循环流廊道湿地中氮归趋过程模拟研究

针对新型高效脱氮循环流廊道(CFC)湿地,构建了涵盖6种氮形态、3类介质、10种代谢途径的N循环模型,探索了湿地内N迁移转化模式.结果表明,沸石吸附(53.3%)、植物吸收NH+4-N(27.6%)、NO-3-N反硝化(10.2%)、植物吸收NO-3-N(2.9%)和NO-2-N短程反硝化(1.5%)对TN去除贡献依次降低.NH+4-N去除机制存在季节差异,其中1月NH+4-N主要通过沸石吸附去除(84.5%);4~6月通过植物吸收去除(76.4%~85.3%);7月通过沸石吸附(36.1%)、亚硝化(45.8%)及植物吸收(21.4%)共同去除.此外,定期收获植物、按期再生沸石及种植水生植物可分别提升TN去除率1.7%~7.7%、43.1%~72.2%和19.8%~36.2%.综之,CFC湿地去除途径多样性保障了TN的长期高效去除.     

伊乐藻和氮循环菌技术对太湖氮素吸收和反硝化的影响

从太湖梅梁湾采集无扰动泥芯样,分别添加固定化氮循环细菌、水生植物伊乐藻建立室内微宇宙,模拟生态修复,探讨不同修复处理下,硝氮的去除机制.采用15N标记结合同位素配对技术测定了各生态模拟柱中的反硝化速率和植物吸收速率.结果表明,不同处理的实验柱反硝化速率差异明显,同时添加了水生植物和固定化氮循环细菌的实验柱反硝化速率最高,为99.35μmol·(m2·h)-1,植物氮吸收速率为36.55μg·(m2·h)-1.沉水植物伊乐藻在自身吸收氮素的同时也提高了耦合硝化反硝化的作用.与植物吸收相比,反硝化过程是主要的氮去除途径.沉水植物与固定化氮循环菌组合生态修复技术促进了湖泊水体氮素的脱除,起到了净化作用.     

去除预处理生活污水的潜流人工湿地中试除氮性能

为研究人工湿地除氮机制,构建并考察了中试潜流人工湿地对不同形态氮的去除效果,并通过分析出水各种形态氮的分布和湿地系统内部不同形态氮的二维分布特征研究了人工湿地的除氮机制. 结果表明,进水ρ(TN)为30～115 mg/L,ρ(NH₄+-N)为25～60 mg/L,ρ(COD_Cr)为90～190 mg/L,水力停留时间为4 d条件下,氮素被有效去除,TN去除率为32%～70%,NH₄+-N去除率为33%～73%;试验系统脱氮的主要方式为硝化/反硝化作用;湿地上部主要进行硝化反应,中下部主要进行反硝化反应;湿地下半部对NH₄+-N去除贡献有限,硝化作用受限;欲提高系统除氮效率,需提高溶解氧水平并改善有机氮矿化条件.      

蓝藻水华对太湖水柱反硝化作用的影响

反硝化作用是湖泊水体最主要的脱氮过程,对减轻湖泊的氮素污染和富营养化控制具有重要意义.蓝藻水华暴发和衰亡可能会通过改变水体氮素循环途径及微环境来促使反硝化作用直接在水柱中发生,加速氮的去除.为了验证这一假设,取太湖湖水添加不同生物量的蓝藻和连续10 d的NO_3~--N、PO_4~(3-)-P营养盐,进行蓝藻生长与降解对反硝化影响的模拟实验,测定蓝藻水华期水体藻类生物量和各形态氮浓度的动态变化,同时利用~(15)N同位素添加培养结合膜进样质谱仪(MIMS)实时定量测定反硝化速率.结果表明,蓝藻在生长期吸收氮素转变为颗粒氮,在衰亡期藻细胞通过降解矿化释放了大量的NH_4~+-N,继而转化为NO_3~--N,为反硝化作用提供底物,是大幅度促进水体反硝化作用的关键;反硝化速率(以N2计,下同)最高达到(1 614. 52±301. 57)μmol·(m~2·h)~(-1),是同时期最低蓝藻生物量组反硝化速率[(534. 45±242. 18)μmol·(m~2·h)~(-1)]的3倍,实验结束时添加初始蓝藻生物量倍数最高组的TN去除率达最高(40. 02%),是未添加蓝藻组TN去除率(17. 72%)的2. 26倍,说明蓝藻堆积会显著促进反硝化作用的强度,加速水体氮素的去除.蓝藻衰亡时反硝化速率的快慢受NH_4~+浓度的影响显著,表明附着在藻团的微生物的耦合硝化-反硝化作用是氮盐去除的主要途径.本研究结果表明,水华蓝藻生长期快速吸收氮素转变为颗粒氮,蓝藻死亡降解后通过耦合硝化-反硝化作用加速氮素去除,这可能是太湖夏季氮素浓度降低的原因之一.     

