纳米零价铁耦合微生物体系还原脱氮技术研究进展
《改性纳米零价铁和奥奈达希瓦氏菌协同去除废水中Cr(Ⅵ)的研究》
《改性纳米零价铁和奥奈达希瓦氏菌协同去除废水中Cr(Ⅵ)的研究》改性纳米零价铁与奥奈达希瓦氏菌协同去除废水中Cr(Ⅵ)的研究一、引言随着工业化的快速发展，重金属污染已成为全球性的环境问题。
其中，铬（Cr）作为典型的重金属污染物，其六价态（Cr(Ⅵ)）因其高毒性和高迁移性而备受关注。
有效去除废水中的Cr(Ⅵ)是环境保护领域的重要任务。
传统方法如化学沉淀、吸附、离子交换等虽有一定效果，但往往存在处理效率低、成本高或产生二次污染等问题。
近年来，改性纳米零价铁（M-nZVI）和微生物协同技术因其高效、环保的特性，在重金属废水处理中受到广泛关注。
本文旨在研究改性纳米零价铁与奥奈达希瓦氏菌（Shewanella oneidensis）的协同作用，探讨其去除废水中Cr(Ⅵ)的机理及效果。
二、研究方法1. 材料与试剂实验所使用的改性纳米零价铁由特定方法制备，奥奈达希瓦氏菌购自微生物菌种库。
实验所用药品及试剂均为分析纯。
2. 实验装置与方法实验装置包括反应器、pH计、紫外分光光度计等。
在一定的环境条件下，将M-nZVI与奥奈达希瓦氏菌分别或同时加入反应器中，对含Cr(Ⅵ)废水进行处理。
通过改变反应条件（如pH值、反应时间、M-nZVI与奥奈达希瓦氏菌的比例等），观察Cr(Ⅵ)的去除效果。
三、实验结果与分析1. M-nZVI与奥奈达希瓦氏菌的单独处理效果实验结果显示，M-nZVI和奥奈达希瓦氏菌均能有效地去除废水中的Cr(Ⅵ)。
其中，M-nZVI通过还原作用将Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ)，进而形成沉淀去除；而奥奈达希瓦氏菌则通过生物还原作用将Cr(Ⅵ)转化为生物可利用的形态，并进一步转化为细胞成分。
2. M-nZVI与奥奈达希瓦氏菌的协同作用当M-nZVI与奥奈达希瓦氏菌同时存在时，两者的协同作用能显著提高Cr(Ⅵ)的去除效率。
通过分析发现，M-nZVI提供的电子有助于奥奈达希瓦氏菌的生长和代谢，而奥奈达希瓦氏菌的生物还原作用则能加速M-nZVI表面的电子传递过程，从而促进Cr(Ⅵ)的还原。
零价铁还原脱氮技术研究进展
零价铁还原脱氮技术研究进展刘新超;贾磊;俞勤;何群彪;刘志刚【摘要】针对生物脱氮技术的缺点,对单纯零价铁及零价铁与生物耦合还原脱氮的效果、反应条件以及减少零价铁钝化现象的方法等进行了综述,以期为现有的污水处理厂升级改造提供理论依据和设计运行参数参考.同时为零价铁与生物耦合系统的研究方向提出了建议.【期刊名称】《四川环境》【年(卷),期】2016(035)004【总页数】5页(P118-122)【关键词】零价铁;还原;脱氮;生物耦合【作者】刘新超;贾磊;俞勤;何群彪;刘志刚【作者单位】同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海200092;上海市环境科学研究院,上海200233;同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司,上海200092;同济大学城市污染控制国家工程研究中心,上海200092;同济大学城市污染控制国家工程研究中心,上海200092【正文语种】中文【中图分类】X703.1在过去几十年内，我国污水处理的重点是去除能引起黑臭现象的有机污染物，而忽略对氮污染物的去除。
由于氮是藻类生长的限制因子之一，因此大量未经处理或处理不充分的含氮废水的外排，引起藻类过度繁殖，导致水体富营养化。
此外，含氮废水对地下水的污染也逐渐增加，而作为重要饮用水源的地下水一旦受到氮污染，会导致高铁血红蛋白症的发生，同时肿瘤以及出生缺陷也与之有关。
随着氮污染问题的日益尖锐化以及公众环境意识的加强，越来越多的国家和地区都制定了相当严格的污水氮排放标准和不同等级的实施规划。
就我国来说，很多省市对于城镇污水处理厂氮的排放标准也从一级B标准(对应-N=8或15(温度低于12℃))提高到一级A标准(对应-N=5或8(温度低于12℃))，甚至更高。
我国现有运行的污水处理厂很大一部分为常规活性污泥二级处理工艺，虽然对BOD5的去除率可达到90%以上，但脱氮率一般仅为10%～40%，出水总氮多超过一级A排放标准。
随着排放标准的提高，很多现有城镇污水处理厂已经开始进行脱氮工艺的改造，新建的污水处理厂也在建设前重点考虑了脱氮功能，如采用A/O[1-2]、A/A/O[3]、CAST[4]工艺等。
零价铁还原协同微生物降解处理化工废水的研究
９ ０ 以上 ， 出水 Ｃ ＯＤ质 量 浓度 基 本 低 于 １ ０ ０ ｍｇ ／ Ｌ， ＮＨ３ 一 Ｎ去除率在 ８ Ｏ ～９ Ｏ ， 出 水 ＮＨ。 一 Ｎ质量浓度 在 ２ ０ ｍ ｇ ／ Ｌ以下， 出 水 对
