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低硫精矿自养反硝化脱氮除磷研究

环境科学学报 2023年第6期43卷 308-317页

作者：张雪妹邹雪华李雅倩陈伟哲周跃飞刘海波谢巧勤陈天虎合肥工业大学资源与环境工程学院纳米矿物与污染控制安徽省高等学校重点实验室合肥230009

氮和磷过度排放会破坏水生态环境,为此开发高效、廉价的废水脱氮除磷材料,对缓解水体富营养化具有重要意义.利用天然磁黄铁矿、黄铁矿和低硫精矿(Low sulfur concentrate简称LSC)构建铁硫矿物自养反硝化脱氮除磷体系,考察了不同铁硫矿... 详细信息

氮和磷过度排放会破坏水生态环境,为此开发高效、廉价的废水脱氮除磷材料,对缓解水体富营养化具有重要意义.利用天然磁黄铁矿、黄铁矿和低硫精矿(Low sulfur concentrate简称LSC)构建铁硫矿物自养反硝化脱氮除磷体系,考察了不同铁硫矿物自养反硝化脱氮除磷性能,探究了黄铁矿、磁黄铁矿相互作用机理和反应前后微生物群落变化.结果表明,相较于黄铁矿、磁黄铁矿,LSC具有更高的平均脱氮速率(0.30mg·L^(-1)·h^(-1))和磷去除率(89.8%),表明LSC具有优异的脱氮除磷性能;此外,在相同反应条件下,黄铁矿和磁黄铁矿混合体系脱氮性能高于单一矿物,显示黄铁矿、磁黄铁矿在自养反硝化过程存在协同作用;高通量测序结果表明,硫自养反硝化典型菌属为Thiobacillus和Sulfurimonas,在LSC体系中Sulfurimonas(硫磺菌属)丰度显著增加,推测LSC在长期存放过程中氧化生成单质硫可提高自养反硝化速率.

关键词：低硫精矿自养反硝化协同作用脱氮除磷微生物群落分析

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基于硫源介导的低碳脱氮技术研究进展

环境科学研究 2023年第12期36卷 2221-2234页

作者：陈川张雨张权樊凯丽哈尔滨工业大学环境学院城市水资源与水环境国家重点实验室黑龙江哈尔滨150090

在“双碳”目标背景下,以异养反硝化为技术核心的传统工艺尚不能满足低碳脱氮的需求.硫源介导的自养反硝化工艺(sulfur-driven autotrophic denitrification,SDAD)因其高效脱氮且同步减碳的优势而在生物脱氮领域受到广泛关注.在国内外... 详细信息

在“双碳”目标背景下,以异养反硝化为技术核心的传统工艺尚不能满足低碳脱氮的需求.硫源介导的自养反硝化工艺(sulfur-driven autotrophic denitrification,SDAD)因其高效脱氮且同步减碳的优势而在生物脱氮领域受到广泛关注.在国内外已有研究的基础上,本文系统梳理了SDAD及其衍生工艺的最新进展,重点关注工艺效能、功能微生物代谢机制、温室气体(N_(2)O)减排机制及其工程化应用进展.结果表明:(1)SDAD体系由自养硫氧化反硝化细菌(autotrophic sulfur-oxidizing nitrate-reducing bacteria,a-soNRB)、异养硫氧化反硝化细菌(heterotrophic sulfur-oxidizing nitrate-reducing bacteria,h-soNRB)和硫歧化细菌(sulfur disproportionating bacteria,SDB)三类微生物相互作用,共同完成脱氮.低硫化物浓度(S~(2-)浓度为6.25 mmol/L)下,a-soNRB是主要的功能菌.当硫化物浓度增加时,系统内a-soNRB与h-soNRB互作以确保高工艺效能.(2)在碳减排方面,不同运行工况主要通过影响N_(2)O还原酶(Nos)活性从而控制N_(2)O产量.总体而言,SDAD在实际应用中处理含硫废水等复合污染物方面发挥着重要作用,且相同工况下SDAD中N_(2)O的排放量仅为传统异养反硝化工艺的1/5,实现高效脱氮的同时具有显著的减碳效益,为传统生物脱氮工艺的改进提供了有效的解决方案.(3)在工程应用方面,SDAD与异养反硝化、厌氧氨氧化等工艺的耦合也进一步拓展了其应用领域,充分发挥了SDAD低碳脱氮优势的辐射效应.针对以SDAD为技术核心的污水脱氮工艺所面临的挑战,鼓励未来基于可行性和环境友好性研发适用于不同场景的多途径工艺组合(如厌氧氨氧化、短程反硝化、硫自养反硝化和与硝酸盐/亚硝酸盐依赖型厌氧甲烷氧化间的偶联),同时进一步优化基于模型的碳减排策略并预测新污染物的行为,以期为推进污水低碳脱氮领域的进一步发展提供理论依据.

