04 m2 tank surface area), packed to a depth of 5 cm with a bottom substrate for natural denitrifying bacteria. An aquarium pump was used for gentle water mixing in the tank; the dissolved oxygen in the water was maintained in aerobic conditions (e.g. > 2 mg/L) while anoxic conditions predominated only at the bottom substrate layer. The results showed that, among the four substrates tested (soil, sand, pumice stone and vermiculite), pumice was the most preferable material. Comparing carbon supplementation using methanol and molasses, methanol was chosen as the carbon source because it provided a higher denitrification rate than molasses. When methanol was applied at the optimal COD:N ratio of 5:1, a nitrate removal rate of 4591 ± 133 mg-N/m2 tank bottom area/day was achieved. Finally, nitrate removal using an 80 L denitrification tank was evaluated with a 610 L recirculating tilapia culture system. Nitrate treatment was performed by batch transferring high nitrate water from the nitrification tank into the denitrification tank and mixing with methanol at a COD:N ratio of 5:1. The results from five batches of nitrate treatment revealed that nitrate was successfully removed from water without the accumulation of nitrite and ammonia. The average nitrate removal efficiency was 85.17% and the average denitrification rate of the denitrification tank was 6311 ± 945 mg-N/m2 tank bottom area/day or 126 ± 18 mg-N/L of pumice packing volume/day.