自养反硝化技术研究进展
硫自养反硝化技术研究现状与发展趋势
硫自养反硝化技术研究现状与发展趋势近年来，环境污染越来越严重，硝酸盐的排放受到重视。
硝酸盐的增加会对环境产生深远影响，例如空气污染、水体破坏、土壤污染等。
为了抑制硝酸盐排放，研究人员致力于开发新型环保技术，其中最有前景的技术就是硫自养反硝化技术。
本文就硫自养反硝化技术的研究现状和未来发展趋势进行综述。
硫自养反硝化技术是利用微生物无需外加硫源的形式，运用介质中自身的硫原子或酸化硫离子作为能源的一种生物反硝化技术。
硫自养反硝化技术具有无需外添加能源，低能耗，耗费少量空间，投资低廉，成本易承受，处理效果显著等优势，在国外已经在水处理、污水处理等领域受到重视并得到深入开发。
尽管如此，硫自养反硝化技术在我国还处于初级阶段。
虽然发表了大量论文，对硫自养反硝化技术有了一定的认识，但仍有局限性。
包括硝酸盐分解途径缺乏全面认识，硫自养反硝化技术的微生物选择、功能演变和应用研究还处于探索阶段，硝化微生物在低硝酸盐库中的动态变化尚不清楚等问题存在。
为解决这些问题，近几年来，关于硝酸盐的硫自养反硝化技术得到了国内外研究机构的重点关注，研究成果不断丰富，相应的技术也得到了快速发展，取得了一定成果。
在实际应用方面，硫自养反硝化技术受到越来越多的关注，它已经成为现代污水处理中一种非常有效的技术方法，在污水处理等实际开发中取得了良好的效果。
目前，硫自养反硝化技术在我国的应用尚且起步缓慢，但随着人们对环境保护日渐重视，硫自养反硝化技术在我国也将会获得迅速发展。
展望未来，硫自养反硝化技术将进一步完善，尤其是技术较为复杂的实际应用，在专业化、规模化等方面还需要不断改进。
例如，硝酸盐系统中提高硫生物转化效率，如果能更加有效地降低硝酸盐的浓度，可以使它更好地适应现实需求。
通过进一步开发真细胞和活性物质等方法，硝酸盐的处理效果可以得到更好的改善。
综上所述，硫自养反硝化技术在污水处理领域具有重要的经济意义，其研究现状与发展趋势尤为值得重视。
硫自养反硝化在工业废水处理中的研究进展
硫自养反硝化在工业废水处理中的研究进展硫自养反硝化在工业废水处理中的研究进展引言工业废水中的氮污染对环境和人体健康造成了严重的威胁。
传统的氮移除方法主要包括硝化和脱氮（硝化+反硝化），然而，这些方法存在着高处理成本、需氧量大等缺点。
相比之下，硫自养反硝化因其低成本、低需氧量和高抗冲击负荷能力等优势，已逐渐成为一种备受关注的工业废水处理技术。
本文将对硫自养反硝化在工业废水处理领域的研究进展进行综述。
硫自养反硝化原理硫自养反硝化是利用硫氧化细菌（如厌氧氨氧化细菌、厌氧硫氧化细菌等）将废水中的硫酸盐还原为硫化物的过程，产生的硫化物随后被反硝化微生物还原为氮气。
该过程涉及多种微生物群落的共生作用，形成了一个复杂的微观生态系统，因此研究硫自养反硝化的微生物种类和相互作用对于提高废水处理效果具有重要意义。
硫自养反硝化在工业废水处理中的应用硫自养反硝化在工业废水处理中的应用主要涉及纸浆与造纸、石油炼制、石化、化工等行业。
这些行业的废水中通常含有较高浓度的硫酸盐，硫自养反硝化成为一种理想的废水处理技术。
例如，在造纸废水处理中，研究表明硫自养反硝化技术比传统的氨氧化-反硝化工艺更为经济高效。
此外，在石油炼制和石化行业，硫自养反硝化技术也展示了广阔的应用前景，并取得了显著的降低氮排放的效果。
硫自养反硝化的关键影响因素1. 温度：温度是硫自养反硝化过程中的一个关键影响因素。
一般来说，适宜的温度范围为20-40℃，过高或过低的温度会抑制微生物的活性，从而影响废水处理效果。
2. 溶解氧浓度：硫自养反硝化是一个需氧过程，溶解氧的浓度对反硝化过程的进行有重要影响。
通常情况下，溶解氧浓度应在合适的范围内，既不能过高也不能过低。
3. 电子供体和受体：硫自养反硝化过程需要电子供体和受体的参与。
常见的电子供体包括硫化氢、亚硫酸盐等，而受体主要为硝酸盐。
控制电子供体和受体的浓度是实现有效硫自养反硝化的关键。
硫自养反硝化的优势和挑战硫自养反硝化技术具有以下几个优势：低成本、耐冲击负荷、无需外部添加碳源、废水中无需添加药剂等。
硫自养反硝化在工业废水处理中的研究进展
硫自养反硝化在工业废水处理中的研究进展硫自养反硝化是一种重要的工业废水处理方法，通过利用硫自养微生物的代谢活动，将废水中的硝酸盐和硫酸盐还原为氮气和硫化物，从而达到净化废水的目的。
近年来，硫自养反硝化在工业废水处理中的研究取得了一系列进展，本文将对其研究进展进行综述。
首先，我们来了解一下硫自养反硝化的基本原理。
硫自养反硝化是指一类能够同时利用硫酸盐和硝酸盐作为电子受体的微生物，在缺氧条件下进行代谢活动。
这类微生物通常存在于含有硫化物的环境中，比如硫矿区、硫酸盐还原区等。
在这种代谢过程中，硫自养微生物通过还原硫酸盐产生硫化物，同时利用硝酸盐作为电子受体，还原为氮气。
这种代谢过程不仅能够同时去除硫酸盐和硝酸盐，还能够生成无害的氮气，从而有效净化废水。
近年来，研究人员通过对硫自养微生物的筛选和培养，成功获得了多种优良的硫自养微生物菌株。
这些菌株在工业废水处理中表现出了良好的去除硫酸盐和硝酸盐的能力。
例如，一些研究人员通过从硫矿区土壤中筛选获得的微生物菌群，实现了对含有高浓度硫酸盐和硝酸盐废水的高效处理。
另外，一些研究人员还通过优化培养条件，提高了硫自养微生物的活性和代谢效率，从而进一步提高了工业废水处理效果。
此外，一些研究人员还通过改进硫自养反硝化的反应系统，进一步提高了废水处理的效果。
例如，研究人员开发了一种基于连续流动反应器的硫自养反硝化系统，利用该系统可以有效控制废水处理过程中的氧化还原环境，从而优化硫自养微生物的生长和代谢。
此外，研究人员还利用微生物电化学技术改进了硫自养反硝化系统，实现了对废水中硝酸盐和硫酸盐的同时去除，并利用微生物产生的电荷进行能量回收。
除了基础研究外，一些应用方面的研究也取得了一定的进展。
例如，一些研究人员在硫自养反硝化中加入了脱氮颗粒污泥，在实际废水处理中实现了氨氮、硝酸盐和硫酸盐的同时去除。
另外，一些研究人员还将硫自养反硝化与其他废水处理技术相结合，如生物膜法、植物处理法等，进一步提高了废水的处理效率。
