氨氮污染地下水的动态实验研究

目的研究浑河流域水文地球环境化学特征对地下水中氮表现形式的控制机理,为地下水修复与水源开发建设提供科学的理论指导.方法通过室内动态实验模拟污染河流中的氨氮渗入地下后的迁移转化过程.实验土柱中装填入浑河流域第四纪松散沉积物在110 m深的钻孔地质剖面中有代表性的岩层,通过间歇监测水样中氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、铁离子、锰离子、氯离子、高锰酸盐指数、pH值等指标随时间的变化,分析三氮转化的机理及周围环境因素对其的影响作用.结果研究结果表明在地下水pH<7,高含量铁、锰离子所营造的还原性环境中氨氮是污染地下水的主要氮素形态.用统计的方法分析各指标变化趋势发现:氨氮与环境中的锰、高锰酸盐指数呈正相关;与硝酸盐氮负相关.结论区域水文地球化学场与饱水岩层的岩性和结构对氮转化的方向有决定作用.     

氯、亚氯酸盐控制氯胺消毒管网硝化作用效果

采用2台串联环状生物膜培养反应器(biofilm annular reactor,BAR)模拟氯胺消毒给水管网系统,通过对余氯、NH4+-N、NO2--N、NO3--N、DO、异养菌(heterotropic,HPC)及亚硝化菌(amnoniu-oxidizing bacteria,AOB)等指标进行检测,共同评价氯和亚氯酸盐2种消毒剂对氯胺消毒管网中硝化作用的控制效果.试验结果表明,出厂水再投氯消毒可造成NH4+-N降解,使得NO2--N和NO3--N产生积累;再投亚氯酸盐更易提高管网中余氯和DO的质量浓度,使得NO2--N和NO3--N质量浓度降低,可有效地控制硝化作用;与投加氯消毒时相比,投加0.6 mg/L亚氯酸盐时,第1台BAR中悬浮和生物膜中HPC分别平均降低了2.58 log和2.86 log,悬浮及生物膜中AOB降低约1 log,亚氯酸盐能对AOB起到控制灭活效果而等量氯对其几乎没有灭活效果.因此,在控制管网硝化作用方面,亚氯酸盐与氯胺联用的消毒效果优于氯与氯胺.     

常温低氨氮污水生物滤池部分亚硝化的实现

采用火山岩活性生物陶粒滤料反应器,在常温(8～25℃)、低ρ(NH4+-N)(60～90 mg/L)条件下,通过控制曝气,实现了NO2--N的积累,系统启动后NO2--N的累积率大于80%.结果表明:DO控制是实现亚硝化的主要途径,而游离氨(FA)抑制可作为优选氨氧化细菌(AOB)的辅助途径,水力停留时间(HRT)的调整是控制亚硝化比例的主要手段;间歇运行条件下,ρ(NH4+-N)、ρ(NO2--N)和ρ(NO3--N)的变化均具有零级反应动力学特征,且NH4+-N的转化速率为4.32 mg/(L.h),NO2--N与NO3--N的积累速率分别为3.05、0.40 mg/(L.h),根据此规律,将实现部分亚硝化的HRT确定为9～14 h.     

氮负荷对短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物膜系统脱氮性能的影响

短程反硝化作为厌氧氨氧化反应基质亚硝酸盐(NO2--N)获取的新途径,近年来受到广泛关注.短程反硝化与厌氧氨氧化耦合的污水脱氮工艺具有重要应用潜力.然而,城市污水基质浓度较低且波动频繁,有效实现厌氧氨氧化菌持留与富集是该工艺稳定脱氮的关键.针对上述问题,构建了基于生物膜的短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺,采用2种结构不同的生物填料为载体,对比系统长期脱氮性能,重点考察氮负荷降低过程中系统氮素转化规律及菌群活性变化,深入分析生物膜胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)产生特性.结果表明,以含氨氮(NH4+-N)与硝酸盐氮(NO3--N)废水为处理对象,乙酸钠为有机碳源,分别采用聚氨酯海绵填料(R1)和聚乙烯空心环填料(R2)成功构建了短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物膜系统.进水NH4+-N与NO3--N由150 mg/L逐渐降低至50 mg/L、氮负荷由0.6 kg/(m3·d)降为0.2 kg/(m3·d)时,R1和R2维持高效稳定脱氮,低负荷阶段平均总氮(TN)去除率分别为87.6％和83.6％.厌氧氨氧化作用始终为主要脱氮途径,其占两系统TN去除的贡献率分别高达98.2％和97.4％.生物膜短程反硝化速率随氮负荷减少而降低,但高NO2--N积累特性未受影响,R1系统NO2--N积累效率达到95.1％且高于R2(89.8％),其厌氧氨氧化活性降低程度小于R2,表明聚氨酯填料更适合低负荷下该工艺长期运行.低负荷下微生物分泌更多EPS,蛋白质含量增加有助于系统应对氮负荷变化.综上,短程反硝化耦合厌氧氨氧化生物膜工艺处理低基质废水时具有稳定高效的重要优势,为解决厌氧氨氧化应用的瓶颈问题提供了新方法,具有研究意义和应用价值.     