氯硝基苯 、 对氯苯胺质量浓度分别在 ０ ． ５ ８ ～４ ． ０ ８ 、 ０ ． ６ ８ ～５ ． ８ ８ ｍｇ ／ Ｌ， 出水 水 质 符 合 《 江苏 省化学工业 主要水污染物 排放标准 》 （ Ｄ Ｂ
李 昂 等 零 价 铁 还 原 协 同微 生物 降解 处 理 化 工 废 水 的研 究
零价铁还原协 同微生物降解处理化工废水 的研究
李 昂 李 燕。 王璐璐 。
（ １ ． 徐州市环境保护科学研究所 ， 江 苏 徐 州 ２ ２ １ ０ ０ ６ ； ２ ． 中国矿业大学环境与测绘学 院， 江 苏 徐 州 ２ ２ １ １ １ ６ ；
３ ． Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ Ｂ ｒ ａ ｎ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｔ ｙ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ ０ ３ ０ ０ ０ ０ ）
ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｇ ｒ ａ ｄ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｕ ｌ ａ ｒ ｐ ｏ ｌ ｌ ｕ ｔ ａ ｎ ｔ（ ｐ － ｃ ｈ ｌ ｏ ｒ ｏ ｎ ｉ ｔ ｒ ｏ ｂ ｅ ｎ ｚ ｅ ｎ ｅ ） ｗａ ｓ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ
纳米零价铁的制备技术及其应用研究进展
( 1. Institute of Coal Chemical Industry Technology of Ningxia Coal Industry Co. , Ltd, China National Energy Group,
Yinchuan 750001, China; 2. College of Chemistry and Chemical Engineering, Ningxia University, Yinchuan 750001, China)
下,加入螯合 配 体 EDTA,用 NaBH 4 还 原 FeSO 4 合 成
了 nZVI 颗粒,用于焦炉含酚废水降解,发现在 1 h 内
可有效降解苯酚 70% ~ 75% ,化学需氧量 ( COD) 降低
了近 33% 。 Jia 等 [ 14] 采用液相还原法制备了 nZVI,并
研究 35 ℃ 厌氧消化 过 程 中 不 同 浓 度 的 nZVI 对 沼 气
prospects in environmental remediation. However, the large-scale application of nZVI is limited by its easy oxidation,
agglomeration and low mechanical strength. This paper systematically compared the characteristics of mechanical method, gas
60 ~ 80 nm 均匀分布,但 因 nZVI 极 易 被 氧 气 氧 化,制
氯乙烯的去除率 均 高 于 工 业 可 用 的 nZVI 颗 粒,分 析
本 [ 15-20] 。
微生物-微米零价铁工艺的脱氮效果及机理
微生物-微米零价铁工艺的脱氮效果及机理
薛江鹏;莫治新;李有文;蔡吉祥;张怡萍;查向浩
【期刊名称】《化工环保》
【年(卷),期】2022(42)6
【摘要】采用微生物-微米零价铁(mZVI)工艺脱除水中氮。
与单独微生物或mZVI 工艺相比,微生物-mZVI工艺的脱氮效果最好。
在废水pH为7.0、初始硝酸盐氮质量浓度为25.00 mg/L、mZVI投加量为0.20 g/L的条件下,加入驯化好的复合微生物BP350菌液50 mL/L室温下反应5 d,硝酸盐氮去除率达100%,氨氮和亚硝酸盐氮的总生成率为5.00%。
ESEM表征结果显示,mZVI在水中为微生物生长提供了附着基质,增大了微生物与废水的接触面积,有效防止了微生物流失。
高通量测序结果表明,甲基娇养杆菌属(Methylotenera sp.)作为脱氮优势菌属在微生物-mZVI工艺体系中相对丰度最高,达41.81%,远高于单独微生物工艺体系。
mZVI能够协同微生物提升脱氮效果。
【总页数】7页(P686-692)
【作者】薛江鹏;莫治新;李有文;蔡吉祥;张怡萍;查向浩
【作者单位】喀什大学化学与环境科学学院新疆生物类固废资源化工程技术研究中心;北京大学环境科学与工程学院水沙科学教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】X703
