生物脱氮技术研究的新进展

针对传统生物脱氮工艺存在的问题，在该领域展开了同时硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化3项新技术的研究。有针对性地对3项新技术的理论基础、研究进展、控制参数及妥善解决方法作了阐述，并就未来的发展进行了展望，为污水生物脱氮技术更深入地研究提供了借鉴。     

几种生物脱氮新工艺的比较

目前已经发现了2种微生物脱氯新途径：一是根据好氧氨氧化菌具有反硝化能力，从而在一定条件下反硝化脱氯：二是在功能微生物的作用下，亚硝酸盐与氨离子一起厌氧氨氧化，并且发现了厌氧氨氧化菌与好氧氨氧化菌或甲烷菌能协同耦合在一种有利的微生态环境中。基于以上新途径提出了几种生物脱氟新工艺，包括了：SHARON、ANAMMOX、SHARON—ANAMMOX、CANON、OLAND、NOX工艺、需氧反氨化工艺（Aerobic deammonification）、甲烷化与厌氧氨氧化耦舍工艺。     

生物脱氮工艺研究进展

通过对传统生物脱氮运行机理,运行参数的研究,分析了短程硝化-反硝化、同时硝化反硝化、好氧反硝化、厌氧氨氧化等几种生物脱氮新工艺的基本原理及最新研究现状.另外,分析了厌氧氨氧化所存在的缺点及应用前景.     

低碳氮比废水生物脱氮新技术

传统的除氨氮工艺需要消耗较多的氧气,且对于低碳氮(C/N)比的废水,需外加有机碳源才能进行反硝化。详细阐述了同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化和全程自养脱氮等生物脱氮新技术的特点,应用前景以及存在的问题。提出了今后的研究方向。     

垃圾渗滤液脱氮新方法综述

有效去除垃圾渗滤液中的氮是一项艰巨的任务,传统的先硝化后反硝化处理方法存在的主要问题是反硝化阶段碳源不足和总氮去除效率过低。研究中研究人员提出了好氧反硝化、厌氧氨氧化和短程硝化反硝化等新方法。好氧反硝化菌可以利用硝化过程中充足的碳源进行反硝化;厌氧氨氧化是在缺氧条件下,以NO-2为电子受体,直接把氨氧化成N2;短程硝化反硝化将脱氮过程控制在亚硝化阶段,不但节省了反硝化过程中的碳源,而且减少了能量的消耗。本文对这些方法及其在实践的应用进行了论述。     

生物脱氮组合工艺的研究及应用

为处理高浓度含氮废水,提出生物脱氮组合工艺,首先介绍3种生物脱氮技术原理,同时对其进行比较分析,找出现有技术在实际应用中存在的不足,从而归纳出生物脱氮组合工艺,即"短程硝化+厌氧氨氧化+反硝化"。该组合工艺可去除废水中各种形式的氮,且去除1 mol氨态氮消耗0.75 mol氧气。实际应用中总氮去除率最高可达87.5%,氨氮去除率最高可达91.8%。     

序批式生物反应器填埋场的脱氮特性

采用3个填埋柱模拟序批式生物反应器填埋场: 1号柱装填新鲜垃圾,为对照柱,渗滤液简单回灌;2号和3号柱分别装填新鲜垃圾和腐熟垃圾,渗滤液交叉回灌.探讨了序批式生物反应器填埋场的氨氮去除率、反硝化能力以及厌氧氨氧化能力.结果表明:1号柱渗滤液的氨氮质量浓度在40 d内升高并趋于稳定;3号柱的氨氮去除率随时间的延续逐渐降低,从垃圾装填开始的100%降到90 d后的0,2号柱氨氮的累积去除率为40%左右.试验进行90 d后,分别将一定质量浓度的硝酸盐溶液添加到3个填埋柱内,结果表明,所使用的硝酸盐氮在2 d内几乎全部被去除, 证明3个填埋柱都具有很强的反硝化能力.3号柱在添加硝酸盐过程中硫酸根质量浓度升高,表明发生了自养反硝化反应.通过向填埋柱添加亚硝酸盐发现, 3号柱有一定的厌氧氨氧化能力,氨氮质量浓度下降10%～32%.      

