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江南,环境学院研究团队提出利用超声波技术实现处理废水脱氮过程控制的新方法
时间：2023-11-06
焦点提醒：情况学院研究团队提出操纵超声波手艺实现处置废水脱氮进程节制的新方式
情况学院研究团队提出操纵超声波手艺实现处置废水脱氮进程节制的新方式
清华旧事网2月25日电 日前，清华年夜学情况学院博士后郑敏、汪诚文传授、刘艳臣副研究员和美国斯坦福年夜学高级研究员吴唯平易近等在国际情况科学与手艺范畴顶尖期刊《情况科学与手艺》（Environmental Science and Technology）上颁发了题为“Ultrasonic Treatment Enhanced Ammonia-oxidizing Bacterial (AOB) Activities for Nitritation Process”（超声波处置加强亚硝化工艺中氨氧化细菌（AOB）活性）的研究论文，初次提出一种操纵超声波手艺有用节制废水处置微生物群落构成从而实现高效、节能的短程硝化脱氮的新方式。
人类糊口发生的污水含有年夜量的氮素污染物，排入水体可形成富养分化，是以除氮是废水处置进程中的主要环节。保守的废水生物脱氮是操纵细菌先将水中的氨氮曝气氧化为亚硝酸盐，然后由另外一类细菌将亚硝酸盐氧化为硝酸盐（全程硝化进程），最初在无氧前提下操纵无机物将硝酸盐还原成氮气释放到年夜气（反硝化进程）。1975年Voet等学者提出了一种短程硝化—反硝化的工艺，行将氨氮氧化为亚硝酸盐（短程硝化），然后将亚硝酸盐还原为氮气。该方式较保守全程硝化脱氮方式可年夜年夜节流曝气所耗的能耗、节流反硝化所需碳源、削减污泥产量，缩短反映时候和削减响应反映器容积。最近几年来又开辟了将半量氨氮曝气氧化为亚硝酸盐，再与别的半量氨氮反映生成氮气的厌氧氨氧化工艺，可进一步削减一半的曝气能耗。以上两种工艺，短程硝化是要害，但实行的难点是要节制废水处置的细菌仅将氧化氨氮至亚硝酸盐。迄今，国表里研究者一向在努力在寻觅操作简����APP便、具有年夜范围利用前景的短程硝化进程节制方式。
2011年，在情况学院攻读博士学位的郑敏在操纵超声波手艺进行污泥泉源减量化的实验研究中发觉，操纵适合的超声波前提处置活性污泥后的菌群能够在反映器内不变地堆集亚硝酸盐而使硝酸盐生成量年夜幅减小。尔后，在导师汪诚文的指点下，郑敏展开了操纵超声波节制细菌种群布局、获得高效不变短程硝化的周全系统研究。本次颁发的论文是此中的主要功效之一。该文章报导了研究构成功经由过程超声波的前提优化与节制，操纵恰当的超声波强度刺激短程硝化必须的好氧氨氧化细菌（Ammonia-oxidizing Bacteria，AOB）发展，同时按捺灭活发生硝酸盐的亚硝酸盐氧化细菌（Nitrite-oxidizing Bacteria，NOB），从而实现反映器的延续运转，并成立了评价超声波对分歧细菌感化的动力学实验模子。此研究初次周全系统地证明了在超声波处置前提下，能够节制反映器的细菌种群、富集驯化出含高品貌AOB无NOB的微生物到达高效的短程硝化。该方式将为开辟高效污水处置与污泥资本化组合新工艺供给一条全新思绪。此后，研究人员将进一步探明系统节制的微生物心理学和生态学机理和实现从小型实验到出产示范过渡。
郑敏为论文第一作者，汪诚文为通信作者。合作者中吴唯平易近介入实验设想和指点研究工作，刘艳臣介入了实验设想和微生物学的阐发工作。
论文链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.5b04178
Oxidation of ammonia to nitrite rather than nitrate is critical for nitritation process for wastewater treatment. We proposed a promising approach by using controlled ultrasonic treatment to enhance the activity of ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and suppress that of nitrite-oxidizing bacteria (NOB). Batch activity assays indicated that when ultrasound was applied, AOB activity reached a peak level and then declined but NOB activity deteriorated continuously as the power intensity of ultrasound increased. Kinetic analysis of relative microbial activity versus ultrasonic energy density was performed to investigate the effect of operational factors (power, sludge concentration, and aeration) on AOB and NOB activities and the test parameters were selected for reactor tests. Laboratory sequential batch reactor (SBR) was further used to test the ultrasonic stimulus with 8 h per day operational cycle and synthetic waste urine as influent. With specific ultrasonic energy density of 0.09 kJ/mg VSS and continuously fed influent containing above 200 mg NH3–N/L, high AOB reproductive activity was achieved and nearly complete conversion of ammonia-N to nitrite was maintained. Microbial structure analysis confirmed that the treatment changed community of AOB, NOB, and heterotrophs. Known AOBNitrosomonasgenus remained at similar level in the biomass while typical NOBNitrospiragenus disappeared in the SBR under ultrasonic treatment and after the treatment was off for 30 days.
