低浓度含氮废水微生物处理

全书共6章，涵盖低浓度含氮废水处理的多项技术：生物滤池技术、生态工程技术、微生物电化学法、微生物固定化强化技术以及利用微量物质和活泼元素强化的微生物处理技术。
本书可供污水处理工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也可供高等学校环境工程、市政工程及相关专业师生参阅。

韩蕊教授，博士毕业于中山大学环境工程专业。2017年起受聘于大连海洋大学海洋与土木工程学院给排水教研室，副教授，研究生导师。 2005年至2016年12月，在环境保护部华南所历任工程师、高工、土壤与水环境监测技术研究室副主任。从事水土污染治理研究。主持和参加的各类纵向科研项目（纵向）21项（其中主持各类科技计划项目8项。辽宁省农业厅评审专家，获大连市青年才俊称号。

氮是地球上生命体的基本元素，但人类的过度生产活动改变了氮的自然循环过程。含氮废水的过度排放导致氮在水环境中含量过多，形成了水体氮污染。“水华”和“赤潮”就是水体严重氮污染的体现，对人类健康的危害较大。含氮废水来源广泛，主要来自生活、工农业生产等过程。按照含有的氮化合物浓度高低可分为高浓度含氮废水、中浓度含氮废水、低浓度含氮废水。考虑到经济技术可行性，不同浓度含氮废水的处理方法不同。对于高浓度含氮废水，大多采用物化和生化方法相结合的工艺或者完全物化工艺；对于中浓度含氮废水，大多采用物化和生化方法相结合的工艺；对于低浓度含氮废水，更宜采用生化工艺。
当前污水中的中、高浓度含氮物质排放在大部分地区已经得到控制。然而，由于污水排放量大，即使符合排放浓度要求仍然会导致水体呈现持续性氮污染态势。因此，进一步地提高污水排放要求在很多地区是十分必要的。对低浓度含氮废水加强处理是目前污水处理领域的重要课题。
在现有工艺流程中增设新建深度处理设施、对现有工艺构筑物进行改造或采用新工艺进一步提高氮的去除效果，是经济可行的办法。由于低浓度含氮废水多采用生化工艺，起作用的主要微生物参与进行氨化、硝化和反硝化过程，因此微生物处理和强化技术是否先进是影响生物系统除氮能力的关键。虽然人类已经广泛地认识和利用了微生物，但具有除氮功能的微生物并没有完全被认识和有效地为人类服务。在生物反应器中很多影响微生物的因素还未知，如何调控微生物仍在不断探索中。在探索过程中，不断有新的微生物和氮转化机制被报道出来，例如具有完整硝化功能的菌、具有硝化和反硝化两种功能的菌、好氧反硝化菌等。这些新发现都为微生物处理和强化技术提供了基础和新思路。因此，污水微生物处理技术的研究和发展对污水处理具有极为重要的作用。
本书具有较强的技术性和针对性，编写过程中考虑读者群的需要，在内容表述上尽量做到通俗易懂、语言简练，并结合生产实际，图文并茂。本书第1章主要围绕低浓度废水处理技术进行概述，提出了低浓度含氮废水新型生物处理技术和发展趋势，以便读者更好地理解当前技术前沿。第2章从生物反应器的构造因素和运行条件阐述对生物滤池低浓度氮去除性能的影响，可为相关生物滤池研究设计提供思路和参考。第3章在探讨生态工程处理低浓度含氮废水的基础上，重点阐述了人工湿地等生态工程技术在控制淡水和海水污染方面的技术研究，可为生态工程设计提供参考。第4章提出了基于微生物电化学方法的低浓度含氮废水处理技术，微生物转化氮污染物本质上是微生物电化学机制，强化微生物电化学机制可以非常有效地提升除氮效果，本章内容对淡水和海水中含氮物质的去除均有论述，可为相关设计和研究提供参考。第5章论述了基于微生物固定化强化的低浓度含氮废水处理技术，该技术通过外源添加功能微生物实现高效脱氮，本章内容上偏重于对现有前沿技术的介绍、评述，并提出今后这些技术的主要发展方向，可为相关设计和研究提供参考思路。第6章论述了基于微量物质和活泼元素的低浓度含氮废水微生物处理强化技术，从微生物群体感应角度调控微生物量和群落以及铁、硫增加电子供体和强化氮转化过程角度阐述污水中含氮物质的微生物强化技术，可为今后研究和实际应用提供参考。
本书涉及的研究内容得到了国家自然科学基金项目（32273186、31702391）、辽宁省科技计划项目（2021JH2/10200012）和辽宁省教育厅科研基金项目（LJCMZ20221099、LJCMZ20221103）等项目的资助。研究工作得到了浙江大学刘鹰教授的悉心指导。本书第1章、第2章、第3章的3.1、3.2、3.3节，以及第5章由韩蕊完成，其余由吴英海完成。研究生荣馨宇、李可心、衣隆强、马洪婧、苏鑫、周鹏、刘佩武、张瑞娜、周子豫、冉昊鑫、徐睿等为本书的实验开展和数据整理做出了重要的贡献。同时，在著写过程中得到了很多专家和相关领导的大力支持。特别感谢江南大学刘和教授对本书框架的指导。本书引用了一些国内外科研人员公开发表的文献资料，在此一并表示感谢！
由于水平有限，内容难免存在疏漏之处，恳请读者批评指正。

