地下水生物脱氮技术研究进展

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摘要 本文主要讲述了异养反硝化、自养反硝化两大生物脱氮技术在地下水硝酸盐氮脱除方面的研究进展，阐述了两种脱氮技术的机理、处理效果、应用现状及各自的优缺点。

关键词 地下水；生物脱氮；异养反硝化；自养反硝化

中图分类号X3 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）110-0148-02

近年来，生物反硝化法得到了较为广泛的关注，高效低耗的特点，使其被认定为最具发展潜力、最为实用的一种脱氮方法。生物反硝化包括异养反硝化和自养反硝化。

1异养反硝化

异养反硝化以有机碳为碳源和电子供体，利用反硝化细菌脱除地下水中硝酸盐。1983年，法国建成第一个以生产饮用水为目的的地下水生物脱氮处理工厂。采用Biodent工艺(如图1所示)。通过补充乙醇和磷酸盐的待处理水，使得硝酸盐浓度大幅度下降，出水亚硝酸盐浓度明显降低[1]。

图1Biodent生物脱氮工艺

1.硝酸盐污染水；2.厌氧生物反应器；3.空气；4.生物碳滤器；5.凝聚剂；6.活性碳； 7.砂；8.臭氧；9.出水贮池；10.投加氯气和硫代硫酸钠

德国研发固定床生物脱氮技术（Denipor工艺），用NaOH调节pH，乙醇和磷酸盐作基质，漂浮性Styropor球作填料，硝酸盐去除率大于90% [2]。Nilsson等[3]以乙醇作电子供体将脱氮假单胞菌固定于藻酸钙凝胶中进行生物脱氮，硝酸盐被完全去除，亚硝酸盐浓度也接近于零。Kokofuta等[4]用聚乙烯乙醇硫酸盐和聚二丙烯基二甲氨盐酸盐组成的复合物固定脱氮假单胞菌。在中性条件下，出水亚硝酸盐浓度接近于零，脱氮率为80%。异养反硝化处理费用低，将硝酸盐转化为氮气，不产生废液，但必须严格控制有机物投加量，否则造成二次污染。

2自养反硝化

自养反硝化以无机碳为碳源，以还原性硫化物为电子供体脱除地下水中硝酸盐，其包括氢自养反硝化和硫自养反硝化。

2.1 氢自养反硝化

H2无毒、无污染，以H2为电子供体的自养反硝化是较理想的脱氮方法。Ginocchio等[5]在原水中注入大量H2，经过1.5h后，水中30mg/L硝酸盐全部脱除。Robert等[6]将生物反硝化与电解供氢相结合，脱氮率为100%。Kurt等[7]采用氢作基质，利用混合培养物，在流化床中研究了自养型生物脱氮。当pH升至9.0时，生成大量亚硝酸盐，故将pH调至7.5为最适。Denitropur工艺是利用氢和脱氮菌混培物开发的另一自养型生物脱氮技术[8](如图2所示)，由9个固定床反应器串联组成，以三维波纹结构的Mellapack为填料。被处理水用氢加压饱和，并补充CO2和磷酸盐。脱氮水先充氧，然后在双层滤池中过滤，最后用紫外线消毒。该装置水处理能力为50m3/h，对硝酸盐处理能力为90kg/d。当停留时间为1h时，硝酸盐可从75mg/L降至5mg/L。氢自养反硝化以纯H2为氢供体，存在安全隐患，且其溶解度较小，并非理想的脱氮方法。

图2Denitropur生物脱氮工艺

1.污染水；2.氢；3.氢饱和；4.生物反应池；5.逆向充氧；6.空气；7.双层滤池；8.紫外线消毒；9.脱氮水

2.2 硫自养反硝化

除H2外，硫也被用于自养型生物脱，在缺氧条件下，以硫或还原性硫化物为电子供体进行自养反硝化。刘玲花等[9]利用硫/石灰石滤柱脱除地下水中硝酸盐氮，水中硝酸盐基本被除尽，反应产物中几乎无亚硝酸盐氮。姜巍等[10]采用装填硫磺和石灰石的生物膜反应器脱除地下水中硝酸盐氮，去除率达80%以上。荷兰利用硫/石灰石滤器建立了一个自养型生物脱氮示范工厂[11]，如图3所示。该系统包括真空脱气，充氧和回灌等操作。为避免反应器堵塞和短流，并去除反应产生的氮气，因此采用真空脱气。反应器长20m，宽7m，深2m，其内充填石灰石颗粒和硫，水处理能力为35m3/h。对于含高浓度硝酸盐的污水，经过一段时间的运试，硝酸盐氮去除率超过90%。脱氮水的细菌数达-个/mL，回灌并停留10～12周后，菌落全部去除，细菌学指标良好。硫自养反硝化在反应过程中会产生大量硫酸根离子，污染水质，因此该法只适合处理硫酸根离子浓度低的地下水。

图3 硫/石灰石滤器生物脱氮工艺

1.污染水；2.真空脱气；3.硫/石灰石脱氮反应器；4.阶式充氧；5.渗滤塘

参考文献

[1]郑平，冯孝善.饮用水的生物脱氮[J].环境污染与防治，1997，19(1)：32-35.

[2]Roennefahrt, K.W.Aqua，1986，5：283-285.

[3]Nilsson I.Immobilized cells in microb ial nitrate reduction[J].J.Appl.Microbiol Biotechnol，1982，7(1)：39-41.

[4]Kokufutn, E.J.Ferment.Technol，1986，64：533-538.

[5]Ginocchio B..Nitrate levels in drinking water are becoming to high[J].Water Services，1987，88(4)：143-147.

[6]Robert B. M., etal.Reduction of nitrate and nitrite in water by immobilized enzymes[J].Nature，1992，355：717-719.

[7]Kurt M, Dunn I J, and Bourne J R.Biological denitrification of drinking water using autotrophic organisms with H2 in a fluidized-bed biofilm reactor[J].Biotechnology and Bioengineering，1987，29：493-501.

[8]Gros, H..Wat.Supply，1986，4：11-21.

[9]刘玲花，工占生，工志石.硫/石灰石滤柱去除地下水中硝酸盐的研究[J].环境工程，1995，13(3)：11-15.

[10]姜巍，曲久辉，鹏举，等.固定床自养反硝化去除地下水中的硝酸盐氮[J].中国环境科学，2001，21(2)：133-136.

[11]Hoek.J.P..In Modern Methods of Potable Water Treatment Proc.Int.Conf, Pribram, Czechoslovakia，22-24，1990：44-56.