好氧反硝化工藝低溫生物脫氮與功能菌耐冷機理研究.pdf

1、本研究針對傳統(tǒng)生物脫氮工藝存在能耗大、基建和運行費用高、低溫運行效果差等缺陷，采用好氧反硝化工藝處理人工模擬含氮污水，實現(xiàn)好氧條件下同一反應(yīng)器內(nèi)全程生物脫氮過程。采用逐步提高曝氣時間及曝氣強度的方式，以KNO3為氮源，以普通城市污水處理廠的活性污泥為接種泥，實現(xiàn)了好氧反硝化菌的富集及工藝的常溫啟動。在此基礎(chǔ)上，研究了溫度對好氧反硝化工藝的性能影響，及低溫環(huán)境下反應(yīng)器運行條件的調(diào)控效果。此外，針對分離得到的異養(yǎng)硝化-好氧反硝化純菌的耐冷特

2、性，通過測定其在短期降溫過程中ATP含量的變化情況，結(jié)合菌株在不同溫度下的脫氮性能，探究好氧反硝化菌的耐冷機理。具體研究結(jié)論如下:
　　(1)通過逐步提高曝氣時間和強度的方式，實現(xiàn)了好氧反硝化菌的富集。在馴化好氧反硝化菌過程中，以KNO3為進水主要氮源并不斷提高進水碳氮負荷以刺激好氧反硝化菌的活性。系統(tǒng)馴化開始到結(jié)束(122 d)，體系對COD、NO3--N和TN的去除率從原先40％左右分別提高到91.39％、99.89％和94.

3、47％。此時，利用熒光原位雜交檢測發(fā)現(xiàn)活性污泥中分布存在具有好氧反硝化能力的Pseudomonas spp.菌。這種馴化方式得到的好氧反硝化菌能耐受較高DO濃度。
　　(2)通過逐步降低實驗室富集成熟的好氧反硝化污泥體系的溫度，研究梯度溫度（25℃、15℃、10℃和5℃）對好氧反硝化污泥碳氮去除效率的影響。當溫度在15～25℃時，好氧反硝化污泥對NO3--N(174.36±38.91 mg/L)及COD(2309.72±579.3

4、6 mg/L)的去除率均能達到90％以上;當溫度降至10℃、5℃時，保持C/N不變的情況下，通過降低進水NO3--N(99.87±25.25 mg/L、59.41±24.55 mg/L)和COD(1820.42±614.79 mg/L、1287.66±205.93mg/L)濃度，兩者去除率仍分別能維持在80％以上。根據(jù)Van't Hoff-Arrhenius方程得到不同溫度區(qū)間內(nèi)的溫度系數(shù)來判斷溫度對反硝化過程的影響。5～15℃下的溫度

5、系數(shù)為1.15，好氧反硝化過程受溫度影響較大;15～25℃，通過相應(yīng)溫度下的NO3--N的比還原速率推斷可知，此時過程不受溫度影響。結(jié)合Miseq群落結(jié)構(gòu)多樣性的分析數(shù)據(jù)可知，當反應(yīng)器溫度從25℃降至10℃時，好氧反硝化污泥中種群數(shù)目不斷增加，具有好氧反硝化特性的假單胞菌屬（Pseudomonas）和副球菌屬（Paracoccus）的相對豐度分別從0.0181％、0.0176％升至0.0327％和0.0231％，當溫度降至5℃時，假單胞

6、菌和副球菌屬所占的比例均大幅降低，低溫對這兩類菌屬的生長有明顯的抑制作用，但假單胞菌屬的耐冷能力高于副球菌屬。
　　(3)溫度為8.5±0.8℃且進水氮源從硝酸鹽氮轉(zhuǎn)變?yōu)榘钡獣r，好氧反硝化污泥對氨氮的去除率從100％下降至37.17±11.82％。通過對降溫及氮源轉(zhuǎn)化階段污泥樣品與環(huán)境條件的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)氮源與好氧反硝化微生物群落結(jié)構(gòu)呈邊緣相關(guān)性(0.05＜P≤0.1)，而溫度、C/N與群落結(jié)構(gòu)不相關(guān)。微生物多樣性與C/N存在邊

7、緣相關(guān)性(0.05＜P≤0.1)，未觀察到微生物多樣性與溫度的顯著相關(guān)性（P＞0.1）。
　　(4)進水COD與NH4+-N的含量分別為1191.0～1669.5 mol/L，50.08～53.17mol/L(C/N=23.5～30.8)時，在25℃、15℃、10℃和5℃下，seudomonas spp.YY-7菌對NH4+-N的去除速率分別為7.42 mg/(L·h)、7.11 mg/(L·h)、2.27 mg/(L·h)和0.