氯、二氧化氯对氯胺消毒管网硝化作用控制效果对比

采用2台串联BAR模拟给水管网系统,通过对余氯、NH4+-N、N02-N、NO3--N、DO、HPC及AOB等指标检测,评价氯和二氧化氯2种消毒剂对氯胺消毒管网中硝化作用的控制效果.研究结果表明:二氧化氯比等量氯更易提高管网中余氯质量浓度和DO质量浓度;氯消毒阶段NH4+-N降解,NO2--N和NO3--N积累,而投加二氧化氯后可有效控制硝化作用;与投加氯消毒相比,投加等质量浓度(0.6 mg/L)二氧化氯时,第1台BAR中悬浮和生物膜中HPC分别降低了2.54 log和1.63 log,悬浮及生物膜中AOB降低约1 log;二氧化氯能对AOB起到控制灭活效果而等量氯对其几乎没有灭活效果,在控制供水管网硝化作用方面,二氧化氯与氯胺联用的消毒效果优于氯与氯胺.     

粪便生态厕所高温好氧堆肥过程中气态氨的释放特性

粪便好氧堆肥过程中氮元素的损失问题主要是氨气NH3释放,是关乎堆肥产物肥效的重要问题.实验设计小型密闭好氧堆肥反应器,进行了一系列的批实验,研究粪便高温好氧堆肥过程中NH3释放的特性.结果:在高温堆肥时,累积的氨态氮NH3-N的增加主要发生在堆肥第1 d,总量达到约0.81g.NH3-N释放速率呈现出先迅速增加之后迅速减少并接近环境背景的两个阶段.NH3释放与氮的迁移转化密切相关,氮的迁移转化也主要发生在堆肥的第1d.总氮Ntot损失约17%(约0.90g),主要是无机氮Nino的迅速减少(约0.89g),有机氮Norg几乎没变.Nino中的铵态氮NH4+-N(占无机氮94%以上)迅速减少,亚硝态氮NO2--N几乎消失,硝态氮NO3--N增加量与NO2--N减少量持平.物料衡算说明氨气挥发是氮损失的主要原因,且主要集中在堆肥初期.NH3挥发量主要取决于NH4+-N浓度和温度.高温加快了NH4+-N挥发,使得NH3-N释放时间缩短、总量小、较为集中.高温抑制了Norg氨化,减少了NH4+-N的生成,减少了NH3挥发,最终氮的损失减少.研究表明:高温虽然加快了NH3的挥发,但抑制了Norg氨化,使得总的NH4+-N挥发减少,氮的损失减少.NH3挥发是氮损失的主要原因,高温时在堆肥初期(第1d)控制好NH3挥发是控制氮损失的有效阶段1.     

氨氮与亚硝酸盐对含铁锰地下水生物净化影响

为明确氨氮与亚硝酸盐氮对生物除铁锰性能及锰氧化细菌(MnOB)的影响,采用具有成熟除铁锰能力的中试生物滤柱与SBR反应器进行实验．结果表明：氨氮与亚硝酸盐均不影响滤柱除铁效果;进水亚硝酸盐氮质量浓度为0.1,0.2,0.3和0.7 mg／L时,滤柱除锰效果不受影响,SBR实验结果进一步表明亚硝酸盐能促进MnOB氧化锰能力;氨氮的存在可抑制MnOB氧化锰能力,但对成熟滤柱,进水氨氮质量浓度为1.2,2.2 mg／L时,这种抑制作用不能恶化除锰效果,直至氨氮质量浓度提高至4.5 mg／L时,出水锰质量浓度开始超标．对于生物滤池的启动,可首先接种硝化细菌至硝化过程建立之后,再接种MnOB以减弱氨氮对其的不利影响．     

两级逆向垂直潜流人工湿地去除营养物的效能

采用两级逆向垂直潜流人工湿地去除污水中的营养物质.一级人工湿地以连续流方式进水,NH4-N平均去除率为30%,TP平均去除率为62%,硝化和反硝化作用不明显.二级人工湿地中,NH4-N平均去除率为98.6%,TP去除率为100%;硝酸盐氮平均为19.5mg/ L.二级人工湿地进行的是硝化过程,而少有反硝化过程.     

萃取膜生物反应器去除地下水硝酸盐

地下水硝态氮(NO3--N)污染已成为世界性的环境问题,而且污染日趋严重,成为饮用水净化的难题之一.本研究采用中空纤维萃取膜生物反应器进行反硝化去除地下水中的硝酸盐,该反应器反硝化区与产品水分离、出水不受微生物污染,而且扩散速率快、硝酸盐去除速率快.试验装置设两级反应器,其中,一级反应器主要起预处理作用,去除地下水中溶解氧,为二级反应器内的反硝化细菌提供良好的生长环境.本试验整个系统硝态氮去除速率达到了3.36 g.m-2.d-1,相应的出水硝态氮浓度为9.76 mg.L-1,二级反应器硝态氮去除速率达到5.46 g.m-2.d-1,一级反应器硝态氮最大去除速率为0.4 g.m-2.d-1左右.     

饱水岩层生物地球化学特征与氮转化

目的研究浑河流域第四纪松散岩层构成的潜水中较高铁锰含量对浅层地下水氮转化的影响。方法运用水文地球环境化学理论，结合现场取样和室内实验，研究了地下水中铁锰对氮转化的化学及生物作用的机理．对浑河支流的细河近岸饱水层110m深度剖面岩土的地球化学指标和微生物分别进行了测定和培养鉴定．结果研究结果表明在岩土呈弱酸性的条件下。随着剖面深度的变化。微生物指标和地球化学指标相互之间表现出显著的相关性，曲线的峰值段和波动段大部分相吻合．结论岩性以及原生铁锰普遍含量较高的生物地球化学环境对地层中氮转化的主导控制作用显著，表现为岩土中氨态氮含量高．此项研究将为修复微污染地下水。探讨区域环境系统氮演变趋势提供技术支持．