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废铁屑缓解硫化物抑制厌氧氨氧化脱氮性能的研究

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中国环境科学 2023年第4期43卷 1636-1645页

作者：陈洁王彩霞王倩沈耀良刘文如苏州科技大学环境工程学院江苏苏州215000 城市生活污水资源化利用技术国家地方联合工程实验室江苏苏州215000 江苏省水处理技术与材料协同创新中心江苏苏州215000

在上流式厌氧污泥床反应器(UASB)中研究硫化物对厌氧氨氧化(Anammox)系统的长期抑制以及投加废铁屑后对系统性能的影响.结果表明:低浓度(<10mg/L)硫化物对系统无显著影响,当其浓度升至20,30,40mg/L时,使脱氮负荷(NRR)分别降低了13%,42%... 详细信息

在上流式厌氧污泥床反应器(UASB)中研究硫化物对厌氧氨氧化(Anammox)系统的长期抑制以及投加废铁屑后对系统性能的影响.结果表明:低浓度(废铁屑可以显著缓解硫化物抑制,使污泥沉降性能和系统脱氮效能快速恢复,19d后NRR比无硫阶段提高20%(达4.43kg/(m^(3)·d));SAA仅降低了16.8%.微生物群落表明,硫化物使Candidatus Kuenenia相对丰度从18.81%下降到7.31%,适应后丰度恢复,反应器底层丰度比顶层高出15倍;同时产生了反硝化菌(Arenimonas和Thiobacill).废铁屑投加后Candidatus Kuenenia丰度略有下降,顶层丰度高于底层;系统Thiobacillus丰度提高3.36倍,底层反硝化细菌的相对丰度上升.

关键词： Anammox 硫化物抑制脱氮废铁屑

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低温下废铁屑对厌氧氨氧化系统的影响

中国环境科学 2022年第4期42卷 1688-1695页

作者：李天皓徐云翔郭之晗黄子川刘文如沈耀良苏州科技大学环境科学与工程学院江苏苏州215009 江苏省环境科学与工程重点实验室江苏苏州215009

考察了在低温条件下(<20℃)废铁屑及其投加方式对厌氧氨氧化反应器脱氮性能和微生物群落的影响.结果表明,当废铁屑投加量为10g/L时,直接(R2)和间接(R3)投加方式均会对厌氧氨氧化反应造成短期抑制,总氮去除率分别降低4.7%和3.4%;30d连续... 详细信息

考察了在低温条件下(废铁屑及其投加方式对厌氧氨氧化反应器脱氮性能和微生物群落的影响.结果表明,当废铁屑投加量为10g/L时,直接(R2)和间接(R3)投加方式均会对厌氧氨氧化反应造成短期抑制,总氮去除率分别降低4.7%和3.4%;30d连续运行后,2组反应器总氮去除率均提升至70%左右;反应器稳定运行阶段,R2的R_(s)(NO_(2)-N与NH_(4)^(+)-N去除量之比)和R_(p)(NO_(3)-N生成量与NH_(4)^(+)-N去除量之比)为1.57和0.22,R3的Rs和Rp为1.49和0.23,比R2更接近厌氧氨氧化反应理论值.废铁屑在水中发生腐蚀,降低DO并提高pH值,且R2,R3污泥中铁含量分别为对照组的1.64倍和1.93倍,废铁屑不仅改善了厌氧氨氧菌的生境,还满足了其对铁元素的需求.高通量测序结果显示,在20~50d的运行过程中, R1,R2,R3中优势厌氧氨氧化菌属Candidatus_Kuenenia的相对丰度分别增加-1.05%,0.14%和0.96%,废铁屑的投加促进了厌氧氨氧化菌在低温下的生长,且间接投加促进效果更为显著.

