微污染水源揚水曝氣強化原位生物脫氮特性與試驗研究.pdf

1、由于污廢水大量排放及農(nóng)業(yè)長期大量施用化肥，飲用水源氪源污染日益嚴重，已引起世界各國的高度重視。三十多年來人們采用各種方法對受污染水源水進行脫氮處理，其中生物脫氮法是目前去除水體氮源污染物最經(jīng)濟、有效的方法。盡管國內(nèi)外對微污染水體生物脫氮進行了大量研究，但現(xiàn)有地表水源生物脫氮技術(shù)主要以異位生物修復(fù)為主，其水力停留時間受到限制，對總氮去除效果不理想，且大多需投加電子供體，增加了水處理成本，同時有些基質(zhì)或其氧化的中間產(chǎn)物對生物有毒害作用。

2、r>　　 本文將揚水曝氣與原位生物凈化兩種技術(shù)有機結(jié)合，針對微污染水體原位生物脫氨存在的低溫、貧營養(yǎng)及好氧問題，采用貧營養(yǎng)脫氨功能菌群及低溫貧營養(yǎng)脫氨功能菌群制成微生態(tài)菌劑，形成能有效去除水中氨源及有機污染物的原位生物投菌技術(shù)和原位生物膜技術(shù)，并結(jié)合揚水曝氣技術(shù)，揭示了該組合技術(shù)用于微污染水源水生物脫氮的特性及效能。論文成果主要包括以下幾方面：
　　 (1)貧營養(yǎng)好氧反硝化細菌的馴化、篩分及脫氮特性研究。在低營養(yǎng)條件下馴化、篩

3、分出具有較好脫氮性能的貧營養(yǎng)好氧反硝化細菌PY8、DA15和DF7，結(jié)合菌株形態(tài)、生理生化試驗及16S Rdna序列分析，可基本確定菌株P(guān)Y8屬于Rhizobium sp，菌株DA15屬于Arthrobactet sp，菌株DF7屬于Bacillus sp。在前期己篩分出的高效脫氨菌種FY3、FY5和FY7的基礎(chǔ)之上，采用生態(tài)位分離策略構(gòu)建了貧營養(yǎng)脫氮功能菌群Z4(PY8+FY3+FY7)，并對其中各功能菌的生長曲線、脫氨特性進行了系統(tǒng)

4、的研究。結(jié)果表明，各菌株生長速率較慢，Ph、溫度、C/N、NaNO3濃度及接種量對各貧營養(yǎng)好氧反硝化細菌的脫氮性能影響有差異，且PY8異養(yǎng)硝化性能明顯。周質(zhì)硝酸鹽還原酶亞基基因(napA)PCR擴增結(jié)果證實這3株菌具有可在好氧環(huán)境中還原硝酸鹽的系統(tǒng)，好氧反硝化作用的確是由周質(zhì)硝酸鹽還原酶來催化的。
　　 (2)低溫好氧反硝化細菌的馴化、篩分及脫氦特性研究。通過逐漸降低溫度條件馴化、篩分出耐冷脫氮細菌DW3、Dw4、D3和D4，經(jīng)

5、過生理生化鑒定及16sRdna序列分析，基本確定菌株DW3屬于Pseudomonas so，菌株DW4、D3和D4均屬于Acinetobacter sp。各耐冷脫氮菌株生長曲線及脫氨特性試驗表明，除D3菌株外，其他菌株在培養(yǎng)過程中都存在明顯的衰亡期，各菌株的反硝化過程都發(fā)生在對數(shù)生長期，Ph、溫度、C/N及接種量對各菌株的脫氮性能有影響，各菌株具有明顯的異養(yǎng)硝化性能，且在10℃溫度條件下仍能保持一定的脫氫酶活性。選擇菌株DW3和D3進行

6、周質(zhì)硝酸鹽還原酶亞基基因(napA)PCR擴增。證實了這2株菌具有周質(zhì)硝酸鹽還原酶，可實現(xiàn)好氧反硝化。采用自適應(yīng)及菌源生態(tài)重組策略構(gòu)建出在極端環(huán)境中具有較好反硝化效果的低溫貧營養(yǎng)脫氮功能菌群L1(PY8+DW3+D3)和L2(PY8+DW3+D4)。
　　 (3)微污染水體原位生物投菌技術(shù)脫氨特性與效能研究。小試研究以貧營養(yǎng)脫氨功能菌群Z4作為菌源制成微生態(tài)菌劑，采用不同菌劑投量直接投加到水庫原水中，菌投量為0.1mg/L時凈化

