#苏州科技大学陈重军:厌氧氨氧化颗粒污泥的研究进展#
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专栏寄语:水是与人类活动关系最为密切的环境要素,水环境前沿科学研究也始终处于高度活跃的状态。科学研究没有终点,而发表、出版是研究社区、学术生态不可或缺的重要一环。作为专业水行业期刊,我们始终致力于期刊特色发展,希望为塑造生机勃勃的学术生态环境做出应有的贡献。《中国给水排水》杂志与中信环境联合推出“Top Water Research”微信专栏,旨在传递国内外水环境研究Top文献情报,进一步推动学术交流合作。欢迎国内外的优秀研究团队踊跃参与,分享你们的前沿研究成果。本专栏将持续播出,敬请关注!

推荐理由:自活性污泥法成功用于城市污水处理以来,历经百年,弥久不衰。但随着经济快速发展,大量有机污染物进入水环境,导致水体富营养化、水华现象、蓝藻爆发事件频发。同时为了进一步降低传统活性污泥法能耗、占地面积,提高氮、磷的去除效能和能源回收,颗粒污泥技术应运而生。

荷兰代尔夫特理工大学教授Mark van Loosdrecht院士指出,未来污水处理生物技术主要是厌氧氨氧化(Anammox)、好氧颗粒污泥(AGS)技术。由于Anammox 微生物繁殖速率低,世代周期长,在实际应用中容易随污泥流失导致难以快速培养。而颗粒污泥因其具有优异的沉降性能,可以保留大量生物群体,抵抗冲击能力强,能有效解决污泥流失的困境,对复杂的环境条件具有较强的适应性。耦合Anammox和颗粒污泥的优势,因而有关Anammox颗粒污泥相关研究迅速开展。然而有关Anammox颗粒污泥的性质、影响因素、局限性和应用的研究进展相关报道并不多见。苏州科技大学陈重军副教授一直从事Anammox相关研究,并对Anammox颗粒污泥特性、形成因素、应用状况进行分析。近期,该研究小组将此研究成果以“Research advances in anammox granular sludge: A review”为题,发表在环境领域期刊Critical Reviews in Environmental Science and Technology。

——同济大学浙江学院、《中国给水排水》青年编委 刘俊 博士

该研究获得了国家自然科学基金(51508366)、中国博士后科学基金(2020M671400)、江苏省自然科学基金(BK20201450)的资助。研究成果以“Research advances in Anammox granular sludge: A review”为题,发表在Critical Reviews in Environmental Science and Technology(SCI,IF= 8.302,1区Top)DOI:10.1080/10643389.2020.1831358

中文摘要
厌氧氨氧化 (Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)是在厌氧条件下,厌氧氨氧化菌(AnAOB)以NO2--N为电子受体,氧化NH4+-N为N2的过程。该过程无需外加有机碳源,主要应用于高氨氮、低碳源废水处理,为实现自养低耗脱氮提供了新途径。然而,AnAOB繁殖速率低,倍增时间长,在实际应用中很容易随污泥流失导致难以快速培养。颗粒污泥因其具有优异的沉降性能,可以保留大量生物群体,抵抗冲击能力强,能有效解决污泥流失的难题,对复杂的环境条件具有更强的适应性,成为Anammox的主要选择形式。本文综述了厌氧氨氧化颗粒污泥的性质、影响因素、局限性以及应用的研究进展,旨为厌氧氨氧化颗粒污泥的研究和工程应用提供参考。
图文摘要

1
引言
传统生物脱氮工艺是基于硝化-反硝化过程,最后转化为氮气,工艺流程长,脱氮负荷低,占地面积大,投资高。因此,进一步探索高效率、低能耗的废水脱氮技术已成为废水脱氮领域的重要内容。厌氧氨氧化 (Anaerobic ammonium oxidation,Anammox)是在厌氧条件下,厌氧氨氧化菌(AnAOB)以NO2--N为电子受体,氧化NH4+-N为N2的过程。该过程无需外加有机碳源,主要应用于高氨氮、低碳源废水处理,为实现自养低耗脱氮提供了新途径。然而,AnAOB繁殖速率低,倍增时间长,在实际应用中很容易随污泥流失导致难以快速培养。颗粒污泥因其具有优异的沉降性能,可以保留大量生物群体,抵抗冲击能力强,能有效解决污泥流失的难题,对复杂的环境条件具有更强的适应性,成为Anammox的主要选择形式。本文综述了厌氧氨氧化颗粒(AnGS)的性质、影响因素、局限性以及应用的研究进展,希望能为AnGS的研究和工程应用提供借鉴。