表面流人工湿地和复合型生态浮床处理污水厂尾水的脱氮性能分析

采用菖蒲型表面流人工湿地和复合型生态浮床净化模拟污水厂尾水,以探究在不同季节、不同进水氮形态下两者的脱氮性能差异;并结合高通量测序技术分析微生物组成,以考察两系统内微生物群落结构特征及功能特征。研究结果显示:植物和水温对系统TN的去除具有显著影响,在夏季表面流人工湿地组和复合型生态浮床组的处理效果明显优于春、秋季,在系统水力停留时间为3 d、水温为(34±2)℃的条件下,两者对TN的去除率分别达到(84. 97±3. 90)%和(82. 23±4. 83)%;进水氮形态对系统的运行效果有显著影响,当水温为(25±2)℃时,进水中ρ(NH+4-N)/ρ(NO_3~--N)=1∶1时,系统对TN的去除负荷达到最大,湿地组为1333 mg/(m~2·d),浮床组为923 mg/(m~2·d),适当提高进水中氨氮的比例有利于植物生态系统中总氮的去除。菌群分类结果表明,两种处理系统均具有很高的细菌多样性,相较于浮床组,湿地组的反硝化菌相对丰度更高,表现出更强的脱氮性能。     

处理低污染水的复合人工湿地脱氮过程

为了解人工湿地处理低污染水的脱氮过程,以洱海流域邓北桥湿地为例,采用水质分析、细菌数量分析与硝化/反硝化强度分析相结合的方法,研究了复合型人工湿地处理低污染河水过程中的氮转化过程及污染物去除效果. 结果表明:在氧化塘-表流湿地-潜流湿地-表流湿地的复合型人工湿地中,ρ(NH₃-N)和ρ(TN)呈逐级降低的趋势,NH₃-N和TN的平均去除率分别可达53.24%和48.21%. 氧化塘和表流湿地的硝化强度显著高于潜流湿地,二级表流湿地中硝酸菌数量和表层硝化强度均为各工艺单元中最高的,分别为93.00×105g-1和8.42×102mg/(m3·h);潜流湿地中ρ(DO)较低,其反硝化作用强度为各单元最高的,其中表层反硝化强度为32.70×102mg/(m3·h),深层反硝化强度为32.09×102mg/(m3·h). 该复合型人工湿地中反硝化的主要单元为潜流湿地.      

浮萍塘中氮归趋模式模拟分析

通过模拟分析浮萍塘中氮的循环迁移过程,考察了N主要迁移途径对各形态氮的去除贡献,并确定了水环境季节变化对氮循环过程影响.模拟结果显示:浮萍塘中氮的去除主要通过硝化/反硝化作用实现,而有机氮沉降以及氨氮挥发作用对TN去除贡献仅为2.1%.浮萍塘中氨氮和硝态氮的变化主要受硝化和反硝化作用影响;有机氮主要受藻类腐败以及氨化作用影响;底泥中氮的变化主要由有机氮沉降和底泥中氮氨化过程控制.此外,浮萍塘能有效去除水体中藻类,并维持藻类的较低含量;浮萍主要通过促进硝化/反硝化速率来提高系统对TN的去除能力.     

蓝藻水华对太湖水柱反硝化作用的影响

反硝化作用是湖泊水体最主要的脱氮过程,对减轻湖泊的氮素污染和富营养化控制具有重要意义。蓝藻水华暴发和衰亡可能会通过改变水体氮素循环途径及微环境来促使反硝化作用直接在水柱中发生,加速氮的去除。为了验证这一假设,取太湖湖水进行蓝藻的生长与降解对反硝化影响的模拟实验,不同初始生物量的蓝藻和连续添加NO3--N、PO43--P营养盐10d,测定蓝藻水华期水体各形态氮及其浓度变化,同时利用15N同位素添加培养结合膜进样质谱仪(MIMS)实时定量测定反硝化速率。结果表明,蓝藻在生长期吸收氮素转变为颗粒氮,在衰亡期藻细胞的降解为反硝化作用提供充足的底物,其中以NH4+为主要氮源,是大幅度促进水体反硝化过程的关键,反硝化速率(以N2计,下同)最高达到(1614.52±301.57)μmol·(m2·h)-1,比同时期最低蓝藻浓度组反硝化速率[(534.45±242.18)μmol·(m2·h)-1]高了3倍;添加初始蓝藻浓度倍数最高组的TN去除率达最高(40.02%),是未添加蓝藻组TN去除率(17.72%)的2.26倍。说明系统中存在氮元素转移和去除机制,并且蓝藻浓度刺激了反硝化活跃的强度。蓝藻衰亡时反硝化速率的快慢受NH4+浓度的影响显著,表明附着在藻团的微生物的耦合硝化-反硝化作用是氮盐去除的主要途径。本研究结果表明,水华吸收氮盐并且可加速氮素去除效率,这可能是太湖夏季氮素较低的主要原因。     