硫自养反硝化过程中氧化亚氮释放研究进展
硫自养反硝化过程中氧化亚氮释放研究进展徐㊀薇1㊀赵日祥1∗㊀刘华超1㊀韩㊀强2㊀梁风超1(1.济南市市政工程设计研究院(集团)有限责任公司,济南250002;2.山东电力工程咨询院有限公司,济南250013)摘要:氧化亚氮(Nitrous oxide ,N 2O )是一种强效温室气体并会发生光化学反应,严重破坏臭氧层㊂而硫自养反硝化作为一种新型的污水处理工艺,反应过程中N 2O 的释放问题近年来逐渐被国内外研究学者关注㊂为全面了解硫自养反硝化过程中N 2O 的释放机制以实现N 2O 减量化排放,研究介绍硫自养反硝化过程中N 2O 的产生机理㊁影响因素(电子供体㊁电子受体㊁硫氮比㊁污泥龄以及pH 等)㊁数学模型及控制N 2O 排放的具体措施㊂同时,根据目前硫自养反硝化过程中N 2O 研究现状,提出硫自养反硝化工艺未来的研究方向可从电子供体的选择㊁中间产物分析㊁模型改进以及菌种优化等几个方面展开㊂通过进一步深入研究,为N 2O 排放量的削减以及污水处理行业的可持续发展提供理论基础和科学依据㊂关键词:硫自养反硝化;氧化亚氮;产生机理;影响因素;数学模型REVIEW OF N 2O PRODUCTION FROM SULFUR-BASED AUTOTROPHIC DENITRIFICATIONXu Wei 1㊀Zhao Rixiang 1∗㊀Liu Huachao 1㊀Han Qiang 2㊀Liang Fengchao 1(Jinan Municipal Engineering Design &Research Nstitute(Group)Co.,Ltd,Jinan 250101,China)Abstract :Nitrous oxide (N 2O)is an important greenhouse gas which can seriously damage the ozone layer by a series ofchemical reactions.Sulfur autotrophic denitrification is a new type of wastewater treatment technology.The problem of N 2Oproduction in sulfur-based autotrophic denitrification has received increasing attention in the recent years.In order to better understand the mechanism of N 2O production,this review summarized the pathway of N 2O production,the factors (electron donor,electron donor,electron acceptor,S /N ratio,pH,sludge retention time and so on ),mathematical modeling,andcontrol measures.Furthermore,the future research directions of sulfur autotrophic denitrification,such as selection of electrondonors,intermediates analysis,model improvement,and strain optimization,were summarized and prospected to provide theoretical basis for the reduction of N 2O emission and the sustainable development of wastewater treatment industry.Keywords :sulfur-based autotrophic denitrification;nitrous oxide;mechanisms of N 2O production;factors;mathematical modelin㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2019-10-14第一作者:徐薇(1979-),女,硕士研究生,主要研究城市水污染控制与防治及城市内涝防治等㊂40648089@qq.coom ∗通信作者:赵日祥(1989-),男,硕士研究生,主要研究水污染控制与防治等㊂1140601287@0㊀引㊀言氧化亚氮(Nitrous oxide,N 2O)是重要的温室气体,化学性质稳定,大气中可稳定存在121年左右,温室效应约为CO 2的265倍[1]㊂N 2O 与平流层臭氧等物质发生光化学反应,导致臭氧层破坏[2]㊂目前,大气中N 2O 仍以每年0.2~0.3%的速率不断升高[3]㊂研究表明,生物脱氮过程是N 2O 一个重要的人为排放源,约占人为排放量的3.2%左右,其释放量有日益增高的趋势[4,5]㊂因此,污水生物脱氮过程中N 2O的释放问题已不容忽视㊂目前,已有大量国内外专家学者对污水生物脱氮过程中N 2O 产生机理和影响因素进行详细研究[6-10],但其研究方向主要集中于硝化过程和异养反硝化过程中N 2O 的释放情况,而关于硫自养反硝化过程中N 2O 的释放机理及影响因素等方面的研究较少㊂硫自养反硝化因其污泥产量低,无需碳源(或少量碳源)等优点,近来已逐渐引起人们的关注[11-13]㊂但相关研究表明,硫自养反硝化过程中,也发现了N 2O 的积累和释放,其释放量占总氮负荷的0.5%~ 