关键词：厌氧氨氧化低温废铁屑投加方式脱氮性能

NaHCO_(3)投加量对废铁屑耦合厌氧氨氧化系统脱氮效能的影响

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中国环境科学 2022年第9期42卷 4190-4198页

作者：刘文如李天皓陈洁王倩王彩霞沈耀良苏州科技大学环境科学与工程学院江苏苏州215009 城市生活污水资源化利用技术国家地方联合工程实验室江苏苏州215009 江苏省水处理技术与材料协同创新中心江苏苏州215009 江苏省环境科学与工程重点实验室江苏苏州215009

考察了进水中NaHCO_(3)投加量对废铁屑耦合厌氧氨氧化系统脱氮效能的影响.结果表明,NaHCO_(3)投加量由250mg/L逐渐减少至125mg/L,常规厌氧氨氧化系统(R1)TN去除率下降至65%以下,污泥比活性下降约16%,而废铁屑(10g)耦合厌氧氨氧化系统(R2... 详细信息

考察了进水中NaHCO_(3)投加量对废铁屑耦合厌氧氨氧化系统脱氮效能的影响.结果表明,NaHCO_(3)投加量由250mg/L逐渐减少至125mg/L,常规厌氧氨氧化系统(R1)TN去除率下降至65%以下,污泥比活性下降约16%,而废铁屑(10g)耦合厌氧氨氧化系统(R2和R3)TN去除率提升至76.9%~82.2%,并且污泥比活性比R1高39.5%~51.4%;NaHCO_(3)投加量的减少同时造成R1中ΔNO_(3)^(-)-N/ΔNH_(4)^(+)-N比逐渐升高至0.34,而R2和R3中ΔNO_(3)^(-)-N/ΔNH4_(+)^(-)N比低至0.2~0.21.进水中无机碳源(IC)不足(而非pH值或碱度)是导致R1脱氮效能恶化的主要原因,废铁屑耦合厌氧氨氧化系统可以有效应对无机碳源不足产生的不利影响并提升系统的脱氮效能.此外,在无机碳源不足(IC/TN=0.04)的条件下,废铁屑与厌氧氨氧化直接耦合系统(R2)比间接耦合系统(R3)具有更高的脱氮效能、污泥比活性以及NO_(3)^(-)-N还原能力.

关键词：厌氧氨氧化无机碳源废铁屑脱氮效能

废铁屑投加抑制化粪池硫化氢产生的作用机制及影响特性研究

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废铁屑投加抑制化粪池硫化氢产生的作用机制及影响特性研究

作者：何宛泽西安建筑科技大学

学位级别：硕士

长期处于厌氧状态下的化粪池沉积相是硫化氢(HS)等危害性气体释放的重点源头之一,严重影响着城市空气环境质量并危及居民身体健康。投加铁盐能够有效抑制HS产生,但铁盐的大范围工程应用经济消耗大,难以契合低碳降耗的时代发展要求。本... 详细信息

