【短程反硝化技术研究文献综述3100字】

短程反硝化技术研究文献综述短程反硝化技术指的是反硝化菌以外加碳源（有机物）或者内碳源作为电子供体将硝态氮还原为亚硝态氮，而不继续将亚硝态氮还原为氮气，如图1-1所示。短程反硝化的优势在于反应简单易于控制，基本上只需合理控制进水碳氮比和缺氧反应时间就可以实现亚硝态氮的稳定积累，进而为厌氧氨氧化提供反应底物。同时，短程反硝化还具有反应进程短速率快，节约碳源，产生剩余污泥少等优势。图1-1反硝化脱氮过程示意图Fig.1-1Schematicdiagramofdenitrification1.1反硝化过程中亚硝酸盐积累机理（1）反应速率在反硝化过程中，反硝化菌将亚硝酸盐还原为氮气的速率没有反硝化菌将硝态氮还原为亚硝态氮的速率的快，由于两步反应之间存在差异，导致了在反硝化过程中，存在亚硝态氮的积累现象。这种以不同基质为基础的反硝化还原速率的差异导致亚硝酸盐的积累，硝酸盐的大量存在还会抑制亚硝酸盐反硝化的速率[22]。反应速率的差异性也跟酶的活性紧密相关。曹相生等[23]对污水反硝化过程中亚硝酸盐积累特性进行研究，结果表明，在反硝化过程中，硝态氮还原速率高于亚硝态氮还原速率，可实现亚硝酸盐的大量积累。（2）反硝化酶的活力在反硝化过程中，每一种物质的转化都是靠一种生物酶系统来催化完成的。有研究表明[24]，反硝化细菌内存有两种硝酸盐还原酶，其一种是在厌氧条件下优先表达的位于细胞膜内的膜结合硝酸盐还原酶（NaR)。另一种则是周质硝酸盐还原酶（NAP），在有氧状态下优先表达，并且两种还原酶差异较大。亚硝酸盐还原酶（NiR）分为由nirS和nirK分别编码的两大类，并且每个细菌内只能存在其中一种[25]。Mieeyzslaw[26]认为NO2--N累积是因为细菌中硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶的存有量不同或者是亚硝酸盐还原酶受到某些因素影响而被抑制引起的；Gayle[27]则认为是因为亚硝酸盐还原酶在合成的过程中受到了抑制而产生的。Oh等[28]认为硝酸盐还原酶比亚硝酸盐还原酶在竞争有机碳源方面的能力强，导致了反硝化过程中亚硝酸盐的的积累。在低碳氮比情况下，由于亚硝酸盐还原酶竞争电子的能力较弱，在众多反硝化酶都要竞争内碳源进行反硝化的状态下，导致亚硝酸盐还原酶竞争得到的电子供体少，从而出现了NO2--N出现积累[29]。1.2反硝化过程中亚硝酸盐积累研究现状温度对反硝化过程影响较大，原因是反硝化菌对温度变化敏感，而且温度还会影响水中溶解氧的存在。魏小涵等[30]以移动床生物膜反应器为研究对象时，发现升高温度不仅能增加反应器的比反应负荷，提高反硝化速率，还能使生物群落发生变化。有研究[31]指出亚硝酸盐还原酶和硝酸盐还原酶受到温度的影响程度不同，NO2--N的积累是由于亚硝酸还原酶受到的抑制作用更大。有研究[32]表明低温碳源不足条件下，pH=7~9时的亚硝酸酸盐积累量高于pH=6~7时，并且积累速率高。付昆明等[33]发现在pH=7.3情况下，反硝化过程中存在较多亚硝酸盐积累。pH在硝酸盐消耗过程中缓慢上升；而当硝酸盐消耗完，亚硝酸盐消耗过程中pH快速上升，与之前上升趋势对比明显。赵樑等[34]发现pH改变反硝化细菌内的电解质平衡从而影响反硝化酶活性，在pH大于7条件下，随着pH升高，亚硝酸盐积累率也上升，最大积累率达22%。碳源是反硝化作用的电子供体，足量是保证反硝化完全反应的前提，碳源不足会导致亚硝酸盐的积累。阎宁[35]等人发现以甲醇为碳源时，碳源不足的条件下会产生亚硝酸盐积累。葡糖糖比甲醇耗碳高，相差的碳氮比在2~3左右，前者的反硝化速率是后者的3倍。尚会来[36]发现在以乙醇为碳源的SBR反应器中，碳氮比为5时，反硝化反应完全，当碳源不足时出现亚硝酸盐积累的现象。