单级自养脱氮工艺氨氮去除途径研究

以SBBR单级自养脱氮系统的污泥为对象,采用不同的人工模拟废水为反应器进水,通过批式试验的方式研究了单级自养脱氮系统内的中间产物及氮素平衡情况,并探讨了氨氮的去除途径.结果表明,以仅含氨氮的人工模拟废水为进水,在未投加有机碳源的条件下,系统内62％的氨氮被转化为NO^-₂、NO^-₃、NH₂ＯH、N₂Ｈ₄、NO、NO₂、N₂Ｏ和N₂等一系列氮化合物,其中N₂占90.07％.单级自养脱氮系统内的氨氮是由多种途径去除的.4.5％的氨氮是在吹脱等物化作用下去除的,不超过3.73％的氨氮是通过传统的硝化反硝化途径去除的,53.77％的氨氮是由自养脱氮途径去除的,自养脱氮反应起主要的脱氮作用,且自养脱氮反应可以通过2条代谢途径来实现.但在足够NO₂存在并且缺氧的条件下,单级自养脱氮系统内的出水氨氮浓度与空白反应器相当,NH⁺₄并没有被亚硝化单胞菌以NO₂为电子受体氧化为NO^-₂和N₂等化合物而得以去除,可能是因为系统内不存在该类型的亚硝化功能菌.     

厌氧氨氧化细菌在生物膜系统中起主要脱氮作用的模拟预测

废水有机物对亚硝化 厌氧氨氧化(ANAMMOX)生物膜系统的影响借助已建立的自养生物膜模型(CANON)与活性污泥3号模型结合进行了理论模拟.被结合的数学模型可以模拟生物膜中自养菌与异养菌活性以及所涉及的全部内在反应(碳氧化、硝化、反硝化、厌氧氨氧化).模拟显示,废水有机物对亚硝化 厌氧氨氧化生物膜系统影响不大;生长稳定的生物膜系统中异养菌反硝化不是脱氮的主反应(最大脱氮作用20%);厌氧氨氧化左右着脱氮功能.除废水中有机物可被全部去除外,当溶解氧最佳时,系统总氮去除率亦可高达90%.     

废水生物脱氮机制研究进展

废水脱氮越来越受人们重视,而生物脱氮以它独特的优势受到人们的青睐。通过从生物脱氮的微生物,微观机制,宏观环境三个方面论述,重点论述了短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、异养硝化好氧反硝化的脱氮机制,为以后的生物脱氮研究提供较为完整的资料。     

太湖流域暴雨时空特征研究

暴雨灾害是一种主要的气象灾害,论文选择经济发达的太湖流域为研究区域,运用小波、线性趋势模拟、P-Ⅲ型概率密度函数、Mann-Kendall法等方法对太湖流域暴雨的时空变化特征及趋势进行分析研究。研究结果显示:①太湖流域55 a平均年暴雨日数有2.9个,年际变化幅度比较剧烈。1991—2000年是暴雨日数多发期, 1959、1968和1978年暴雨日数较少,呈弱"倒U"型。暴雨频次平均值的空间分布呈现南多北少、西多东少的分布格局。暴雨量与暴雨日数的空间分布并不一致,出现北多南少、东多西少的分布。②研究显示P-Ⅲ曲线方法在区域降水极值的研究方面具有较好的效果,太湖流域年最大日降水量趋势呈现"U"型,与太湖流域年暴雨日数的演变特征呈现不一致的趋势。55 a来,太湖地区发生的最大暴雨在250 mm内,即200 a一遇的暴雨洪水为该地区暴雨灾害的近代极值。③典型站点年暴雨降水量均有不同程度的增加趋势,以太湖中部以南的三个站点东山、杭州、慈溪最为显著,各点均存在不同程度的突变,但突变时间存在差异。④太湖流域夏季暴雨呈现2 a、9 a、13 a、25 a等多尺度的周期变化,各波动周期稳定性和显著性不同。     