不同类型生态浮床对富营养河水脱氮效果及微生物菌群的影响

通过设施大棚内容积为1.5 m3的人工模拟池试验,研究了框式与传统旱伞草浮床对富营养河水氮素转化及微生物菌群的影响. 传统浮床是以聚乙烯泡沫板为载体,栽植陆生植物来削减水体氮磷和有机物质等,从而达到净化水质的效果. 框式浮床是以塑料镂空支架为载体,除种植陆生植物外还添加填料等组件的新型浮床. 结果表明:①2种浮床对水体中TN,NH₄+-N和NO₃--N均有显著的去除效果,其中框式浮床和传统浮床的NH₄+-N去除率分别高达91%和86%,TN去除率也分别达到74%和64%,NO₃--N去除率分别为49%和31%. ②2种浮床系统有效地提高了水体中微生物和氮循环细菌总数和种群数量,尤其是框式浮床不同时期均比空白对照高出2～3个数量级. ③氮循环细菌的数量跟水体氮素去除有显著相关性. 其中水体ρ(NH₄+-N)和氨化菌数量呈显著正相关,ρ(NH₄+-N)和硝化菌数量呈极显著负相关,ρ(NO₃--N),ρ(TN)和反硝化菌数量之间呈极显著负相关. ④框式浮床的独特结构使之比传统浮床的去氮能力更强. 其中,填料系统吸附贡献率为8%,植物吸收的去氮贡献为16.5%,微生物系统脱氮则为75.5%;而传统浮床植物系统吸收贡献率为31.8%,微生物系统脱氮贡献率为68.2%. 说明浮床系统中植物吸收只是系统去氮的一种途径,微生物脱氮在2种浮床脱氮途径中占主导作用.      

功能分区型人工湿地处理养殖废水厌氧消化液的性能

针对养猪废水厌氧消化液高ρ(NH₄+-N)的特点,构建了上层填充沸石强化硝化、下层填充砖渣强化反硝化的功能分区型人工湿地,考察其启动阶段运行性能、硝化区及反硝化区污染物去除性能. 结果表明,湿地以间歇方式运行(饱和液位无变化),启动后NO₃--N的产生速率为0.014 6 kg/(m3·d),湿地底部出水的ρ(NO₃--N)平均值为14.94 mg/L,明显低于沸石层的21.77 mg/L. COD_Cr主要在湿地上层硝化区被去除,平均去除率为64.82%. 随着湿地启动,下层由于反硝化作用消耗的有机物增至56.67 mg/L. 在进水期的前15 min,COD_Cr、NH₄+-N、TP的去除率最大,NO₃--N溶出量(以ρ计)最高,达42.30 mg/L. 沸石层10、20和30 cm处硝化速率基本稳定,沸石层的E_h均在400 mV以上. 与间歇方式相比,湿地以潮汐流方式(进水期与落干期时间比为1 h∶23 h)运行时,COD_Cr和TN去除率分别由78.45%和41.99%升至82.62%和53.41%. 研究显示,功能分区型人工湿地通过上层硝化、下层反硝化方式可有效去除养殖废水厌氧消化液中的NH₄+-N.      

复合人工湿地系统对低污染水总氮的净化效果及其微生物群落结构特征

为了解复合人工湿地系统对低污染水中总氮的处理效果及微生物群落结构特征,以表流-潜流-沉水植物塘构建的复合人工湿地系统为研究对象,研究该系统对低污染水中TN、NH4+-N、NO3--N、NO-2-N的去除效果,并采用高通量测序揭示各级单元微生物群落结构与差异性.结果表明:复合人工湿地系统在0.12～0.24 m3/(m2...     

EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化

将膨胀颗粒污泥床(EGSB)和曝气生物滤池(BAF)集成,EGSB出水进入BAF进行短程硝化,BAF出水外回流至EGSB反应器为后者提供亚硝态氮,在不需外部投加亚硝态氮的条件下,实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化的耦合, 系统地处理ρ(氨氮)为50 mg/L和ρ(COD_Cr)为500 mg/L的合成废水.结果表明:当外回流比为200%时,系统CODCr,氨氮和总氮的去除率分别为92.4%,97.4%和80.6%;出水ρ(氨氮),ρ(亚硝态氮),ρ(硝态氮)和ρ(COD_Cr)分别为1.05,4.30,2.56和35.3 mg/L;COD_Cr,总氮和氨氮的去除负荷速率分别为1.770,0.137和0.164 kg/(m3·d). 与传统的活性污泥过程相比,EGSB-BAF集成系统回收甲烷1.03 　L/d,占系统COD_Cr去除量的37.0%;在系统总氮的去除过程中,厌氧氨氧化途径占35.9%,短程反硝化途径占47.4%,全程反硝化途径占16.7%.      

Alcaligenes faecalis WT14的异养硝化-好氧反硝化特性及对高氨废水处理潜力

异养硝化-好氧反硝化(HN-AD)菌具有同步硝化反硝化的特性,在污水生物处理方面引起了广泛关注.为探究HN-AD菌在处理高氨废水方面的应用潜力,以前期从人工湿地底泥基质中分离出的HN-AD菌Alcaligenes faecalis WT14为研究对象,在好氧条件下研究了该菌株的脱氮特性,并对其高氨废水去除潜力和环境因子...     

潮汐流人工湿地的除氮效果及影响因素

为研究TF-CW(tidal flow constructed wetland,潮汐流人工湿地)的除氮效果及其主要影响因素,以连续流模拟装置(A组)为对照,设置3种潮汐进水方式〔RAT(闲置时间∶反应时间)分别为1∶1、1∶2、2∶1,依次记做B组、C组、D组〕,运行175 d,分析不同进水方式下TF-CW模拟装置对TN、NH₄+-N、NO₃--N、TOC的去除效果及其在不同处理深度上的变化. 结果表明:A、B、C、D组TN平均去除率分别为82.41%±4.84%、84.82%±5.09%、86.09%±3.99%、90.23%±3.05%. A组TN和NH₄+-N的去除效果与B、C、D组均差异显著(P<0.05),其中D组TN和NH₄+-N的去除效果均最好;A组对NO₃--N的总体去除效果较优;RAT并不影响TOC的去除率. 不同进水方式下,NH₄+-N的去除率均在0~15 cm深度内最大,ρ(TOC)处于较低水平(0~20 mg/L),二者均随处理深度的不断增加而逐渐下降;ρ(NO₃--N)在0~15 cm深度内迅速上升. 随着闲置时间的增加,ρ(DO)逐渐升高. TN和NH₄+-N的去除率随着运行时间的增加基本保持恒定,主要影响因子有ρ(DO)、RAT、ORP(oxidation reduction potential,氧化还原电位)和ρ(TOC);而NO₃--N的去除率随着运行时间的增加而逐渐降低,其主要影响因子有pH、电导率和水温等.      

浅滩湿地水深对氮、磷去除的影响及其在河道治理中的应用

研究了不同水深条件（5,10,15,20,25 cm）下芦苇湿地对伊通河水中氮、磷的净化能力。结果表明:浅水位条件有利于NH₄+-N的硝化作用及挥发作用。水深为5 cm时TN和NH₄+-N的去除效果最好,10 cm时NO₃--N的去除效果最好,水深25 cm时TN和NH₄+-N的去除率明显降低。NH₄+-N的吸附和转化作用对TN的衰减起着主导作用。磷的去除率与水深的相关性较小,表明磷的去除主要是化学转化与吸附作用。根据湿地水深对污染物去除的影响,研究设计了1种可自动调节深度的浮动湿地。通过浮动湿地的净化,使研究区河水中TN、NH₄+-N和TP浓度大幅降低,水质得到明显改善。     

净化铁锰氨生物滤池内氨氮转化途径

为考察净化铁锰氨生物滤池内NH₄+-N的转化途径,利用氮素计量关系和沿程试验研究了净化铁锰氨生物滤池内产生TN_loss(氮损失)的原因和NH₄+-N转化途径. 结果表明,净化铁锰氨生物滤池内DO消耗异常,TN_loss不守恒,当进水ρ(NH₄+-N)平均值分别为1.262、2.296、3.111 mg/L时,NLR(氮损失率)分别能达到7.89%、12.91%、17.73%. 利用硝化反应和CANON(全程自养脱氮)方程式计算得出理论TN_loss和TDOC(理论耗氧量),与实际TN_loss和ADOC(实际耗氧量)的差值分别小于±0.030、±0.10 mg/L,各阶段NH₄+-N 通过CANON途径转化的比例分别为48.58%、60.77%、68.10%,硝化反应和CANON途径共同参与了NH₄+-N转化. 沿程试验结果表明,整个试验阶段,NO₂--N在滤层中均有积累,并在滤层厚度为10~18 cm内出现NO₂--N和NH₄+-N共存的现象,进一步证明CANON途径是净化铁锰氨生物滤池内产生TN_loss的原因.      