0.9%[14,15]㊂因此,深入了解硫自养反硝化过程中N2O产生机理及影响因素,对硫自养工艺的广泛应用具有重要意义㊂本文针对硫自养反硝化过程中N2O的产生机理㊁影响因素及相关数学模型进行综述㊂探讨引起N2O积累的原因,并提出相应的改进措施和方法,控制N2O的排放量㊂同时,针对目前硫自养反硝化过程中N2O释放研究存在的问题,提出该领域进一步研究的方向,为后续的研究提供思路和参考㊂1㊀硫自养反硝化过程中N2O的产生机理与异养反硝化脱氮过程相似,硫自养反硝化脱氮过程也分为四步,即硝态氮-亚硝态氮-NO-N2O-N2㊂N2O也是硫自养反硝化过程中一个重要中间产物㊂一般情况下,硫自养反硝化细菌在缺氧或者厌氧条件下利用各种反硝化酶(硝酸盐还原酶(Nar)㊁亚硝酸盐还原酶(NiR)㊁一氧化氮还原酶(Nor)和氧化亚氮还原酶(Nos)将污水中的硝态氮(NO-3)或亚硝态氮(NO-2)经一氧化氮(NO)㊁N2O最终还原化为氮气(N2)[16]㊂在此过程中,NO和N2O的还原速率大于NO-3和NO-2的还原速率,因此,反应过程中生成的N2O会很快被还原为N2[17]㊂4种酶对环境的敏感度存在差异,尤其NOS易因环境变化,造成N2O至N2的还原效率降低,引起N2O积累释放[18]㊂研究发现硫自养反硝化过程中,对Nos产生抑制的因素有电子供受体类型㊁底物负荷和浓度㊁硫氮比(S/N)㊁游离亚硝酸(FNA)㊁硫化氢(H2S)㊁pH等㊂此外,在Ottowia 等人[19]发现硫自养反硝化系统中,存在Nos缺失,导致N2O累积与释放㊂2㊀影响N2O产生与释放的主要因素针对硫自养反硝化及传统异养反硝化的研究,总结N2O产生的原因及影响因素㊂论文结合最新科研进展,首先从氧化还原反应物角度分析,以电子供体与受体类型展开分析,探讨硫自养反硝化过程不同电子供体与受体类型对反硝化过程中N2O的产生与释放的影响㊂其次结合工艺运行条件下,不同的S/N 以及pH等影响因素,探讨硫自养反硝化过程中N2O 的产生与释放㊂通过对国内外相关研究,总结硫自养反硝化过程中N2O的产生与释放的影响因素,从而为后续相关研究提出思路与方向㊂2.1㊀电子供体硫自养反硝化包括两种类型,一种以硫(或硫化物)为单一电子供体的硫自养反硝化,另一种为硫(或硫化物)和有机物(甲醇㊁乙醇㊁乙酸盐等)为混合电子供体自养-异养协同反硝化㊂1)硫及硫化物㊂以单质硫为电子供体时,产生的N2O相对较少㊂Zhang等采用N15元素追踪技术研究以单质硫为电子供体还原NO-3,检测N2O的产生量㊂表明:进水中NO-3最终几乎转化为N2,N2O产生量仅占总氮去除负荷的0.3~0.6%㊂与异养反硝化相比,该过程N2O 的产生量可忽略不计[15,20]㊂以硫化物为电子供体时,因其为毒性物质,对生化反应存在抑制效应,随硫化物浓度升高,易造成Nos活性降低,导致N2O累积与释放㊂Sørensen等人的研究表明,硫化物抑制NO和N2O的还原过程,其中对N2O还原抑制更加强烈[21]㊂Pan等人研究发现硫化物浓度越高,Nos活性越低,而硫化物对Nos的抑制还与pH有关㊂当保持硫化物浓度为2.0mg S/ L,pH=7时,Nos活性为原来的7%,而当pH=8.5时,Nos活性为原来的35%㊂表明硫化物对Nos的抑制是硫化物浓度和pH共同作用的结果[22]㊂硫化物以S2-㊁HS-及H2S三种离子形式,当pH=7.0~8.5时,污水中硫化物主要以H2S和HS-的形式存在,因此对Nos产生抑制的主要是H2S,而非S2-㊂2)单质硫和COD㊂单质硫和有机物协同反硝化具有以下三种优势:异养反硝化产生的碱和硫自养反硝化产生的酸实现互补,维持pH稳定,可降低硫自养反硝化过程中硫酸根的产量[23]㊂因此,现有关于硫自养-异养协同反硝化的研究主要以单质硫和有机物混合培养模式为主㊂文献表明:硫自养-异养协同反硝化过程中的N2O产量主要跟有机物的种类和浓度有关[24,25]㊂不同碳源条件下微生物种群结构存在一定差异,部分微生物无Nos或对N2O的代谢能力较弱,更易引起N2O积累[26,27]㊂另外,微生物对外加碳源的适应情况不同,基质投加后易被微生物利用,N2O还原能力好;部分基质不易被微生物利用,需较长时间适应,从而影响N2O的还原[27,28]㊂因此,电子供体的合理选取对优化硫自养反硝化过程及减少N2O的释放具有重要的意义㊂2.2㊀电子受体硫自养反硝化过程中常见电子受体为NO-3和NO-2,其中,大部分研究以NO-3为电子受体㊂文献表明,不同电子受体在不同条件下对N2O还原效力不同[20,24,25]㊂Kim等人采用硫填充床反应器研究硫自养-异养协同反硝化去除效率及N2O的释放情况㊂结果显示:当进水NO-3浓度为1500mg N/L时,N2O 的产量占进水NO-3浓度的25~40%,而当NO-3浓度减至750mg N/L时,无N2O产生[29]㊂Liu等人[25]发现,当NO-3浓度在30~35mg N/L之间,N2O增幅不明显,而当其浓度从35mg N/L增加到65mg N/L 时,N2O的释放量大幅度增加,继续增加NO-3浓度, N2O产量不再增加㊂Fajardo研究以NO-2为电子受体时N2O的释放情况㊂结果表明,反硝化过程中存在N2O的积累现象㊂试验中进水硫化物浓度低于其对Nos的抑制阈值,推测N2O的积累是NO-2的抑制所致[29]㊂其中,相比于NO-3,高浓度NO-2更易引起N2O 的积累,这主要是因为NO-2在较低pH下会产生FNA,而FNA对Nos活性有抑制作用[7]㊂由此可见, N2O释放量随着NO-2浓度的升高而升高㊂2.3㊀S/N在硫自养反硝化工艺运行中,S/N是影响反硝化效率和N2O产量的一个重要因素㊂S/N过高,硫化物会被氧化为硫酸盐,导致硫酸盐含量超标[29],而过量硫化物会抑制Nos活性,造成N2O产量增加;S/N过低,电子供体不足,反硝化还原酶间电子竞争加剧,N2O产量降低㊂Yang等人采用颗粒污泥自养反硝化装置,研究随S/N比不同粒径颗粒污泥反硝化过程产N2O的还原和积累㊂结果表明:提高初始S/N,有效缓解还原酶之间的电子竞争, N2O与NO-3的降解速度显著提高,减少N2O的积累与释放㊂在长期运行反应装置中,当S/N从2.1降至1.4时,N2O的释放量从14.1ʃ0.5ppmv上升到3707.4ʃ36.5ppmv[22]㊂综上可知,在一定范围内,提高S/N有利于减少N2O释放㊂2.4㊀pHpH不但可以改变微生物代谢途径,而且对污水处理系统中的某些重要物质(FNA㊁硫化物等)的存在形态及浓度产生影响㊂Nos的最适宜的pH为8,pH 