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纳米零价铁的制备及应用研究进展
纳米零价铁的制备及应用研究进展谢青青;姚楠【期刊名称】《化工进展》【年(卷),期】2017(036)006【摘要】Nanoscale zero-valent iron catalytic materials have advantages of low cost,high reaction activity,high specific surface area and excellent adsorption properties. The excellent performances of these materials in various environmental pollutants(e.g. heavy metals,inorganicanions,radioactive elements,halogenated organiccompounds,nitroaromatic compounds and endocrine-disrupting chemicals)remediation through different degradation mechanisms have made them be regarded as a new type of material that having broad application prospect. In this review,the typical preparationmethods,including physical method,chemical liquid phase reduction method,thermal decomposition method,carbothermal synthesis and polyol process,and novel green synthesis technology,of nanoscale zero-valent iron are introduced in detail. Moreover,the applications as well as the reaction mechanism and efficiency of nanoscale zero-valent iron in environmental pollution treatment and catalysis are summarized. In addition,some unresolved scientific problems including the oxidation and the agglomeration of nanoscale zero-valent iron are mentioned. It also suggests that the future research should be focused on the improvementor development of new synthetic method to reduce the cost and to extend the application field of the nanoscale zero-valent iron materials.%纳米零价铁催化材料具有价格低廉、比表面积大、还原性强、吸附性和反应活性优异等优点,可通过不同机制降解各类环境污染物(如重金属、无机阴离子、放射性元素、卤代有机化合物、硝基芳香化合物、环境内分泌干扰物等),被视为一种有着广阔应用前景的新材料,是目前国内外研究的热点.本文详细介绍了纳米零价铁的典型制备方法(如物理法、化学液相还原法、热分解法、碳热法、多元醇法等)和新型绿色合成技术,同时总结了纳米零价铁在环境污染物处理和催化方面的最新应用进展,阐述了纳米零价铁在各类反应中的作用机理和效能,并提出了纳米零价铁催化材料在实际应用中尚需解决的团聚和氧化等问题,未来的研究目标应着重于改进或开发新制备方法以降低成本和拓宽纳米零价铁催化材料的应用范围.【总页数】7页(P2208-2214)【作者】谢青青;姚楠【作者单位】浙江工业大学化学工程学院,工业催化研究所,绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地,浙江杭州 310032;浙江工业大学化学工程学院,工业催化研究所,绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地,浙江杭州 310032【正文语种】中文【中图分类】TB39【相关文献】1.纳米零价铁优化体系及其在环境中的应用研究进展 [J], 秦小凤;曹嘉真;汪小莉;张贤明;吕晓书2.纳米零价铁的优化技术及应用研究进展 [J], 张瑞敏;朱保华;甘露3.异化铁还原菌强化纳米零价铁在环境修复中的应用研究进展 [J], 马黎颖;和明敏;陈绍华4.纳米零价铁的制备及应用研究进展 [J], 严子春;吴大冰;王峥嵘5.纳米零价铁的制备、改性及在有机物污染中的应用研究进展 [J], 贺强强;杨洪;孙笑笑;张亚涛;邓立凡因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