韩蕊　吴英海
2024年6月

第1章　概述	001
1.1　低浓度含氮废水	003
1.1.1　来源	003
1.1.2　特征	005
1.2　低浓度含氮废水处理技术	006
1.2.1　物理法	007
1.2.2　化学法	007
1.2.3　生物法	009
1.3　低浓度含氮废水新型生物处理技术与发展趋势	010
1.3.1　新型生物处理技术	010
1.3.2　发展趋势	013
参考文献	014

第2章　基于生物滤池的低浓度含氮废水处理技术	017
2.1　构造因素对生物滤池低浓度氮去除性能的影响	019
2.1.1　滤料物理特性	019
2.1.2　滤料化学特性	021
2.1.3　生物滤池类型	023
2.2　运行条件对生物滤池低浓度氮去除性能的影响	025
2.2.1　温度	025
2.2.2　pH值	025
2.2.3　DO	026
2.2.4　碳氮比	027
2.2.5　其他运行条件	028
参考文献	031

第3章　基于生态工程的处理技术	035
3.1　人工湿地构造及生物因素	037
3.1.1　不同构造人工湿地处理性能	037
3.1.2　人工湿地微生物	039
3.1.3　人工湿地植物	041
3.1.4　人工湿地动物	043
3.1.5　尚需加强研究的关键技术问题	044
3.2　处理型河岸湿地污染治理技术	045
3.2.1　处理型河岸湿地技术的发展和应用	046
3.2.2　控污强化技术及机制研究	048
3.2.3　生物电化学耦合处理型河岸湿地技术	051
3.3　滨海围滩水产养殖水污染的生态工程技术	054
3.3.1　生态透水坝处理技术概述	056
3.3.2　生态透水坝截污性能	057
3.4　复合人工湿地对氮的深度处理	061
3.4.1　ICW系统对氮的深度处理效果	062
3.4.2　复合人工湿地模型模拟及验证	064
3.4.3　影响复合人工湿地氮处理效果的因素	066
3.4.4　复合人工湿地中微生物群落与理化因子的研究	070
3.4.5　复合人工湿地中植物对污染物去除的影响	086
参考文献	100

第4章　基于微生物电化学方法的处理技术	109
4.1　微生物电解池反应器处理低浓度含氮废水	111
4.1.1　电极对系统的氮去除效果的影响	111
4.1.2　离子半透膜对系统的氮去除效果的影响	113
4.1.3　电流密度对系统的氮去除效果的影响	114
4.1.4　微生物对系统的氮去除效果的影响	115
4.2　生物膜电极-人工湿地系统对低浓度含氮废水的去除强化效果及机制	116
4.2.1　构造因素	119
4.2.2　运行因素	122
4.2.3　微生物群落因素	125
4.3　生物膜电极-渗透系统处理污染海水的脱氮性能的强化及机制	128
4.3.1　生物膜电极-渗透系统中氮去除的强化效果	130
4.3.2　外加电压对氮去除的影响	132
4.3.3　系统脱氮性能强化的微生物群落机制	134
参考文献	137

第5章　基于微生物固定化强化的处理技术	141
5.1　微生物固定化技术处理含氮废水研究进展	143
5.1.1　固定化微生物筛选	143
5.1.2　微生物固定化方法	145
5.1.3　微生物固定化载体选择	146
5.2　吸附固定化菌株强化人工湿地-微生物电解池系统脱氮	149
5.2.1　吸附固定化脱氮功能菌株的选择	151
5.2.2　反应器构造对脱氮菌株在人工湿地-微生物电解池系统中定植的影响	157
5.2.3　运行条件	161
5.2.4　土著微生物对外源脱氮菌株的影响	166
5.3　包埋固定化菌株强化生物滤器系统脱氮	167
5.3.1　异养硝化-好氧反硝化细菌在废水脱氮中的研究进展	167
5.3.2　高效耐盐好氧反硝化复合菌剂组成及脱氮条件优化	177
参考文献	192

第6章　基于微量物质和活泼元素的处理强化技术	205
6.1　外源酰基高丝氨酸内酯对生物膜脱氮性能的影响与强化技术	207
6.1.1　外源性AHLs分子的多样性及功能	208
6.1.2　外源性AHLs对微生物膜特性的影响	209
6.1.3　AHLs添加方法对生物膜脱氮性能的提升及影响因素	212
6.2　铁元素对废水中氮强化去除的微生物学机制与技术	217
6.2.1　微生物学机制	222
6.2.2　去除效果	233
6.3　硫元素对废水中氮强化去除的微生物学机制与技术	239
6.3.1　微生物学机制	239
6.3.2　去除效果	240
参考文献	243