以农业废弃物作为反硝化脱氮固体碳源的研究现状
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稻壳作为反硝化碳源在海水中的脱氮性能研究李华;周子明;刘青松;董宏标;段亚飞;李纯厚;张家松【摘要】Rice husk is a kind of denitrification carbon source. Its main nutrients composition,microstructure,pore structure,carbon release rate,and denitrification rate in seawater have been investigated. The results show that rice husk contains over-sized fibers,starch and crude protein,which can be utilized by microbes. The contained organic carbon is about 58%. Rice husk also contains lots of hydrophilic groups with rough and porous surface ,which is good for microbes to adhere and grow. The removing rate of nitrate from seawater reaches 59%,by using rice husk as deni-trification carbon source. Being a carbon source ,rice husk could continuously supply organic carbon ,meeting the continuous need of microbes.%以稻壳为反硝化碳源,研究了稻壳的营养组成、微观形貌、孔隙结构、在海水中的释碳速率以及作为反硝化碳源在海水中的脱氮效果.结果表明,稻壳中含有能被微生物利用的粗纤维、淀粉和粗蛋白等,总有机碳达到58%以上;稻壳含有大量亲水官能团,表面粗糙且拥有大量孔隙结构,非常利于微生物附着生长.以稻壳为反硝化碳源,海水中硝酸盐去除率可达59%,且具备较好的持续供碳能力,可满足其作为碳源被微生物持续利用的需求.【期刊名称】《工业水处理》【年(卷),期】2016(036)003【总页数】4页(P58-61)【关键词】稻壳;碳源;反硝化;海水处理【作者】李华;周子明;刘青松;董宏标;段亚飞;李纯厚;张家松【作者单位】中国水产科学研究院南海水产研究所,农业部南海渔业资源开发利用重点实验室,广东广州510300;上海海洋大学水产与生命学院,上海201306;中国水产科学研究院南海水产研究所,农业部南海渔业资源开发利用重点实验室,广东广州510300;上海海洋大学水产与生命学院,上海201306;中国水产科学研究院南海水产研究所,农业部南海渔业资源开发利用重点实验室,广东广州510300;中国水产科学研究院南海水产研究所,农业部南海渔业资源开发利用重点实验室,广东广州510300;中国水产科学研究院南海水产研究所,农业部南海渔业资源开发利用重点实验室,广东广州510300;中国水产科学研究院南海水产研究所,农业部南海渔业资源开发利用重点实验室,广东广州510300;中国水产科学研究院南海水产研究所,农业部南海渔业资源开发利用重点实验室,广东广州510300【正文语种】中文【中图分类】TQ085+.47近年来,水产养殖业迅猛发展,大量来自残余饵料和养殖对象排泄物的含氮废水进入天然水体,导致水域环境恶化,赤潮频发,严重破坏生态平衡〔1〕。
基于农业废弃物的反硝化脱氮固体碳源比选方远航;刘昱迪【摘要】碳源是低碳氮比污水反硝化脱氮的制约因素,外加碳源是处理该类废水的常用技术.对6种农业废弃物分别进行清水浸泡实验,从释碳氮性能、浸出液可生化性、吸水性及沉降性、浸出液元素、表面和结构性征等方面,对比了农业废弃物作为反硝化脱氮固体碳源的性能.实验结果表明,玉米芯、稻秆及大豆壳的饱和释碳浓度Cm较小,为106.38~217.39 mg/(g· L),传质系数较大且浸出液碳氮比较高.浸出液UV254测试结果表明玉米芯、稻秆及大豆壳浸出液有机物可生化性优于其他农业废弃物.同时,玉米芯、稻秆及大豆壳表现出良好的吸水性和沉降性.6种农业废弃物的浸出液金属离子浓度均较低.表面和结构性征测试证明了6种农业废弃物均能作为良好的生物膜载体,玉米芯、稻秆及大豆壳最适宜作为反硝化脱氮固体碳源.【期刊名称】《供水技术》【年(卷),期】2017(011)003【总页数】7页(P7-13)【关键词】农业废弃物;固体碳源;反硝化脱氮;低碳氮比【作者】方远航;刘昱迪【作者单位】沈阳建筑大学市政与环境工程学院,辽宁沈阳110168;沈阳建筑大学市政与环境工程学院,辽宁沈阳110168【正文语种】中文【中图分类】TU992碳源在生物硝酸盐去除过程中起着重要的提供电子供体的作用[1],是生物反硝化的核心物质之一。
异养反硝化微生物的脱氮过程,必须有合适的碳源,按低碳氮比污水处理过程中电子供体的来源不同,碳源可分为内碳源和外碳源两类[2]。
内碳源生物脱氮技术又分为传统生物脱氮工艺和新型生物脱氮工艺。
传统生物脱氮工艺是指通过微生物的氨化、硝化和反硝化作用来脱除水中的氮类污染物。
20世纪30年代Wuhrmann[3]发现硝化、反硝化过程,并根据内碳源反硝化过程建立了后置反硝化工艺;20世纪60年代Ettinger[4]等建立了前置反硝化脱氮工艺;之后又相继出现了A/O工艺、Bardenpho、A2/O和UCT工艺[5-6]等。
反硝化脱氮工艺补充碳源选择与优化研究进展反硝化脱氮是一种常用的生物处理技术,可将废水中的硝酸盐还原为氮气,从而减少对环境的污染。
而反硝化脱氮过程中需添加碳源来供给细菌进行呼吸代谢,促进反硝化反应的进行。