2
图文导读
该综述首先介绍了AnGS的优点及形成过程。颗粒污泥比絮体污泥更致密,微生物结构更强,AnGS可以在不需要载体的情况下确保完全的生物量保留。此外,由于它们的高沉降速度,可以采用高水力负荷,而不会对生物量造成相应的冲刷。颗粒污泥由微生物细胞、胞外聚合物(EPS)和无机物等组成。AnGS的形成过程见图2。

文章介绍了AnGS的性质、影响因素、局限性及应用的研究进展。AnGS一般呈球形且表面光滑,可分为沉降颗粒和漂浮颗粒,沉降颗粒的平均粒径为(2.96±0.99)mm,小于漂浮颗粒的平均直径,即(4.58±1.22)mm,研究发现沉降性能和反应器的总体性能呈现正相关,即颗粒沉降性越高,反应器的性能越好。而AnGS的粒径与密度成反比。因此,增大粒径会导致AnGS的密度降低,从而导致颗粒污泥的上浮。根据Anammox工艺的沉降模型,1.75~4.00mm的粒径被认为是Anammox工艺有效运行的最佳粒径。为防止颗粒污泥上浮,建议AnGS的粒径始终保持在2.20mm以上。AnGS独特的胭脂色也表明了AnAOB的高活性,但它们的颜色仍然可以从胭脂红到褐色或黑色,主要受到AnAOB中血红素c的浓度影响,见图3、4。

同时,一定浓度有机物的存在会对AnGS的污泥特性造成影响,随着浓度的升高,AnGS由砖红色转变为黑色,颗粒结构会造成显著影响(见图5)。AnGS的形成及性能不仅受底物浓度、温度、pH值、HRT和SRT等因素的影响,胞外聚合物(EPS)的聚集、流体动力剪切力和搅拌速度、无机离子的存在以及废水中纳米颗粒的存在等因素的影响不容忽视。

厌氧氨氧化颗粒污泥在实验室规模、中试规模和工程应用各个层面上均取得成功,具有巨大优势,见表1。

然而,厌氧氨氧化在实际应用中仍存在一些局限性。比如颗粒污泥的上浮现象、AnGS的储存及重金属的影响等,仍然限制着AnGS的大规模应用。较高脱氮负荷导致氮气产量的增加可能是AnGS上浮的主要原因之一。也有专家认为颗粒污泥内部形成的气穴也会造成颗粒上浮。而对于AnGS的储存,应该选择新方法替代冷冻保存。而重金属的不同类型、数量会不同程度地抑制AnGS的形成,也为厌氧氨氧化颗粒污泥处理工业废水带来了难度。

3
结论与展望
研究者们已对AnGS的结构性质、影响因素等进行了研究,为Anammox快速颗粒化和稳定运行提供了基础,但仍存在一些局限性。比如厌氧氨氧化颗粒污泥的上浮、储存及重金属敏感性均限制AnGS的大规模应用,亟待在未来研究中着手解决。

研究小组介绍

陈重军(左二),苏州科技大学副教授、硕士生导师,主要研究方向为厌氧氨氧化脱氮、生物电化学强化厌氧处理等。主持国家自然科学基金、中国博士后科学基金、江苏省自然科学基金等20余项,在国内外期刊发表论文70多篇,授权国家专利15项,其中发明专利10项。入选江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师、江苏省双创计划,荣获全国环境类专业本科生优秀毕业论文指导教师、江苏省协同创新管理先进个人等光荣称号。担任《中国给水排水》、《工业水处理》青年编委,国家职业技能证书(工业废水处理工)培训专家,苏州市环保产业协会专家委员会委员,苏州市科技咨询专家,苏州市工业和信息化领域专家。目前研究小组共有硕士研究生10名,其中国际硕士2名。

策划组稿:刘俊
编辑:衣春敏
制作:文


审核:李德强

南京拿什么冲刺一线城市?

