This study investigates the enhancement of nitrogen removal performance in an intermittent biological sponge iron system (BSIS) through the immobilization of aerobic denitrifying bacteria. The aim is to improve the efficiency of simultaneous nitrification and denitrification (SND) in the BSIS by optimizing the microbial community involved in nitrogen conversion. The immobilization technique not only stabilizes the microbial activity and abundance of aerobic denitrifying bacteria, but also promotes a more efficient denitrification process. The optimal material ratio of polyvinyl alcohol–sodium alginate gel beads was determined as 10 g/100 mL PVA, 4 g/100 mL SA, 2 g/100 mL CaCl2, and 2 g/100 mL of bacterial suspension, achieving a maximum NO3−-N removal rate of 91.73%. A response surface model (RSM), established for the operational conditions, (shaker speed, temperature, and pH) showed a high fitting degree (R2 = 0.9960) and predicted the optimal conditions for maximum NO3−-N removal as 109.24 rpm, 23.6 °C, and pH 7.9. Compared to R1 (47.82%), R3 achieved a higher average total nitrogen (TN) removal rate of 95.49%, following the addition of immobilized aerobic denitrifying bacteria to the BSIS.

Based on previous research results, iron-dependent autotrophic denitrification (IDAD) was evaluated in an all-around way to provide a theoretical basis for further research. First, this review systematically and comprehensively summarizes the development of IDAD technology and describes the physiological properties of relevant functional microorganisms and their potential mechanisms from different perspectives. Second, the possible Fe-N pathways involved in the reaction of different iron-based materials are discussed in detail. Then, the theoretical advantages of the IDAD process and potential problems are described, and the corresponding control strategies are summarized. The influence of key factors on denitrification is discussed in terms of operational and water quality parameters. In addition, the application and research direction of this technology in engineering are summarized. Finally, the latest development trends and prospects for future applications are discussed to promote an in-depth understanding of IDAD and its practical application in sewage treatment.

铁氨氧化(Feammox)是一种以廉价、易得的铁作为微生物电子供体的新型自养生物脱氮技术,即Fe(Ⅲ)还原与厌氧氨氧化的结合工艺,拥有成本低廉、无需有机碳源、污泥产量小、无温室气体产生等优势,是污水处理的一种潜在脱氮途径.本文对铁氨氧化反应的机理、功能菌种的种类和特性及电子穿梭体对其的影响进行了介绍,总结了铁氨氧化在污水环境中的脱氮效果及其与厌氧氨氧化、硝酸盐依赖型亚铁氧化和生物电化学系统的耦合技术,并指出目前铁氨氧化的应用问题及该技术未来的研究方向和重点可能是菌分离纯化、工艺参数控制.

近几年来,铁氨氧化(Feammox)反应在不同的环境体系中相继被发现.Feammox反应是在厌氧环境中以及微生物的驱使作用下,NH4+和Fe(Ⅲ)分别作为电子供体和电子受体,Fe(Ⅲ)被还原生成为Fe(Ⅱ),而NH4+则转化生成为亚硝酸盐(NO2-)、硝酸盐(NO3-)和氮气(N2)几种不同形态的氮素.Feammox的发现进一步揭示了氮素在自然界循环中的新的转化途径,这种新的氮素转换途径给污水领域中的脱氮技术方法带来了全新视角.另外,Feammox能够和厌氧氨氧化(Anammox)和铁型反硝化(NDFO)耦合或者通过实现Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)之间的循环转化进行脱氮,使得Feammox成为了一种潜在的新型脱氮技术.通过综述Feammox的发展历程、反应机制、以及对自然界生态系统所产生的的影响和其所受影响的物理性因素,最后,进一步探讨Feammox在污水脱氮中的应用,并对其未来发展进行总结和展望.