过高或者过低均会影响其活性,导致N2O的还原被抑制[30]㊂硫化物在污水中以S2-㊁HS-以及H2S三种形式存在,其主要存在形式与pH值有关㊂Pan[22]的研究表明:在反硝化过程中,导致N2O积累的主要是H2S,当pH较低时,污水中硫化物主要以H2S的形式存在㊂同时,pH越低,系统中FNA积累量越多,而FNA与N2O的积累量呈正相关㊂综上可知,较低的pH易对N2O的还原产生抑制㊂3㊀N2O产生过程数学模型为全面了解硫自养反硝化过程中N2O的释放原理及影响因素,国内外专家学者采用数学模型模拟微生物和基质在该过程中的动态特征[25,31]㊂Liu等人以单质硫和硫化物为电子供体,模拟反硝化过程中N2O的释放规律,模型揭露硫自养反硝化过程中N2O 的变化规律,指出N2O的积累是由于硫自养反硝化过程中N2O还原速率过低造成㊂Liu等人模拟硫自养-异养协同反硝化产N2O原因和影响因素,结果表明,养反硝化N2O还原速率过低导致硫自养-异养协同反硝化过程中N2O的积累,而提高进水COD浓度可以减少N2O的释放量[25]㊂综上模型预测结果与实测值呈现出良好的一致性,客观反映N2O在反硝化过程中变化规律和影响因素,于国内外学者了解N2O生成机制及转化机理具有重要的理论指导意义㊂同时,改进的模型还可用于模拟预测实际污水处理厂N2O释放情况,为污水生物脱氮工艺的优化及污水处理行业的可持续发展提供理论基础和科学依据㊂4㊀N2O减排控制策略目前关于硫自养反硝化工艺被广泛用于研究与应用[32,33],由于硫自养反硝化过程中影响N2O释放的因素比较多,易导致N2O的积累和排放㊂为控制N2O的释放和硫自养反硝化相关工艺的可持续发展,应采取适当措施,实现N2O减量化排放㊂结合目前关于硫自养反硝化产N2O的研究,减量化策略主要从以下几个方面展开㊂1)运行条件优化㊂在硫自养反硝化过程中,N2O的释放量依赖于环境的物理及化学条件,主要包括基质类型和浓度㊁S/ N㊁pH以及SRT等㊂研究表明,适宜的运行条件可促进反硝化顺利进行,避免N2O的释放㊂前文所述基质浓度较低,S/N㊁pH较高以及合适的碳源利于降低N2O的释放量㊂因此在实际运行过程中应加强优化以上条件,控制N2O的排放㊂2)微生物结构调控㊂微生物群落是影响硫自养反硝化过程N2O产生的关键因素之一㊂在众多微生物中,有一部分微生物缺少N2O还原酶,仅将NO-3(NO-2)还原为N2O,易导致N2O的积累㊂因此,可通过调控运行参数或向系统中投加特定基因工程菌,淘汰掉以N2O为最终产物的菌群,富集N2O产量小的菌群,从而降低N2O的释放[34]㊂5㊀结㊀论硫自养反硝化中N2O的释放是一个非常复杂的过程,既涉及到已知和未知的中间产物,又涉及到各种酶的参与㊂因此,该过程很容易受到外界环境的影响,导致N2O的积累㊂目前,关于硫自养反硝化产N2O的研究还处于起步阶段,亟待加大和深入㊂基于硫自养反硝化过程中N2O累积的研究现状和存在问题,未来可以从以下方面开展研究:1)研究硫自养反硝化过程中其他中间产物(比如NO)的产生机理以及对N2O的抑制情况㊂2)在自养-异养协同反硝化系统中,筛选合适的碳源类型并确定其浓度,保证既不浪费碳源的前提下实现N2O的最小量排放㊂3)收集各污水处理厂监测数据,改进现有数学模型,将模型应用到不同的实际工艺中,实现理论和实践的统一㊂4)从分子生物学角度深入研究硫自养反硝化过程中微生物群落结构特点,并进一步优化菌种,筛选出N2O产量小,脱氮效率高的优势菌种㊂参考文献[1]㊀IPCC.Climate change2013:the physical science basis:WorkingGroup I contribution to the Fifth assessment report of theIntergovernmental Panel on Climate Change[M].Cambridge.England:Cambridge University Press,2014.[2]㊀RAVISHANKARA A R,DANIEL J S,PORTMANN R W.Nitrousoxide(N2O):the dominant ozone-depleting substance emitted inthe21st century[J].Science,2009,326(5949):123-125. [3]㊀SUN S,CHENG X,SUN D Emission of N2O from a full-scalesequencing batch reactor wastewater treatment plant:characteristicsand influencing factors[J].International Biodeterioration&Biodegradation,2013,85:545-549.[4]㊀耿军军,王亚宜,张兆祥,等.污水生物脱氮革新工艺中强温室气体N2O的产生及微观机理[J].环境科学学报,2010,30(9):1729-1738.[5]㊀张静蓉,王淑莹,尚会来,等.污水短程硝化反硝化和同步硝化反硝化生物脱氮中N2O释放量及控制策略[J].环境科学,2009,30(12):3624-3629.[6]㊀KIM D J,KIM Y Effect of Aeration on Nitrous Oxide(N2O)Emission from Nitrogen-Removing Sequencing Batch Reactors[J].Journal of Microbiology and Biotechnology,2013,23(1):99-105.[7]㊀ALINSAFI A,ADOUANI N,BÉLINE F,et al.Nitrite effect onnitrous oxide emission from denitrifying activated sludge[J].Process Biochemistry,2008,43(6):683-689.