溶解氧对河流底泥中三氮释放的影响

作为内源污染的底泥沉积物中营养物的释放引起了越来越多的关注。通过大型静态土柱模拟实验,研究氮在上覆水和孔隙水中的分布特性和释放特性。在控制氧气条件、底泥有机质含量和粒径大小的条件下,连续观测氨态氮、亚硝态氮和硝态氮的浓度及其垂向分布特性。结果发现：时间分布上,通氧条件明显影响水体底泥中三氮释放与反硝化作用达到平衡的时间;垂向分布上,三期实验的上覆水的无机氮以氨态氮为主,不同的通氧条件下,各柱的孔隙水的三氮浓度比上覆水高,且三氮在沉积物中随深度增加而增加;氨态氮和硝态氮浓度则以孔隙水的为高,随深度增加而增加;低溶解氧水平加快底泥释放氨氮速度和增大释放量。     

硫自养反硝化协同固定化微生物技术修复城市黑臭水体

固定化微生物技术可促进城市黑臭水体中氮磷污染物去除,但硫自养反硝化协同固定化微生物技术修复黑臭水体研究较少。通过向改性载镧膨润土基复合微生物菌剂(La-Bt基复合菌剂)中添加经S₂O₃^2-驯化培养的硫自养反硝化菌(NR-SOB),试图引入硫自养反硝化协同固定化微生物技术修复黑臭水体。在La-Bt基复合菌剂投加量为1.5 g/L时,向黑臭水体中分梯度投加不同浓度NR-SOB,研究NR-SOB协同La-Bt基复合菌剂去除黑臭水体污染物效果,并通过高通量测序分析底泥微生物群落结构变化。结果表明,当NR-SOB投加量为0.3 g/L时,对黑臭水体和底泥处理效果较好：上覆水氨氮、TN和TP去除率分别为87.42%、69.85%和71.11%;底泥酸可挥发性硫(AVS)去除率为34.76%,底泥TN和TP去除率分别为45.22%、45.04%;实验结束时底泥中厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度从11.76%降至9.84%,硫杆菌属(Thiobacillus)相对丰度达2.82%,氮硫去除相关微生物菌属比例提升约0.95%。     

硝酸钙缓释颗粒原位修复黑臭底泥的作用机制及其应用

为解决水体中沉积底泥的内源污染释放问题,亟需高效底泥修复技术。硝酸盐为底泥微生物的电子受体,可通过反硝化作用氧化底泥的黑臭物质,是极具潜力的底泥修复剂。为探明硝酸盐在实际工程中的修复效果和潜在问题,结合实验室模拟和实际修复工程,分析了投加硝酸钙颗粒对黑臭底泥原位修复的环境过程。结果表明,投加硝酸钙缓释颗粒产品能显著提高底泥氧化还原势能（以Fe(II)/Fe(III)表征）,促进黑臭物质转化,实际硫化物氧化率达85.2%,使得底泥由黑转黄,最终实现修复目标。同时,硝酸钙修复底泥的过程不受上覆水水质影响,且因修复过程消耗了大量底泥耗氧物质（硫化物和易降解有机质）,使水体整体复氧能力提高。另一方面,钙离子的加入使磷素以较为稳定的钙磷形态转化,能改变水相总磷的归趋（TP_SedCaN < TP_CK,p < 0.01）。然而,由于反硝化产气增加了底泥孔隙,增加了泥水界面表面积和污染物扩散通量,故在修复初期存在底泥污染物和硝酸盐向其浓度较低的水相扩散,产生了一定风险,而实际上这也有利于泥相污染物的加速释放。因此,建议在可控工程段,联合覆盖法阻断污染物扩散或联合曝气加速水相污染物氧化,以确保在控制风险的前提下达到最优的底泥修复效果。     

微电解强化微生物菌种对高氨氮低碳氮比黑臭水的脱氮研究

针对高氨氮低碳氮比(C/N)黑臭水进行脱氮研究,通过硝化菌和反硝化菌共同作用,并在后期耦合铁碳微电解(IC-ME)强化脱氮。单因素控制变量实验表明,硝化菌和反硝化菌在30℃硝化/反硝化效果较优,平均氨氮去除率为71.62%,硝态氮去除率可达到67.52%;在溶解氧(DO)为3 mg/L时硝化效果较好,平均氨氮去除率达到了70.08%;在后期投加150 g/L铁碳填料时,反硝化效果最好,2#和3#反应器硝态氮去除率最高分别提高到了81.78%和91.17%。长时间运行反应器后,氨氮去除负荷达到0.193 kg/(m³·d),化学需氧量(COD)去除负荷达到1.786 kg/(m³·d)。单独的微生物菌种针对高氨氮低C/N黑臭水脱氮还有一定的局限性,通过后期耦合IC-ME,脱氮效率明显提升,总氮(TN)去除率可从45.65%提升到58.91%。     

某污水处理厂A2/O工艺冬季生物反硝化过程的影响因素研究

针对污水处理厂冬季反硝化脱氮效率不佳的问题,以常州市某污水处理厂A~2/O工艺为研究对象,模拟探讨了不同外加碳源、碳源投加量、溶解氧(DO)和硝态氮浓度对生物处理系统反硝化脱氮能力的影响。结果表明,外加有机碳源对系统的反硝化效能有明显的强化效果。3种外加有机碳源(乙酸、乙醇和乙酸钠)中,乙酸为最佳碳源。当乙酸投加量为40mg/L时,系统反硝化脱氮效率最高,比反硝化速率可达1.964mg/(g·h),反硝化碳耗最少,为7.14 mg/mg。DO与比反硝化速率成反比,DO≤0.20mg/L时,反硝化能力最强。硝态氮初始质量浓度为20mg/L左右时,反硝化能力最强。在实际工程应用中,可以通过提高硝化效果或直接调整回流比实现反硝化脱氮最优条件,将有助于提高系统的冬季脱氮效果。     