因此,选择和优化适合的碳源,对于提高脱氮效率和节约能源具有重要意义。
本文将对反硝化脱氮工艺补充碳源选择与优化的研究进展进行综述。
首先,碳源的选择是影响反硝化脱氮效果的关键因素。
传统的碳源包括乙醇、丙酮、甲醇等有机物。
然而,这些碳源存在易挥发、毒性较大和高代谢产物含量等问题,限制了其在实际应用中的推广。
因此,研究者纷纷转向寻找更为适宜的新型碳源。
目前,聚合物类碳源成为了研究的热点之一。
聚合物类碳源具有分子量大、稳定性好和不易挥发等特点,能够提供持续的碳源供给。
其中,乳酸聚合物是一种常见的选择。
研究表明,乳酸聚合物作为碳源,不仅能满足反硝化菌的需求,还可以提高废水的COD浓度,减少锈藻的生长。
此外,乳酸聚合物还具有一定的浓度适应性,即使在低浓度下仍然能够较好地促进反硝化脱氮反应。
除了选择合适的碳源,优化碳源投加方式也是提高脱氮效率的关键。
过量投加碳源会导致废水中COD浓度过高,造成环境污染和能源浪费。
因此,研究者开始探索碳源投加方式的优化策略。
一种常见的方法是间歇投加碳源,即按一定时间间隔投加一定量的碳源。
研究表明,间歇投加碳源可以维持反硝化细菌的活性,减少COD浓度的波动,从而提高脱氮效率和废水处理稳定性。
此外,还有一些新颖的碳源投加方式应用于反硝化脱氮工艺,例如逐步投加碳源和渐减投加碳源等。
逐步投加碳源是指在处理过程中逐渐增加碳源浓度,以满足反硝化菌的需求。
研究表明,逐步投加碳源能够更好地促进反硝化反应的进行,提高氮去除效率。
而渐减投加碳源是指在处理过程中逐渐减少碳源浓度,可以有效避免碳源浓度过高导致的环境污染问题。
这些新颖的碳源投加方式为反硝化脱氮工艺提供了更多的选择和优化空间。
综上所述,反硝化脱氮工艺补充碳源的选择与优化是提高脱氮效率和节约能源的关键。
反硝化脱氮补充碳源选择与研究首先,碳源的选择应考虑以下几个因素:1.碳源的可生物降解性:碳源应易于被细菌分解和利用,以提供足够的能量维持细菌的生长和代谢。
2.碳源的稳定性:碳源不应在反硝化过程中产生过多的中间产物和副产物,以免对系统造成负面影响。
3.碳源的供应方式:碳源可通过持续供应或定期补给的方式提供给反硝化系统,供应方式应根据具体情况进行选择。
4.碳源的成本:碳源的选择要考虑其价格和可获得性,以保证技术的经济可行性。
常用的反硝化脱氮碳源包括有机物、乙醇和乙酸等。
有机物包括酒精、葡萄糖、乳糖、乙醇等,这些有机物可以很好地提供能量和碳源,支持细菌的生长和代谢。
乙醇和乙酸是常用的碳源,它们不仅稳定且易于操作,还能提供足够的碳源供细菌利用。
除了常规的碳源,近年来还有一些新型的碳源引起了人们的关注。
例如,废水中所含的有机废弃物和生物质资源可以通过减少废弃物和资源浪费来实现资源节约和环境保护。
微生物电化学和微生物燃料电池的发展,为利用废水中有机物产生电能和提供碳源提供了新的途径。
此外,还有一些新型碳源如双氧水、甘油和宿主特异性废物等,也在反硝化脱氮碳源研究中得到了一定的应用。
在碳源的选择研究中,需要进行相关实验来评估碳源的降解性能、对反硝化细菌的生长和代谢的影响等。
常用的实验包括测定碳源的生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、总有机碳(TOC)等指标,评价碳源的可降解性和降解效果。
此外,还可以通过测定反硝化效率、亚硝酸盐和硝酸盐的浓度变化、氮气产量等指标来评估碳源对反硝化除氮效果的影响。
总之,反硝化脱氮补充碳源的选择和研究是反硝化除氮技术中的重要问题。
通过合理选择碳源,并进行相关实验评估其降解性能和影响效果,可以优化反硝化脱氮工艺,提高除氮效率,实现废水的高效处理和资源回收利用。
反硝化除磷工艺原理以及研究进展反硝化除磷工艺一直以来都是污水处理领域研究的热点,随着环保意识的不断提高,工艺的研究、改进和应用也在不断推进。
在这篇文章中,我们将重点介绍反硝化除磷工艺的原理、发展历程以及目前的研究进展,并对其未来的应用前景进行展望。
1. 反硝化除磷工艺的原理反硝化除磷工艺是一种利用硝化-反硝化的生物反应过程去除污水中氮、磷元素的工艺。
其原理是,通过污水里的有机物质,使污水中的有机物质被氨氧化成以NH4+为主要形态的氮化物,然后将NH4+通过硝化由细菌氧化成NO3-。
而在后续的反硝化过程中,反硝化细菌利用NO3-作为电子受体,将NO3- 还原成N2气体,同时磷元素被沉淀在活性污泥中。
2. 反硝化除磷工艺的发展历程反硝化除磷工艺的研究可追溯至上世纪60年代,当时相关研究人员在对生活污水处理过程中,意外发现生物膜反应器在净化污水时可同时达到除磷和除氮的效果,同时出水中还具有较低的有机物含量。
然而,由于当时的反硝化除磷工艺并不完善,存在的问题较多,因此直到上世纪80年代,才逐渐发展出采用前置浸出法去除COD,此后通过反硝化除磷,再加上碳源补加进一步提高除磷效果的新工艺。
随着上述工艺不断完善,反硝化除磷工艺逐步成为了当今污水处理领域中广泛应用的一种成熟工艺方法。
3. 反硝化除磷工艺的研究进展自反硝化除磷工艺被提出以来,相关领域的研究工作已经取得了许多进展,其中包括:(1) 研究采用新型碳质填料增强反硝化除磷工艺的效果新型碳质填料具有高比表面积、孔径分布均匀、生物可附着性好等特点,对于提高反硝化除磷工艺的效果具有良好的应用前景。
研究中发现,采用新型碳质填料结合生物反应器培养啮齿动物阶段污泥,反应器内的Pb2+、Cu2+等重金属离子含量分别下降了50%、74%。
(2) 研究通过温度的调节来影响反硝化除磷的效率研究发现,适当降低反硝化除磷工艺中反硝化反应的温度可以提高反应效率。
此外,在反应器中采用沼气将一些固体废弃物转化为高含量的磷酸盐,可增强反硝化除磷的效果,而不改变反应器的能源消耗情况。
