環(huán)境學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)提出利用超聲波技術(shù)實(shí)現(xiàn)處理廢水脫氮過(guò)程控制的新方法
清華新聞網(wǎng)2月25日電 日前，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院博士后鄭敏、汪誠(chéng)文教授、劉艷臣副研究員和美國(guó)斯坦福大學(xué)高級(jí)研究員吳唯民等在國(guó)際環(huán)境科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域頂尖期刊《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》（Environmental Science and Technology）上發(fā)表了題為“Ultrasonic Treatment Enhanced Ammonia-oxidizing Bacterial (AOB) Activities for Nitritation Process”（超聲波處理增強(qiáng)亞硝化工藝中氨氧化細(xì)菌（AOB）活性）的研究論文，首次提出一種利用超聲波技術(shù)有效控制廢水處理微生物群落組成從而實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能的短程硝化脫氮的新方法。
人類(lèi)生活產(chǎn)生的污水含有大量的氮素污染物，排入水體可造成富營(yíng)養(yǎng)化，因此除氮是廢水處理過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的廢水生物脫氮是利用細(xì)菌先將水中的氨氮曝氣氧化為亞硝酸鹽，然后由另一類(lèi)細(xì)菌將亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽（全程硝化過(guò)程），最后在無(wú)氧條件下利用有機(jī)物將硝酸鹽還原成氮?dú)忉尫诺酱髿猓ǚ聪趸^(guò)程）。1975年Voet等學(xué)者提出了一種短程硝化—反硝化的工藝，即將氨氮氧化為亞硝酸鹽（短程硝化），然后將亞硝酸鹽還原為氮?dú)�。該方法較傳統(tǒng)全程硝化脫氮方法可大大節(jié)省曝氣所耗的能耗、節(jié)省反硝化所需碳源、減少污泥產(chǎn)量，縮短反應(yīng)時(shí)間及減少相應(yīng)反應(yīng)器容積。近年來(lái)又開(kāi)發(fā)了將半量氨氮曝氣氧化為亞硝酸鹽，再與另外半量氨氮反應(yīng)生成氮?dú)獾膮捬醢毖趸に嚕蛇M(jìn)一步減少一半的曝氣能耗。以上兩種工藝，短程硝化是關(guān)鍵，但實(shí)施的難點(diǎn)是要控制廢水處理的細(xì)菌僅將氧化氨氮至亞硝酸鹽。迄今，國(guó)內(nèi)外研究者一直在致力于尋找操作簡(jiǎn)便、具有大規(guī)模應(yīng)用前景的短程硝化過(guò)程控制方法。
2011年，在環(huán)境學(xué)院攻讀博士學(xué)位的鄭敏在利用超聲波技術(shù)進(jìn)行污泥源頭減量化的試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，利用適宜的超聲波條件處理活性污泥后的菌群可以在反應(yīng)器內(nèi)穩(wěn)定地積累亞硝酸鹽而使硝酸鹽生成量大幅減小。此后，在導(dǎo)師汪誠(chéng)文的指導(dǎo)下，鄭敏開(kāi)展了利用超聲波控制細(xì)菌種群結(jié)構(gòu)、獲取高效穩(wěn)定短程硝化的全面系統(tǒng)研究。本次發(fā)表的論文是其中的重要成果之一。該文章報(bào)道了研究組成功通過(guò)超聲波的條件優(yōu)化與控制，利用適當(dāng)?shù)某暡◤?qiáng)度刺激短程硝化必需的好氧氨氧化細(xì)菌（Ammonia-oxidizing Bacteria，AOB）生長(zhǎng)，同時(shí)抑制滅活產(chǎn)生硝酸鹽的亞硝酸鹽氧化細(xì)菌（Nitrite-oxidizing Bacteria，NOB），從而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器的持續(xù)運(yùn)行，并建立了評(píng)價(jià)超聲波對(duì)不同細(xì)菌作用的動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀４搜芯渴状稳嫦到y(tǒng)地證實(shí)了在超聲波處理?xiàng)l件下，可以控制反應(yīng)器的細(xì)菌種群、富集馴化出含高豐度AOB無(wú)NOB的微生物達(dá)到高效的短程硝化。該方法將為開(kāi)發(fā)高效污水處理與污泥資源化組合新工藝提供一條全新思路。今后，研究人員將進(jìn)一步探明系統(tǒng)控制的微生物生理學(xué)和生態(tài)學(xué)機(jī)理和實(shí)現(xiàn)從小型試驗(yàn)到生產(chǎn)示范過(guò)渡。
鄭敏為論文第一作者，汪誠(chéng)文為通訊作者。合作者中吳唯民參與試驗(yàn)設(shè)計(jì)和指導(dǎo)研究工作，劉艷臣參與了試驗(yàn)設(shè)計(jì)和微生物學(xué)的分析工作。
論文鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.5b04178