关键词：低碳脱氮自养反硝化硫温室气体减排微生物代谢机制

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自养反硝化脱氮耦合沼气同步脱硫效能研究

环境科学学报 2019年第10期39卷 3291-3301页

作者：王威毕志浩张若晨王爱杰任南琪陈川哈尔滨工业大学环境学院哈尔滨150090 哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室哈尔滨150090

污水深度脱氮问题日益突出,在实现污水深度脱氮的过程中尽可能降低运行成本更是符合目前我国的发展目标,因此,开发经济绿色的污水脱氮技术对可持续发展具有重大意义.本试验提出自养反硝化脱氮耦合沼气同步脱硫工艺,具有成本低,资源利用... 详细信息

污水深度脱氮问题日益突出,在实现污水深度脱氮的过程中尽可能降低运行成本更是符合目前我国的发展目标,因此,开发经济绿色的污水脱氮技术对可持续发展具有重大意义.本试验提出自养反硝化脱氮耦合沼气同步脱硫工艺,具有成本低,资源利用率高等优势.以沼气中的硫化氢作为电子供体,实现了污水中同步脱氮及沼气脱硫净化的耦合,并探究了上升流速、硫氮比对该工艺运行效能的影响.实验结果显示,以硫化氢代替硫化物作为电子供体参与反硝化,对工艺脱氮效能无明显影响,在低硝酸盐负荷条件下运行时,污水脱氮效能不受气体上升流速及硫氮比的影响,均能达到100%.而本工艺的脱硫效能受上升流速影响较小,受硫氮比影响较大.在不同上升流速下,硫化氢去除率均为100%.在硫氮比为5∶8时,硫化氢100%转化为硫酸盐;硫氮比为5∶5时,硫化氢去除率为99.1%,单质硫产率约为30%;硫氮比为5∶2,回流比为1∶1时,硫化氢去除率最高可达91%,单质硫产率为77%.本试验可为后续自养反硝脱氮同步沼气脱硫工艺参数优化及应用的拓展提供理论依据和参考.

关键词：自养反硝化沼气脱硫污水脱氮耦合体系

基于铁阳极的生物阴极自养反硝化效能影响因素探究

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环境科学学报 2022年第8期42卷 137-145页

作者：王思凡刘冰茵谭国涛王茹袁林江西安建筑科技大学环境与市政工程学院西安710055 陕西省环境工程重点实验室西安710055 西北水资源环境与生态教育部重点实验室西安710055

利用微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)装置耦合零价铁脱氮和生物阴极,研发基于铁阳极的新型生物脱氮技术,可有效避免脱氮过程中外源有机物的添加,降低污水处理成本,减少二次污染.本文以MFC装置为平台,零价铁为阳极,附着生物膜... 详细信息

利用微生物燃料电池(Microbial fuel cell,MFC)装置耦合零价铁脱氮和生物阴极,研发基于铁阳极的新型生物脱氮技术,可有效避免脱氮过程中外源有机物的添加,降低污水处理成本,减少二次污染.本文以MFC装置为平台,零价铁为阳极,附着生物膜的碳刷为阴极,组成零价铁自养反硝化装置.在控制变量的条件下,采用单因素试验法探究不同起始pH(5~9)、不同外接电阻(50~2000Ω)、不同阴极电导率(0~232g·L^(-1))和不同起始基质浓度(42~800 mg·L^(-1))对零价铁自养反硝化效能和MFC产电性能的影响.结果表明,以脱氮作为首要目标,产电作为次要目标时,零价铁生物自养反硝化体系最佳起始pH为7,最佳起始硝氮浓度为200 mg·L^(-1),最佳阴极电导率为添加116 g·L^(-1),最佳外接电阻为1000Ω.对自养反硝化效能影响因素的探究将有助于优化反应条件,探明碳阴极生物脱氮过程的主要干扰因素,提升生物自养反硝化技术效能.

关键词：自养反硝化微生物燃料电池 pH值基质浓度电导率外接电阻

磁黄铁矿和石灰石改性硫磺发泡材料的脱氮除磷性能研究

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环境科学学报 2022年第3期42卷 141-150页

作者：沈思文邱江坤杨亦诺步一鸣李睿华南京大学环境学院南京210023

基于硫磺自养反硝化(SAD)脱氮效率高、除磷效率低及磁黄铁矿自养反硝化(PAD)除磷效率高、脱氮效率低的特点,利用微细粒磁黄铁矿和石灰石与硫磺熔混、发泡得到磁黄铁矿与石灰石改性硫磺发泡材料(PLMSFM).通过批次试验探究磁黄铁矿和发泡... 详细信息