反硝化过程外加新型碳源研究进展李健伟;胡晓瞳;刘勇【摘要】目前我国实际污水处理反硝化过程碳源不足,需要外加碳源以保证充分反硝化.近几年新型碳源由于成本较低,其研究发展迅速.常见的新型碳源即纤维素类碳源、工业废水和垃圾渗滤液以及一些其他物质碳源的反硝化特性总结于文中.尽管一些固体类的新型碳源对后续处理造成一定困难,部分新型碳源不适用于生活污水反硝化,但大多数新型碳源成本较低,能利用某些废弃物补充污水反硝化所需碳源,具有一定的环保效应,应用前景较为广泛.%There are insufficient carbon sources during denitrification in wastewater treatment so that external carbon source is required to ensure adequate denitrification.In recent years,new carbon source has developed rapidly due to its low cost.Characteristics of new common carbon sources included cellulose,industrial wastewater and landfill leachate,endogenous and other carbon source carbon during denitrification were summarized.Though some solid carbon sources were difficult for causing some difficulties for subsequent treatment and some did not apply to domestic wastewater,most of the new carbon sources costed low and took advantage of some wastewater to supplement carbon sources for wastewater denitrification which had some environmental effects.The new carbon sources have extensive application prospects.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2017(045)005【总页数】3页(P10-11,32)【关键词】环境科学;污水处理;反硝化;新型碳源【作者】李健伟;胡晓瞳;刘勇【作者单位】北京城市排水集团科技研发中心,北京 100044;北京工业大学环境与能源工程学院,北京 100124;北京大学人民医院,北京 100044【正文语种】中文【中图分类】X703.1目前,我国在污水处理反硝化的过程中普遍存在着碳源不足的问题,因此需要外加碳源进行补充。
中国环境科学 2011,31(5):748~754 China Environmental Science 农业废物反硝化固体碳源的优选邵留1,徐祖信2*,金伟2,尹海龙2 (1.上海海洋大学水产与生命学院,海洋科学研究所,上海 201306;2.同济大学环境科学与工程学院,上海 200092)摘要:以甘蔗渣、玉米芯、稻草、稻壳、花生壳、木屑6种农业废物作为反硝化碳源和生物膜载体的备选材料,通过各物质浸出物质元素分析、含碳量以及脱氮效果、生物附着性能等方面的比较,意在优选出适于推广的反硝化固体碳源.结果表明,6种农业废物的浸出液中均未检测出铜、铅、铬及镉,安全性较好.甘蔗渣浸出液的有机碳含量和释放速率明显高于其他材料,木屑浸出液的有机碳含量则相对最低.其中,玉米芯、稻草及稻壳表现出较强的持续供碳能力.以稻草、稻壳和玉米芯为碳源和载体的实验组硝酸盐去除率均达80%以上,而木屑实验组由于碳释放量不足、生物附着性能较差等原因导致脱氮性能较差.试验初步优选出了玉米芯、稻草、稻壳可用做替代传统液体碳源的固体碳源.关键词:农业废物;反硝化;固体碳源;优选中图分类号:X705 文献标识码:A 文章编号:1000-6923(2011)05-0748-07Optimization of solid carbon source for denitrification of agriculture wastes. SHAO Liu1, XU Zu-xin2*, JIN Wei2, YIN Hai-long2 (1.Institute of Ocean Science, College of Fisheries and Life, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China;2.College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China). China Environmental Science, 2011,31(5):748~754Abstract:Agriculture wastes including bagasse, corncob, rice hull, rice straw peanut shell and sawdust were selected as potential carbon source for denitrification. Heavy metal element such as Cu, Pb, Cr, Cd, which negatively affect the metabolism of microorganisms, were not detected. Release amount of bagasse was the highest and sawdust was the lowest. Better continuous supply of carbon was found when corncob, rice hull and rice straw were used as carbon source. Higher than 80% nitrate