2010年洱海全湖氮负荷时空分布特征

为探讨不同来源的氮负荷对洱海水体富营养化的贡献,对洱海入湖河流、干湿沉降和沉积物内源等来源的氮的负荷、形态及其时空变化特征进行了研究. 结果表明:与2008年相比,2010年洱海入湖TN负荷下降了28%. 入湖河流是TN负荷的主要来源,占总入湖负荷的37%;入湖河流TN负荷与ρ(TN)、ρ(Chla)呈极显著正相关;入湖河流TN负荷以NO₃--N为主,占39%. 入湖河流氮负荷季节性变化明显,7月最高;区域性差异较大,北部3条河流是主要来源,其中弥苴河入湖TN负荷占入湖河流TN负荷的57%. 沉积物内源TN负荷占总入湖负荷的29%,NH₄+-N负荷占内源TN负荷的98%,并且与水体ρ(Chla)呈显著正相关. 沉积物中TN和NO₃--N扩散通量北部湖区最高,NH₄+-N扩散通量南部湖区最高;TN扩散通量9月最高、12月最低. 干湿沉降入湖TN负荷以NH₄+-N为主,季节性变化明显,6月最高. 控制洱海外源入湖氮负荷,应以雨季之初为关键时期,以弥苴河及其流域为重点区域,兼顾坝区农业种植结构调控,同时应加强湖泊水体生态修复,控制内源释放.      

太湖丘陵地区农田氮素迁移的时空分布特征

在太湖丘陵地区选择4种有代表性的土地利用类型进行野外原位试验,研究自然降雨条件下氮素随地表径流迁移的时空分布特征.试验结果表明,随地表径流迁移的农田氮素以氨氮为主,其“次降雨径流平均浓度”中位值占总氮的44.5%,亚硝态氮浓度最小,仅占1.8%.地表径流中的氮素浓度存在显著的季节性差异,其分布主要受降水量、气温等气象条件以及农事活动的影响.总氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的“多场降雨径流平均浓度”的时间变异性依次减小.菜地径流中总氮、氨氮和硝态氮以及竹林亚硝态氮的SMC值最高,不同土地利用下氮素浓度的空间分布主要与施肥条件以及植被覆盖度有关.各氮素形态SMC值的空间变异性小于其时间变异性.旱地和菜地的氮素迁移通量大于板栗林和竹林,径流量是导致迁移通量存在显著差异的主导因素.     

岱海水体氮、磷时空分布特征及其差异性分析

通过2018～2019年调查数据及历史相关监测资料,分析了岱海上覆水中氮、磷时空分布特征及主要影响因素,并探讨了氮形态、磷形态的时空分布差异性.结果表明,岱海上覆水总氮和总磷常年处于较高水平,尤其是总氮浓度明显高于全国其他湖泊.岱海上覆水总氮浓度在3.29～4.99 mg·L^-1之间,平均值为(3.93±0.33)mg·L^-1;总磷浓度在0.063～0.163 mg·L^-1之间,平均值为(0.111±0.023)mg·L^-1.上覆水中总氮和总磷浓度在春季、夏季呈现湖心深水区明显高于周边,秋季呈自东向西递减的趋势,而在冬季则呈现南部浅水区高于北部区域的趋势.上覆水中氮和磷营养盐均以溶解态为主,溶解态总氮和溶解态总磷占总氮和总磷的比例高达86.62%和77.84%,且溶解态氮以硝态氮为主导、溶解态磷则以有机磷为主要形态.研究中发现,湖水浓缩和内源营养盐释放是造成水体高总氮和总磷的主要原因,建议结合工程措施进行内源治理和生态修复,以防止水质进一步恶化.     