在反硝化滤池中C/N增加会使TN去除率升高[37]，C/N较低同样导致了亚硝酸盐的积累[38]。袁怡等[39]批次试验结果表明碳氮比为2.5和3时，亚硝酸盐积累率较高，碳氮比大于3.5时，亚硝酸盐积累率显著下降。除此之外，污泥水解上清液、超声破解液等都可作为反硝化所能利用的碳源[40]。在反硝化作用中，长期使用某种碳源驯养活性污泥会对其细菌种类产生选择性，Aan.lEias[41]研究厌氧颗粒污泥形成时发现不同碳源对颗粒污泥的形成影响很大，会对颗粒污泥的性质产生变化。厉巍[42]发现当碳源由甲醇转用为乙酸钠且逐步降低C/N时，非亚硝酸盐氮积累型反硝化富集培养物可成功转变为亚硝酸盐氮积累型，并可发生短程反硝化反应，从而实现亚硝酸盐的积累，这主要是因为活性污泥中的功能微生物种类发生了演替。有机碳源的种类不同，其在反硝化细菌内的代谢途径也会有所不同，进而影响反硝化速率。有试验证明[43]乙酸钠为碳源时效果高于葡萄糖和甲醇为碳源时。当甲醇和葡萄糖为碳源时，反应出现一定的滞后性。使用乙酸钠为碳源时的亚硝酸盐积累量明显高于以可生物降解多聚物（PCL）为固体碳源的积累量[44]。吴代顺等人[45]也发现了在各碳源最佳C/N投加量的情况下，乙酸钠为碳源时反硝化速率分别为葡萄糖和乙醇为碳源时反硝化速率的13.27倍和3.16倍。微量金属离子是微生物生长代谢所必需的，但浓度较高时则会抑制甚至杀死细菌。张舒齐等[46]在向硫自养反硝化反应器中投加微量金属元素时发现Fe2+、Cu2+的适当添加可以提高反硝化速率，蔡辰[47]研究得出Cu2+具有较强的毒性，活性污泥对于Cu2+耐受能力较差，最大承受浓度仅为1mg·L-1。关于重金属离子方面，侯昭牧[48]观察到在反硝化过程中，Ni2+影响效果最强，Cu2+次之，Cd2+最弱。1.3短程反硝化+厌氧氨氧化组合工艺基于厌氧氨氧化方程式，厌氧氨氧化技术的关键底物亚硝态氮可以由短程反硝化工艺作为预处理提供，同时厌氧氨氧化反应会产生占总氮11%左右的硝态氮，也可以通过短程反硝化作用去除。短程反硝化既可以为厌氧氨氧化反应提供基质，又可以去除厌氧氨氧化的产物硝态氮，是作为厌氧氨氧化耦合工艺最佳的拍档。短程反硝化+厌氧氨氧化耦合工艺，具备节省碳源和曝气量、剩余污泥产量低、经济成本低等明显优势，该工艺可以有效实现氮素的深度去除。参考文献[1]MorandP,BriandX.Excessivegrowthofmacroalgae:asymptomofenvironmentaldisturbance[J].BotanicaMarina,1996,39:491-516.[2]HiraokaM,OhnoM,ShigeO,etal.CrossingtestamongfloatingUlvathalliforming“greentide”inJapan[J].Hydrobiologia,2004,512:239-245.[3]LargoDB,SembranoJ,HiraokaM,etal.Taxonomicandecologicalprofileof“greentide”speciesofUlva(Ulvales，ChloropHyta)incentralPHilippines[J].Hydrobiologia,2004,512:247-253.[4]WormB,LotzeHK.EffectsofeutropHication,grazing,andalgalbloomsonrockyshores[J].LimnologyandOceanograpHy,2006,51:569-579.