removal efficiency was found when corncob, rice hull and rice straw were used as carbon source. Due to low carbon release and poor adhesive performance, low nitrate removal efficiency was found when sawdust was used as carbon source. Corncob, rice hull and rice straw were, therefore, recommended as an economical and effective external carbon source for denitrification.Key words:agriculture waste;denitrification;solid carbon source;optimization利用生物反硝化工艺处理氮、磷含量较高的城市污水过程中,补加碳源是保证处理效果的手段之一.对于碳含量相对不足水体,传统方法是投加甲醇等液体碳源,该技术的弊端主要在于运输不便、成本过高以及液体碳源具有一定毒性等问题[1-3].为此,近年来相关学者纷纷提出不少替代传统工艺的反硝化碳源,如可生物降解聚合物[4-10]、农作物[11-12]、农业废物[13-18]、污泥[19]等.其中农业废物基于安全性和经济性等方面的优势,日益成为研究热点,并已取得了不错的研究成果[13].农业废物被认为是地球上最丰富的可循环利用的有机物质[20],不仅成本低廉,且能被生物降解,具有广泛的开发前景.目前已有利用农业废弃物制造生物能源、活性炭、离子交换树脂等的报道[21-27].而以农业废物作为反硝化碳源的研究较多集中在反硝化效果的报道上,对于农业废弃物的供碳机理却研究甚少.本研究以甘蔗渣、玉米芯、稻草、稻壳、花收稿日期:2010-09-25基金项目:国家自然科学基金资助项目(51008219);上海海洋大学博士启动基金项目(A2400090143);上海高校选拔培养优秀青年教师科研专项基金(ssc09003);上海市教育委员会重点学科建设项目(J50701);环境科学上海市教育高地基金(B8510100001)* 责任作者, 教授, xzx@5期邵留等:农业废物反硝化固体碳源的优选 749生壳、木屑6种材料作为反硝化外加碳源的备选材料.这6种材料均具有较高的纤维素含量,纤维素降解菌可将纤维素转化为反硝化菌可利用的碳源,使得反硝化反应顺利进行.本研究目的在于通过对不同种类农业废气物浸出物质元素分析、释碳量的比较、脱氮效果、生物附着性能等方面的研究,筛选出来源方便、费用低廉、结构稳定、脱氮效果好、副效应低的碳源,为碳源的推广提供理论支持,也为治理硝酸盐污染水体提供新的思路.1材料与方法1.1 农业废物的预处理玉米芯、稻草、稻壳、木屑、花生壳、甘蔗渣6种农业废物收购于上海市崇明县农村地区.回收后洗净、晾干,储藏于干燥箱中.整个实验使用同一批材料.1.2 农业废物浸出液元素成分的测定分别称取10g备用的6种农业废物分别加入500mL三角瓶中,加400mL水浸泡.14d后取样,使用ICP-OES(电感耦合等离子体发射光谱仪inductively coupled plasma optical emission spectrometer,美国Perkin-Elmer公司)对浸泡液进行物质元素分析.1.3 农业废物浸出液TOC及TC的测定分别称取10g备用的6种农业废物于1000mL三角瓶中,加1000mL蒸馏水浸泡.分别于第3,5,7,15d时取样,使用总有机碳分析仪(日本岛津公司TOC分析仪)测定碳源浸出液中的TOC(总有机碳)及TC(总碳)含量.1.4 碳源材料表面形态及生物附着情况的电镜扫描采用电镜扫描法对碳源材料的表面性质进行表征,以分析碳源材料的生物附着容易程度.采用S-450型(Phillips)扫描电子显微镜(SEM— —scanning electron microscope )对被选碳源材料进行表面形态及生物附着情况的观测.1.5碳源静态反硝化试验反硝化菌的培养:选取花园泥土作为接种物,加入自行配制的培养液后,25℃恒温培养,控制pH 7.2~7.5,充氮气维持厌氧环境.培养液组成:KNO3 2.0g/L,MgSO4·7H2O 0.2g/L, K2HPO40.5g/L,酒石酸钾钠20g/L.分别称取各农业废物10g放入2500mL滤嘴瓶中,加2000mL自配污水(以KNO3为氮源,K2HPO4为磷源,外加适量的微量元素)使各实验组水体硝酸盐开始浓度均为8.8mg/L;同时接种反硝化菌富集培养物20mL.按试验设定时间取样,测定水中硝酸盐浓度.2结果与讨论2.1浸出液元素物质分析由表1可以看出,历经14d的浸泡后,6种农业废弃物的浸泡液中:Cu、Pb、Cd、Cr四种金属元素的含量均低于检测限,未能检出.各浸出液As含量均<0.5mg/L,Zn含量最高的为甘蔗渣试验组,含量为 6.3mg/L.考虑到实际应用中,来水流量和流速均远远大于试验状态,因此当此类农业废弃物用做生物反硝化碳源时不会对环境安全造成影响,环境友好度较高.另外,有报道指出[28],碳源材料浸出液中的金属离子可以为反硝化过程中所需的酶提供活性中心,从而提高装置的反硝化速率.因此,6种材料作为反硝化碳源和生物膜载体去除水中的硝酸盐是安全可行的.表1 农业废弃物浸出液元素含量(mg/L)Table 1 Analysis of agriculture waste lixivium (mg/L)样品名 Cu Pb Cd Cr As Zn甘蔗渣 n.d. n.d.n.d.n.d.0.37 6.30稻壳 n.d.n.d.n.d.n.d.0.14 2.09稻草 n.d.n.d.n.d.n.d.0.20 1.90玉米芯 n.d.n.d.n.d.n.d.0.14 3.23花生壳 n.d.n.d.n.d.n.d.0.13 1.61木屑 n.d.n.d.n.d.n.d.0.08 1.69注:n.d.