[8]㊀SUN S,CHENG X,LIU Y,et al.Influence of operational modesand aeration rates on N2O emission from urban sewage treatmentusing a pilot-scale sequencing batch reactor[J].InternationalBiodeterioration&Biodegradation,2013,85:539-544. [9]㊀PAUDEL S R,CHOI O,KHANAL S K,et al.Effects oftemperature on nitrous oxide(N2O)emission from intensiveaquaculture system[J].Science of the Total Environment,2015,518/519:16-23.[10]㊀ZHOU Y,OEHMEN A,LIM M,et al.The role of nitrite and freenitrous acid(FNA)in wastewater treatment plants[J].WaterResearch,2011,45(15):4672-4682.[11]㊀SAHINKAYA E,KILIC A,DUYGULU B Pilot and full scaleapplications of sulfur-based autotrophic denitrification process fornitrate removal from activated sludge process effluent[J].WaterResearch,2014,60:210-217.[12]㊀FAJARDO C,MOSQUERA-CORRAL A,CAMPOS J L,et al.Autotrophic denitrification with sulphide in a sequencing batchreactor[J].Journal of Environmental Management,2012,113:552-556.[13]㊀LIU H,JIANG W,WAN D,et al.Study of a combinedheterotrophic and sulfur autotrophic denitrification technology forremoval of nitrate in water[J].Journal of Hazardous Materials,2009,169(1/3):23-28.[14]㊀YANG W,ZHAO Q,LU H,et al.Sulfide-driven autotrophicdenitrification significantly reduces N2O emissions[J].WaterResearch,2016,90:176-184.[15]㊀ZHANG L,ZHANG C,HU C,et al.Denitrification of groundwaterusing a sulfur-oxidizing autotrophic denitrifying anaerobic fluidized-bed MBR:performance and bacterial community structure[J].Applied Microbiology and Biotechnology,2015,99(6):2815-2827.[16]㊀王亚宜,周东,赵伟,等.污水生物处理实际工艺中氧化亚氮的释放:现状与挑战[J].环境科学学报,2014,34(5):1079-1088.[17]㊀WICHT H A model for predicting nitrous oxide production duringdenitrification in activated sludge[J].Water Science&Technology,1996,34(5/6):99-106.[18]㊀刘秀红,杨庆,吴昌永,等.不同污水生物脱氮工艺中N2O释放量及影响因素[J].环境科学学报,2006,26(12):1940-1947. [19]㊀SPRING S,JACKEL U,WAGNER M,et al.Ottowia thiooxydansgen.nov.,sp.nov.,a novel facultatively anaerobic,N2O-producing bacterium isolated from activated sludge,and transfer ofAquaspirillum gracile to Hylemonella gracilis gen.nov.,comb.nov[J].International Journal of Systematic and EvolutionaryMicrobiology,2004,54:99-106.[20]㊀PARK J H,SHIN H S,LEE I S,et al.Denitrification of high NO-3-Ncontaining wastewater using elemental sulfur:nitrogen loading rateand N2O production[J].Environmental Technology,2002,23(1):53-65.(下转第377页)。
城镇污水处理厂硫自养反硝化深度脱氮研究
城镇污水处理厂硫自养反硝化深度脱氮研究城镇污水治理是解决城市环境污染的重要课题之一。
污水处理厂是常见的处理城市污水的设施，其中的硫自养反硝化深度脱氮工艺是一种高效处理污水中氮污染物的方法。
本文旨在介绍城镇污水处理厂硫自养反硝化深度脱氮技术，并探讨其工艺原理、优缺点及应用前景。
一、工艺原理硫自养反硝化是指利用污水中的硫化物氧化产生硫酸根离子，进而与污水中的硝酸根离子发生反应生成氮气的过程。
硫自养反硝化深度脱氮工艺是在传统硝化反硝化工艺的基础上引入了硫自养反硝化过程，通过硫酸盐的还原作用实现对硝酸根离子的去除，从而达到深度脱氮的目的。
二、优点1.高效脱氮：硫自养反硝化深度脱氮工艺能够在一定程度上提高污水处理厂对氮污染物的去除效率，有效减少对环境的氮排放。