纳米零价铁的应用研究进展
纳米零价铁的应用研究进展摘要：纳米零价铁结合了零价铁还原性强和纳米材料比表面积大的特点，可以通过不同机制降解各类环境污染物。
本文介绍了纳米零价铁在今后的研究重点和方向进行分析和展望。
关键词：纳米零价铁；重金属；污染物去除纳米零价铁可通过还原氧化、吸附沉淀等反应降解各类污染物，包括无机污染物（重金属、无机阴离子等）和有机污染物（卤代有机化合物、有机染料等），广泛应用于水处理和土壤修复方面。
1去除有毒重金属重金属主要包括汞、铬、铅、砷等难以被生物降解但却具有显著毒性的金属元素。
它们在水环境中的具有高度溶解性，有毒重金属可被活生物体吸收，一旦进入食物链，最终会进入人体并在器官中累积，如果摄入的有毒重金属超过允许的浓度，则可能导致严重的健康失调。
因此，有必要在将金属污染的废水排放到环境中之前对其进行处理。
Du等[1]引入人工腐殖酸（AHA）与nZVI协同作用，Pb2+与AHA-nZVI样品之间发生还原、络合和共沉淀反应，去除率高达99.2％。
当Hg2+，Cu2+，Cr3+等金属的E0远高于Fe的时，则还原作用为主导。
Akram等[2用生物炭基铁纳米复合材料（nZVI-BC）来去除水样中的砷，其去除机理主要包括表面特定的静电作用、氢键作用和氧化还原反应，其中氧化还原反应使剧毒As（III）转化为As（0）和As（V），As（III）和As（V）的最佳去除率分别为99.1%和96.1%。
2去除有机卤代物有机卤代物是水体环境中广泛存在的污染物之一，具有较强毒性和致癌性，并难以被生物所降解，等够长时间、长距离的迁移，在动植物身体和环境介质中均能检出，对环境危害较大。
与重金属不同的是，有机污染物可以改变官能团结构，使危害较大的污染物转换为危害较小的污染物。
氯代有机物在去除时，Ou等[3]发现加入短链有机酸（SCOAs）可以在酸性条件下促进nZVI降解五氯苯酚（PCP）。
草酸（OA）可以与PCP脱氯过程中产生的亚铁离子强烈地络合，并减少沉淀在nZVI表面的亚铁（氢）氧化物的形成。
纳米零价铁去除水中硝酸盐氮研究进展
纳米零价铁去除水中硝酸盐氮研究进展
杨笑颜;余凡
【期刊名称】《山东化工》
【年(卷),期】2024(53)6
【摘要】水中硝酸盐氮(NO_(3)^(-)-N)的危害对人类健康和生态环境构成了严重威胁,纳米零价铁(nZVI)可以通过化学反应反硝化技术快速去除水中NO_(3)^(-)-N,但nZVI自身易团聚,表面活性颗粒不稳定,所以在NO_(3)^(-)-N还原过程中存在着氮气(N_(2))的选择性较低、NO_(3)^(-)-N去除率不理想的问题。
通过对nZVI 去除NO_(3)^(-)-N技术的归纳总结,探讨了nZVI在还原NO_(3)^(-)-N的基本原理,影响因素和提高去除效率和N_(2)选择性的改性方法。
通过负载纳米材料,表面活性剂及添加还原剂等,NO_(3)^(-)-N去除率和N_(2)选择性都会得到不同程度上的提高。
不同的改性方法对nZVI的改性效果不同,也决定了nZVI复合材料对
NO_(3)^(-)-N的去除作用及氮气选择性提升。
【总页数】3页(P136-138)
【作者】杨笑颜;余凡
【作者单位】华北水利水电大学环境与市政工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】X703
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1.零价纳米铁对地下水中硝酸盐去除的研究进展
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纳米零价铁耦合微生物体系还原脱氮技术研究进展
对纳米零价铁耦合微生物体系的还原脱氮反应条件、效果、应用前景等方面进行综述，以期对于污水处理廠技术的改进提供理论依据和设计运行参数参考，同时为纳米零价铁耦合微生物体系的研究方向提供建议。
标签：纳米零价铁；脱氮；微生物耦合；生物炭
1 概述
目前，我国绝大多数的城市污水处理厂都采用运行稳定、处理费用较低的生化处理工艺，污水经传统的二级生物处理以后，主要去除污水中的有机污染物质，但出水中残留硝态氮（NO3--N）过多，致使总氮不能达标。
