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水污染@铁对废水微生物脱氮的影响研究进展


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北极星水处理网讯:摘要：微生物脱氮是一种经济有效的治理水体氮污染的手段 。 目前微生物脱氮过程主要有厌氧氨氧化、硝化、反硝化及同时硝化反硝化等 。 铁是环境中普遍存在的金属元素 ， 也是微生物所需的重要微量元素之一 。 在微生物脱氮系统中 ， 铁盐或者含铁固体化合物等的投加会对微生物及脱氮工艺过程等产生一定的影响 ， 且对于不同种类的微生物与不同的脱氮工艺 ， 铁所产生的影响也将不同 。 本文全面综述了近些年的研究报道中铁对厌氧氨氧化、硝化、反硝化及同时硝化反硝化等不同脱氮过程中含氮污染物去除效果的影响 ， 铁与脱氮微生物的酶活性、电子传递、增殖富集及脱氮反应器中生物膜、污泥絮体及颗粒形成等之间的作用关系 ， 旨在全面理解铁对微生物脱氮系统的作用与内在机制 ， 为实现利用铁强化微生物脱氮过程、提高微生物脱氮效率提供借鉴 。
关键词：铁;微生物脱氮;过程强化;作用机制
工业污水、农业污水及生活污水等往往存在着多种含氮污染物 ， 包括氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮等 ， 对环境生态造成严重危害[1,2] 。 微生物脱氮具有处理彻底、无二次污染及经济等优点而被用于含氮废水的处理[3] ， 其基本原理是利用微生物的同化或异化作用 ， 将废水中的含氮化合物转化为生物质或氮气等气态产物而从废水中彻底去除 。 目前主要的微生物脱氮过程有厌氧氨氧化、硝化（氨氮、亚硝酸盐氮的好氧氧化）、反硝化（硝酸盐氮、亚硝酸盐氮被还原为气态产物氮气等）及同时硝化反硝化等 。
铁是地球上含量较多的金属元素 ， 来源广泛、价廉易得 。 同时 ， 铁也是生物系统中最丰富的过渡金属元素 ， 可与碳、氧、硫和氮等形成多种络合物[4] ， 是微生物所需的重要微量元素之一[5] 。 微量元素铁能够促进微生物的电子传递、酶的合成等 ， 提高微生物活性和对氮的利用与转化[6] 。 含零价、二价及三价等不同价态和不同化学形态的铁单质或化合物 ， 其对微生物脱氮过程造成的影响也会有所差别[7,8,9,10] 。 含氮废水脱氮过程涉及不同种类的微生物 ， 对铁的需求或铁对其产生的影响也会不同 ， 过量的铁可能抑制微生物的活性 ， 造成微生物的中毒或死亡 ， 因此需要研究实际情况中铁对微生物脱氮过程的影响 ， 以确定含铁物质的适宜投加形式与用量[6,11] 。
全面理解铁对微生物脱氮过程的影响及作用机制 ， 对于利用铁提高微生物脱氮活性 ， 改善微生物脱氮工艺 ， 促进含氮废水的高效处理具有积极意义 。 本文全面综述了近些年来的研究报道中铁对厌氧氨氧化、硝化、反硝化及同时硝化反硝化等不同微生物脱氮过程中含氮污染物去除过程的影响 ， 以及铁与脱氮微生物的酶活性、电子传递、增殖富集及脱氮反应器中生物膜、污泥絮体及污泥颗粒等之间的作用关系 ， 旨在全面理解铁对微生物脱氮过程的影响及其产生的内在机制 ， 为实现在实际生产中利用铁强化微生物脱氮过程提供借鉴 。
1 铁对废水微生物脱氮的影响
目前用于废水脱氮的微生物过程主要有厌氧氨氧化、硝化、反硝化及同时硝化反硝化等 。
1.1 厌氧氨氧化
厌氧氨氧化菌在厌氧条件下能够以氨氮为电子供体、亚硝酸盐氮为电子受体 ， 将氨氮与亚硝酸盐氮同时转化为氮气 ， 可用于处理高氨氮废水[12] 。 而为了提高厌氧氨氧化中的脱氮效率、缩短反应器启动时间 ， 强化厌氧氨氧化脱氮效果 ， 研究者对铁在不同投加形式和投加量下对厌氧氨氧化脱氮效果的影响开展了广泛的研究（表1） 。
水污染@铁对废水微生物脱氮的影响研究进展
本文插图
离子形式的铁（Fe2+或Fe3+）以及与EDTA-2Na螯合的二价铁Fe(Ⅱ)（EDTA-FeNa2）等被添加到厌氧氨氧化反应器中 ， 用于促进微生物的厌氧氨氧化脱氮[13,14,15,16] 。 如表1所示 ， Fe2+或Fe3+在浓度为1～5mg/L以及Fe(Ⅱ)在浓度为0.06～0.12mmol/L（约3.35～6.72mg/L）时 ， 均能提高厌氧氨氧化脱氮效果[13,14,15,16] 。 而当铁离子浓度过高时 ， 反而会抑制厌氧氨氧化 。 在厌氧氨氧化生物滤池反应器中 ， 当Fe2+添加浓度（10～20mg/L）超出适宜浓度范围1～5mg/L时 ， 厌氧氨氧化受到抑制 ， 过量的Fe2+将被吸附于厌氧氨氧化生物膜上 ， 以缓解对脱氮的抑制作用 ， 而当Fe2+浓度继续增加（30～50mg/L） ， 超出了厌氧氨氧化生物膜对Fe2+的吸附容量时 ， 不能被生物膜吸附的Fe2+将进入微生物细胞内 ， 严重抑制微生物活性 ， 降低脱氮效果 ， 这种抑制将是不可逆转的[15] 。


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