这6大核心要素成为重要发力点

11月25日,财富500强、全球知名商业地产服务和投资公司世邦魏理仕(CBRE)战略顾问部正式宣布落地南京,这是CBRE自今年进博会期间与南京鼓楼滨江管委会签署战略合作协议之后,走出布局南京市场的又一步棋。

为何选中南京?CBRE苏皖区域战略顾问部主管王飞表示,综合分析南京人均GDP、经济增速、第三产业规模等指标,南京极具潜力在下一个十年成为中国新的一线城市。这意味着,未来十年,南京的商业地产租赁和投资需求将出现大幅度增长。

南京成为最有希望迈入“一线”的城市之一

经过连续三年聚焦创新名城建设,南京已经成为全国创新能力的领导者。同时,通过在省内率先实施链长制,南京重点培养了八条高科技和高端制造产业链,推动了产业生态系统建设,促进企业深度融入全球创新网络。“南京在科创、产业、经济质量和经济增速四重优势加持之下,城市已具备在高起点上推动更高质量一体化发展的良好条件。”王飞说。

记者了解到,今年一季度,南京首次进入全国GDP排名前十强,且成为全国17个“GDP万亿俱乐部成员”中唯一一个经济增速为正的城市(增长1.6%)。在疫情冲击下依然能有如此不俗的表现,正体现了南京发展的韧性和潜力。今年进博会期间CBRE发布的《大中华区2030年展望报告——应运而胜》也印证了这一点。该报告通过持续增长、宜居程度、未来办公、投资水平四个维度分析各大城市发展及商业地产市场的新格局和新机遇,其分析结果显示,南京、杭州、苏州、武汉、成都最有希望成为新的一线城市。

“此次CBRE战略顾问部入驻南京,正是基于对南京发展的信心。”王飞说,未来,CBRE将以“城市合伙人”的理念,为南京提供涵盖片区发展、战略咨询、城市更新、交通导向开发和资源导入等服务在内的全方位战略顾问服务,为南京注入全球化产业资源。

六大核心要素助推南京提升城市竞争力

南京作为长三角地区的中心城市,东承长三角城市群核心区域,西联皖江城市带、长江中游城市群,是长三角辐射带动长江中上游地区发展的重要节点,也是“一带一路”重要节点城市。在南京城市发展外部优势突出的前提下,如何通过内部提升来进一步激发城市价值,成为发展新命题。

为此,CBRE还发布了《“十四五”南京城市竞争力发展要素洞察》,提出科技创新、新区崛起、城市更新、TOD模式、文旅升级和楼宇经济将成为“十四五”时期南京提升城市竞争力的六大核心要素,将推动南京持续夯实“新一线城市领航者”的城市地位。

科技创新:基于重点科技落地项目、高科技主导产业、人才吸引政策、R&D占比与教育资源五个评估维度,世邦魏理仕在2019年发布的《亚太科技城市研究报告》中,将南京评为“中国新兴科技城市”。此次发布的《洞察》建议,南京可以从总部经济、产业园区和人才引进三方面发力,促进未来科技创新的发展,进一步提升南京创新发展活力。其中,科技行业龙头企业总部的落地将进一步提升南京科技创新发展活力,激发高质量发展动能。大规模高能级产业园区成为南京城市创新创业的重要载体。而通过完善人才引进平台机制,南京将充分发挥人才在创新发展中的动能,提高城市人才吸引力。

新区崛起:南京城市发展经历了以新街口为代表的“传统主城”阶段和以河西新城为代表的“政策新城”阶段,世邦魏理仕认为,“十四五”时期南京将重点发力以江北新区、紫东地区及南部片区等为代表的“未来创城”塑造,以科创新经济为主导的开放多元复合新城,成为城市转型升级发展的重要新增长点。