长期处于厌氧状态下的化粪池沉积相是硫化氢(HS)等危害性气体释放的重点源头之一,严重影响着城市空气环境质量并危及居民身体健康。投加铁盐能够有效抑制HS产生,但铁盐的大范围工程应用经济消耗大,难以契合低碳降耗的时代发展要求。本文基于“废弃物资源化利用”的理念,以废铁屑作为Fe和Fe释放源,通过化学沉积硫化物(HS、HS、S)及抑制硫酸盐还原菌(SRB)活性为基本原理,提出了基于废铁屑投加的抑制化粪池沉积相硫化氢的技术方法。本研究搭建了双格化粪池模拟实验反应装置,设计废铁屑以“铁屑棒”的方式投加,首先通过实验探究其影响范围后,进一步设计实验方案进行长期实验。通过对比投加前、投加中和恢复阶段三个阶段的长期实验,研究了废铁屑投加作用下HS的抑制效能与机理,探究了投加废铁屑下化粪池运行的响应特性。研究结果表明:(1)废铁屑投加能够有效抑制化粪池硫化物产生及其在气液界面散逸过程。在废铁屑投加条件下,化粪池前格和后格气态HS(g)和溶解态硫化物平均浓度均有效降低,其中HS(g)平均浓度分别降低了92.6%和82.5%,溶解态硫化物的平均浓度分别降低了45.6%和42.4%;在废铁屑实施投加后的36天内,化粪池气相空间几乎检测不到HS(g),基本实现对HS(g)释放的完全抑制。加入废铁屑的40天内,化粪池前格和后格污水SO平均浓度分别提高了29.4%和28.9%,说明废铁屑可抑制硫酸盐还原过程。废铁屑投加显著提高了化粪池污水和沉积相中的总铁含量,加入废铁屑15天,化粪池前格和后格污水二价铁平均浓度分别提升至1.9 mg/L和1.5 mg/L,三价铁平均浓度分别提升至0.9mg/L和0.8 mg/L,化粪池沉积物中的总铁浓度由3.4 mg/L升高至5.4 mg/L。(2)基于物化表征、微生物群落及生化特性分析研究了废铁屑抑制化粪池HS产生的作用机制。表征结果表明废铁屑腐蚀释放的Fe和Fe会与硫化物发生化学反应生成不溶物Fe S,降低了硫化物浓度进而抑制其气液界面传质与释放过程。废铁屑投加对化粪池内硫酸盐还原菌(SRB)及硫氧化-硝酸盐还原菌(so NRB)物种丰度具有显著影响。结果表明,废铁屑作用下,以Desulfovibrio(脱硫弧菌属)为主的传统化粪池SRB优势菌属相对丰度显著降低,以Mycobacterium(分支杆菌属)为主的so NRB的相对丰度则明显增加,说明废铁屑能够同步抑制硫化物产生和强化硫化物的生物氧化过程。与此同时,研究发现废铁屑会导致微生物细胞活性和微生物胞外聚合物含量降低,破坏生物膜结构进而抑制了HS的产生。(3)研究分析了废铁屑投加下化粪池运行的响应特性。结果表明废铁屑在一定程度上改变了微生物多样性及群落结构,进而影响化粪池污染物的转化过程。在水质方面,废铁屑投加初期导致化粪池前格和后格的溶解性化学需氧量(SCOD)分别提高11.4%和14.7%,氨氮类污染物质浓度无显著变化,总磷平均浓度分别从9.2 mg/L和8.5 mg/L降低至7.6 mg/L和7.7 mg/L,出水碳氮比及碳磷比小幅度提高,对后续污水脱氮除磷处理有一定积极作用。在沉积相方面,废铁屑投加能够提高沉积污泥的密实程度,降低污泥的含水率,说明投加废铁屑可适当延长化粪池清掏周期,且有助于后续污泥的稳定化处理。

关键词：化粪池硫化氢废铁屑抑制机理响应特性

废铁屑强化厌氧氨氧化运行条件及脱氮效能研究

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废铁屑强化厌氧氨氧化运行条件及脱氮效能研究

作者：李天皓苏州科技大学

学位级别：硕士

厌氧氨氧化工艺作为一种经济高效、绿色节能的新型生物脱氮工艺,近年来受到越来越多国内外研究人员的关注。厌氧氨氧化反应是指在厌氧条件下,厌氧氨氧化菌以氨氮为电子供体,亚硝酸盐为电子受体,直接将氨氮转化为氮气的过程。与传统生物... 详细信息