表示未检出2.2浸出物TC及TOC分析为考察6种碳源材料的有机物释放水平,检测了碳源浸出液中TC及TOC含量随时间的变化.750 中国环境科学 31卷图1 碳源材料浸出液TOC及TC的变化Fig.1 Chang of TOC and TC in lixivium according to time由图1可以看出,随着时间的推移,各实验组TC及TOC含量均出现不同程度的增加.试验期间备选材料释碳量大小依次为:甘蔗渣>花生壳>玉米芯>稻草>稻壳>木屑.纵观浸出液TOC 所占TC比例,发现备选材料浸出液中TOC含量均占TC的90%以上,均符合作为碳源材料的基本条件——能释放出大量有机碳.比较而言,甘蔗渣上浸出液中TC和TOC含量和其他几种材料相比高出1个数量级,高达3000mg/L以上.在释放试验开始的第1周内,甘蔗渣浸出液TC和TOC浓度随着时间的延长增长迅速,之后随着试验天数的增加,增长趋势有所放缓(图1a);花生壳浸出液中TC和TOC浓度变化曲线(图1d)与甘蔗渣类似,出现后期释碳能力降低现象,主要是因为浸泡初期,甘蔗渣和花生壳表面附着的小分子有机物大量溶出,表现为浸出液中TC 及TOC增长迅速;之后,浸出液TC及TOC的增加主要来自材料本身纤维素的分解,因此释碳5期邵留等:农业废物反硝化固体碳源的优选 751速率明显降低.从甘蔗渣和花生壳浸出液的TOC/TC变化曲线可以推论,这两种物质的供碳持续力不够,无法持续提供能源和碳源,因此不太适宜作为反硝化碳源和载体.章旻[29]通过实验得出,经过5d的反硝化反应后,以花生壳为碳源的实验组出现明显的供碳不足现象,不太适宜作为固态有机碳源.李晔等[17]同样报道花生壳不适宜作为反硝化固体碳源,其理由是以花生壳为反硝化碳源的硝酸盐去除试验,在反应开始前两天,花生壳释放有机物较快,硝酸盐去除效果较好;但1星期后,花生壳被纤维素分解菌分解溶出的有机物很少,其释碳能力出现明显不足,导致硝酸盐去除能力急剧下降.这一实验结果验证了本实验的推测.在15d的检测时间内,稻壳和稻草浸出液TC 和TOC含量均在100 ~170 mg/L之间,且浸出液TOC浓度与时间之间存在良好的线性关系;玉米芯浸出液中的TC和TOC含量变化在试验进行的第1周增长较为缓慢,之后表现出强劲的后势,随着时间的推移,浸出液中TC和TOC浓度增长迅速;图1b、图1c、图1e表明这3种材料具有较好的持续供碳能力,能较好满足其上生长的生物膜对碳源的持续需求,降低材料的更换频率.木屑浸出液中TC和TOC浓度变化同样与时间之间存在较好的线性关系,但其浸出液中增长范围很有限,第3d到15d内, TOC含量只是从67mg/L 增长到71mg/L,增长速率过慢,这主要与木屑中富含难分解的木质素有关.赵联芳等[13]研究得出,稻壳与木屑的释碳速率较为稳定,且稻壳的释碳量高于木屑,这与本研究结论一致.a bc d图2 碳源材料处理前扫描电镜图(×100)Fig.2 SEM image of agriculture waste before process(×100)a.木屑;b.玉米芯;c.稻草;d.稻壳综合分析各类碳源物质浸出液TOC和TC浓度随时间的变化趋势,甘蔗渣由于浸出液中有752 中国环境科学 31卷机碳浓度过高,达3000mg/L以上,且存在和花生壳浸出液一样的问题,即后期有机物释放能力不足,即可持续释放有机物的能力较差;考虑到备选材料的实际应用,为了避免碳源原位处理时溶解出过多有机物,造成二次污染,而有机物释放后劲不足又会导致供碳不足,因此放弃对甘蔗渣和花生壳性能的进一步研究.2.3表面形态及生物附着性能分析由图2可见,稻草表面最为光滑,总体呈片状,其上基本没有突起状结构;木屑表面较为平整,结构致密;玉米芯表面不平整,大体呈片状叠加形态,其上的纤维状结构较为明显;稻壳表面呈粒状(即具有大致相同量网的不规则形体),且中间夹杂着许多针状体.根据扫描电镜的结果可知,稻壳的表面最粗糙,玉米芯次之,之后是木屑,稻草的表面最光滑.载体表面的粗糙程度是影响微生物附着、生长的载体表面性质之一,粗糙多孔的表面有助于生物膜的形成.因此推测稻壳和玉米芯表面更易于挂膜,更适宜微生物的附着.从图3可见,各种农业废物作为反硝化碳源运行一段时间后,稻壳表面最容易附着微生物,稻草和玉米芯表面亦可见明显的菌膜存在,而以木屑表面的微生物量最少,未有明显的菌膜生长.生物膜上的微生物以球菌为主,这与周海红等[4]以可生物降解的PBS作为反硝化碳源和生物膜载体,电镜扫描显示的生物膜结构较为类似.推测生物膜上的球菌应以常见的生物反硝化菌属,即芽孢杆菌属微球菌和假单胞菌属为主,具体菌种需进一步研究鉴定.a bc d图3 碳源材料处理后扫描电镜图(×1000)Fig.3 SEM image of agriculture waste after process(×1000)a.木屑;b.玉米芯;c.稻草;d.稻壳一般认为,材料的生物附着性能与材料本身的表面特征有关,即表面粗糙程度大的材料易于生物附着.本研究结果认为,反硝化微生物在新型碳源载体上的附着性能除与材料本身的表面特5期邵留等:农业废物反硝化固体碳源的优选 753性有一定的相关性外,还与材料的供碳能力息息相关.在本研究中,木屑和稻草两者的对比就印证了该结论.在处理前,两者都均为表面较为光滑,但处理后稻草表面生物膜覆盖率要明显优于木屑.两者出现这一明显差异的主要原因是稻草的释碳速率与释碳量明显优于木屑,而充足的碳源供应为反硝化微生物的生长繁殖提供了有利的保障,因此稻草更具竞争优势.2.4静态脱氮性能由图4可以看出,稻草、稻壳和玉米芯静态脱氮试验均取得了较好的效果,试验开始后第2d,稻草实验组的硝酸盐浓度下降非常明显,由8.8mg/L降至2mg/L以下,去除率就达80%以上;稻壳和玉米芯实验组也在试验开始后第3d硝酸盐去除率均达80%以上,水体硝酸盐浓度均降至2mg/L以下.