洞庭湖氮磷时空分布与水体营养状态特征

为揭示通江湖泊洞庭湖水体、沉积物营养盐的时空分布特征,分别于2012年1月和6月在入湖河道、湖区和出湖口共采集了13个具有代表性的水样和沉积物样品,分析了样品中氮、磷的含量及洞庭湖的营养水平. 结果表明,洞庭湖水体中ρ(TN)、ρ(TP)、ρ(NH₄+-N)和ρ(NO₃--N)全湖平均值分别为2.34、0.06、0.27和0.54mg/L,沉积物中w(TN)、w(TP)、w(NH₄+-N)、w(NO₃--N)全湖平均值分别为1220.47、678.97、28.94、4.41mg/kg. 氮、磷含量总体表现为入湖河口大于湖体和出湖口,并且入湖河流中以湘江支流较高,湖体以东洞庭湖区较高. 不同季节间的对比表明,水和沉积物样品中氮、磷含量均表现为6月高于1月,尤其水体中ρ(TN),6月显著高于1月(P<0.01). 洞庭湖全湖TLI(∑)(综合营养状态指数)平均值为45.93,分布规律与ρ(TN)、ρ(TP)一致. 与其他富营养化湖泊相比,洞庭湖ρ(TN)、ρ(TP)较高,但没有发生大面积水华,主要是因为其换水周期短、流速较大所致.      

洱海沉积物中不同形态氮的时空分布特征

为揭示沉积物中氮形态变化的影响因素及其生态效应,对洱海表层沉积物中不同形态氮的空间分布和季节性变化特征进行了研究. 结果表明:洱海表层沉积物中w(TN)在2354～6174mg/kg之间,空间分布呈湖区北部＞南部＞中部的趋势;w(TTN) (TTN为可交换态氮)在1158～2921mg/kg之间,占w(TN)的43%,其分布趋势与w(TN)相同;各形态TTN表现为SOEF-N(强氧化剂可提取态氮,w为974～2515mg/kg)＞WAEF-N(弱酸可提取态氮,w为91～210mg/kg)＞SAEF-N(强碱可提取态氮,w为38～198mg/kg)＞IEF-N(离子交换态氮,w为66～130mg/kg),w(WAEF-N)和w(IEF-N)的分布趋势与w(TTN)相同,w(SAEF-N)中部较高,w(SOEF-N)南部较高. 沉积物中w(TN)和w(NTN)(NTN为非转化态氮)7月较高,TTN及其各形态氮质量分数1月较高. 不同形态氮质量分数随沉积物深度的增加均呈下降趋势,NTN的富集速率高于TN. 洱海沉积物中w(TN)高于长江中下游湖泊,表层TN富集明显. 沉积物氮释放风险较大,但其w(TTN)和w(IEF-N)占w(TN)的比例低于长江中下游湖泊,即洱海沉积物氮释放量小于长江中下游湖泊;洱海沉积物中各形态氮质量分数与w(TOM)均呈显著正相关,与水深呈负相关,显示有机态氮与有机质同步沉积且受外源输入影响较大,w(IEF-N)分布同时受水生植物等影响.      

