Zero-Valent Iron-Enhanced Nutrient Removal in Simultaneous Nitrification Denitrification and JD足球反波胆APP下载osJD足球反波胆APP下载orus Removal Process:Performance, Microbial Community and Potential Mechanism  

零价铁强化同步硝化反硝化除磷工艺中的营养物去除：性能、微生物群落及潜在机制  

来源：Water 2024, 16, 3666

《水》期刊2024年第16卷，第3666篇  

 

摘要内容

 

摘要研究了零价铁（ZVI）对同步硝化反硝化除磷（SNDPR）工艺的强化作用。通过在厌JD足球反波胆APP下载/好JD足球反波胆APP下载/缺JD足球反波胆APP下载（An/O/A）序批式反应器（SBR）中添加ZVI（包括微米级mZVI和纳米级nZVI），发现ZVI可显著提升磷和总无机氮（TIN）的去除效率。其中磷的去除主要依赖ZVI原位JD足球反波胆APP下载化产生的铁离子形成沉淀；TIN的去除则归因于ZVI的化学反硝化作用（将硝酸盐还原为亚硝酸盐和氮气）。纳米级nZVI对TIN的去除效果优于微米级mZVI。微生物群落分析表明，ZVI抑制聚磷菌（PAOs）活性（如Dechloromonas sp.丰度降低），但促进亚硝酸盐JD足球反波胆APP下载化菌（如Nitrospira sp.丰度增加）。  

 

研究目的

 

探究ZVI对SNDPR工艺中氮磷去除性能的影响，阐明ZVI的强化机制及其对微生物群落结构的作用，为低碳源污水的高效处理提供新策略。  

 

研究思路

长期运行SBR系统：在An/O/A模式下操作SBR（257天），分阶段添加不同剂量和粒径的ZVI（mZVI和nZVI），调整碳氮比（C/N）以模拟实际污水条件。  

 

典型周期监测：分析典型运行周期内氮、磷、COD、DO、JD足球反波胆APP下载、ORP及溶解性NO的动态变化。  

 

微生物群落分析：通过高通量测序比较ZVI添加前后微生物群落结构变化。  

 

机制验证：结合化学反硝化方程和铁沉淀反应，解析ZVI强化营养物去除的化学与生物协同机制。  

 

测量数据及其研究意义

水质指标：  

 

数据来源：图2（长期氮磷去除性能）、表2（不同阶段去除率）、图3-5（典型周期动态）。  

 

 

 

 

 

 

测量内容：TIN、PO???-P、NH??-N、NO??-N、NO??-N、COD浓度；DO、JD足球反波胆APP下载、ORP值。  

 

研究意义：量化ZVI对营养物去除的即时和持续效果，明确最佳操作条件（如nZVI添加后PO???-P去除率从50.37%升至99.29%）。  

溶解性NO浓度：  

 

数据来源：图3B、图4(A2,B2,C2)、图5B（丹麦JD足球反波胆APP下载电极在线监测）。  

测量内容：反硝化中间产物NO的实时浓度变化。  

 

研究意义：  

 

NO作为反硝化过程指示物：ZVI添加后厌JD足球反波胆APP下载段NO浓度升高（图4），

表明ZVI可能通过化学作用（如Fe??与氨反应）或影响微生物代谢途径导致NO积累。  

 

评估工艺环境风险：NO是强温室气体N?O的前体物，其浓度变化提示ZVI可能增加N?O排放风险，需优化ZVI投加策略以减少二次污染。  

微生物群落数据：  

 

数据来源：图6（属水平群落结构）。  

 

 

 

测量内容：Dechloromonas sp.（PAOs）、Nitrospira sp.（NOBs）、Saccharimonadales sp.（发酵型反硝化聚糖菌）等相对丰度。  

 

研究意义：揭示ZVI抑制PAOs但促进NOBs和糖原积累菌（GAOs）的生态效应，解释生物除磷衰减（如Dechloromonas sp.丰度降0.65%）与化学除磷主导的机制转变。  

 

结论

性能提升：nZVI比mZVI更有效，添加后PO???-P和TIN平均去除率分别达99.29%和76.75%（表2）。  

 

 

除磷机制：ZVI原位JD足球反波胆APP下载化生成Fe??/Fe??，通过化学沉淀（铁磷酸盐）直接除磷，导致生物除磷（PAOs活性）被抑制。  

 

脱氮机制：ZVI的化学反硝化还原硝酸盐，nZVI因高比表面积在缺JD足球反波胆APP下载段反应更快。  

 

微生物影响：ZVI促进Nitrospira sp.（NOBs）和Saccharimonadales sp.丰度，但长期抑制PAOs（图6）。  

 

潜在问题：ZVI添加增加厌JD足球反波胆APP下载段NO积累（图4），可能推高N?O排放风险。  

 

丹麦JD足球反波胆APP下载电极测量数据的详细意义

 

使用丹麦JD足球反波胆APP下载 NOJD足球反波胆APP下载监测的溶解性NO数据（图3B、4、5B）具有以下研究意义：  

反硝化过程诊断：NO是反硝化中间产物，其浓度峰值出现于厌JD足球反波胆APP下载段初期（图4），表明系统存在亚硝酸盐积累驱动的异养反硝化，而ZVI添加进一步放大了该现象。  

 

ZVI的化学作用指示：停止ZVI投加后，残留Fe??可能与氨发生反应（图5B中NO骤升），证明ZVIJD足球反波胆APP下载化产物持续影响氮转化路径。  

 

工艺优化依据：NO积累暗示反硝化过程受阻或存在电子传递竞争，需控制ZVI投加时机（如避开厌JD足球反波胆APP下载段）以减少N?O生成风险。  

 

微生物活性关联：NO动态变化与微生物群落演变（如Denitratisoma sp.等反硝化菌丰度波动）结合，可解析ZVI对生物反硝化途径的干扰机制。