以稻草、稻壳和玉米芯为生物反硝化碳源的试验组均能在短时间内拿到较好的硝酸盐去除效果,这主要是因为3种材料释碳能力强,且有较强的持续供碳能力;木屑静态脱氮实验组效果较差,水体硝酸盐浓度始终高于5mg/L,16d后硝酸盐去除率仍未见明显增加,试验情况下仅获得25%左右的去除率.结合备选碳源浸出液TOC及TC试验可知,木屑浸出液TOC及TC浓度始终低于100mg/L,远低于稻草、稻壳和玉米芯浸出液的TOC和TC 浓度.因此,可以推断木屑静态脱氮试验组较差的脱氮效果与其浸出液有机碳浓度过低有关,即木屑实验组中反硝化碳源不足,导致反硝化反应受阻,硝酸盐去除率明显低于其他几个实验组.图4 碳源静态脱氮试验NO3--N浓度及去除率变化Fig.4 Change of nitrate removal efficiency according to time3结论3.1选取甘蔗渣、玉米芯、稻草、稻壳、花生壳、木屑6种农业废物作为反硝化固体碳源,与传统液体碳源相比,这6种碳源材料更为安全,其浸出液未检测到铜、铅、镉、铬等重金属元素.754 中国环境科学 31卷3.2甘蔗渣由于浸出液中有机碳浓度过高,达3000mg/L以上;花生壳浸出液后期的有机物释放能力不足,即可持续释放有机物的能力较差.碳源溶出物质有机物含量过高会对水体造成二次污染,而有机物释放后劲不足又会导致供碳不足,因此甘蔗渣和花生壳不适于作为反硝化碳源. 3.3脱氮试验表明,以稻草、稻壳和玉米芯为碳源和载体的实验组硝酸盐去除率均可达80%以上,而木屑实验组由于碳释放量不足、生物附着性能较差等原因导致脱氮性能较差.玉米芯、稻草、稻壳可用做替代传统液体碳源的固体碳源.参考文献:[1]曾薇,李磊,杨莹莹,等.A2O工艺处理生活污水短程硝化反硝化的研究 [J]. 中国环境科学, 2010,30(5):625-632.[2]李洪静,陈银广,顾国维.丙酸/乙酸对低能耗生物除磷脱氮系统的影响 [J]. 中国环境科学, 2008,28(8):673-678.[3]邵留,徐祖信,尹海龙.污染水体脱氮工艺中外加碳源的研究进展 [J]. 工业水处理,2007,27(12):10-14.[4]周海红,王建龙,赵璇. pH对以PBS为反硝化碳源和生物膜载体去除饮用水源水中硝酸盐的影响 [J]. 环境科学, 2006,27(2): 290-293.[5]周海红,赵璇,王建龙.利用可生物降解聚合物去除饮用水源水中硝酸盐 [J]. 清华大学学报(自然科学版), 2006,46(3): 434-436.[6]周海红,王建龙.利用可生物降解聚合物同时作为反硝化微生物的碳源和附着载体研究 [J]. 中国生物工程杂志, 2006,26(2): 95-98.[7]周贵忠,孙静,张旭,等.地下水生物反硝化碳源材料研究[J]. 环境科学与技术, 2008,31(7):4-6,10.[8]罗国芝,赖才胜,谭洪新,等.固体碳源填料床生物反应器去除水中硝酸盐的研究 [J]. 安全与环境学报, 2010,10(4):23-27. 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浅析前置反硝化脱氮技术【摘要】前置反硝化脱氮技术是一种高效的污水处理技术,通过在生化处理前引入特定微生物群,实现对氨氮的脱除。
本文首先介绍了前置反硝化脱氮技术的概述,包括其基本原理、操作流程和处理效果。
接着分析了该技术的原理,详细描述了反硝化和反硝化过程。
然后阐述了前置反硝化脱氮技术的优势,包括降低处理成本、节约能源等方面的优点。
另外还探讨了该技术在实际应用中的情况,例如在城市污水处理厂和工业废水处理中的应用情况。
最后展望了前置反硝化脱氮技术的未来发展趋势,包括技术改进、设备升级等方面。
前置反硝化脱氮技术在污水处理领域具有广阔的应用前景和发展空间。
【关键词】前置反硝化脱氮技术、概述、原理、优势、应用、发展趋势、结论1. 引言1.1 引言前置反硝化脱氮技术是一种应用广泛的污水处理技术,其在提高污水处理效率、降低成本以及减少对环境的影响等方面具有重要意义。
本文将从的角度,对该技术进行详细分析和探讨。
在我们将简要介绍前置反硝化脱氮技术的背景和意义,引起读者对这一技术的关注和兴趣。
正文部分将围绕技术概述、原理、优势、应用和发展趋势展开讨论,帮助读者更全面地了解这一技术的特点和作用。
结论部分将总结本文的观点,并展望前置反硝化脱氮技术在未来的发展方向和应用前景。
通过本文的介绍和分析,相信读者对前置反硝化脱氮技术这一重要的污水处理技术会有更深入的了解,也能够更好地认识到其在环境保护和资源利用方面的重要作用。
愿本文能为读者对前置反硝化脱氮技术有一个清晰和全面的认识,也为该技术的推广和应用提供一定的参考价值。
2. 正文2.1 前置反硝化脱氮技术概述前置反硝化脱氮技术是一种利用特定微生物在低氧条件下将硝酸盐还原为氮气的一种处理技术。
该技术通过在污水处理过程中将硝酸盐转化为氮气,从而达到脱氮的目的。
前置反硝化脱氮技术的主要原理是利用厌氧条件下的反硝化微生物,将硝酸盐还原为氮气。
这些微生物在缺氧或无氧环境下活跃,通过代谢作用将硝酸盐还原为氮气,并释放出相应的有机物质。
Ca(OH)2预处理的秸秆作为固体碳源的反硝化性能马玉霞;谭蕾蕾;沈志强;周岳溪;陈学民;伏小勇;唐含英【摘要】对水稻、小麦、玉米和高粱4种典型农作物的秸秆进行Ca(OH)2预处理,考察预处理时问和固液比对秸秆酶解产糖的影响,研究预处理秸秆作为固体碳源的反硝化性能.结果表明:与未预处理和水预处理相比,Ca(OH)2预处理秸秆酶解产糖量较高,最优预处理时间为3d,固液比为1∶30;以Ca(OH)2预处理后的水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆和高粱秸秆作为反硝化固体碳源,其反硝化速率分别为0.074、0.056、0.055和0.077 mg/(g·h),是各自未预处理时的211%、215%、239%和197%.