近年来随着水/废水中有机物和氨氮的有效控制,硝酸盐氮已逐渐成为水质难以达标的关键指标之一。水体中过量硝酸盐氮会引起水体富营养化,导致蓝藻等植物大量爆发,严重危害鱼类等生物的生存,破坏生态平衡。且人体摄入过量硝酸盐可引发蓝婴病和癌症,威胁人体健康。因此迫切需要开发经济有效的硝酸盐去除技术。离子交换树脂法因其去除率高、操作简单,被美国环保署(EPA)推荐用于去除地下水中硝酸盐。然而,吸附后树脂需要使用大量盐水进行再生,此过程产生的高盐脱附液难以处理,易造成二次污染。理论上,生物再生可通过反硝化作用将树脂上硝酸盐转化为氮气,从而达到树脂再生的目的。其避免的高盐脱附液的产生,可替代盐水再生。本文选用典型的苯乙烯系强碱阴离子交换树脂(IRA-900)和典型的丙烯酸系强碱阴离子交换树脂(IRA-958)作为生物再生研究对象,在研究两者吸附性能的基础上,探究了生物再生法去除树脂硝酸盐氮的可行性,并对其动力学过程及多种影响因素进行考察。结合树脂吸附-生物再生多批次运行稳定性评价,对树脂污染机制进行较为深入的研究,主要内容和结论如下:(1)两类树脂在45 min时均可达到吸附平衡,IRA-900、IRA-958树脂硝酸盐氮吸附量分别为50.15 mg·g-1和47.23 mg·g-1。树脂生物再生过程由硝酸盐的化学脱附和反硝化降解两个过程组成,且两个过程同时进行,但总体受反硝化过程控制。接种量决定生物再生动力学过程,较大的接种量可显著提高生物再生效率,当VSS浓度高于0.6 g·L-1时,两类树脂在固液比0.2 g:200 mL下均可在24 h内实现完全再生。(2)在本文生物再生体系中,乳酸钠、乙酸钠均可作为唯一碳源实现树脂的生物再生,而葡萄糖作为碳源时树脂生物再生速率较慢。氯化钠的存在可促进树脂上硝酸盐化学脱附,但当浓度超过20 g·L-1时,其对树脂生物再生速率具有不利影响。当乙酸钠作为碳源时,其浓度的升高对树脂再生过程中树脂化学脱附无显著影响,但可促进微生物反硝化过程,从而加快树脂生物再生速率。树脂与再生液的固液比、树脂饱和度的增加会线性延长生物再生时间。由于IRA-958比IRA-900具有更强的亲水性,生物再生体系对其脱附率(81%)比IRA-900(75%)更高,从而造成其生物再生行为的差异:在较低接种量下(VSS=1.8 g·L-1),饱和度对IRA-958生物再生效率影响较小;而较高的饱和度有利于IRA-900生物再生。在较高接种量下(VSS=2.8 g·L-1),饱和度对两类树脂的生物再生过程均没有显著影响。微生物反硝化过程可引起pH值的升高,不利于生物再生体系的重复使用,体系中加入磷酸氢二钾作为缓冲剂可使生物再生体系套用,避免产生废液的同时,树脂吸附量在可稳定保持在41 mg·g-1～46 mg·g-1之间。(3)两类树脂在生物再生-吸附批次实验中,可实现生物再生菌液的重复套用,但在套用前4批次IRA-900和IRA-958对硝酸盐氮的吸附量分别下降8%、14%,随后分别稳定维持在41～46 mg·g-1、35～41mg·g-1。对生物再生后的树脂和新鲜树脂吸附动力学进行对比发现:较于新鲜树脂,再生后树脂吸附平衡时间由45min延长至120 min,且再生后树脂吸附硝酸盐的动力学常数k1、k2前4次显著降低随后保持稳定,表明在吸附-生物再生前期使用中,树脂被快速污染,但在后续批次使用中,这种污染并未显著加剧。(4)结合再生树脂的表征及生物再生溶液环境的变化,对树脂污染机制进行分析。实验发现再生后树脂表面覆有大量生物质,但树脂污染与微生物及胞外聚合物没有明显的关联。根据三维荧光即结果分析,表明生物再生后树脂污染(吸附量降低、吸附速率减缓)主要是由微生物代谢产物SMP中类蛋白物质引起的。从多批次运行效果来看,随着再生次数增多,树脂对类蛋白物质吸附饱和后,树脂吸附量将保持一定稳定性。本文考察了树脂及溶液环境因素对生物再生的影响,优化了树脂生物再生操作条件,提出了生物再生液套用的树脂生物再生模式。在此基础上,揭示了生物再生过程对树脂的污染机制,并对其多批次运行稳定性进行了评价。实验结果对树脂生物再生法去除硝酸盐氮具有重要的理论和技术支撑。