厌氧氨氧化工艺作为一种经济高效、绿色节能的新型生物脱氮工艺,近年来受到越来越多国内外研究人员的关注。厌氧氨氧化反应是指在厌氧条件下,厌氧氨氧化菌以氨氮为电子供体,亚硝酸盐为电子受体,直接将氨氮转化为氮气的过程。与传统生物脱氮工艺相比,厌氧氨氧化工艺在运行过程中无需额外供氧,节省了一半以上的能源,厌氧氨氧化菌作为无机化能自养菌,也节省了有机碳源的投加。然而厌氧氨氧化菌对生存环境敏感,生长代谢慢等特性,导致了厌氧氨氧化工艺存在启动时间长,运行稳定性性差等问题,制约了厌氧氨氧化工艺的实际应用。适合厌氧氨氧化菌生长的温度为30～40°C,过高或过低的温度都会影响厌氧氨氧化工艺的氮素去除效果。适合厌氧氨氧化菌生长的p H值为6.7～8.3,在极端p H值条件下,厌氧氨氧化活性表现出明显受到抑制。此外,厌氧氨氧化菌还对污水中的有机物浓度较为敏感。铁基材料通过强化生理活动和刺激活性来强化厌氧氨氧化菌的生长代谢,铁基材料的投加有利于促进厌氧氨氧化菌的富集。此外,厌氧氨氧化菌需要产生大量含血红素c的酶来进行新陈代谢,这些酶参与电子传递,提高厌氧氨氧化菌细胞的代谢。为此我们开展了利用废铁屑作为铁基材料如何快速启动厌氧氨氧化反应器,强化厌氧氨氧化菌富集的研究,探究低温下废铁屑的两种投加方式对厌氧氨氧化反应的脱氮效果的影响及差异机制。本研究以废铁屑作为铁基材料,利用CSTR反应器长期培养厌氧氨氧化污泥,探究投加废铁屑后厌氧氨氧化反应器的启动过程及氮素去除效果影响以及对微生物群落结构变化的影响。在30°C及低温下(废铁屑,考察了反应器的厌氧氨氧化性能及氮素去除效果,并通过厌氧氨氧化污泥特性分析、污泥中铁形态分析、微生物群落多样性结构分析等,研究了低温下两种投加方式作用机制的差异,旨在优化废铁屑等铁基材料的投加方法。本研究首次将工业副产物废铁屑作为铁基材料,研究了不同浓度的废铁屑对厌氧氨氧化工艺启动过程的影响,以及运行过程中氮素变化,同时利用分子生物学技术分析启动过程前后微生物群落结构变化及相关功能菌含量变化;首次将工业副产物废铁屑作为铁基材料,研究了不同的投加方式在低温及最适温度下对厌氧氨氧化工艺稳定运行过程的影响,采用XPS、SEM等表征手段探究两种投加方式的差异,采用分子生物学技术分析启动过程前后微生物群落结构变化。通过实验研究得到主要结论如下:(1)投加废铁屑有利于厌氧氨氧化反应器的启动,启动过程中耗时更短,负荷提升更快,总氮去除率达到70%所用时间比未投加废铁屑缩短了15d。投加3g/L废铁屑的反应器具有较好的稳定性,抗冲击负荷能力较强;投加9g/L废铁屑的反应器在实验后期脱氮效果变差。3g/L废铁屑在厌氧氨氧化启动过程中促进厌氧氨氧化菌的生长繁殖,提高厌氧氨氧化菌16S r RNA基因的表达量,为1.19×10。投加废铁屑降低了微生物群落的多样性,改变了浮霉菌门的相对丰度,未投加、投加3g/L和9g/L废铁屑的反应器浮霉菌门丰度分别增长了-0.1%、3.9%和-6.6%。厌氧氨氧化菌优势菌属Candidatus Kuenenia的适应性更强,更容易富集,在投加3g/L废铁屑的反应器中丰度达到20.0%。(2)30°C下,直接和间接投加5g/L废铁屑短期内均对厌氧氨氧化过程产生抑制作用,反应3h内总氮去除率分别为21.7%、19.4%,低于未投加废铁屑的24.5%。而在长期培养过程中,两种投加方式投加废铁屑均可以提高反应器的氮素去除效果。当进水总氮负荷提高至1.65kg/(m·d)时,未投加、直接投加和间接投加废铁屑的反应器总氮平均去除率分别为64.2.0%、75.6%和69.1%。(3)低温下,废铁屑的两种投加方式在短期内均产生抑制作用。连续运行30天后,间接投加废铁屑的反应器脱氮性能开始恢复,废铁屑表现出促进作用;而直接投加废铁屑的反应器脱氮性能未能恢复。(4)废铁屑能够在水中氧化,调节反应器的p H值和DO,改善厌氧氨氧化菌的生境,同时释放铁离子,为厌氧氨氧化菌提供生长需要的铁离子。低温投加废铁屑不仅能够促进MLSS和MLVSS的提高,还能促进EPS的产生,还有利于颗粒污泥的形成。(5)Candidatus Kuenenia为3组反应器中优势厌氧氨氧化菌属,低温下投加废铁屑促进了厌氧氨氧化菌的生长,而以间接投加促进效果更为显著。未投加、直接和间接投加废铁屑的反应器中Candidatus Kuenenia的相对丰度分别增加-1.05%、0.14%和0.96%。