【期刊名称】《环境工程技术学报》【年(卷),期】2017(007)002【总页数】7页(P168-174)【关键词】反硝化;秸秆;固体碳源;Ca(OH)2;预处理【作者】马玉霞;谭蕾蕾;沈志强;周岳溪;陈学民;伏小勇;唐含英【作者单位】内蒙古满洲里市环境保护监测站,内蒙古满洲里021400;中国环境科学研究院水污染控制技术研究中心,北京100012;环境基准与风险评估国家重点实验室,中国环境科学研究院,北京100012;兰州交通大学环境与市政工程学院,甘肃兰州730070;中国环境科学研究院水污染控制技术研究中心,北京100012;环境基准与风险评估国家重点实验室,中国环境科学研究院,北京100012;中国环境科学研究院水污染控制技术研究中心,北京100012;环境基准与风险评估国家重点实验室,中国环境科学研究院,北京100012;兰州交通大学环境与市政工程学院,甘肃兰州730070;兰州交通大学环境与市政工程学院,甘肃兰州730070;内蒙古环境监测中心站,内蒙古呼和浩特010011【正文语种】中文【中图分类】X703.5硝化-反硝化是目前生物脱氮的主要途径[1]。
碳源不足是低碳氮比废水生物反硝化脱氮的主要限制因素[2-3]。
农业面源污染的现状及处理方法农田尾水是指农田排水中含有的各种污染物质,如化肥、农药、泥沙等,这些污染物质会随着水流进入周围的水体中,造成水体富营养化和污染。
农田尾水的特点是具有不稳定性和不均匀性。
由于农田排水的时间、流量和污染物质的浓度都存在较大的不确定性,因此农田尾水的污染物质浓度在时间和空间上都存在较大的变化。
此外,农田尾水中的污染物质种类繁多,不同的地区和不同的农作物种植方式会导致农田尾水中污染物质的种类和浓度不同。
2农田尾水的处理方法2.1农田尾水的治理技术农田尾水的治理技术可以分为传统技术和现代技术两种。
传统技术主要包括增加土地保水能力、加强土地改良、采用旱作农业等。
这些技术虽然在一定程度上能够减轻农田尾水的污染问题,但是效果有限。
现代技术主要包括生态工程技术、化学处理技术、物理处理技术等。
生态工程技术包括湿地处理、植物净化等,能够有效地去除农田尾水中的污染物质。
化学处理技术主要包括吸附、沉淀、氧化等,可以将污染物质转化成无害物质。
物理处理技术主要包括筛选、过滤、沉淀等,能够去除农田尾水中的悬浮物和泥沙等杂质。
2.2农田尾水的利用农田尾水的利用可以分为农业利用和非农业利用两种。
农业利用主要包括灌溉、养殖等。
将农田尾水用于灌溉,可以提高土地的肥力和水分利用率,降低农业生产成本。
将农田尾水用于养殖,可以提供养殖场所需要的水源,降低养殖成本。
非农业利用主要包括工业用水、城市供水等。
将农田尾水用于工业用水,可以减轻地下水的开采压力,降低工业生产成本。
将农田尾水用于城市供水,可以增加城市的供水量,缓解城市用水紧张的局面。
3结论农业面源污染已经成为水体污染的主要来源之一,对水体质量和农业生产都造成了严重的影响。
因此,需要采取有效的治理措施,包括加强农业生产管理、推广生态农业、采用现代治理技术等。
同时,还需要探索农田尾水的利用途径,将其转化为资源,为农业生产和城市发展提供支持。
农村面源污染具有排放量年内变化大、路径随机、排放区域广泛等特点。
碳源种类对农村污水反硝化过程脱氮效果的影响碳源是反硝化过程中必需的有机物,可以促进反硝化菌的生长和活性。
不同种类的碳源对农村污水反硝化过程的脱氮效果产生不同的影响。
以下将详细说明不同碳源对反硝化过程脱氮效果的影响。
1.简单碳源:简单碳源是指易于生物降解的碳源,如乙醇、乙酸、丙酮等。
这些碳源容易被反硝化菌进行利用,且能够迅速提供能量和有机物的需求。
在适量添加的情况下,简单碳源可以促进反硝化菌的生长和增殖,并提高反硝化活性,从而加速反硝化过程的进行。
然而,过量添加简单碳源可能导致过多的有机物负荷,产生过多的VFA(挥发性脂肪酸),从而抑制反硝化菌的生长,减少脱氮效果。
2.复合碳源:复合碳源是指由多种有机物组成的碳源。
常见的复合碳源包括水稻秸秆、转基因作物秸秆、蔗渣等。
这些复合碳源具有较高的碳含量,易于生物降解,且能够提供多种有机物的需求。
复合碳源在反硝化过程中可以同时提供碳源和营养物质,促进反硝化菌的生长和活性。
与简单碳源相比,复合碳源有更持久的作用,可以提高反硝化系统的稳定性和抗干扰能力。
3.低碳氮比碳源:低碳氮比碳源是指碳含量相对较低,碳氮比较小的有机物。
典型的低碳氮比碳源包括进口苔麻、红树林等。
这些碳源在反硝化过程中能够提供较少的碳源,但相对较高的氮源。
虽然低碳氮比碳源无法提供充足的碳源,可能导致反硝化菌的能量不足,但它们的氮源含量可以提高系统中反硝化菌的氨氧化活性,从而增强反硝化过程的脱氮效果。
4.流动碳源:流动碳源是指在反硝化过程中以流动方式添加的碳源。
常用的流动碳源包括碳酸钙、甘油等。
流动碳源通过与废水混合,并沿反硝化系统的流动方向逐渐释放,可以提供梯度碳源的需求。
这种梯度碳源可以使反硝化菌在不同位置形成不同的菌群结构和代谢特点,从而提高系统脱氮效果。
综上所述,碳源种类对农村污水反硝化过程的脱氮效果产生重要影响。
适量添加简单碳源和复合碳源可以提高反硝化菌的生长和活性,促进反硝化过程的进行;低碳氮比碳源和流动碳源具有一定的氮源效应,可以增强反硝化过程的脱氮效果。
以农业废弃物作为反硝化脱氮固体碳源的研究现状
摘要综述利用农业废弃物作为反硝化固体碳源的国内外研究现状,结果表明,利用固态碳源作为碳源可以有效地去除硝态氮,反硝化效果明显,中间产物积累量不明显,而且其廉价易得,可长期使用。
关键词固态碳源;反硝化;农业废弃物
中图分类号 x712 文献标识码 a 文章编号 1007-5739(2009)07-0248-01
近年来,由于人为活动不当,水体受氮素污染危害正日益严重。
在众多的脱氮技术中,生物反硝化脱氮以其高效、安全、价廉、易于管理与操作、不会产生二次污染、可大范围应用等优点而广受关注。
研究发现,碳源对反硝化除氮效果有重要影响,目前研究较多的是液态碳源,如甲醇、乙醇、葡萄糖等,但液态有机碳反应速度快,导致需要经常补充碳源,且未完全反应的液态有机碳也可能造成地下水污染,从而引起更多学者将目光转移到纤维素碳源的研究上。
