固态碳源去除地下水硝酸盐的模拟实验

选取了5种研究较少的固体材料,棉花、丝瓜络、甘蔗渣、可降解餐盒、木屑作为去除地下水硝酸盐的外加碳源。在锥形瓶中进行反硝化对比实验,研究了不同固态碳源下NO3--N、NO2--N、NH4+-N及pH的变化情况,分析了NO3--N及总氮的去除率。研究结果表明,反硝化过程中pH呈升高趋势,在6.9～8.5范围内浮动。可降解餐盒和丝瓜络相对于其他的固态碳源来说,对NO3--N和总氮有较高的去除率,但丝瓜络的总氮去除率明显低于可降解餐盒。可降解餐盒的硝酸盐去除率达到98.28%,总氮去除率达到93.48%。可降解餐盒能够有效地去除地下水硝酸盐,达到以废治废的效果,是经济有效的最佳固态碳源。     

琼脂碳源生物反硝化去除水源水中硝酸盐

针对受硝酸盐污染的水源水,以琼脂为反硝化细菌的碳源和微生物载体,通过生物反硝化作用脱除水源水中的硝酸盐,并利用曝气生物滤池(BAF)去除琼脂反应器出水中残留的少量CODMn和NO2--N等污染物。实验结果表明,水源水自然接种的条件下,可以顺利启动琼脂反应器;在温度为25℃左右,琼脂反应器在进水NO3--N约25 mg/L、水力停留时间1.5 h时,能获得70%的硝酸盐氮去除率;曝气生物滤池在水力停留时间0.5 h、气水比2.8时,可控制最终出水的CODMn和NO2--N分别在5.0 mg/L和0.10 mg/L以下;琼脂反应器的脱氮效果与温度、进水NO3--N浓度及水力停留时间等有关。研究指出,琼脂反应器与曝气生物滤池构成的组合系统能较好地脱除水源水中的硝酸盐并且能控制最终出水水质,不会导致二次污染,从而获得合格的饮用水源水。     

基于Fe~0的PRB去除地下水中硝酸盐的模拟研究

由于地下水中硝酸盐污染的普遍性、难去除性和对人体健康的潜在危害性而引起人们的广泛关注。本研究通过柱实验,研究了不同条件(进水pH、砂/Fe0体积比和添加锯末)对基于Fe0的模拟渗透性反应墙(permeable reactivebarrier,PRB)去除地下水中硝酸盐的影响。结果表明,由于黄土的碱性和缓冲作用,进水pH的影响不显著;5~6∶1的砂/Fe0(S/Fe)体积比既可提高铁粉利用率,又有利于硝酸盐的还原并延长PRB的有效期;铁腐蚀产物引起铁粉粘固而导致PRB的渗透性和反应性降低,尤其在反应区的进水口端;虽然酸预处理Fe0有助于硝酸盐的还原,但更容易引起堵塞,而在Fe0体系中加入活性炭不仅可提高硝酸盐的去除率,还可延长PRB的有效期,是一种很好的辅助填料;同时添加锯末和Fe0的生物-化学联合法更有助于硝酸盐还原并提高出水水质,具有很好的应用潜力;不同条件下,出水中的氨和亚硝酸盐的浓度相差较大,但可溶性铁浓度均低于饮用水标准(0.3 mg/L)。Fe0的化学还原和锯末的生物反硝化是硝酸盐去除的主要机理。本研究表明,基于Fe0的PRB用于去除中性或偏碱性地下水中的硝酸盐污染具有很大的潜力。     

用于地表水反硝化的纤维素碳源选择研究

为了选取合适的天然有机物作为反硝化细菌碳源用于解决地表水中NO3--N污染问题,以江南大学校内湖水为接种物,选取8种天然纤维素碳源在缺氧状态不同的处理方式下对60 mg/L NO3--N的降解特性进行研究。结果表明,以碱处理作为预处理可明显提高反硝化速率,碳源脱氮率均在96%以上（树皮除外）。2种处理方式中均有NO2--N累积,部分碳源释放NH4＋-N并发生DNRA反应,树叶在2种处理中脱氮效果均较好。结合各碳源脱氮率、耗碳源量以及处理成本,选取基本处理的香樟叶作为最佳纤维素碳源。     

