低濃度含氮廢水微生物處理

全書共6章，涵蓋低濃度含氮廢水處理的多項(xiàng)技術(shù)：生物濾池技術(shù)、生態(tài)工程技術(shù)、微生物電化學(xué)法、微生物固定化強(qiáng)化技術(shù)以及利用微量物質(zhì)和活潑元素強(qiáng)化的微生物處理技術(shù)。
本書可供污水處理工程技術(shù)人員、科研人員和管理人員參考，也可供高等學(xué)校環(huán)境工程、市政工程及相關(guān)專業(yè)師生參閱。

韓蕊教授，博士畢業(yè)于中山大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)。2017年起受聘于大連海洋大學(xué)海洋與土木工程學(xué)院給排水教研室，副教授，研究生導(dǎo)師。 2005年至2016年12月，在環(huán)境保護(hù)部華南所歷任工程師、高工、土壤與水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)研究室副主任。從事水土污染治理研究。主持和參加的各類縱向科研項(xiàng)目（縱向）21項(xiàng)（其中主持各類科技計(jì)劃項(xiàng)目8項(xiàng)。遼寧省農(nóng)業(yè)廳評審專家，獲大連市青年才俊稱號。

氮是地球上生命體的基本元素，但人類的過度生產(chǎn)活動(dòng)改變了氮的自然循環(huán)過程。含氮廢水的過度排放導(dǎo)致氮在水環(huán)境中含量過多，形成了水體氮污染?！八A”和“赤潮”就是水體嚴(yán)重氮污染的體現(xiàn)，對人類健康的危害較大。含氮廢水來源廣泛，主要來自生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等過程。按照含有的氮化合物濃度高低可分為高濃度含氮廢水、中濃度含氮廢水、低濃度含氮廢水?？紤]到經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性，不同濃度含氮廢水的處理方法不同。對于高濃度含氮廢水，大多采用物化和生化方法相結(jié)合的工藝或者完全物化工藝；對于中濃度含氮廢水，大多采用物化和生化方法相結(jié)合的工藝；對于低濃度含氮廢水，更宜采用生化工藝。
當(dāng)前污水中的中、高濃度含氮物質(zhì)排放在大部分地區(qū)已經(jīng)得到控制。然而，由于污水排放量大，即使符合排放濃度要求仍然會(huì)導(dǎo)致水體呈現(xiàn)持續(xù)性氮污染態(tài)勢。因此，進(jìn)一步地提高污水排放要求在很多地區(qū)是十分必要的。對低濃度含氮廢水加強(qiáng)處理是目前污水處理領(lǐng)域的重要課題。
在現(xiàn)有工藝流程中增設(shè)新建深度處理設(shè)施、對現(xiàn)有工藝構(gòu)筑物進(jìn)行改造或采用新工藝進(jìn)一步提高氮的去除效果，是經(jīng)濟(jì)可行的辦法。由于低濃度含氮廢水多采用生化工藝，起作用的主要微生物參與進(jìn)行氨化、硝化和反硝化過程，因此微生物處理和強(qiáng)化技術(shù)是否先進(jìn)是影響生物系統(tǒng)除氮能力的關(guān)鍵。雖然人類已經(jīng)廣泛地認(rèn)識和利用了微生物，但具有除氮功能的微生物并沒有完全被認(rèn)識和有效地為人類服務(wù)。在生物反應(yīng)器中很多影響微生物的因素還未知，如何調(diào)控微生物仍在不斷探索中。在探索過程中，不斷有新的微生物和氮轉(zhuǎn)化機(jī)制被報(bào)道出來，例如具有完整硝化功能的菌、具有硝化和反硝化兩種功能的菌、好氧反硝化菌等。這些新發(fā)現(xiàn)都為微生物處理和強(qiáng)化技術(shù)提供了基礎(chǔ)和新思路。因此，污水微生物處理技術(shù)的研究和發(fā)展對污水處理具有極為重要的作用。