改性凹凸棒土/纳米铁复合材料与微生物耦合去除地下水硝酸盐氮的研究

地下水是我国重要的饮用水源之一,国内部分地区地下水NO₃--N含量超标,对人体健康造成潜在威胁.采用模拟装置考察改性凹凸棒土/纳米铁复合材料、反硝化细菌及其耦合体系对地下水NO₃--N去除效果及脱氮产物的变化特征.结果表明,在模拟地下水溶解氧[ρ（DO）为0.3 mg/L]、温度（15℃）和黑暗环境下,50 mg改性凹凸棒土/纳米铁复合材料与50 mg/L NO₃--N反应,7 d后NO₃--N去除率为43.7%,其中63.6%的还原产物转化为NH₄+-N,几乎无NO₂--N生成,TN去除率为15.9%;反硝化细菌体系中,7 d后NO₃--N去除率仅为9.7%,其中NO₂--N占4.1%,几乎无NH₄+-N生成,TN去除率为5.3%;在改性凹凸棒土/纳米铁复合材料-反硝化细菌耦合体系中,7 d后NO₃--N去除率为80.6%,其中NH₄+-N占33.2%、NO₂--N占12.1%,TN去除率为35.2%.研究显示,模拟地下水环境下,改性凹凸棒土/纳米铁复合材料-反硝化细菌耦合体系对NO₃--N去除效果最好,TN去除率高.      

电增强零价铁强化厌氧氨氧化处理高氮养猪废水

为解决ZVI(零价铁)电极表面的钝化问题,实现anammox(厌氧氨氧化)工艺稳定、高效地运行,采用EEZVI-UASB(电增强零价铁-升流式厌氧污泥床)技术处理养猪废水,研究了EEZVI电极电压、ρ(COD_Cr)及脱氮贡献率的相关性. 结果表明,在温度为(35±1)℃、pH为6.80～7.10、电极电压为0.60 V的条件下,EEZVI-UASB对NH₄+-N和NO₂--N的去除率均维持在较高的水平;NH₄+-N去除率＞90.00%,NO₂--N去除率＞96.00%,TN平均去除率>90.00%. 当EEZVI电极电压为0.60 V时,AAOB(厌氧氨氧化菌)的活性为91.10 mg/(g·d)(以NH₄+-N计);EEZVI-UASB中的优势功能菌主要为Pseudomonas属,其菌属16S rDNA的PCR扩增相似性达97%;系统中同时存在着反硝化、anammox、甲烷化等反应;其中anammox占主导作用,其对TN去除率的贡献率为54.10%~93.30%,反硝化及其他反应对TN去除率的贡献率为6.70%~45.90%.      

生活垃圾焚烧厂渗沥液厌氧氨氧化脱氮效能及微生物机理分析

生活垃圾焚烧厂渗沥液是一种含高氨氮高有机物浓度的难处理废水,目前渗沥液生物脱氮多采用多级硝化反硝化处理工艺,存在能耗大、效率低等不足。以厌氧氨氧化技术为核心,构建连续流厌氧消化-短程硝化-厌氧氨氧化三段式工艺,分析垃圾焚烧厂渗沥液的生物脱氮效果、有机物迁移转化规律、功能微生物活性及组成变化。结果表明:在进水ρ（NH₄+-N）为900~1800 mg/L,ρ（COD）为3000~20000 mg/L时,系统处理效果良好,稳定运行期间总无机氮和COD去除率分别为85%和77%。其中厌氧消化段可去除约45%的COD,短程硝化段NO₂--N积累率保持在97%以上,厌氧氨氧化段稳定运行期间总无机氮去除率约为85%,系统内也存在一定程度反硝化反应。接入渗沥液后,自养脱氮体系中功能微生物氨氧化菌（AOB）和厌氧氨氧化菌（Anammox）的活性均有不同程度的下降,采用宏基因组学结合16S rDNA高通量测序技术对比分析微生物的群落和功能组成变化,发现渗沥液中高浓度的有机物使短程硝化段和厌氧氨氧化段内异养反硝化菌相对丰度上升,Anammox受到难降解有机物抑制,其中Candidatus_Kuenenia菌属适应性较强,在驯化后仍然可以维持厌氧氨氧化系统较高的脱氮效果。