包埋Acinetobacter pittii SY9与玉米芯的生物微胶囊强化污水生物脱氮研究
低碳和高氮磷是我国城市生活污水的普遍特征，传统污水处理工艺由于碳源不足，无法满足传统反硝化功能微生物的生长代谢需求，导致脱氮效果不理想。近年来许多脱氮新工艺的发展，以及投加功能微生物菌剂、投加碳源、固定化微生物等生物强化脱氮技术的研发，使污水脱氮有了可选择的方案。其中，异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）菌具有高效的脱氮性能，但其对碳源的高要求以及在系统中的不稳定性限制了其在实际工艺中的应用。液体碳源成本高昂，且易产生化学需氧量（COD）超标问题。而固体碳源玉米芯的释碳特性满足HN-AD的碳源需求，同时多孔骨架结构又能为微生物提供良好的生长场所，但玉米芯结构疏松，易随出水流失。 为此，本研究利用HN-AD菌与玉米芯通过包埋技术制备生物微胶囊以维持较高水平的功能菌生物量及活性，以及补充碳源，实现污水高效脱氮。筛选出高效脱氮HN-AD菌，探究了其脱氮性能的影响因素，确定了其脱氮适宜条件及性能。通过生长动力学拟合分析以及好氧反硝化功能基因扩增结果讨论HN-AD菌的脱氮途径。采用压汞法、扫描电子显微镜（SEM）、激光共聚焦等方法表征生物微胶囊物理特性、结构和形貌特征及生物活性。通过因素实验、脱氮动力学分析、氮素平衡计算以及碳源缓释测定结果开展生物微胶囊的脱氮工艺及机理研究，并对游离菌与生物微胶囊脱氮的边界条件进行比较。通过动力学拟合确定生物微胶囊脱氮的主要控制因素与步骤。构建生物微胶囊序批式反应器（SBR）污水处理体系，探究其正常工况运行条件及稳定性，并提出调控策略。主要的结果和结论如下。 筛选并鉴定出一株HN-AD高效脱氮功能菌，命名为AcinetobacterpittiiSY9。其适宜生长条件为碳氮比（C/N）大于10，温度20-35℃，转速100-120rpm（溶解氧范围2.83-3.18mg/L），pH7-9。此时氨氮（NH4+-N）转化率及总氮（TN）去除率分别可达100%和94.3%。好氧反硝化功能基因napA，nirS及nosZ的成功扩增表明AcinetobacterpittiiSY9有完整的反硝化酶系。 生物微胶囊最适宜的脱氮条件为C/N≥4，温度30℃，转速100rpm（DO2.83mg/L），pH为7。NH4+-N的转化率和TN去除率分别超过96%和93%。生物微胶囊相比于游离菌具有范围更广的边界条件。聚乙烯醇-海藻酸钠（PVA-SA）包埋减缓了玉米芯释碳速率，增加了总碳源释碳量。生物微胶囊将74.0%的TN转化为气态氮，且N2是其HN-AD过程的唯一气态产物。脱氮动力学拟合结果表明好氧反硝化是脱氮过程的限速步骤。 生物微胶囊SBR脱氮过程可分为三个阶段，分别为启动期1-11d，稳定期12-88d，运行后期89-93d。对C/N为2.8的污水，生物微胶囊强化生物脱氮反应器NH4+-N转化效率最高可达到96.0%，TN去除率最高可达93.0%。为维持生物微胶囊SBR的长期稳定运行，曝气量应控制在50mL/min以下，25-50mL/min时最优；进水pH需维持在7-9之间，7时最优；氨氮冲击负荷应保持在80mg/L以下；生物微胶囊填充率为30%时经济效能最优。
污水处理;异养硝化菌;好氧反硝化菌;生物微胶囊;玉米芯;生物脱氮
华南理工大学
硕士
环境科学与工程
胡勇有
2022
中文
X703.1
2022-12-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）