本書具有較強(qiáng)的技術(shù)性和針對性，編寫過程中考慮讀者群的需要，在內(nèi)容表述上盡量做到通俗易懂、語言簡練，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，圖文并茂。本書第1章主要圍繞低濃度廢水處理技術(shù)進(jìn)行概述，提出了低濃度含氮廢水新型生物處理技術(shù)和發(fā)展趨勢，以便讀者更好地理解當(dāng)前技術(shù)前沿。第2章從生物反應(yīng)器的構(gòu)造因素和運(yùn)行條件闡述對生物濾池低濃度氮去除性能的影響，可為相關(guān)生物濾池研究設(shè)計(jì)提供思路和參考。第3章在探討生態(tài)工程處理低濃度含氮廢水的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述了人工濕地等生態(tài)工程技術(shù)在控制淡水和海水污染方面的技術(shù)研究，可為生態(tài)工程設(shè)計(jì)提供參考。第4章提出了基于微生物電化學(xué)方法的低濃度含氮廢水處理技術(shù)，微生物轉(zhuǎn)化氮污染物本質(zhì)上是微生物電化學(xué)機(jī)制，強(qiáng)化微生物電化學(xué)機(jī)制可以非常有效地提升除氮效果，本章內(nèi)容對淡水和海水中含氮物質(zhì)的去除均有論述，可為相關(guān)設(shè)計(jì)和研究提供參考。第5章論述了基于微生物固定化強(qiáng)化的低濃度含氮廢水處理技術(shù)，該技術(shù)通過外源添加功能微生物實(shí)現(xiàn)高效脫氮，本章內(nèi)容上偏重于對現(xiàn)有前沿技術(shù)的介紹、評述，并提出今后這些技術(shù)的主要發(fā)展方向，可為相關(guān)設(shè)計(jì)和研究提供參考思路。第6章論述了基于微量物質(zhì)和活潑元素的低濃度含氮廢水微生物處理強(qiáng)化技術(shù)，從微生物群體感應(yīng)角度調(diào)控微生物量和群落以及鐵、硫增加電子供體和強(qiáng)化氮轉(zhuǎn)化過程角度闡述污水中含氮物質(zhì)的微生物強(qiáng)化技術(shù)，可為今后研究和實(shí)際應(yīng)用提供參考。
本書涉及的研究內(nèi)容得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（32273186、31702391）、遼寧省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2021JH2/10200012）和遼寧省教育廳科研基金項(xiàng)目（LJCMZ20221099、LJCMZ20221103）等項(xiàng)目的資助。研究工作得到了浙江大學(xué)劉鷹教授的悉心指導(dǎo)。本書第1章、第2章、第3章的3.1、3.2、3.3節(jié)，以及第5章由韓蕊完成，其余由吳英海完成。研究生榮馨宇、李可心、衣隆強(qiáng)、馬洪婧、蘇鑫、周鵬、劉佩武、張瑞娜、周子豫、冉昊鑫、徐睿等為本書的實(shí)驗(yàn)開展和數(shù)據(jù)整理做出了重要的貢獻(xiàn)。同時(shí)，在著寫過程中得到了很多專家和相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)的大力支持。特別感謝江南大學(xué)劉和教授對本書框架的指導(dǎo)。本書引用了一些國內(nèi)外科研人員公開發(fā)表的文獻(xiàn)資料，在此一并表示感謝！
由于水平有限，內(nèi)容難免存在疏漏之處，懇請讀者批評指正。