高原深水湖泊程海中氮元素时空分布特征

采用GPS定位,在程海设置了3个断面9个采样站14个采样点,对氮元素及其赋存形态进行了为期1年的动态研究。结果表明:总氮(TN)浓度范围0.490~2.827 mg/L之间,平均0.773 mg/L,赋存形态及其组成为:溶解态总氮(DTN)占TN含量的64.3%;颗粒态总氮(PTN)占TN的35.7%;溶解态有机氮(DON)占TN的53.3%;溶解态无机氮(DIN)占TN的11.0%;氨态氮(NH3-N)占TN的6.9%;硝态氮(NO3--N)占TN的3.4%;亚硝态氮(NO2--N)占TN的0.8%,使湖泊具备富营养化易发条件。氮素形态转化及其年内时间分布特征与浮游植物生长、衰老、死亡、分解等生命活动的周期变化密切相关。空间分布格局受浮游生物活动、湖流风动、湖水补给和水化学特征等综合影响。文章为认识高原深水湖泊水中氮赋存形态、时空分布及其动态变化提供资料,为揭示氮素生物地球化学循环过程和蓝藻水华爆发的内在联系提供参考。     

巢湖水体氮磷营养盐时空分布特征

在不同汛期对巢湖水体进行了网格化样品采集,研究了巢湖水体中氮磷营养盐的含量与时空分布规律,确定了巢湖水体的主要污染因子.结果表明,巢湖入湖河流中TP、TN和NO-3-N指标均超过了Ⅴ类水标准,南淝河和十五里河中TP、TN、NH+4-N和NO-3-N表现出丰水期低于平水期、枯水期的季节性变化特征,在其他河流则呈现出丰水期高于枯水期、平水期的特征;巢湖湖体氮磷营养盐浓度的分布存在时空差异,西部湖区中氮磷营养盐含量远高于东部湖区;TP、TN和NH+4-N表现出在枯水期高于平水期和丰水期的变化特征,而NO-3-N在丰水期的含量较高;巢湖水体的主要污染因子为TN和NH+4-N,这些污染物从西往东质量浓度不断减少.     

黄河流域(青海段)氮时空分布特征及其来源解析

青海省作为黄河发源区,其境内干支流水质对整个黄河流域和北方地区具有十分重要的战略意义.为深入了解黄河流域(青海段)氮污染特征,采集黄河干流流域、湟水河流域、大通河流域共30个断面不同水期的水样进行监测,系统分析氮时空分布特征,并采用氮氧稳定同位素技术解析了水体中氮的主要来源.结果表明：(1)该区域水体TN浓度在0.33～13.50 mg/L之间,平均值为3.40 mg/L,表现为湟水河流域>大通河流域>黄河干流流域,各形态氮浓度表现为NO₃^--N>TON>NH₄⁺-N>NO₂^--N.(2)各流域TN浓度最高均为丰水期,但枯水期和平水期各不相同,氮形态分布也不同,说明氮污染来源可能存在差异.(3)相关性分析显示,TN与TON、NO₃^--N具有较好的同源性;SIAR模型分析显示,各污染源对NO₃^--N的贡献率表现为土壤源>凋落物源>...     

滇池草海间隙水与上覆水氮磷时空变化特征

本文连续12个月监测了滇池草海柱状沉积物间隙水和上覆水不同形态氮磷浓度的垂向变化,揭示了不同季节间隙水与上覆水氮磷浓度差异及其形态组成贡献率,探讨了间隙水氮磷组成及氮/磷比值在湖泊富营养化及内负荷控制中的重要意义.结果表明:(1)草海间隙水NH_4~+-N浓度显著高于上覆水,而上覆水中NO_3~--N浓度显著高于间隙水,春、夏和秋季(2~11月)间隙水SRP浓度显著高于上覆水,而冬季(12月和1月)则与之恰好相反;(2)草海间隙水以NH_4~+-N和SRP贡献为主,分别占DTN和DTP的61%和78%,而上覆水则以DON和DOP贡献为主,分别占DTN和DTP的44%和81%,与春季和冬季相比,夏、秋季间隙水NH_4~+-N和SRP贡献率显著增加,而NO_3~--N、DON和DOP贡献率明显下降;(3)草海间隙水DTN/DTP、(NH_4~+-N+NO_3~--N)/SRP和DON/DOP比值均表现为春季冬季夏季秋季,而上覆水氮/磷比值则以春季较高,夏、秋和冬季相对较低.