城市更新:南京主城的城市更新在经过近30年的清空重建、规模扩张和质量提升之后,已经进入以“产业优先、功能复合”为典型特征的全新阶段。

世邦魏理仕认为,相对于以江北、紫东及南部片区为代表的“三极”而言,绕城高速环线以内的主城在“十四五”时期将更加聚焦在以产业转型、记忆活化与价值重塑为核心关键的城市更新工作,促进存量资产更新与土地空间释放,重塑产业业态与活化人文价值,实现新旧对话与功能间的互生共融。

TOD模式:南京城市轨交开发节奏后来居上,目前运营里程排名全国前列,具备较强的开发基础。以轨交站点为核心串联起一公里内多元化城市功能,是南京未来轨交开发的主要方向。此外,综合南京南站和南京北站建设带动效应,以本地产业升级补链、新兴产业导入为重点,因地制宜构建“高铁+X+N”产业体系,将推动高铁枢纽经济区产业集聚及经济发展。

文旅升级:文化和旅游产业的深度融合,对GDP的贡献额也持续提升。南京文旅产业对城市经济的持续拉动将成为未来新兴亮点。

世邦魏理仕认为,南京旅游正从单一主城景点观光型旅游圈层向外围主题游乐型多点开拓,从门票经济向“旅游+”经济转变。未来,世邦魏理仕将持续在南京旅游产业与文化、会议、会展等联动产业的融合之路进行探索,助力南京发挥“旅游+”经济的最大价值。

楼宇经济:国内外一线城市地标性楼宇多以“立体城市”为理念,兼以办公、商业、酒店、观光等多种业态组合的形式运营,对于提升门户形象有积极推动意义。

世邦魏理仕认为,以产业新生态、商业新时代和生活新理念为规划目标,从紫峰大厦到河西鱼嘴金茂和江北新区绿地金融中心,南京未来将挖掘地标性楼宇经济更多新可能。产业方面,新的楼宇经济通过聚焦总部经济、新金融和专业服务等,将领航南京国际金融及高新产业集聚,驱动新区发展提速提质;商业方面,首店经济、夜经济和跨界经济等商业形态将助力打造高端社交圈和新兴白领生活圈;此外,南京地标型楼宇还将承载云端星级酒店、科技生态公寓等生活新理念,打造7x24小时全时段品质活力社交圈。

江苏经济报记者 陈春裕

南京拿什么冲刺一线城市?

这6大核心要素成为重要发力点

11月25日,财富500强、全球知名商业地产服务和投资公司世邦魏理仕(CBRE)战略顾问部正式宣布落地南京,这是CBRE自今年进博会期间与南京鼓楼滨江管委会签署战略合作协议之后,走出布局南京市场的又一步棋。
为何选中南京?CBRE苏皖区域战略顾问部主管王飞表示,综合分析南京人均GDP、经济增速、第三产业规模等指标,南京极具潜力在下一个十年成为中国新的一线城市。这意味着,未来十年,南京的商业地产租赁和投资需求将出现大幅度增长。
南京成为最有希望迈入“一线”的城市之一
经过连续三年聚焦创新名城建设,南京已经成为全国创新能力的领导者。同时,通过在省内率先实施链长制,南京重点培养了八条高科技和高端制造产业链,推动了产业生态系统建设,促进企业深度融入全球创新网络。“南京在科创、产业、经济质量和经济增速四重优势加持之下,城市已具备在高起点上推动更高质量一体化发展的良好条件。”王飞说。
记者了解到,今年一季度,南京首次进入全国GDP排名前十强,且成为全国17个“GDP万亿俱乐部成员”中唯一一个经济增速为正的城市(增长1.6%)。在疫情冲击下依然能有如此不俗的表现,正体现了南京发展的韧性和潜力。今年进博会期间CBRE发布的《大中华区2030年展望报告——应运而胜》也印证了这一点。该报告通过持续增长、宜居程度、未来办公、投资水平四个维度分析各大城市发展及商业地产市场的新格局和新机遇,其分析结果显示,南京、杭州、苏州、武汉、成都最有希望成为新的一线城市。
“此次CBRE战略顾问部入驻南京,正是基于对南京发展的信心。”王飞说,未来,CBRE将以“城市合伙人”的理念,为南京提供涵盖片区发展、战略咨询、城市更新、交通导向开发和资源导入等服务在内的全方位战略顾问服务,为南京注入全球化产业资源。
六大核心要素助推南京提升城市竞争力
南京作为长三角地区的中心城市,东承长三角城市群核心区域,西联皖江城市带、长江中游城市群,是长三角辐射带动长江中上游地区发展的重要节点,也是“一带一路”重要节点城市。在南京城市发展外部优势突出的前提下,如何通过内部提升来进一步激发城市价值,成为发展新命题。
为此,CBRE还发布了《“十四五”南京城市竞争力发展要素洞察》,提出科技创新、新区崛起、城市更新、TOD模式、文旅升级和楼宇经济将成为“十四五”时期南京提升城市竞争力的六大核心要素,将推动南京持续夯实“新一线城市领航者”的城市地位。