固体碳源反硝化滤池脱氮效果及沿程生化特性

在污水处理工艺末端嵌入固体碳源反硝化滤池,可以不改变污水处理厂的原有工艺提高总氮去除效率,方便应对污水厂的提标压力和低碳源污水的脱氮问题。针对生化池尾水硝酸盐特性,以聚己内酯（PCL）作为填充床构建了固体碳源反硝化生物滤池,研究了该反应器的脱氮性能以及生物滤池的沿程生物量和微生物群落结构。结果表明,TN为32.0~37.7 mg·L-1、硝态氮为30.2~34.9 mg·L-1的生化池尾水进入该固体碳源反硝化池后,在HRT为1.5 h的情况下,出水TN在1.1~3.5 mg·L-1之间,硝态氮低于1 mg·L-1,平均去除率均大于94%。研究发现,固体碳源反硝化滤池对硝态氮的转化去除主要发生在40 cm填料以下;生物量的大小也随滤层高度的增加逐渐降低,且与滤层高度呈良好的线性负相关关系（y=-0.471x+38.77,R2=0.976）。采用PCR-DGGE技术研究了固体碳源反硝化滤池的沿程微生物群落结构特征,发现滤层底部（进水端）尽管生物量多,但微生物多样性低,滤池的中部是生物多样性最丰富的区域,香农威尔指数分别为1.95和2.40。DGGE图谱特征条带的16S rDNA序列分析表明生物膜中微生物变形菌门（Proteobacteria）占优势,主要微生物包括能降解PCL的细菌Comamonas,以及常见的反硝化细菌Dechloromonas、Rubrivivax和发酵产乙酸的硫酸盐还原菌Desulfobacter,从微生物群落关系结构角度支撑了固体碳源反硝化过程的顺利进行。     

碳源投加方式对SBR工艺脱氮速率的影响

为了提高生物反应器的脱氮效率,研究采用SBR处理模拟生活污水,利用醋酸钠作为碳源,考察碳源投加方式对脱氮速率的影响。结果表明,当温度为10~15℃,进水COD为330~550 mg/L时,采用不同的碳源投加方式,COD去除率均高于95%。进水一次投加2.4 g碳源,COD平均反应速率为5.3 mg/(g·h),平均反硝化速率为0.28 mg/(g·h)。进水、反应器运行3 h时分别投加1.2 g碳源,COD平均反应速率为6.89 mg/(g·h),平均反硝化速率为0.37 mg/(g·h)。进水、反应6 h时分别投加1.2 g碳源,COD平均反应速率为6.50 mg/(g·h),平均反硝化速率为0.52 mg/(g·h)。进水投加1.2 g碳源、反应器运行3 h和6 h时分别投加0.6 g醋酸钠碳源,COD平均反应速率为6.2 mg/(g·h),平均反硝化速率为0.39 mg/(g·h)。分次投加碳源能够提高COD反应速率和TN去除率,同时保持较高的硝化反硝化速率。     

固体碳源生物膜处理地下水硝酸盐污染的脱氮性能研究

采用聚己内酯(PCL)为固体碳源和生物膜载体,研究填充率和水力停留时间(HRT)对生物膜反应器脱氮的影响。结果表明:(1)40%(体积分数)的填充率较合适,4h为最佳HRT。此时反应器硝酸盐氮去除率为88%,出水硝酸盐氮质量浓度平均值为8.80mg/L。(2)丛毛单胞菌属(Comamonas)、热单胞菌属(Thermomonas)、固氮螺菌属(Azospira)和长绳菌属(Longilinea)为反应器的主要菌属,且填充率40%的反应器以上菌属相对丰度总和最高(70%)。     

硫自养反硝化去除地下水中硝酸盐氮的研究

研究实际地下水硫自养反硝化动力学过程,考察季节因素(温度)对动力学的影响,实验结果表明,地下水升流式硫自养滤柱反硝化动力学符合1/2级动力学模型,其反应速率常数受温度的影响很大,用阿仑尼乌斯方程计算硫自养反硝化活化能为80.38 kJ/mol。硫自养反硝化产生的硫酸根与反硝化掉的硝酸根离子呈线性相关。在地下水不经任何预处理的条件下,硫自养反硝化仍能有效地脱除地下水中的硝酸盐,反应器出水的pH值仍维持在中性范围。     