2.节约能源：由于硫还原反应是一种自养自发的过程，不需要额外的外部能源供应，相比传统硝化反硝化过程，硫自养反硝化深度脱氮工艺能够更节约能源。
3.减少化学药剂的使用：传统的硝化反硝化工艺中需要使用大量化学药剂来促进硝化和反硝化反应，而硫自养反硝化深度脱氮工艺利用硫酸盐的还原作用，可以减少对化学药剂的依赖，降低运行成本。
三、缺点1.工艺参数的调控要求较高：硫自养反硝化深度脱氮工艺需要对不同硫酸盐的浓度、C/N比、DO浓度等工艺参数进行精确的控制和调节，这对操作人员的技术要求较高。
2.硫自养反硝化对硫酸盐的依赖性强：硫自养反硝化深度脱氮工艺需要污水中含有足够的硫酸盐供反应使用，如果硫酸盐浓度较低，反硝化效果可能会下降。
3.处理后的污泥处理难度较大：硫自养反硝化深度脱氮工艺会产生大量含有硫酸根离子的污泥，污泥处理成为一项难题，需要采取适当的处理措施。
四、应用前景硫自养反硝化深度脱氮工艺作为一种高效而节能的污水处理方法，具有广阔的应用前景。
未来，随着技术的不断进步和推广应用，硫自养反硝化深度脱氮工艺将在城镇污水处理中得到更广泛的应用。
同时，研究人员还可以进一步探索工艺参数的优化和硫自养反硝化机理的深入研究，为进一步提高硫自养反硝化深度脱氮工艺的效率和稳定性提供更可靠的理论依据。
铁基质自养反硝化去除水中硝酸盐污染物的研究 (1)
文章编号：１００７‐２２８４（２０１４）１１‐００５９‐０４铁基质自养反硝化去除水中硝酸盐污染物的研究王弘宇１，张惠宁１，吕 斌２，杨 开１（１．武汉大学土木建筑工程学院，武汉４３００７２；２．武汉纺织大学环境工程学院，武汉４３００７２） 摘 要：传统的生物脱氮技术是通过投加有机碳源作为电子供体，利用异养反硝化微生物，经过硝化反硝化过程，将硝酸盐还原为氮气。
近年来以铁基质为电子供体的自养反硝化菌的发现，为生物脱氮领域引入了全新的概念和思路。
铁基质自养反硝化的实现是以ＮＯ－３作为电子受体，单质铁或Ｆｅ（Ⅱ）作为电子供体，通过微生物的氧化还原反应获取能量的新型代谢途径。
概述了目前国内外对铁基质自养反硝化菌的研究现状及反应机理，并就铁自养反硝化微生物应用于污水处理领域的前景进行了展望。
关键词：铁基质；自养反硝化；生物脱氮 中图分类号：Ｘ１７２ 文献标识码：ＡＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＮｉｔｒａｔｅＲｅｍｏｖａｌｂｙＦｅ-ｄｅｐｅｎｄｅｎｔＡｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃＤｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎＢａｃｔｅｒｉａＷＡＮＧＨｏｎｇ-ｙｕ１，ＺＨＡＮＧＨｕｉ-ｎｉｎｇ１，ＬÜＢｉｎ２，ＹＡＮＧＫａｉ１（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７２，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕｈａｎＴｅｘｔｉｌｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｍｏｖａｌｏｆｎｉｔｒａｔｅｕｔｉｌｉｚｅｓｈｅｔｅｒｏｔｒｏｐｈｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔｔｈｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｄｅｎｉ‐ｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｔａｇｅｓｔｏｃｏｎｖｅｒｔｎｉｔｒａｔｅｔｏｎｉｔｒｏｇｅｎｗｉｔｈｔｈｅｅｘｔｒａｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｓａｓｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｎｄｏｎｏｒ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ａｂｒａｎｄ-ｎｅｗｃｏｎｃｅｐｔａｎｄｍｅｎｔａｌｉｔｙｆｏｒｔｈｅｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｎｉｔｒｏｇｅｎｒｅｍｏｖａｌａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｗｉｔｈｓｅｖｅｒａｌｉｓｏｌａｔｅｄｓｔｒａｉｎｓｏｆＦｅ-ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ．ＩｔｉｓａｎｅｗｄｉｓｃｏｖｅｒｙｏｆｍｉｃｒｏｂｉａｌｍｅｔａｂｏｌｉｓｍｔｈａｔｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｕｔｉｌｉｚｅＮＯ－３ａｓｅｌｅｃｔｒｏｎａｃｃｅｐｔｏｒｓａｎｄＦｅｏｒＦｅ（Ⅱ）ａｓｅｌｅｃｔｒｏｎｄｏｎｏｒｓａｎｄｇｅｔｅｎｅｒｇｙｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎｆｏｒｇｒｏｗｔｈ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆＦｅ（Ⅱ）-ｄｅｐｅｎｄｅｎｔａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａａｒｅｒｅｖｉｅｗｅｄ，ａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅｓｅｂａｃｔｅｒｉｕｍａｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｆｅ-ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ；ａｕｔｏｔｒｏｐｈｉｃｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ收稿日期：２０１４‐０２‐２６基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１００８２３９；５１３７８４００）；湖北省自然科学基金资助项目（２０１３ＣＦＢ２８９；２０１３ＣＦＢ３０８）。