科技创新:基于重点科技落地项目、高科技主导产业、人才吸引政策、R&D占比与教育资源五个评估维度,世邦魏理仕在2019年发布的《亚太科技城市研究报告》中,将南京评为“中国新兴科技城市”。此次发布的《洞察》建议,南京可以从总部经济、产业园区和人才引进三方面发力,促进未来科技创新的发展,进一步提升南京创新发展活力。其中,科技行业龙头企业总部的落地将进一步提升南京科技创新发展活力,激发高质量发展动能。大规模高能级产业园区成为南京城市创新创业的重要载体。而通过完善人才引进平台机制,南京将充分发挥人才在创新发展中的动能,提高城市人才吸引力。
新区崛起:南京城市发展经历了以新街口为代表的“传统主城”阶段和以河西新城为代表的“政策新城”阶段,世邦魏理仕认为,“十四五”时期南京将重点发力以江北新区、紫东地区及南部片区等为代表的“未来创城”塑造,以科创新经济为主导的开放多元复合新城,成为城市转型升级发展的重要新增长点。
城市更新:南京主城的城市更新在经过近30年的清空重建、规模扩张和质量提升之后,已经进入以“产业优先、功能复合”为典型特征的全新阶段。
世邦魏理仕认为,相对于以江北、紫东及南部片区为代表的“三极”而言,绕城高速环线以内的主城在“十四五”时期将更加聚焦在以产业转型、记忆活化与价值重塑为核心关键的城市更新工作,促进存量资产更新与土地空间释放,重塑产业业态与活化人文价值,实现新旧对话与功能间的互生共融。
TOD模式:南京城市轨交开发节奏后来居上,目前运营里程排名全国前列,具备较强的开发基础。以轨交站点为核心串联起一公里内多元化城市功能,是南京未来轨交开发的主要方向。此外,综合南京南站和南京北站建设带动效应,以本地产业升级补链、新兴产业导入为重点,因地制宜构建“高铁+X+N”产业体系,将推动高铁枢纽经济区产业集聚及经济发展。
文旅升级:文化和旅游产业的深度融合,对GDP的贡献额也持续提升。南京文旅产业对城市经济的持续拉动将成为未来新兴亮点。
世邦魏理仕认为,南京旅游正从单一主城景点观光型旅游圈层向外围主题游乐型多点开拓,从门票经济向“旅游+”经济转变。未来,世邦魏理仕将持续在南京旅游产业与文化、会议、会展等联动产业的融合之路进行探索,助力南京发挥“旅游+”经济的最大价值。
楼宇经济:国内外一线城市地标性楼宇多以“立体城市”为理念,兼以办公、商业、酒店、观光等多种业态组合的形式运营,对于提升门户形象有积极推动意义。
世邦魏理仕认为,以产业新生态、商业新时代和生活新理念为规划目标,从紫峰大厦到河西鱼嘴金茂和江北新区绿地金融中心,南京未来将挖掘地标性楼宇经济更多新可能。产业方面,新的楼宇经济通过聚焦总部经济、新金融和专业服务等,将领航南京国际金融及高新产业集聚,驱动新区发展提速提质;商业方面,首店经济、夜经济和跨界经济等商业形态将助力打造高端社交圈和新兴白领生活圈;此外,南京地标型楼宇还将承载云端星级酒店、科技生态公寓等生活新理念,打造7x24小时全时段品质活力社交圈。

江苏经济报记者 陈春裕


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