基于硫磺自养反硝化(SAD)脱氮效率高、除磷效率低及磁黄铁矿自养反硝化(PAD)除磷效率高、脱氮效率低的特点,利用微细粒磁黄铁矿和石灰石与硫磺熔混、发泡得到磁黄铁矿与石灰石改性硫磺发泡材料(PLMSFM).通过批次试验探究磁黄铁矿和发泡剂配比对PLMSFM脱氮除磷的影响,优化得出硫磺∶石灰石∶磁黄铁矿∶碳酸氢钠的质量比为4∶1∶4∶0.1.PLMSFM反应器试验结果表明,水力停留时间(HRT)为45 min时,在进水TON(NO_(3)^(-)-N+NO_(2)^(-)-N)、PO_(4)^(3-)-P浓度分别为(20.91±0.54)、(0.55±0.01)mg·L^(-1)的情况下,出水TON、PO_(4)^(3-)-P平均浓度分别为(1.33±0.27)、(0.30±0.04)mg·L^(-1),达到《地表水环境质量标准》Ⅳ类水标准,脱氮速率达到26.11 m·L^(-1)·h^(-1);HRT为22.5 min时,在进水TON、PO_(4)^(3-)-P浓度分别为(21.09±2.68)、(0.58±0.03)mg·L^(-1)的情况下,出水TON、PO_(4)^(3-)-P平均浓度分别为(8.10±1.85)、(0.18±0.08)mg·L^(-1),达到《北京市水污染物排放标准)》(DB11/307-2013)A排放限值,脱氮速率达到34.65 mg·L^(-1)·h^(-1),显示出优异的同步脱氮除磷性能.反应器中的主要功能菌属为Thiobacillus,其在反应器上、中、下部的丰度分别为68.30%、84.72%、84.23%.X射线荧光(XRF)和X射线衍射(XRD)分析结果表明,PO_(4)^(3-)的去除机制主要是生成铁的磷酸盐沉淀.

关键词：磁黄铁矿/石灰石改性硫磺自养反硝化同步脱氮除磷微生物群落

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硫磺/硫铁矿自养反硝化系统脱氮性能

环境科学 2019年第4期40卷 1885-1891页

作者：周娅买文宁梁家伟代吉华牛颖李伟利唐启郑州大学水利与环境学院河南450001 河南君和环保科技有限公司河南450001

基于硫自养反硝化作用,寻求一种经济、快速、高效地污水脱氮工艺,采用硫磺/硫铁矿组合进行自养反硝化脱氮试验,以低C/N市政污水为处理对象,分别考察温度,硫磺与硫铁矿体积比和HRT等理化因素对反应器脱氮性能的影响.结果表明,在进水TN质... 详细信息

基于硫自养反硝化作用,寻求一种经济、快速、高效地污水脱氮工艺,采用硫磺/硫铁矿组合进行自养反硝化脱氮试验,以低C/N市政污水为处理对象,分别考察温度,硫磺与硫铁矿体积比和HRT等理化因素对反应器脱氮性能的影响.结果表明,在进水TN质量浓度约40 mg·L^(-1)条件下,1号反应器最佳HRT为2. 5 h,TN去除率平均稳定在72. 2%,出水TN约10. 55 mg·L^(-1); 2号反应器最佳HRT为3. 5 h,TN平均去除率约67. 8%,出水TN平均稳定至12. 90 mg·L^(-1); 3号反应器最佳HRT为3. 5 h,TN平均去除率60. 6%,出水TN稳定在15. 00 mg·L^(-1)左右.硫磺/硫铁矿自养反硝化系统比硫铁矿自养反硝化系统启动快;该系统脱氮效率随着硫磺与硫铁矿体积比减小而降低;该系统脱氮性能对温度的变化并不敏感,脱氮性能优于单独以硫铁矿为硫源的自养反硝化系统;系统中硫自养反硝化过程的主要功能菌属是Sulfurimonas和Thiobacillus,在3个反应器所占比例为1号> 2号> 3号.

关键词：硫磺/硫铁矿自养反硝化脱氮低C/N市政污水高通量测序微生物菌群

FeS自养反硝化与厌氧氨氧化的耦合脱氮机制

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环境科学 2019年第8期40卷 3683-3690页

作者：马景德潘建新李泽敏王一显吴海珍韦朝海华南理工大学环境与能源学院广州510006 华南理工大学生物科学与工程学院广州510006

微生物的功能多样性对元素价态的转换存在协同作用是自然界关键的生态调节策略,充分利用这种策略,实现不同微生物的功能组合,可以发展废水处理新工艺.本文以静态批次实验的含氮污染物作为研究对象,把Fe S投加量、NO3^--N/NO2^--N比值、... 详细信息

