納米零價鐵(nZVI)對反硝化顆粒污泥性能的影響.pdf

1、納米零價鐵(nZVI)作為一種新型的納米材料，因其具有小粒徑，大比表面積，強(qiáng)還原活性等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于有機(jī)物、重金屬、硝酸鹽等污染物質(zhì)的降解。但是當(dāng)nZVI排入到污水處理系統(tǒng)中，就可能吸附或累積在系統(tǒng)微生物表面和體內(nèi)，而使微生物的穩(wěn)定性和代謝能力受到破壞和抑制。目前，有關(guān)nZVI對污水生化處理系統(tǒng)影響研究較少，針對反硝化顆粒污泥的影響研究更是從未被提及。因此本研究主要考察納米零價鐵對反硝化顆粒污泥脫氮性能及污泥活性的影響，從而有助于探明

2、納米零價鐵對微生物的潛在效應(yīng)，以及提高反硝化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，主要內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)在USB反應(yīng)器內(nèi)，以厭氧顆粒污泥為接種污泥、乙酸鈉為碳源，硝酸鉀為氮源，培養(yǎng)具有反硝化功能的顆粒污泥。研究結(jié)果表明，成熟的顆粒顆粒為淡黃色，表面相對光滑且規(guī)則，平均粒徑1.93mm，顆粒污泥活性較高，比反硝化速率可達(dá)到22.5mgN/(g·h)。
　　(2)采用批次試驗(yàn)，考察了不同C/N比條件下，nZVI投加量(0～100mg/L)對

3、反硝化顆粒污泥(DGS)脫氮性能的影響，分析了氮素形態(tài)、比反硝化速率(μ值)、胞外聚合物(EPS)組成及鐵元素分布的變化規(guī)律。結(jié)果表明，當(dāng)原水中nZVI濃度高于5mg/L時，DGS對硝態(tài)氮和COD去除率均出現(xiàn)下降，導(dǎo)致剩余亞硝態(tài)氮濃度上升。在不同C/N比條件下，nZVI投加量對DGS比反硝化速率的抑制符合Haldane模型，R2在0.944～0.995之間。隨著C/N比的增大，顆粒污泥對nZVI的吸附量明顯提高，抑制系數(shù)（KIH）大幅降

4、低，DGS對nZVI抑制作用的抗性逐漸減弱。當(dāng)nZVI投加量超過25mg/L時，EPS中蛋白質(zhì)與多糖含量開始下降，這不利于維持DGS顆粒結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
　　(3)通過連續(xù)多批次實(shí)驗(yàn)，考察了經(jīng)歷nZVI短期沖擊后，DGS反硝化活性在不同C/N比條件下的恢復(fù)情況。結(jié)果表明，當(dāng)nZVI投加量高于5mg/L時，DGS比反硝化速率(μ)會出現(xiàn)下降，對應(yīng)的比反硝化抑制率（IR）與基質(zhì)C/N比、nZVI投加量呈現(xiàn)正相關(guān)。當(dāng)nZVI投加量達(dá)到10

5、0mg/L時，胞外蛋白與多糖含量均明顯降低。此時，充足的外加碳源(C/N≥4)將有助于促進(jìn)DGS反硝化活性的恢復(fù)和減少去除單位硝態(tài)氮所消耗的COD值。由Freundlich和Langmuir吸附等溫線的擬合結(jié)果可知，基質(zhì)C/N比越高，DGS對nZVI的吸附能力就越強(qiáng)。在恢復(fù)期內(nèi)，泥相中總鐵含量(Qe)的持續(xù)削減為高C/N比條件下，DGS反硝化活性的提升創(chuàng)造了有利條件。當(dāng)Qe降至0.4mg/g以下時，μ值可達(dá)到或接近對照組的水平。

6、　　(4)研究nZVI長期內(nèi)對反硝化顆粒污泥脫氮效能及污泥活性的影響，并探求抑制作用是否可逆。長期試驗(yàn)表明，低于2mg/L的nZVI對反硝化顆粒污泥脫氮以及有機(jī)物去除沒有影響，5mg/L和10mg/L的nZVI對體系中微生物對有一個馴化的過程，NO3-N和COD去除率先下降隨后穩(wěn)定，而當(dāng)進(jìn)水nZVI濃度為30mg/L時，污泥活性明顯抑制，生物量減少，NO3-N和COD去除率僅有20％左右，此時顆粒污泥顏色由黃褐色變?yōu)榛液谏?。而?dāng)進(jìn)水中無