研究发现,纤维素物质固态有机碳有缓效释放的特点,且廉价易得;在其失去效能后,又较容易去除和处置,不会对环境产生二次污染。
1 国内研究现状
检索相关文献发现,目前国内关于利用农业废弃物作为反硝化固体碳源的研究较少。
国内学者研究的有棉花、麦秆和棉花。
棉花、麦秆因对环境无害,操作简单,廉价易得,使得在反硝化脱氮实际
运用中成为可能。
而稻壳含有大量的粗纤维、木质素、矿物质等,质地坚硬,具有大量毛细孔结构和细小孔隙,有较大的比表面积,易于微生物附着,耐降解,是一种良好的固定化载体,对应用于反硝化除氮工程较为适合。
金赞芳等(2004)研究发现,以棉花为碳源的除氮反应器启动快。
在室温(25±1)℃,进水硝酸盐氮浓度为22.6 mg/l、水力停留时间不小于9.8h时,硝酸盐氮可以完全去除,出水未检出亚硝酸盐。
在反应进行过程中,棉花也被消耗掉。
徐锁洪等(2001)以稻壳固定反硝化菌能有效去除水中的硝酸盐,降解率为5.9mg/l·h,去除率达到91.6%,稻壳培养反硝化菌的最适ph值和温度分别是7.6和30℃。
刘江霞等(2008)研究了以麦秆为碳源去除地下水中硝酸盐的影响因素,发现反硝化反应受温度及水力停留时间影响大。
28℃时氮的去除量约33℃的3倍。
当室温为(27±1)℃、进水硝酸盐氮浓度为50mg/l、水力停留时间56.85h 时,反应器对氮的去除率在94.64%以上;当水力停留时间为12h时,氮的去除率<50%。
同时当ph值为6.7时,氮的去除率最高,达90%以上。
麦秆在反硝化过程中可以逐渐完全被利用。
2 国外研究现状
相对于国内对于反硝化固体碳源的研究,国外对固体碳源的选择则较为多样,包括淀粉、蟹壳、植物残体以及植物提取液等,且针对不同碳源其研究内容也有所不同。
willie jones b等[1]比较了以廉价木屑和小麦秸秆作为反应介质与价格较高的kaldnes塑料颗粒处理高氮废水的效果。
在小麦秸
秆和木屑反应器中其反硝化速率分别达到了(1 360±40)gn/m3·d 和(1 360±80)gn/m3·d,而塑料颗粒中的脱氮效率仅为(1 330±70)gn/m3·d。
出水氨氮浓度未检测到,亚硝态氮浓度大约为2.0mg/l。
在140d的试验中,木屑和小麦秸秆分别消耗了总量的16.2%和37.7%。
现今,根据固体碳源在水体中的溶解与否将固体碳源分为可溶性与不溶性固体碳源,像麦秆、木屑等就属于不溶性的,而像淀粉、蟹壳质等就是水溶性的,对于二者是否一样具有促进脱氮功能,yong-seok kim等[2]以可溶解性淀粉作为碳源,结果发现,在碳∶氮在2.5~3.0之间时,反硝化可完成彻底。
在碳∶氮=2.58、hrt=1h时,硝态氮的去除率达到99.5%。
mary ann robinson-lora 等(2008)发现,蟹壳质可以有效促进水体的反硝化作用。
蟹壳质中的蛋白质会迅速降解,从而引起初始阶段氨氮和碳素的急剧释放,与此同时,蟹壳中的碳酸钙也在缓慢持续释放中,从而可以控制试验过程中ph值一直接近于9。
批式试验中,反硝化速率达到了(24±0.2)mgn/l·d。
由于它的颗粒小,无膨胀性,并且以浆状传输,因此利用蟹壳质作为地下水反硝化脱氮的电子供体具有现实可行性。
但是,可溶性固体碳源与不溶性固体碳源并不是绝对区分的,有研究者就将固体碳源转化为液体碳源后应用于脱氮试验研究。
j.b.k.park等[3]将未经预处理的植物废料萃取出富含有机碳的溶液,利用它作为有机碳源处理富氮废水(硝态氮含量大于300mg/l)。
此时发现,碳∶氮对出水水质有影响。
首先当有机碳与氮的使用量
为3∶1,硝态氮去除率大于95%,出水硝态氮浓度一直低于20mg/l。
但出水bod5含量大于140mg/l。
因此,试验选择了新的碳氮比2∶1,硝酸盐去除率达到85%,最终出水硝酸盐含量低于45mg/l,并且bod5小于25mg/l。
结果证明了该“固体”碳源对反硝化除氮是一种可靠的碳源,且控制碳源使用量可以降低水体bod含量。
不管是何种碳源,当使用不当时就会产生并不期望的中间产物。
一氧化二氮是反硝化作用不完全时的中间产物,该气体是与二氧化碳、甲烷一样的温室气体,如若碳源选择不好导致反硝化不完全产生大量的一氧化二氮,则会产生二次污染。
sami ullah等[4]研究了棉花在增强反硝化活性以及控制释放气体中一氧化二氮∶氮气
比率中的作用,结果发现:棉花修复区对反硝化速率的增强作用达到了自然完整森林土壤的水平。
在修复区一氧化二氮∶氮气降低33%,与自然完整区的释放率之间的区别并不明显。
修复区的反硝化速率比未修复区高出1~6倍。
这个发现
表明,将棉花应用修复密西西比河低谷硝酸盐污染,可大大缩短修复时间。
3 展望
综上所述,某些农业废弃物因其独特的结构特性作为反硝化脱氮的碳源具有可观的应用前景。
尽管使用固体碳源促进反硝化除氮有众多优点,但如果使用不当,则会造成水体中bod含量超标,并容易引起反硝化中间产物积累,产生二次污染等问题。
以后可进一步从以下几方面来展开研究:①选择固体碳源作为反硝化碳源的原因
之一就是其不会像液体碳源一样需要时时添加;但是,不同种类固体碳源的使用寿命并不相同,且在不同水体环境中其损耗速率也不同,以后可着手研究不同种类、不同情况下固体碳源的使用寿命。
②固体碳源使用过量时会造成水体bod值升高,选择合适的使用量也是今后工作的一个方向。
③如何控制do含量,既有利于固体有机物分解,也有利于反硝化脱氮的条件要求。
4 参考文献
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[4] sami ullah,stephen p e of cotton gin trash to enhance denitrification in restored forested
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