关键词：厌氧氨氧化废铁屑投加方式低温高通量测序

废铁屑制备三草酸合铁酸钾虚实结合的综合化学实验设计

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大学化学 2023年第11期38卷 187-194页

作者：庞海丽崔斌王建坤张荣兰周利君朱黎霞西安电子科技大学先进材料与纳米科技学院西安710126 西北大学化学与材料科学学院西安710127

将无机化学中的两个制备实验(硫酸亚铁铵的制备、三草酸合铁酸钾的制备)和分析化学中的组成分析实验(铁离子、草酸根离子和结晶水含量测定)进行综合,设计了一个综合化学实验。在制备部分引入线上虚拟操作和线下自主设计环节,分析部分不... 详细信息

将无机化学中的两个制备实验(硫酸亚铁铵的制备、三草酸合铁酸钾的制备)和分析化学中的组成分析实验(铁离子、草酸根离子和结晶水含量测定)进行综合,设计了一个综合化学实验。在制备部分引入线上虚拟操作和线下自主设计环节,分析部分不仅使用了传统的化学分析法,同时引入红外光谱仪(IR)和X射线衍射仪(XRD)对产品进行表征分析。通过该实验的实施,可使学生进一步巩固减压过滤、重结晶、滴定等基本实验操作技能;掌握利用大型仪器对产品的组成和结构进行表征的方法;锻炼学生综合应用化学理论知识解决实践问题的能力。同时结合思政教育,有助于培养学生的安全环保意识和科学探索精神,提高学生的实验责任心和对化学学科的兴趣。

关键词：废铁屑硫酸亚铁铵三草酸合铁酸钾组成分析综合化学实验

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废铁屑强化污泥厌氧消化产甲烷可行性分析

环境科学学报 2016年第8期36卷 2730-2740页

作者：郝晓地魏静曹达啟北京建筑大学城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室可持续污水处理技术研发中心北京100044

有关全球气候变化的《巴黎协定》落槌,预示着污水处理追求碳中和运行的时代已经来临.碳中和狭义理解即能源自给自足,这就要求污水处理厂应最大程度转化污水中有机物或产生的剩余污泥所蕴含的有机能源,并将其生成可再生能源——甲烷.然而... 详细信息

有关全球气候变化的《巴黎协定》落槌,预示着污水处理追求碳中和运行的时代已经来临.碳中和狭义理解即能源自给自足,这就要求污水处理厂应最大程度转化污水中有机物或产生的剩余污泥所蕴含的有机能源,并将其生成可再生能源——甲烷.然而,剩余污泥能源转化率较低一直都是限制厌氧消化技术广为应用的瓶颈.在污泥预处理技术之外,向厌氧消化系统中投加废铁屑强化甲烷生产有望成为另一个提高能源转化率的突破口,继而实现"以废促能、变废为宝"的目的.本综述从铁腐蚀析氢现象入手,在描述铁腐蚀析氢原理、析出H2对产CH4过程影响的基础上,对铁在厌氧系统ORP减少方面的作用、对厌氧微生物生理、生化特性的影响、对涉及微生物酶活的影响等进行了全面的介绍.最后,还通过生命周期评估(LCA)评价了基于废铁屑的污泥厌氧消化技术对环境的影响及经济合理性.