温度及外加碳源对生物脱氮除磷过程的影响

针对污水处理厂普遍面临的进水碳源不足及冬季低温时出水氮磷不能稳定达标的问题,研究了温度(21、15和10℃)和外加碳源(乙酸)对活性污泥缺氧条件下反硝化及释磷过程的影响。结果表明,在缺氧条件下投加乙酸,释磷与反硝化反应可同时进行,且乙酸投量的增加仅延长快速碳源反硝化阶段及缺氧释磷阶段的反应时间;温度降低为15℃和10℃时,快速碳源反硝化阶段反硝化速率及缺氧释磷速率较21℃分别降低了约29.2%、42.2%和26.1%、32.3%。当硝态氮目标去除量与磷酸盐目标释放量之比超过5时,乙酸的最优投量以满足反硝化要求为准,计算得出21、15和10℃时常州某城镇污水处理厂乙酸最优投加量计算值约为30、39和46 mg/L。     

不同DO下亚硝态氮氧化菌硝化系统N 2O减量化研究

采用序批式活性污泥反应器(SBR),在富集亚硝态氮氧化菌(NOB)的基础上,考察了DO对连续进水模式下硝化过程中N_2O减量化的影响。结果表明,在污泥氨氧化菌(AOB)和NOB的比耗氧速率(SOUR)分别为(2.36±0.31)、(7.62±0.43)mg/(L·h)条件下,不外加碳源进行小试实验,氨氮均小于1.0mg/L,亚硝态氮均小于0.5mg/L。DO由0.2mg/L增至3.0mg/L过程中,随着DO增加,积累的硝态氮浓度逐渐上升,而累计产生的N_2O浓度先上升后下降。DO为0.2mg/L时,积累的硝态氮和累计产生的N_2O浓度最低,可以实现N_2O的最大减量化。在进水连续投加氨氮的方式下,氨氮氧化速率不是引起N_2O生成的关键步骤,碳源缺乏的情况下NOB硝化系统中低DO可以有效控制N_2O的释放。     

曝气扰动对泥水界面硝化-反硝化性能的影响

采用自制河道模拟装置,探讨了曝气扰动深度为10、15、25和35 cm时泥水界面硝化-反硝化的耦合性能,目的为曝气治理黑臭河道装置的优化实施和解决"氮超标"难题提供参考。结果表明,随扰动深度增加,泥水界面紊动程度呈现先下降后增加的趋势,其中泥水界面处扰动深度为10 cm时流态最激烈(Re为3 044),扰动深度为25 cm时流态最平缓(Re为1 713);与静止对照工况对比,曝气扰动促进了NH+4-N的硝化转化,4种曝气条件稳定时上覆水氨氮浓度都在0.50mg/L以下,表明曝气有利于对底泥释放氨氮的控制;复氧速率与硝化速率随扰动深度的增加而减小;从总氮的控制角度来看,曝气扰动深度为25 cm时最有利于硝化-反硝化作用的耦合,上覆水总氮削减率达到51.5%,泥水界面硝化率与反硝化率分别达到(41.6±3.1)%和(32.1±0.7)%。     

底泥污染物释放动力学研究

采用模拟试验方式和新型微生物数量测定方法，研究了沼泽化湖泊底泥和受污染河流底泥在不同扰动状态下，底泥耗氧速率、氮和磷污染物释放动力学过程。结果表明：（1）底泥耗氧速率是同样条件下上覆水耗氧速率的48倍，而在扰动状态下，底泥氧速率达到上覆水耗氧速率的596－936倍，扰动底泥显著增大其耗氧速率，底泥污染越严重，其耗氧速率越大，对水体产生的影响也越大。（2）扰动底泥可以显著增大底泥的氮磷释放速率，氮的释放受到机氮的氨化、氨氮的硝化、硝酸盐氮的反硝化以及氨氮被微生物吸收转化为有机氮等的影响；磷的释放过程受厌氧过程和底泥颗粒吸附的影响，耗氧速率高的底泥具有更大的氨磷释放潜力。（3）微生物数量在底泥污染物释放动力学中起着关键性作用，亲型方法可以快速检测微生物总量。试验结果对于水环境的管理、受污染水体的修复，以及底泥的处理处置等都具有重要的指导意义。     

长期缺氧吸磷驯化下强化生物除磷系统污泥除磷方式的转化

采用交替厌氧/缺氧/好氧运行的序批式活性污泥反应器(SBR),通过梯度投加电子受体NO_3~-,考察长期缺氧吸磷驯化下强化生物除磷(EBPR)系统的性能及除磷方式的转化。结果表明,当进水COD为300～450mg/L、PO_4~(3-)(以P计,下同)和氨氮分别为8、14mg/L时,驯化期间TN去除率均保持在75%以上,长期缺氧吸磷驯化对COD和氨氮的去除没有影响。硝态氮投加量为5mg/L时,EBPR系统因电子受体投加不足除磷性能迅速恶化,增加硝态氮投加量至10mg/L,经过近30d的恢复,缺氧吸磷率最高可达97.67%,进一步提高硝态氮投加量至15mg/L,系统内硝态氮的积累导致缺氧吸磷率下降。污泥吸磷小试结果表明,经缺氧吸磷驯化后,即使除磷性能欠佳的低浓度电子受体系统污泥也具有良好的反硝化吸磷能力,可见经NO_3~-长期驯化的缺氧吸磷系统有利于筛选以NO_3~-为电子受体的反硝化聚磷菌。