好氧反硝化脫氮技術(shù)及微生物特性研究.pdf

1、隨著水體富營養(yǎng)化的日益嚴(yán)重，去除水中氮素污染已經(jīng)成為當(dāng)今水污染防治領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)問題。由于傳統(tǒng)生物脫氮工藝存在的諸多弊端，因而開展新型生物脫氮理論和技術(shù)的研究已成為必然。其中好氧反硝化工藝由于其具有強(qiáng)化處理效果、減少處理流程、減少占地面積等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。本文主要就生物膜反應(yīng)器中發(fā)生的好氧反硝化去除硝氮廢水和SBR反應(yīng)器中發(fā)生的同步硝化反硝化進(jìn)行了基礎(chǔ)研究。
　　提出了一種高效篩選好氧反硝化菌的方法：污泥馴化→細(xì)菌分離純化→初

2、篩（測TN）→復(fù)篩（氮元素軌跡跟蹤測定法）。利用上述方法獲得6株高效好氧反硝化菌。對X31、Z31和C3這三株菌的16S rDNA序列分析表明，X31和C3為Pseudomonas sp.，Z31為施氏假單胞菌Pseudomonas stutzeri。通過與一些典型的好氧反硝化菌進(jìn)行同源性分析，并繪制系統(tǒng)發(fā)育樹，得出 X31、Z31和C3菌株與其他已報道的好氧反硝化菌在進(jìn)化上具有很高的同源性。通過周質(zhì)硝酸鹽還原酶亞基基因（napA）的擴(kuò)

3、增實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了X31菌株中確有周質(zhì)硝酸鹽還原酶的存在，它催化了好氧反硝化反應(yīng)。同時對影響菌株X31反硝化效率的生態(tài)因子進(jìn)行了探討，當(dāng)溫度為30℃～35℃，脫氮率能達(dá)到90％以上；其反硝化最適宜的pH值為中性偏堿；當(dāng)初始的氧化態(tài)氮濃度為150mg/L左右時，DO值對X31菌株的反硝化效果沒有顯著影響；當(dāng)C/N在5～6，菌株能進(jìn)行完全的反硝化。
　　在好氧條件下，對4株好氧反硝化菌X31、C3、Z31和X2的呼吸特征進(jìn)行了研究。分別比

4、較了以硝酸鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽+亞硝酸鹽和氧單獨(dú)作為電子受體時，它們的生長特征和反硝化特征。當(dāng)培養(yǎng)液中以硝酸鹽為電子受體時，都能進(jìn)行硝酸鹽呼吸，并具有較高的反硝化效率，其中X31菌株在反硝化過程中無亞硝酸鹽累積，其它菌株都存在先有亞硝酸鹽累積，再有亞硝酸鹽還原的過程；當(dāng)培養(yǎng)液中以亞硝酸鹽為電子受體時，這些菌株的酶系能迅速誘導(dǎo)產(chǎn)生亞硝酸鹽還原酶，但生長曲線不規(guī)律；當(dāng)培養(yǎng)液中以硝酸鹽+亞硝酸鹽為電子受體時，明顯提高了亞硝酸鹽還原酶和硝酸鹽還

5、原酶的活性，使得好氧反硝化菌的反硝化效率提高。實(shí)驗(yàn)證實(shí)這些菌株并不具備T.Pantotropha那樣可以將NH4+-N氧化生成硝酸鹽的能力，為純粹的異養(yǎng)好氧反硝化菌。同時考察了X31菌株利用不同碳源時的反硝化特性，結(jié)果顯示，當(dāng)以乙酸鈉作為電子供體時，其脫氮效果最好。
　　考察了利用生物強(qiáng)化技術(shù)，將好氧反硝化細(xì)菌固定于生物陶粒反應(yīng)器上，其對硝氮廢水的處理效能。結(jié)果表明，在水力負(fù)荷0.75m/h，氣水比5～10:1，進(jìn)水硝態(tài)氮負(fù)荷46

6、.5～103.86mg/L的條件下，在水溫23℃的穩(wěn)定運(yùn)行階段，其對硝態(tài)氮可以基本達(dá)到完全去除。變性梯度凝膠電泳（DGGE）結(jié)果顯示，在整個運(yùn)行階段，好氧反硝化菌群X31在反應(yīng)器中穩(wěn)定存在，并且始終是優(yōu)勢菌群。對氣水比、水力負(fù)荷、溫度和C/N比等影響陶粒反應(yīng)器好氧反硝化效能的生態(tài)因子進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，當(dāng)氣水比在31∶～81∶時，生物反應(yīng)器都可取得很好的硝酸氮和總氮去除能力；進(jìn)水水力負(fù)荷越高，反應(yīng)器對硝酸氮和總氮的去除率越低；隨著溫度

7、的升高，反應(yīng)器對硝酸氮和總氮的去除率也隨之升高，但是當(dāng)溫度大于23℃后，反應(yīng)器對硝酸氮和總氮去除率的影響變?nèi)?；控制C/N在4.2～4.5，反應(yīng)器中能夠進(jìn)行完全的反硝化及取得很好的COD去除效果。
　　對陶粒反應(yīng)器內(nèi)的微生物進(jìn)行了分析和鑒定，共檢出細(xì)菌類5屬，真菌2屬，藻類、原生動物和后生動物若干。其中反應(yīng)器中的優(yōu)勢菌主要為假單胞菌屬和芽孢桿菌屬，這和DGGE圖譜分析以及試驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果表現(xiàn)出了一致性。在反應(yīng)器中高營養(yǎng)級別的微型動物的出

8、現(xiàn)，更顯示出了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
　　探討了SBR反應(yīng)器中SND的影響因素。結(jié)果表明，在溫度為20℃～30℃的范圍，硝化效率和總氮的去除率隨著溫度的升高而增加。反應(yīng)器在30℃的溫度運(yùn)行時同步硝化好氧反硝化脫氮的效果最佳；在C/N為6時，DO濃度為1.2mg/L時總氮去除率為53.07%，當(dāng)DO濃度為4.0mg/L的時總氮去除率也能達(dá)到45.06％。隨著DO濃度的增加，在反應(yīng)器中對SND同步脫氮由缺氧微環(huán)境和好氧反硝化菌的雙重作用逐