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水污染@铁对废水微生物脱氮的影响研究进展( 二 )


零价铁（ZVI）、四氧化三铁（Fe3O4）等固体形态的含铁物质 ， 在水溶液中能够通过水解或解离释放出铁离子（Fe2+和Fe3+） ， 也可用于促进厌氧氨氧化脱氮[8,17]（表1） 。 Ren等[8]研究了不同尺度的ZVI材料 ， 包括毫米级零价铁（mZVI）和纳米级零价铁（nZVI） ， 结果表明 ， 在上流式厌氧污泥床反应器中 ， mZVI和nZVI的投加均能提高厌氧氨氧化对含氮污染物的去除速率或去除率 ， 且nZVI对厌氧氨氧化脱氮的促进效果优于mZVI 。 ZVI水解产生Fe2+促进厌氧氨氧化脱氮 ， 同时也可作还原剂将硝酸盐通过化学作用还原为氨氮 ， 去除硝酸盐的同时提供了充足的厌氧氨氧化底物[8] 。 nZVI相对于mZVI更能促进厌氧氨氧化脱氮的原因可能是nZVI具有比mZVI更高的活性[19] 。 投加到厌氧氨氧化系统中的ZVI快速水解产生的Fe3+在碱性条件下易转化为氢氧化铁[Fe(OH)3]红色絮状固体 ， 沉积于厌氧氨氧化污泥颗粒的表面 ， 抑制厌氧氨氧化菌活性 ， 因此 ， 随着反应器运行时间的延长 ， ZVI对厌氧氨氧化脱氮的作用将会由促进转为抑制[17] 。 Fe3O4也能够溶于水解离出Fe2+和Fe3+ ， 与ZVI不同的是 ， Fe3O4的离子化速率与厌氧氨氧化系统对Fe2+和Fe3+的消耗速率保持平衡 ， 在厌氧氨氧化系统中投加Fe3O4时未检测到Fe(OH)3生成 ， Fe2+和Fe3+浓度保持稳定 ， 从而对厌氧氨氧化产生更稳定的促进作用[17] 。
厌氧氨氧化反应器的启动耗时较长 ， 适量铁的添加能够缩短厌氧氨氧化反应系统启动时间[13] 。 Ren等[8]的研究表明mZVI和nZVI的投加能使上流式厌氧污泥床反应器中厌氧氨氧化启动时间由126天分别缩短到105天和84天；Bi等[20]通过投加0.09mmol/L Fe2+使上流式厌氧氨氧化反应器的启动时间由70天缩减至50天 。 厌氧氨氧化反应器启动时间的缩短 ， 促进了厌氧氨氧化技术在实际废水脱氮中的应用 。
Li等[21]提出了一种将厌氧氨氧化与铁氨氧化、铁型反硝化耦合的新型脱氮过程 ， 能够同时脱除一些废水中同时存在的氨氮和硝酸盐氮（图1）：①通过铁氨氧化 ， 微生物利用Fe3+为电子受体将氨氮氧化为亚硝酸盐氮、硝酸盐氮或氮气,同时Fe3+被还原为Fe2+；②通过铁型反硝化 ， 微生物利用①中生成的Fe2+为电子供体还原硝酸盐氮为亚硝酸盐氮或氮气 ， 而Fe2+又被氧化为Fe3+；③系统中剩余的氨氮与前述两个过程中的亚硝酸盐氮在厌氧氨氧化菌的作用下最终也转化为氮气 ， 氮的转化过程与铁的转化过程（Fe2+和Fe3+）相结合 ， 铁相当于该耦合脱氮过程的催化剂 。 在该耦合脱氮反应系统中 ， Fe3+添加浓度为30mg/L ， 经过62天的运行 ， 氨氮和硝酸盐氮出水浓度由相同的进水浓度50mg/L分别降低至16.2mg/L和20.6mg/L ， 有效实现了氨氮与硝酸盐氮的同时去除[21] 。
水污染@铁对废水微生物脱氮的影响研究进展
本文插图
1.2 硝化
在硝化培养基中添加0.05～0.2mg/L Fe2+ ， 即能促进哈尔滨不动杆菌对氨氮的异养硝化作用 ， 其中 ， 在Fe2+的最适添加浓度0.1mg/L下 ， 哈尔滨不动杆菌对氨氮的硝化速率由未添加Fe2+时的0.19mg/(L·h)显著提高至0.50mg/(L·h)[22] 。 王秀蘅等[23]在对厌氧好氧脱氮工艺中好氧段氨氮硝化过程的研究中发现 ， 5～20mg/L Fe2+的添加能够促进微生物对氨氮的硝化作用 ， 其中20mg/L Fe2+的投加最高可使微生物对氨氮的转化率由0mg/L Fe2+时的约43%提高至约54% ， 而随着Fe2+投加量继续增加（20～80mg/L） ， 这种促进作用有所减弱 ， 但未达到产生毒性积累而抑制脱氮的程度 。
在序批式生物膜反应器中装填含ZVI复合载体（生物海绵铁） ， 反应器运行的稳定阶段和出水回流阶段氨氮去除率分别为60.6%和72.8% ， 而在装填不含ZVI载体的反应器中 ， 相应阶段氨氮去除率分别仅为13.5%和16.8% ， ZVI对氨氮硝化的促进作用显著[24] 。 Ma等[25]的研究表明 ， 序批式活性污泥反应器在60mg/L磁性Fe3O4纳米粒子长期作用下 ， 氨氮氧化速率受到磁性Fe3O4纳米粒子的抑制 ， 由未添加磁性Fe3O4纳米粒子时的约5.2mg N/(gMLVSS·h)（MLVSS表示混合液挥发性悬浮固体浓度）降低至约4.7mg N/(g MLVSS·h) ， 而亚硝酸盐氮硝化速率则由约4.9mg N/(g MLVSS·h)提高至7.10mg N/(g MLVSS·h) 。 从氨氮去除效果来看 ， 随着磁性Fe3O4纳米粒子浓度由0增加到60mg/L ， 活性污泥反应器对氨氮的去除率基本稳定在98.50%左右 ， 此浓度范围的磁性Fe3O4纳米粒子对硝化效果没有显著影响[25] 。


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