韓蕊　吳英海
2024年6月

第1章　概述	001
1.1　低濃度含氮廢水	003
1.1.1　來源	003
1.1.2　特征	005
1.2　低濃度含氮廢水處理技術(shù)	006
1.2.1　物理法	007
1.2.2　化學(xué)法	007
1.2.3　生物法	009
1.3　低濃度含氮廢水新型生物處理技術(shù)與發(fā)展趨勢	010
1.3.1　新型生物處理技術(shù)	010
1.3.2　發(fā)展趨勢	013
參考文獻(xiàn)	014

第2章　基于生物濾池的低濃度含氮廢水處理技術(shù)	017
2.1　構(gòu)造因素對生物濾池低濃度氮去除性能的影響	019
2.1.1　濾料物理特性	019
2.1.2　濾料化學(xué)特性	021
2.1.3　生物濾池類型	023
2.2　運(yùn)行條件對生物濾池低濃度氮去除性能的影響	025
2.2.1　溫度	025
2.2.2　pH值	025
2.2.3　DO	026
2.2.4　碳氮比	027
2.2.5　其他運(yùn)行條件	028
參考文獻(xiàn)	031

第3章　基于生態(tài)工程的處理技術(shù)	035
3.1　人工濕地構(gòu)造及生物因素	037
3.1.1　不同構(gòu)造人工濕地處理性能	037
3.1.2　人工濕地微生物	039
3.1.3　人工濕地植物	041
3.1.4　人工濕地動(dòng)物	043
3.1.5　尚需加強(qiáng)研究的關(guān)鍵技術(shù)問題	044
3.2　處理型河岸濕地污染治理技術(shù)	045
3.2.1　處理型河岸濕地技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用	046
3.2.2　控污強(qiáng)化技術(shù)及機(jī)制研究	048
3.2.3　生物電化學(xué)耦合處理型河岸濕地技術(shù)	051
3.3　濱海圍灘水產(chǎn)養(yǎng)殖水污染的生態(tài)工程技術(shù)	054
3.3.1　生態(tài)透水壩處理技術(shù)概述	056
3.3.2　生態(tài)透水壩截污性能	057
3.4　復(fù)合人工濕地對氮的深度處理	061
3.4.1　ICW系統(tǒng)對氮的深度處理效果	062
3.4.2　復(fù)合人工濕地模型模擬及驗(yàn)證	064
3.4.3　影響復(fù)合人工濕地氮處理效果的因素	066
3.4.4　復(fù)合人工濕地中微生物群落與理化因子的研究	070
3.4.5　復(fù)合人工濕地中植物對污染物去除的影響	086
參考文獻(xiàn)	100

第4章　基于微生物電化學(xué)方法的處理技術(shù)	109
4.1　微生物電解池反應(yīng)器處理低濃度含氮廢水	111
4.1.1　電極對系統(tǒng)的氮去除效果的影響	111
4.1.2　離子半透膜對系統(tǒng)的氮去除效果的影響	113
4.1.3　電流密度對系統(tǒng)的氮去除效果的影響	114
4.1.4　微生物對系統(tǒng)的氮去除效果的影響	115
4.2　生物膜電極-人工濕地系統(tǒng)對低濃度含氮廢水的去除強(qiáng)化效果及機(jī)制	116
4.2.1　構(gòu)造因素	119
4.2.2　運(yùn)行因素	122
4.2.3　微生物群落因素	125
4.3　生物膜電極-滲透系統(tǒng)處理污染海水的脫氮性能的強(qiáng)化及機(jī)制	128
4.3.1　生物膜電極-滲透系統(tǒng)中氮去除的強(qiáng)化效果	130
4.3.2　外加電壓對氮去除的影響	132
4.3.3　系統(tǒng)脫氮性能強(qiáng)化的微生物群落機(jī)制	134
參考文獻(xiàn)	137

第5章　基于微生物固定化強(qiáng)化的處理技術(shù)	141
5.1　微生物固定化技術(shù)處理含氮廢水研究進(jìn)展	143
5.1.1　固定化微生物篩選	143
5.1.2　微生物固定化方法	145
5.1.3　微生物固定化載體選擇	146
5.2　吸附固定化菌株強(qiáng)化人工濕地-微生物電解池系統(tǒng)脫氮	149
5.2.1　吸附固定化脫氮功能菌株的選擇	151
5.2.2　反應(yīng)器構(gòu)造對脫氮菌株在人工濕地-微生物電解池系統(tǒng)中定植的影響	157
5.2.3　運(yùn)行條件	161
5.2.4　土著微生物對外源脫氮菌株的影響	166
5.3　包埋固定化菌株強(qiáng)化生物濾器系統(tǒng)脫氮	167
5.3.1　異養(yǎng)硝化-好氧反硝化細(xì)菌在廢水脫氮中的研究進(jìn)展	167
5.3.2　高效耐鹽好氧反硝化復(fù)合菌劑組成及脫氮條件優(yōu)化	177
參考文獻(xiàn)	192

第6章　基于微量物質(zhì)和活潑元素的處理強(qiáng)化技術(shù)	205
6.1　外源?；呓z氨酸內(nèi)酯對生物膜脫氮性能的影響與強(qiáng)化技術(shù)	207
6.1.1　外源性AHLs分子的多樣性及功能	208
6.1.2　外源性AHLs對微生物膜特性的影響	209
6.1.3　AHLs添加方法對生物膜脫氮性能的提升及影響因素	212
6.2　鐵元素對廢水中氮強(qiáng)化去除的微生物學(xué)機(jī)制與技術(shù)	217
6.2.1　微生物學(xué)機(jī)制	222
6.2.2　去除效果	233
6.3　硫元素對廢水中氮強(qiáng)化去除的微生物學(xué)機(jī)制與技術(shù)	239
6.3.1　微生物學(xué)機(jī)制	239
6.3.2　去除效果	240
參考文獻(xiàn)	243