[5]DionP,LebozecS.MarinebenthicvegetationrecentchangesandtheeffectsofeutropHication[A].SchrammW，NienhuisPH.TheFrenchAtlanticCoasts[C].BerlinHeidelberg:Springer-Verlag,1996,13(18):251-264.[6]MorandP,MerceronM.CoastaleutropHicationandexcessivegrowthofmacroalgae[C].KeralaIndia:ResearchSignpostTrivandrum,2004,32(21):395-449.[7]SchrammW,NienhuisPH.TheFrenchAtlanticCoasts[M].BerlinHeidelberg:Springer-Verlag，1996,23:1-4.[8]LiHM,ZhangYY,TangHJ,etal.SpatiotemporalvariationsofinorganicnutrientsalongtheJiangsucoast，China，andtheoccurrenceofmacroalgalblooms(greentides)inthesouthernYellowSea[J].HarmfulAlgae,2017,63:164–172.[9]LiuXQ,WangZL.AreviewofthegreentidesintheYellowSea[J],MarineEnvironmentalResearch,2016,119:189–196.[10]ZhouMJ,LiuDY,AndersonDM,etal.IntroductiontothespecialissueongreentidesintheYellowSea[J].EstuarineCoastalandShelfScience,2015,163:3–8.[11]陈友媛，惠红霞，卢爽，等.浒苔生物唐的特征及其对Cr(Ⅵ)的吸附特点和吸附机制[J].环境科学,2017,38(09):3953-3961.[12]丁宜强.上岸浒苔水热法快速处置及其生物炭产物污染物去除性能研究[D].鲁东大学，2016.[13]孙鸿伟.大型海藻浒苔的水热处理及产物高值利用研究[D].大连理工,2016.[14]吴丹，孙萍路鹏展，陈友媛，等，张彩杰.浒苔生物炭对滨海盐碱土壤改良的效果及途径[J].环境科学,2020,41(04):1941-1949.[15]金相灿，刘树刊，章宗涉.中国湖泊环境[M].北京:海洋出版,2015,38(11):98-106.[16]蔡履冰．太湖流域水体富营养化成因及防治对策的初步研究[J].中国环境监测,2003,19(3):52-55． [17]徐宁，段舜山，李爱芬，等．沿岸海域富营养化与赤潮发生的关系[J]．生态学报,2005,25(7)：1782-1787．[18]刘秀红，王淑莹，高大文，等．短程硝化的实现、维持与过程控制的研究现状[J]．环境污染治理工艺与设备,2004,5(12):7-11．[19]武文君，刘秀红，崔斌，等.溶解氧对Anammox滤池内功能菌群及活性的影响[J].中国环境科学,2021,41(03):1415-1421.[20]严子春，唐瑞祥，吴大冰.有机物对厌氧氨氧化生物膜反应器脱氮效能及微生物群落的影响[J].环境科学学报,2021,41(04):1303-1308.[21]于德爽，周同，李津，等.pH冲击对海洋厌氧氨氧化菌处理含海水污水脱氮效能的影响[J],环境科学,2017,38(08):3369-3376.[22]付昆明，曹相生，孟雪征，等.污水反硝化过程中亚硝酸盐的积累规律[J].环境科学，2011,32(6):1660-1664.[23]曹相生，钱栋，孟雪征.乙酸钠为碳源时的污水反硝化规律研究[J].中国给水排水,2011,27(21):76-79.[24