废水中硝酸盐的硫自养反硝化工艺处理研究与进展
废水中硝酸盐的硫自养反硝化工艺处理研究与进展王旦梅;周琪【摘要】含氮化肥的大量使用和生活、工业等废水的排放与不当处理会造成水体中硝酸盐浓度急剧上升,引起水体富营养化等环境问题,甚至危害人体健康.文中介绍了硫自养反硝化工艺在去除废水中硝酸盐方面的研究与应用,包括分析工艺优缺点、针对工艺缺陷提出解决方案,并阐述了硫自养反硝化工艺与其他工艺相结合的研究进展.同时结合硫铁矿在含水层中生物修复硝酸盐的成功案例,综述了硫铁矿作为反硝化电子供体处理污染水体中硝酸盐的可能性以及处理过程中存在的问题和今后发展.未来硫铁矿作为填料的湿地系统进行反硝化脱氮是可行的.%Excessive use of nitrogenous fertilizers in agricultural activities and inappropriate treatment and emissions of waste waters result in a tremendous increase in the nitrate concentration,and causing eutrophication and other environmental problems for both surface water and groundwater ecosystems and even causing risk to human health.The paper presents a compilation of various autotrophic ways of sulfur denitrification,addresses their advantages and drawbacks,put forward the solutions towards the factors of adverse impact on the wastewater and analyses the research progress of stdfur and sulfide autotrophic denitrification technologies combined with various reactors and other processes.Meanwhile,the paper explores the possibility of pyrite as electron donor in nitrate treatment combined with its successful casesof nitrate bioremediation in the aquifer and discusses the existing problems and future development.Pyrite,as a novel filter material insidethe wetland system,is feasible in the nitrogen removal by denitrification in the future.【期刊名称】《净水技术》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】6页(P32-37)【关键词】硫化物;自养反硝化;结合工艺;硫铁矿;研究与进展【作者】王旦梅;周琪【作者单位】同济大学环境科学与工程学院,上海200092;同济大学环境科学与工程学院,上海200092【正文语种】中文【中图分类】X522自然水体中硝酸盐浓度的增加会引起水体富营养化、有毒赤潮、沿海地区生物栖息地恶化等环境问题[1]。
硫自养反硝化的研究进展
第51卷第7期 辽 宁 化 工 Vol.51，No. 7 2022年7月 Liaoning Chemical Industry July，2022收稿日期： 2022-02-10 硫自养反硝化的研究进展周小翔，律泽（沈阳建筑大学， 辽宁 沈阳 110000）摘 要：硫光合自养反硝化技术是一个应用于处理氮氧化物和硫污染废物, 而不需另外加入有机碳源的工艺技术, 成为一种可行性非常高的工艺技术。
在硫光合自养反硝化的过程中, 会受不同的电子供体、pH、温度、DO、HRT值等各种因素的影响。
为此, 对上述各种的影响原因做出了比较细致的解析,并总结了主要工艺参数对硫光合自养反硝化过程的调控影响规律, 经过对比分析, 总结了主要工艺参数对硫自养反硝化的调控影响规律，通过比较分析，认识到当前的挑战和未来可行应用的需求，扩大其应用范围。
关 键 词：硫自养反硝化； 工艺参数； 脱氮除硫； NO2-中图分类号：X703.1 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2022）07-1013-03随着时代的变迁，硫自养反硝化技术的种种优势，伴随着科技的发展而越来越具有代表性，得到了充分的展现。
且硫自养反硝化工艺不需外加碳源，避免了二次污染、产泥量少、降低了运行费用等特点而更有优势。
因此，硫自养反硝化工艺相比较其他工艺具有操作简单、应用广泛等特点。
本文通过总结国内外学者对硫自养反硝化技术的研究，通过比较分析，从而完善硫自养反硝化的进程，扩大其应用范围。
1 硫自养反硝化原理硫自养反硝化技术是指将无机化能营养型、光能营养型的硫氧化细菌保持在缺氧或厌氧条件下，同时将还原硫（S0、S2-、S2O32-）和硝酸盐作为电子供体和电子受体后，既可以将其还原为氮气，也能够去除含硫化合物，完成自养反硝化过程。
以下为单质硫、硫化物以及含硫化合物为电子供体完成硫自养反硝化过程，如式：1.10S+NO3-+0.76H20+0.40CO2+0.08NH4+→0.08C5H702N+0.50N2+1.10SO42-+1.28H+。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