The application of sponge iron (SI) carriers can improve the biochemical treatment performance of sequencing batch reactors (SBR) during wastewater treatment. This study used SBR reactors to explore the effects of SI dosage on the nitrogen removal performance and reactor stability and microbial community structure under low temperature and ultra-low load. In contrast to conventional SBR, the average removal rate of total nitrogen (TN) in the biological sponge iron system (BSIS) was increased by 5.38 % for 45 g/L, 18.93 % for 90 g/L, and 13.52 % for 135 g/L, respectively. The nitrogen removal performance and reactor stability showed the best performance under the SI dosage of 90 g/L. The addition of SI formed the anaerobic-anoxic-aerobic microenvironments, which facilitate the propagation of denitrifying bacteria (Saccharimonadales, Hydrogenophaga) and iron bacteria (Rhodoferax and Acinetobacter) in the BSIS. This study provides a new insight on the application of SI in the wastewater treatment.

为了探究溶解氧对生物海绵铁体系海绵铁溶出的影响,将海绵铁介入活性污泥中形成生物海绵铁体系,通过模拟实际反应器中海绵铁的腐蚀状态,测量生物海绵铁体系中总Fe(TFe)含量,研究了溶解氧对海绵铁溶出量的影响,并将海绵铁制作成工作电极介入活性污泥中,利用AUTOLAB电化学工作站研究了溶解氧对生物海绵铁体系中海绵铁腐蚀速率及极化电阻的影响.结果表明:在生物海绵铁体系中,海绵铁的TFe溶出量与反应体系的DO浓度呈正相关,且随着运行时间的增加,影响作用越来越明显.随着活性污泥混合液中溶解氧的增加,腐蚀电位负移,腐蚀电流正移,腐蚀倾向加大,腐蚀效果变强.通过极化曲线及其参数分析得出不同溶解氧浓度下海绵铁极化电阻排序为(6.5±0.5)mg/L＜(3.5±0.2)mg/L＜(0.5±0.2)mg/L,缺氧条件下,腐蚀阻力较大,溶解氧能够减小极化电阻,促进海绵铁填料的腐蚀.

许多研究致力于用生物脱氮技术去除污染水体中的氮.微生物固定化是采用物理或化学的方法,将微生物截留在某一特定区域的技术.该技术既可保证功能微生物在适宜条件下快速增殖,使其具有较高的抵御外界不利环境因素的优势,同时可提高功能微生物与本土微生物的竞争力.生物脱氮技术与微生物固定化技术相结合具有很大的应用潜力.综述了几种传统微生物固定化方法和新型微生物固定化方法的分类、原理、优缺点、应用范围及前景.在此基础上,以凝胶包埋法为例,介绍了微生物固定化技术强化生物脱氮的机理,如为微生物提供相应保护,加快微生物生长富集速度,在凝胶球内外形成不同浓度的溶解氧,以及额外提供功能微生物和营养物质等.以凝胶包埋法加快厌氧氨氧化菌生长富集速度,利用凝胶球内外溶解氧浓度差实现短程硝化-厌氧氨氧化为实例进行阐述.最后对微生物固定化技术强化生物脱氮目前存在的问题进行总结并提出展望,开发成本低廉且稳定性强的固定化材料具有重要意义.

对海绵铁的功能及在水处理中的应用进行了概述.分析了海绵铁脱氮和除磷的机理,并对影响海绵铁脱氮和除磷的因素(海绵铁投加量、pH、DO、温度)进行了阐述.总结了海绵铁在脱氮和除磷中的应用(人工湿地、生物膜法、厌氧氨氧化、生物海绵铁体系),对未来海绵铁与脱氮除磷的相关研究方向进行了展望.

鉴于氮、磷污染问题日益严重,脱氮除磷技术被广泛关注,由于铁具有环境友好、成本低容易获得且能够强化脱氮除磷性能的特点,不同种类的铁基材料被广泛应用于水处理技术.通过对铁在参与脱氮除磷过程中的反应机理、对微生物的影响因素,以及铁在脱氮除磷过程中的应用种类等方面的研究总结.发现铁脱氮的主要作用机理是氧化还原反应,除磷的主要机理是铁的表面吸附作用、Fe2+对磷酸根的化学沉淀作用及铁氢氧化物与磷酸根的共沉淀作用.铁对微生物的脱氮除磷过程有协同促进作用,不仅能提高去除速率和效率还能促进产物转化为无害物质.值得注意的是过量的铁离子进入水体中,会对微生物产生抑制毒性.

