簡介

人類活動對我們的水資源有很大的需求，並可能對環境產生重大和消極的影響。特別是，水資源也是能源基礎設施係統和可持續發展的重要組成部分[1,2]。來自流域的汙染物，包括農業活動、能源生物質資源開發和處理過的生活汙水排放，是水質損害的主要來源。近年來，美國環保局製定並實施了一些法規，以限製從流域到水體的總最大日負荷。係統方法可以用來分析潛在的環境影響，包括對生態係統和人類健康的影響，對水、土壤和空氣的潛在汙染，對水資源的需求，以及溫室氣體等。以下是當前水資源和汙水處理領域麵臨的一些挑戰和發展。

濱海濕地水質指標的相關性研究

水質是影響濱海濕地養分和碎屑分布的重要因素，受《清潔水法》和美國環保局的監管。近年來，沿海濕地水質監測技術的充足性受到了廣泛關注，因為沿海濕地被懷疑因其自然水源的變化、徑流的汙染物和沉積物以及入侵物種[3]的侵蝕而退化。有效的沿海沼澤管理(包括水源保護)需要詳細了解影響水質指標的因素。目前，營養水平是最重要的考慮因素，因為它們與富營養化有關。化肥、沿海開發的化糞池汙水滲濾液、動物糞便和大氣沉積都是硝酸鹽負荷的來源。大部分的水來自下層鹽沼的海水，但上層鹽沼經常受到來自陸地排水和洪水的充足淡水的嚴重影響，或者偶爾發生的災難性風暴使整個鹽沼充滿海水。

在最近的一項研究中，根據大腸菌群和葉綠素a，以及溶解氧、溫度、pH、電導率和總懸浮固體[4]，評估了聖馬克國家野生動物保護區(St. Marks National Wildlife Refuge)沿海濕地的水質。初步數據分析顯示，不同水質指標之間存在有趣的差異。在濱海濕地中，由於[5]年出現了極端的非生物梯度，微藻群落的組成、豐度和生物量普遍呈現出一個時空序列。根據濕地中主要藻類組合(浮遊植物、附生植物、附生植物和後生植物)的相對豐度，葉綠素的測量可以提供藻類生物量[6]的有用估計。在這項研究中，葉綠素a，一種在所有氧氣進化的光合生物中最常見和主要的葉綠素類型，如高等植物、紅藻和綠藻，也被監測。根據綜合相關原理，進一步將大腸菌群和葉綠素a與水體理化參數進行相關分析。

廢水處理中的養分去除與能量生成

傳統的生物脫氮是不可逆的，分為兩個階段:通過羥胺和亞硝酸鹽的好氧硝化反應生成硝酸鹽，然後通過中間階段的硝酸鹽缺氧脫氮生成氮氣。懸浮法和生物膜法作為脫氮手段，已全麵應用於高含氮廢水的硝化反硝化。一個典型的例子是四階段Bardenpho工藝，它由一係列具有硝化能力的缺氧區和好氧區組成，前後分別為[7]反硝化。最近，一種名為厭氧氨氧化(Anammox)的新工藝被用於處理高濃度氨氮的城市廢水[8,9]。厭氧氨氧化是一種微生物介導的火能過程，在厭氧條件下，以亞硝酸鹽作為電子受體將銨轉化為氮氣。厭氧氨氧化過程是嚴格的厭氧過程，並受到高濃度氧的抑製。目前，負責厭氧氨氧化過程的微生物種類已經被確定。厭氧氨氧化不僅消除了有機碳去除和氮去除之間複雜妥協的需要，而且還節省了氧氣供應，減少了CO₂與傳統的硝化/反硝化工藝相比排放。

微生物燃料電池(MFC)技術在處理廢水方麵具有優勢，因為MFC允許微生物分解廢水中的有機成分，同時發電。之前的研究已經證明了使用mfc同時處理廢水和產生能源的可行性[10,11]。得出的結論是按需執行₅隻將過程限製在非常小的濃度。關於mfc在處理高濃度氮化合物廢水方麵的性能，仍有一些懸而未決的問題[12,13]。為了解決這個問題，mfc被重新配置以硝酸鹽作為電子受體的廢水，以實現碳和氮的去除。厭氧氨氧化也被加入到mfc中，用於處理含氮量高的城市汙水，可以提高一次處理的發電能力和脫氮能力。

加壓纖維生物過濾

用生物濾池對廢水進行生物處理是最古老和最具特點的技術之一。在生物過濾操作中，微生物的生長在介質表麵形成生物膜，生物膜中的微生物在廢水滲透到介質表麵時吸收廢水中的可溶性和膠體廢物。近年來，聚丙烯纖維被引入作為生物過濾介質。隨後，加壓懸浮纖維生物濾池作為一種節省空間的技術在飲用水和廢水處理中得到了應用。加壓懸浮過濾器的孔隙空間(以及隨後的停留時間)可以調整，提供了實現不同過濾功能的靈活性。此外，加壓懸浮纖維生物過濾器還有其他明顯的優點，其中最重要的是懸浮纖維在很小的體積內提供了巨大的表麵積。因此，微生物可以在纖維上以大於1 × 10的密度生長⁸每毫升細胞，唯一的方法是培養細胞在體內的細胞密度為[16]。加壓懸浮纖維生物過濾的另一個優點是可以克服氧轉移障礙，實現溶解氧水平的顯著提高。之前的研究表明，在實驗室規模旋轉生物接觸器[17]中，當壓力提高到6 bar時，BOD和COD去除率隨著壓力的增加而增加。加壓懸浮纖維生物濾池作為一項創新技術，還使生物接觸氧化成為可能，可顯著提高有機物去除率，降低汙泥產量。為了去除鐵，接觸氧化是通過微生物介導的鐵氧化和固定實現的，在此過程中，亞鐵被氧化為鐵離子鐵並固定在過濾介質上。溶液中懸浮的鐵離子很少，可以逃過過濾器。

參考文獻

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引用:[陳剛(2016)水資源與汙水處理麵臨的挑戰。]國際J水廢水處理2(2):http://dx.doi.org/10.16966/2381-5299.e102

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出版的曆史:

收到日期:2015年10月06

接受日期:2016年1月25日

發表日期:2016年2月01