碳源强化下的硫自养/异养反硝化协同作用

为强化硫自养反硝化过程,通过向连续稳定运行的硫自养反硝化反应器内投加少量碳源以进行强化,乙酸钠投加量分别为5.99、11.98、23.96 mg·L⁻¹。分析投加前后反应器内硝氮、COD、硫酸根和耗碱量的变化;研究了碳源强化下硫自养反硝化运行效能及反应机理。结果表明,投加少量碳源可增强自养反硝化过程硝氮的去除效果;在3种碳源投加量条件下,COD的利用率均大于85%,但硫酸盐生成量并未减少;在5.99 mg·L⁻¹碳源投加量下,系统实际耗碱量大于以硫酸根和COD计的理论耗碱量,而在11.98 mg·L⁻¹和23.96 mg·L⁻¹投加量下,实际耗碱量均介于2种理论值之间。在投加少量碳源后,自养反硝化脱氮效果明显提高,异养反硝化趋势随着碳源投加量的增加而增加。     

可降解餐盒去除地下水硝酸盐的砂槽模拟实验研究

采用室内砂槽实验装置,研究了以可降解餐盒(BMB)为反硝化碳源的生物反应器对于模拟污水中硝酸盐的去除效果及其影响因素。结果表明,以BMB为反硝化碳源的反应器启动时间短。当进水硝酸盐浓度为50 mg/L,水温为25℃,水力停留时间为1.15 d时,硝酸盐的去除率可达92.6%以上,实验过程中出现亚硝酸盐积累,出水TOC浓度上升,但反应稳定后亚硝酸盐浓度均低于0.1 mg/L,且TOC浓度有下降趋势;水力停留时间减小或者进水硝酸盐浓度增加均能使得脱氮效率降低,但当水力停留时间在0.57~1.15 d,进水硝酸盐浓度在50~80 mg/L范围变化时,反应器硝酸盐去除效率仍能达到80%以上;温度对反硝化作用影响较大,当温度为(20±1)℃时,硝酸盐的去除效率仅为62.0%、74.4%和97.5%。     

以聚己内酯作为生物反硝化固体碳源的研究

为解决水体因低碳氮比而导致脱氮效率差的问题,将颗粒聚己内酯(PCL)重新塑形为阶梯环状,研究其作为反硝化过程的生物膜载体与固相碳源的反硝化性能。结果表明,在静态实验中,平均反硝化速率为8.57 mg NO3-N/(L·h);反硝化过程为零级反应。连续填充床实验中,超过90%的硝酸盐可被去除,出水NO2-N质量浓度低于0.20 mg/L;出水NH3-N质量浓度略有上升;出水溶解性有机碳(DOC)先上升后降低至1 mg/L左右。电子扫描显微镜扫描显示,PCL阶梯环反应表面空隙率较高,表面生物膜以杆菌为主,反应后被明显腐蚀;液相色谱检测显示PCL阶梯环分子量反应前后略有下降,其结构未受到破坏;表明该材料适合作为反硝化反应的碳源的同时,又可以作为载体供微生物附着生长。     

厨余发酵液作为反硝化碳源的规律研究

厨余发酵液中含有丰富的VFA、乳酸等快速降解有机物,以及碳水化合物、蛋白质等慢速降解的有机物,利用厨余发酵液作为外增碳源强化生物脱氮的可行性。首先利用SBR处理投加厨余发酵液后的低C/N污水,经过40 d的培养,最终TN去除率稳定在85%左右,出水COD低于40 mg/L,说明厨余发酵液具有强化生物脱氮的能力;然后利用批式实验研究其在不同C/N条件下的反硝化规律,发现当C/N≤5.1时,出水出现了NO-2-N积累现象,C/N升高到最佳的6.5时,NO-2-N积累现象消失,反硝化速率为3.77 mg NO-3-N/(g VSS·h)。     