纳米零价铁具有价廉、还原势高、反应速度快等特点，近几年成为污水修复的主要介质材料，因此运用纳米零价铁还原废水中的NO3--N成为一个研究热点。
将纳米零价铁与微生物结合克服了传统生物法中反硝化过程对碳源的依赖问题，节省物料和能源的消耗，提高了废水脱氮效率，且不影响系统出水质量[1]，对城市污水中NO3--N的去除具有积极意义。
近年研究出很多新的或者改进的脱氮技术体系，如纳米零价铁耦合厌氧氨氧化（ANAMMOX）菌体系、纳米零价铁耦合微生物体系、生物炭载纳米纳米零价铁耦合微生物体系等。
本文通过对于纳米零价铁耦合微生物体系还原脱氮技术研究现状进行介绍，对于污水处理厂技术的改进提供理论依据和设计运行参数参考。
2 纳米零价铁耦合微生物体系脱氮进展
2.1 纳米零价铁耦合ANAMMOX菌体系
ANAMMOX菌在厌氧条件下可以直接以亚硝态氮（NO2--N）为电子受体、以氨氮（NH4+-N）作为电子供体进行自身代谢活动，直接转化为氮气，且反应过程中无需添加碳源，与传统的生物脱氮工艺相比，可以节省100%的碳源投加，并能节省60%的曝气量。
在纳米零价铁耦合ANAMMOX菌体系中，纳米零价铁首先被还原成NO2--N，然后进一步还原成NH4+-N，ANAMMOX菌可以利用体系先后生成的两种物質进行生物转化，实现生物脱氮。
周健[2]等人发现，厌氧氨氧化微生物对纳米零价铁还原
NO3--N的作用随着pH值改变，当pH在7.5-5.14之间时，厌氧氨氧化污泥可以将零价铁还原体系中的89%以上的硝酸盐以总氮形式损失，而当pH较低时，反应体系以化学反应为主，并且证明了在体系中厌氧氨氧化对NH4+-N的竞争能力更强。
纳米零价铁耦合ANAMMOX菌脱氮体系无需碳源，反应速率也远远超过了传统生物脱氮，具有很好的应用前景。
但是由于纳米零价铁还原产物
NH4+-N和NO2--N的产物比例并不能达到反应的理想比例，难以控制还原条件停留在NO2--N阶段，所以脱氮效果受到pH、反应时间、纳米零价铁量等因素的干扰，目前对于大规模的推广使用仍存在问题。
2.2 纳米零价铁耦合反硝化菌体系
An[3]等人研究了不同条件下纳米零价铁对NO3--N的去除效果，pH为7，初始硝酸盐为50mg/L时，单一的纳米零价铁可在2d内将其还原，其中产生的NH4+-N达到95%，单一的反硝化菌没有碳源作为电子供体，8d只有15%被还原，而纳米零价铁和微生物耦合体系8d可以完全还原NO3--N，且产物NH4+-N 只占33%。
纳米零价铁耦合反硝化菌体系可以减少反应时间，加快脱氮反应速率，另外发现随着微生物量的增大，NO3--N发生自养反硝化，产物为氮气，在一定浓度范围内脱氮效率随着微生物和纳米零价铁浓度的增大而增大。
但是，在实际应用过程中发现随着时间延长，脱氮反应速率逐渐降低的现象，究其原因，纳米零价铁存在钝化现象，尤其是粒径较大的情况下，钝化现象更明显，这在很大程度上影响了零价铁的应用。
将纳米零价铁负载于蒙脱石、膨润土、活性炭等材料上，可以增大纳米零价铁的分散性，克服其易团聚的缺点。
张建瑞等人[4]将零价铁载体投加于生物体系中，体系脱氮效果稳定，且发现较小粒径的载体脱氮效果比较大粒径的高10%左右[5]，这说明载体的存在大大削弱了纳米零价铁易分散、易团聚的缺点。
生物炭在环境污染治理方面有着巨大的潜力，生物炭产率高、制备工艺简单，用其处理工业废水中重金属污染物，发现其对重金属的吸附速率较快，短时间内即可达到吸附平衡，很大程度的降低了废水中重金属的含量。
Oh.S.Y等人[6]发现，热解温度为400-700℃的生物炭载纳米零价铁耦合微生物体系可以极大地提高脱氮效率，3d后脱氮效率达到74%，5d后达到93%，鉴于反硝化菌可以利用含碳胡敏酸类物质作为电子供体，因此猜想耦合体系的脱氮效率和生物炭类负载材料的电导率相关。
但是，热解温度为400-700℃的生物炭在纳米零价铁耦合微生物还原体系中发挥作用的具体机理还未被研究，所以热解生物炭和生物炭复合材料在微生物还原NO3--N体系中具有很大的研究潜力和价值。
3 结束语
纳米零价铁与微生物耦合反应过程也更加多变，除了一般的生化反应外，还牵涉到化学氧化、还原、化学沉淀等反应，但是可以提高NO3--N的去除效率，减少了碳源的添加，也减少NH4+-N的生成，节约了成本，极大地提高了污水中NO3--N的去除率。
另外，纳米零价铁在体系中的生物毒性和易团聚的缺点还可以通过生物炭负载或者微生物驯化等方法来解决。
纳米零价铁与微生物耦合体系中对微生物种群的毒性影响以及还原脱氮机理还有待更加深入的研究，同时，还原体系中对于温度、DO、pH等条件的控制对于污水处理厂工程实施具有挑战性，这些方法研究目前基本停留在实验室阶段，距离推广使用还有很大的距离，还应进一步改进方法，为污水处理厂污水处理提供更为简便、可行的技术方法。
参考文献：
[1]李杰，张艳梅，马宁.复合零价铁生物填料的优化试验研究[J].工业用水与废水，2015，46（4）：20-22.。