零价铁驱动亚铁反硝化强化低碳氮比废水的处理及调控机制

As toxic organic and nitrate residual become more common in livestock effluent, the safety reuse wastewater has a potential environmental and health risks, and we have to pay intensive attention on the development of cheap and safe technology for efficient carbon and nitrogen removal. In order to deep purify the secondary effluent of livestock wastewater, research will add zero-valent iron (ZVI) into the system of denitrification to drive the nitrate-dependent ferrous oxidation. It will achieve dissimilatory reduction, so that promote the recycle of iron. The program selects the livestock effluent as research object. Research will probe into the optimized integrated mode of the selective.denitrification at denitrification of zero-valent iron and nitrate-dependent ferrous oxidation to develop the denitrification system by zero-valent iron driving nitrate-dependent ferrous oxidation. What is more, the ammonium produced from ZVI denitrification and nitrate-dependent ferrous oxidation process. The ammonium will achieve the dissimilatory reduction and replace the carbon source. Through the microbial community structure, it will study the mechanism of denitrify and microbes of nitrate-dependent ferrous oxidation, also search for the way of electron transfer. The program is expected to provide an adaptable theoretical basis for the deep purification of low C/N wastewater from livestock sewage effluent which has practical application value.

畜禽养殖废水二级处理后，出水中有机物、硝酸盐等污染物残留现象比较普遍，废水安全回用面临较大的风险，急需开发廉价、安全、易实行的深度净化技术。本研究通过在反硝化系统内投加零价铁，诱导亚铁反硝化过程的进行，进而实现异化铁还原过程，从而推动铁的循环利用。以畜禽养殖废水二级出水为研究对象，深入探讨零价铁反硝化和硝酸盐依赖亚铁氧化两个过程的优化匹配模式和系统操控要点，构建零价铁驱动亚铁反硝化的系统。另一方面，零价铁及亚铁反硝化过程生成的氨氮，解析这部分氨氮替代有机物促进铁的循环及加速反硝化的作用机制。通过微生物群落结构，探索具有零价铁驱动亚铁反硝化并实现铁循环的微生物，并解析有机物与零价铁-亚铁反硝化和氨氮异化铁还原的协同作用和微生物之间的电子传递方式。该研究有望为低碳氮比废水的深度净化提供一种经济、有效的技术。为畜禽养殖废水二级出水的后续深度净化提供理论基础，具有实际应用价值。

畜禽养殖废水二级处理后，出水中有机物、硝酸盐等污染物残留现象比较普遍，废水安全回用面临较大的风险，急需开发廉价、安全、易实行的深度净化技术。本研究通过在反硝化系统内投加零价铁，诱导亚铁反硝化过程的进行，进而实现异化铁还原过程，从而推动铁的循环利用。首先，探讨了零价铁驱动亚铁反硝化过程的可行性和优化匹配条件及系统调控要点，构建零价铁驱动亚铁反硝化的系统。综合氨氮生成量、pH、亚铁的利用率和价格经济性，最终选取海绵铁作为最优选择。然后，通过模拟不同的C/Fe2+反硝化脱氮生物耦合构建了零价铁自养反硝化系统，考察废水中Fe2+对反硝化的促进作用。研究结果表明当C/Fe2+为0.8时，TN去除略高于有机物的TN去除效果，且亚硝酸盐的积累量低于有机物的亚硝酸盐积累，乙酸的含量为单纯乙酸反应器浓度的1/3，大大降低了乙酸的用量。可见Fe2+对反硝化的效果有明显的促进作用。最后，针对零价铁及亚铁反硝化过程可能生成的NH4+，会对异化铁还原过程产生影响。通过间歇实验，研究不同浓度的NH4+、C/N对异化铁还原过程的影响，分析氨氮是否可以替代有机物作为铁循环的电子供体，并解析有机物与零价铁-亚铁反硝化和氨氮异化铁还原的协同作用。研究结果表明NH4+-N可作为电子供体实现异化Fe(III)还原反应，且有机物浓度越低越有利于此过程的进行；也发现零价铁驱动亚铁反硝化过程可耦合氨氮实现高效脱氮，且氨氮可替代有机物实现铁循环加速反硝化过程。该研究有望为低碳氮比废水的深度净化提供一种经济、有效的技术。为畜禽养殖废水二级出水的后续深度净化提供理论基础，具有实际应用价值。