以玉米芯为外加碳源的SBBR脱氮特性

针对低碳氮比生活污水总氮去除效果不佳的问题,以玉米芯作为SBBR生物载体和外加碳源,开展同步硝化反硝化脱氮特性研究。主要考察了碳源投加比及曝气时间对脱氮效果的影响。在最佳碳源投加比为1:80、最适曝气时间为5.5 h时,出水COD、TN、NH3-N分别为48.95、6.25和1.01 mg/L,满足城镇污水厂一级A排放标准。研究表明,采用玉米芯为外加碳源,可实现固体碳源释碳与反硝化需碳的平衡,有效增强低碳氮比污水的脱氮效果,同时能够保证出水COD满足排放标准。     

木质碳源释碳能力的优化及其对地下水生物反硝化的强化效果

木质生物质碳源适用于防控农村地下水硝酸盐污染,但存在因释碳能力差而导致反硝化效率低的问题。为此,采用氢氧化钙和过氧乙酸对碎木进行了处理,测定了处理后碎木还原糖产量和化学组分,验证了处理碎木在作为碳源时的反硝化强化效能。结果表明：0.1~1 mm的未处理碎木,其还原糖产量为13.9 mg·g⁻¹;经氢氧化钙处理后,其还原糖产量可提升至未处理碎木的8.0倍;在氢氧化钙处理的基础上再用过氧乙酸进行处理后,其还原糖产量可提升至未处理碎木的43.4倍,并能够通过改变处理条件而控制提升倍数;处理后碎木碳源的木质素含量与还原糖产量呈显著的线性负相关,相关系数大于0.98;在提高8.0倍还原糖产量的碎木碳源条件下,生物反硝化速率达到1.7 mg·(g·d)⁻¹,是未处理碎木碳源的4.3倍;碎木碳源的还原糖产量提高43.4倍后,反硝化速率并未进一步得到提高,还导致了有机物和氨氮的污染。     

垃圾渗滤液补充反硝化碳源强化脱氮效果

垃圾渗滤液中含有大量易被微生物利用的挥发性脂肪酸,若其可以作为城镇污水处理厂的补充碳源,将对降低碳源投加成本和实现垃圾渗滤液的资源化利用有重要意义。在实际城镇污水处理厂考察了垃圾渗滤液补充进水碳源的脱氮效果,并进一步对比了传统碳源(甲醇、乙酸钠)、垃圾渗滤液及垃圾渗滤液在不同pH条件下产生的水解酸化液作为碳源时的反硝化效果。结果表明,实际城镇污水处理厂投加乙酸钠作为补充碳源时总氮去除率仅提高3%左右,而在进水中混合垃圾渗滤液后提高了约10%。垃圾渗滤液与乙酸钠作碳源时NO3--N去除率均>97%,但垃圾渗滤液为碳源时最大比反硝化速率高达8.8 mg·(g·h) -1(以MLSS计),是乙酸钠为碳源时的1.7倍;垃圾渗滤液中性和碱性水解酸化液为碳源时,反硝化效果相差不大,最大比反硝化速率为4.5~4.8 mg·(g·h) -1(以MLSS计),NO3--N去除率仅为70%左右。垃圾渗滤液或其水解酸化液是否可以作为强化脱氮效果的补充碳源取决于基质本身的性质。     

植物作为反硝化碳源

研究得到一种新型的筛选反硝化碳源的方法:可以通过比较材料浸出液的C/N值,筛选出有效的反硝化碳源;对芦苇秸秆、梧桐黄叶、梧桐绿叶、橘树叶、玉米秸秆和玉米芯6种材料浸出液的C/N值进行了研究,其中当以叶片作为反硝化固相碳源时,应该选取新鲜叶片作为研究对象。橘树叶和玉米芯均属于良好的反硝化碳源。以驯化后的河泥作为反硝化污泥,可以利用橘树叶或者玉米芯作为反硝化固相碳源,进行持续脱氮除磷反应,其中橘树叶脱氮效果强于玉米芯,而玉米芯除磷能力强于橘树叶。扫描电镜实验表明,橘树叶和玉米芯均适合作为生物膜载体。