微生物的功能多样性对元素价态的转换存在协同作用是自然界关键的生态调节策略,充分利用这种策略,实现不同微生物的功能组合,可以发展废水处理新工艺.本文以静态批次实验的含氮污染物作为研究对象,把Fe S投加量、NO3^--N/NO2^--N比值、厌氧氨氧化(ANAMMOX,AN)和自养反硝化(AD)生物量之比作为反应控制条件,讨论了AN与AD之间代谢产物互补的合作机制,提出了(AN+AD)TN→0脱氮工艺的概念.研究发现过量的Fe S投加在保证AD过程的彻底性之外,并不显著影响AN菌的代谢活性;提高NO2^--N在电子受体中的比例,会使微生物复合群落处于代谢底物竞争关系之中,对TN的去除产生负面影响;AN生物量的增加加深了复合群落的合作程度,当初始NH4^+-N与NO3^--N的化学计量比小于0. 85时,可以实现TN浓度趋零.结果表明,通过认识微生物之间的交互作用,寻求复杂微生物群落功能的规划或调控,可以设计出更加合理的废水处理工艺,达到低物耗投入条件下目标污染物的高效去除.

关键词：硫化亚铁厌氧氨氧化(ANAMMOX) 自养反硝化耦合作用总氮去除

硫基、铁基及硫-铁基自养反硝化技术研究进展

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工业水处理 2024年第6期44卷 22-33页

作者：王婧王宁韩严和李再兴马雪姣王楠楠姜文斌北京石油化工学院环境工程系北京102617

自养反硝化技术具有无需外加碳源、污泥产量低以及成本低等优势,是双碳背景下具有前景的低C/N废水的深度脱氮处理技术之一,而无机电子供体的选择是该技术能否广泛实际应用的关键。根据反硝化原理,硫基自养反硝化易产酸并会产生硫酸盐,... 详细信息

自养反硝化技术具有无需外加碳源、污泥产量低以及成本低等优势,是双碳背景下具有前景的低C/N废水的深度脱氮处理技术之一,而无机电子供体的选择是该技术能否广泛实际应用的关键。根据反硝化原理,硫基自养反硝化易产酸并会产生硫酸盐,铁基反硝化耗酸且会有亚硝酸盐积累,而硫-铁基耦合自养反硝化可以结合两者的特点,维持反应pH稳定,减少二次污染。基于以上分析了硫基、铁基以及硫-铁基作为电子供体的自养反硝化基本作用原理及特性,并阐述了基于各电子供体进行反硝化时的优势菌属,以期为硫基、铁基及硫-铁基耦合自养反硝化技术在提高脱氮效率并减少二次污染方面的研究提供参考。

关键词：硫铁基电子供体自养反硝化脱氮

采用含硫铁化学污泥作为反硝化电子供体进行焦化废水中总氮深度去除

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环境科学 2018年第7期39卷 3262-3270页

作者：付炳炳潘建新马景德王丰吴海珍韦朝海华南理工大学环境与能源学院广州510006 华南理工大学生物科学与工程学院广州510006 工业聚集区污染控制与生态修复教育部重点实验室广州510006

城市污水处理和大部分的工业废水处理工艺的出水总氮普遍难以达标排放,基于进水水质的C/N值不稳定、提高回流比造成水力负荷增大、降低反应动力学并且耗能、投加有机碳源带来二次污染以及高污泥产率等问题,急需寻求一种节能降耗、操作... 详细信息

城市污水处理和大部分的工业废水处理工艺的出水总氮普遍难以达标排放,基于进水水质的C/N值不稳定、提高回流比造成水力负荷增大、降低反应动力学并且耗能、投加有机碳源带来二次污染以及高污泥产率等问题,急需寻求一种节能降耗、操作简单的深度脱氮方法.对此,利用含硫工业废水预处理产生的含硫铁化学污泥作为固相电子供体进行自养反硝化深度脱氮,实验过程中,以焦化废水二级生物出水作为研究对象,考察脱氮性能、硫铁泥转变过程及微生物群落变化,求出废水深度脱氮新工艺的优化反应条件与效果范围.当进水NO_3^--N、NO_2^--N浓度分别是(74.54±0.57)mg·L^(-1)、(1.11±0.19)mg·L^(-1),水力停留时间为18 h时,对应出水浓度分别降低至(2.78±1.08)mg·L^(-1)、(2.87±0.71)mg·L^(-1);TON(NO_3^--N+NO_2^--N)去除率高达90.0%;NO_3^--N还原速率和NO_2^--N累积速率分别为12.06 mmol·(L·d)-1、7.74 mmol·(L·d)-1.结果表明,以副产物化学硫铁泥作为电子供体深度脱氮有潜在的工程应用价值,以水处理工艺过程中原位利用废物,解决部分富硫铁化学污泥后续处理问题,表现出资源化利用的综合特征.

关键词：硫铁泥资源化焦化废水自养反硝化深度脱氮