零价铁(ZVI)作为一种活性金属,因其高效、无毒、价廉和来源丰富而被广泛用于硝酸盐(NO3–)的还原.尽管ZVI对硝酸盐有较高的去除效率,但传统ZVI法还原NO3–的主要产物是NH4+,其会对水体造成二次污染.此外,反应过程中形成的铁氧化物会抑制电子传递,从而使ZVI难以长时间维持高反应活性,对pH有较高的依赖.目前乃至今后的重点研究方向是开发或改善现有ZVI复合材料、耦合微生物工艺等手段以降低pH对反应的限制及还原产物中NH4+的比例,同时将其脱氮性能进一步优化提升.该文介绍了ZVI对NO3–的作用效能和去除机制,阐述了理化特性、pH、温度、溶解氧等因素对ZVI化学反硝化效能的影响,涵盖了ZVI还原硝酸盐的各项性能强化措施.最后归纳了ZVI材料在实际脱氮中需要注意的问题,对其未来发展前景进行了展望.

通过分析氮的循环机制和各形态间的转化途径,为脱氮新技术的研究提供新思路和启示.氮的形态多样,各种形式之间转化复杂且其循环途径深刻影响着地球化学的演变进程.由于人类生产活动的不断推进和自然资源的不断发掘利用使得氮某种形态在环境中累积造成环境污染.自然河流水体作为污水排放的受纳体,氮素的超量富集是水体受污染的重要因素之一,污水脱氮技术的研究一直是关注焦点,重点指出污水脱氮技术特点及当前研究进展.

As a newly identified nitrogen loss pathway, the nitrate-dependent ferrous oxidation (NDFO) process is emerging as a research hotspot in the field of low carbon to nitrogen ratio (C/N) wastewater treatment. This review article provides an overview of the NDFO process and summarizes the functional microorganisms associated with NDFO from different perspectives. The potential mechanisms by which external factors such as influent pH, influent Fe(II)/N (mol), organic carbon, and chelating agents affect NDFO performance are also thoroughly discussed. As the electron-transfer mechanism of the NDFO process is still largely unknown, the extensive chemical Fe(II)-oxidizing nitrite-reducing pathway (NDFOchem) of the NDFO process is described here, and the potential enzymatic electron transfer mechanisms involved are summarized. On this basis, a three-stage electron transfer pathway applicable to low C/N wastewater is proposed. Furthermore, the impact of Fe(III) mineral products on the NDFO process is revisited, and existing crusting prevention strategies are summarized. Finally, future challenges facing the NDFO process and new research directions are discussed, with the aim of further promoting the development and application of the NDFO process in the field of nitrogen removal.

针对不同集雨面不同时期的窖水水质污染特征和生物降解作用研究薄弱的问题,以西北某农村水泥窖水为对象,通过为期一年的水质监测,考察了常规参数和细菌学参数的变化过程,评价了水质的优劣状况,分析了微生物群落结构.结果表明:窖水水质因时间序列的不同而有所不同,且受集雨面影响较大;以砖瓦屋顶和水泥地面作为集雨面的窖水水质最优;与常规污染因子相比,细菌学污染(细菌总数和总大肠杆菌群)较为突出;高通量测序分析发现集雨面的不同显著影响了微生物群落结构,且低丰度菌也可能对微生物群落有着巨大贡献.

反硝化是一种经济有效的废水脱氮技术.但由于其常需要外加碳源作为电子供体而导致了成本高和二次污染的问题.寻找新型的电子供体解决上述问题已经成为当前的研究热点.一般来讲,铁型反硝化技术是以还原态的零价铁和二价铁作为电子供体,污染物为电子受体进行脱氮.由于铁作为电子供体更易获取且成本低,更适用于低C/N比废水处理.本文对零价铁和二价铁介导的两种反硝化过程的脱氮机理,以及目前铁型反硝化的应用状况进行阐述.旨在推进实验室对铁型反硝化生物技术的深入研究,以及在水处理领域的应用.