上海 200092; 4. 新泰市自来水公司 , 山东 新泰 271200)
[摘要 ] 介绍了近年来水体硝 酸盐 污染 的原因及危害 , 阐述了反硝化技术的特点及主 要原 理 , 综述了以硫及氢为电 子供体的自养反硝化技术的发展及运用 , 探讨了其今后的研究方向和前景 。 [关键词 ] 硝酸盐 ;自养反硝化 ;氢气 ;硫 ;废水处 理 [中图分 类号 ] X 52 [文献标识码 ] A [文章编号 ] 1006 - 1878 ( 2010) 03 - 0225 - 05
2 010 年第
3 0卷第
3期
化 工 环 保 EN V IRONM EN TAL PRO TEC TION O F CH EM ICAL
IN DU STR Y
·22 5·
自养反硝化技术研究进展
张彦浩 1 , 杨 宁 2 ,谢 康 3 , 刘建广 1 , 亓 华 4
硝化技术 。前者是以投加有机物 (甲醇 、乙醇 、醋酸
等 )作为 反硝化基 质来解 决地下 水的贫 营养性 问
题 , 是饮用水反 硝化领域中研究 较为广泛的技术 ,
单位体积反 应器 的处理量大 。但存在成本 高及残
留的有机基质的二次污染问题 [ 2, 3 ] ; 后者是以无机
碳 (如 CO23 - 和 H CO3- )为 碳源 , 主要 以无机物 (如
术在近年来备受关注主要得益于其三大优点 : ( 1 )
以无机物作为 电子供体 , 无产生残余有机 物之虞 ;
( 2)无需额外投加有机碳源 , 从而降低了运行及投
资成本 ; (3 )自养型细菌增长率低 、降低了出水的生
物污染的风险 。自养反 硝化技术迎合 了地下水中
营养贫乏、碳和氮的质量比低 的特点 , 适宜于被污
(1. Co lle ge of M unic ipa l and Env ironm enta l Enginee ring, S handong J ianzhu U n ive rs ity, J inan Sha ndong 250101, C hina; 2. Sha ndong M eta llurg ic a l D esign Insti tu te C o. L td. , J inan S handong 250103, C hina; 3. S tate K ey L abora tory of Pollution C ontrol and R e sou rce R euse, C ol lege of Env ironm enta l S c ie nce a nd Enginee ring, Tong ji U niversity, S hangha i 200092, C hina; 4. W a ter W orks of X in ta i, X in ta i S handong 271200, C hina)
水中硝酸盐的污染问 题在近年来受到 越来越
多的关注 ,特别是饮用水中硝酸盐浓度过高会诱发
水体产生一些亚硝胺类的致癌物质 ,导致新生儿易
患高铁血红蛋白症 (又称“蓝婴综合症 ”)。硝酸盐
的污染主要来自于农业生 产中化肥农药的 过多使 用 、工业和生活废水的排放 ,分为异养反硝化技术和自养反
Resea r ch Pr ogr esses in A u to tr op h ic D en itr if ica t ion Techn olog ies
Zhang Yanhao1 , Yang N ing2 , X ie Ka ng3 , L iu J ianguang1 , Q i H u a4
A b s t ra ct: The causes and ha rm s of n itrate p o llu tion of w a ter bod ies in recent years are introduced. The cha racteris tics and p rincip les of den itrification techno lo gies are rev iew ed. The developm en t and app lication of au to troph ic denitrification techn o log ies us ing hyd rogen or su lfu r as electron ic d ono rs a re summ arized. The research d irections an d the p rosp ects of au to trop h ic den itrification techno log ies a re d iscussed. K ey w o rd s: n itrate; au to trop h ic d en itrification; hy d rogen; su lfu r; w astew a ter trea tm en t
H2 , S2-
, S 2 O32 -
,
F e,
Fe2 +
,
N
H
+ 4
等
)作 为硝酸盐还 原
的电子供体完成微生物的新陈代谢 ,将硝酸盐还原
为氮气 。这一过程与同步硝化 反硝化自养 工艺中
©
的反硝化亦有不同 , 同步硝化反硝化适宜于原水中
含高氨氮的废水且反硝化是从
N
O
2
开始 ,
直接反硝
化为 N H4+ ,其反应机理尤为复杂 [ 4 ] 。自养反硝化技
染地下水源的原位脱氮处理 。
[收稿日期 ] 2009 - 10 - 20; [修订日期 ] 2009 - 12 - 18。 [作者简介 ] 张 彦浩 ( 1975—) , 男 , 河南 省南 阳市 人 , 博士 , 讲师 ,研 究 方 向 为 水 污染 控 制 及 其 资 源 化 。电 话 0531 86361 856,电邮 sd zy h66@ 126. com。 [基金项目 ] 国 家水体 污染 控制 与治 理科 技重 大专 项课 题 ( 20 08 ZX0 742 2 - 0 01 ) 。