关键词：厌氧消化甲烷碳中和废铁屑析氢腐蚀氧化还原电位

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废铁屑对剩余污泥厌氧消化特性的影响

环境科学研究 2020年第9期33卷 2156-2162页

作者：阮仁俊李运晴项经纬赵俊杰孙俊伟赵伟操家顺安徽工程大学建筑工程学院安徽芜湖241000 河海大学环境学院江苏南京210098

为探明废铁屑(RSI)对中温厌氧消化特性的影响,利用RSI为外源添加剂研究其投加对剩余污泥厌氧消化水解酸化、产气效率以及污泥表面形态的影响.结果表明:①剩余污泥酸化水解产物VFAs的主要成分是乙酸,其含量随RSI投加量的增加呈先升后降... 详细信息

为探明废铁屑(RSI)对中温厌氧消化特性的影响,利用RSI为外源添加剂研究其投加对剩余污泥厌氧消化水解酸化、产气效率以及污泥表面形态的影响.结果表明:①剩余污泥酸化水解产物VFAs的主要成分是乙酸,其含量随RSI投加量的增加呈先升后降的趋势.②RSI投加量适中(不超过20 g/L)时可促进乙、丁酸型发酵,抑制丙酸型发酵,进而提高剩余污泥厌氧消化效率.③当RSI投加量分别为0、1、5、10、20和30 g/L时,累积甲烷产率分别为135.4、141.9、159.2、178.9、209.3和180.7 mL/g(以VS计),甲烷含量分别为51.2%~56.4%、53.9%~58.6%、58.1%~62.5%、59.5%~68.3%、61.1%~71.2%和51.9%~61.4%.RSI最佳投加量为20 g/L,与空白组相比,累积甲烷产率和甲烷含量分别提升了54.6%和23.0%.④结合扫描电镜-X射线能谱(SEM-EDX)分析方法发现,在厌氧消化过程中微生物可促进RSI的溶解,且随RSI投加量的增加,消化污泥表面的铁元素含量也随之增加.⑤RSI的投加会提高蛋白酶和纤维素酶的活性,但若投加量过高则会产生负面效应.研究显示,外源添加剂RSI投加量适中(不超过20 g/L)时可促进剩余污泥厌氧消化效率.

关键词：厌氧消化废铁屑剩余污泥水解酸化甲烷产率

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废铁屑-改性粉煤灰联用处理铬渣渗滤液

环境工程学报 2016年第6期10卷 2793-2799页

作者：李喜林赵雪周启星吴佳欢刘玲辽宁工程技术大学建筑工程学院阜新123000 南开大学环境科学与工程学院天津300071

针对铬渣严重污染环境问题,以"以废治废"为研究目标,采用室内静态实验方法,进行废铁屑-改性粉煤灰联用处理铬渣渗滤液中Cr(Ⅵ)和总铬实验研究。实验结果表明,废铁屑与聚合氯化铝改性粉煤灰联用处理Cr(Ⅵ)和总铬效果优于单独采用其中一... 详细信息

针对铬渣严重污染环境问题,以"以废治废"为研究目标,采用室内静态实验方法,进行废铁屑-改性粉煤灰联用处理铬渣渗滤液中Cr(Ⅵ)和总铬实验研究。实验结果表明,废铁屑与聚合氯化铝改性粉煤灰联用处理Cr(Ⅵ)和总铬效果优于单独采用其中一种物质;处理Cr(Ⅵ)浓度208 mg/L、总铬浓度260 mg/L的200 m L高浓度含铬废水最佳反应条件为:反应时间30 min,总投加量40 g,配比为1∶1,pH值4.1,对应Cr(Ⅵ)去除率99.93%,总铬去除率99.72%。处理后水质满足《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)要求。

关键词：铬渣渗滤液含铬废水废铁屑改性粉煤灰总铬六价铬