从微生物学角度分析,异养硝化-好氧反硝化菌(HN-AD菌)的存在实现了SND.介绍了HN-AD菌生长及脱氮效果的影响因素,探讨了其最佳生长条件;并对其脱氮相关酶系、氮代谢途径进行了研究,提出了HN-AD菌未来可能的研究热点方向.

• The coupling of Feammox and NDFO is novel and cost-effective. • The comparison between this process and other denitrification technologies is summarized. • The main factors affecting the coupling process and the research of the process are analyzed. • The transformation forms of iron and nitrogen are two key issues in the coupling process.

抗生素是一类典型的药物,采用传统的方法无法将其有效去除,具有较高的环境风险.而微藻已被证明具有去除抗生素的潜力.因此,抗生素与微藻方面的研究已经成为热点.文章首先综述了环境中常见抗生素种类及其理化性质,其次分析了抗生素对原核生物(蓝藻)和真核生物(绿藻)在生长过程中的影响及机理,并对抗生素对微藻的复合毒性进行了阐述,最后总结了微藻去除抗生素的主要机制(生物吸附、生物累积、生物降解、光降解、水解和挥发),对未来抗生素与微藻的相关研究方向进行了展望.

对1株具有铁氧化和好氧反硝化功能的反硝化无色杆菌2-5(Achromobacter denitrificans strain 2-5)强化SBR反应器脱氮性能与细菌群落结构的影响进行研究.结果表明:在SBR反应器中,添加Fe0和Achromobacter denitrificans strain 2-5能提高SBR反应器对NH4+-N和TN的去除效果,与普通SBR反应器相比,NH4+-N和TN的平均去除率分别提高了 4.13％、15.73％.通过高通量测序分析,发现各反应器微生物群落结构组成存在差异.从门水平来看,变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁 菌门(Firmicutes)为优势菌门.添加 Fe0和Achromobacter denitrificans strain 2-5使反应器中具有好氧反硝化功能的细菌多样性增加,强化了 SBR反应器的脱氮效果,研究结果为Fe0 促进好氧反硝化菌生长,强化污水脱氮提供了依据,有利于好氧反硝化菌的实际应用.

厌氧氨氧化耦合Fe(Ⅲ)还原,即铁氨氧化(Feammox)技术,是近年来新发现的一种以廉价、易得的铁作为微生物电子供体的新型自养生物脱氮技术.该技术具有无需有机碳源、成本低、污泥产量低、不产生温室气体等显著优点,是自然系统和污水处理系统等领域潜在的脱氮途径.本文聚焦于Feammox的产生和发展,详细介绍了该技术的作用机制及其参与反应的主要微生物特征,认为Feammox过程中起主要作用的微生物是一类能驱动氨氧化的铁还原菌;简要分析了pH、温度、溶解氧、有机物及铁源等影响因素;探讨了与FeNiR、Anammox和反硝化等氮损失途径的关系.最后,提出了Feammox仍面临的挑战,展望了未来发展趋势,指出菌的快速富集和分离纯化、控制参数以及与其他脱氮途径之间的相互作用是Feammox未来的研究方向.

以经济欠发达黄土高原沟壑区典型县域(秦安县)农村生活污水处理规划为例,结合实际情况提出了农村生活污水治理原则及模式,最后探讨了农村生活污水治理的重点问题.农村生活污水治理应遵循改善环境迫切需要和聚集性大村优先的原则;农村生活污水治理分为集中治理和资源化利用治理,其中集中治理包括城镇污水处理厂集中处理和村级集中污水处理站的处理,资源化利用治理包括水冲式厕所资源化处理和卫生旱厕资源化处理.修建村级集中污水处理站时每户村民平均支管长度约11.35m,支干管长度约3.79m,户均投资要大于修建乡镇污水处理厂;资源化利用模式投资最省.规划结果表明集中处理与资源化利用模式占比分别约为30％和70％,投资总额相比秦安县财政状况,负担很重.