7、效果最好，整個運行期間(32d)，硝氯、總氯、CODMn及TOC去除率分別達到72.3％、71.3％、32.3％和34.8％，穩(wěn)定期的脫氮效果可滿足地表水環(huán)境Ⅲ類水體的質(zhì)量標準要求；同時溶解氧、水溫、Ph及C/N會影響生物菌劑的脫氮性能。將低溫貧營養(yǎng)脫氦功能菌群L1用于微污染水原位生物投菌技術(shù)中，在低溫環(huán)境條件下運行36d，該菌劑對原水硝氮及總氮去除率最大可達到46％和53％。
　　 (4)微污染水體原位生物膜技術(shù)脫氨特性與效能

8、研究。選擇脫氮性能較穩(wěn)定的硬性懸浮填料，同時研制出適合于微污染水體原位修復(fù)、且可創(chuàng)造適宜微生物生長的不同溶解氧環(huán)境的新型多孔懸浮填料作為生物載體，以貧營養(yǎng)脫氮功能菌群Z4作為菌源對載體進行人工強化掛膜，小試研究結(jié)果表明，試驗運行46d，貧營養(yǎng)原位生物膜技術(shù)對原水硝氨及總氮去除率均可達到75％以上，CODMn去除率在25％以上，穩(wěn)定時期脫氮效果可滿足地表水環(huán)境Ⅲ類水體的質(zhì)量標準要求，且溫度、填料填充率及C/N比對原位生物膜系統(tǒng)脫氮效果有一

9、定影響。貧營養(yǎng)細菌以較低速率進行生長時，對外界環(huán)境具有較大的抗性，是微生物適應(yīng)貧營養(yǎng)環(huán)境的結(jié)果，在貧營養(yǎng)條件下，吸附和生物膜形成是微生物的一種生存策略。
　　 (5)原位生物投菌系統(tǒng)對混合充氧技術(shù)的條件要求。DO濃度對貧營養(yǎng)好氧反硝化菌群的脫氮性能有一定影響。當DO濃度大于7mg/L時，反硝化速率很慢，始終保持在較低的水平；當DO濃度低于7mg/L時，反硝化速率隨DO值的降低而較大幅度地升高，說明貧營養(yǎng)好氧反硝化菌群的閾值較高，

10、對氧氣有較高的耐受能力。DO濃度為3-4mg/L、5～6mg/L和7～8mg/L時，系統(tǒng)運行期間對原水總氮去除率分別為91％、84％和31％。好氧反硝化細菌的反硝化酶系和有氧呼吸系統(tǒng)同時存在，氧不再是抑制反硝化酶活性和反硝化酶生成的直接因素，周質(zhì)硝酸鹽還原酶亞基基因的擴增進一步解釋了好氧反硝化菌可以在DO濃度相對較高的條件下進行反硝化作用。
　　 (6)揚水曝氣一原位生物凈化組合技術(shù)中試研究。在揚水曝氣強化混合條件下，進行原位生

11、物凈化系統(tǒng)中試研究。以貧營養(yǎng)脫氮功能菌群Z4為菌源，分別構(gòu)成揚水曝氣-貧營養(yǎng)生物膜和揚水曝氣-貧營養(yǎng)生物投菌組合技術(shù)，在溶解氧濃度為5.0-7.0mg/L，水溫范圍為10℃-23℃、CODMn/TN=1.56的貧營養(yǎng)條件下，揚水曝氣-貧營養(yǎng)生物膜組合系統(tǒng)穩(wěn)定運行時的氨氮、硝氮、總氮和TOC去除率范圍分別為82％-100％、62％～79％、70％～80％和72％～80％，BODs/CODMn比值可由初始0.476降至0.054，且三維熒光

12、光譜圖顯示運行期間原水生源性DOM變化較大；揚水曝氣-貧營養(yǎng)生物投菌組合系統(tǒng)穩(wěn)定運行時的氨氮、硝氮、總氮、TOC：和CODMn去除率分別為82％～100％、43％~58％、63％～70％、65％-73％和51％-57％。PCR-DGGE圖譜分析表明，生物膜上種群演替進程緩慢，a-proteobacterium綱是生物膜中最優(yōu)勢的細菌類群，固定的菌株P(guān)Y8和FY3成為生物膜上的優(yōu)勢菌群；生物投菌系統(tǒng)中FY3和FY7成為系統(tǒng)中的優(yōu)勢菌群。消

13、毒劑滅活試驗、群落結(jié)構(gòu)多樣性及小鼠急性經(jīng)口毒性試驗表明，生物菌劑不會對原生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生較大的破壞，且不會對飲用水水質(zhì)構(gòu)成威脅。采用低溫貧營養(yǎng)脫氪功能菌群L1與揚水曝氣技術(shù)有機結(jié)合，在初期水溫不足15℃，CODMn/TN=1.0的低溫、貧營養(yǎng)條件下，穩(wěn)定運行階段的硝氮及總氮去除率分別在50％和60％以上，最大硝氮及總氮去除率分別為81％和84％，TOC、CODMn及BOD5月平均去除率分別為63％、49％和620％。上述結(jié)果表明，該組合技術(shù)