论文部分内容阅读
硝化菌作为生物脱氮系统中的关键功能菌对氮素的脱除起着决定性作用。硝化菌在活性污泥中的种群结构、功能及反应动力学是改进和优化处理工艺、提高生物脱氮效率的重要依据。然而,关于氨氧化菌（Ammonium oxidizing bacteria,AOB）及亚硝酸氧化菌（Nitrite oxidizing bacteria,NOB）在活性污泥中的数量关系及生长平衡的研究相对较少。本研究以生物脱氮系统中硝化菌的种群结构为主线,采用荧光原位杂交（Fluorescence in situ Hybridization,FISH）技术对西安市已经运行的十个具有营养物去除功能的城市污水处理系统的脱氮性能及硝化菌的种群结构进行检测,并对活性污泥中AOB和NOB的数量关系进行分析。其次,以城市污水处理厂A2/O系统活性污泥为接种污泥,通过控制反应器中亚硝酸盐浓度,培养出了以硝化螺菌属（Nitrospira）为主的活性污泥,并对Nitrospira在20℃下的动力学参数进行测定。最后,针对活性污泥中NOB数量高于AOB的现象,设计了“分步硝化-部分反硝化”及“同步硝化-部分反硝化”试验进行验证。主要结论如下:1.十个污水处理系统的检测结果表明,各系统均具有良好的硝化性能,氨氮去除率可达90%以上;平均氨氧化速率为3.25±0.52 mg NH4+-N/（gVSS·h）,亚硝酸盐氧化速率为4.49±0.49 mg NO2--N/（gVSS·h）,NOB的活性高于AOB;活性污泥中,NOB的数量明显高于AOB的数量,NOB占总微生物的份额为AOB的1.725.87倍;Nitrosomonas和Nitrospira分别为AOB和NOB的优势菌属。2.第四污水处理厂一年的检测结果表明,在全年的大部分时间内,NOB的活性均高于AOB,NOB的平均活性为AOB的1.20倍;NOB占总微生物的份额为AOB的1.252.46倍;与夏季相比,冬季AOB与NOB的活性及数量都有明显的下降。3.采用Feed-Batch的进水方式,通过控制反应器中混合液亚硝酸盐浓度小于2mg/L,成功培养出以Nitrospira为主的活性污泥。荧光原位杂交结果显示,污泥中Nitrospira份额由接种污泥的2.9±0.1%达到富集成功时的74.3±1.8%,亚硝酸盐氧化速率从3.42 mg NO2--N/（gVSS·h）增大至48.72 mg NO2--N/（gVSS·h）左右。4.Nitrospira在20℃时的基质半饱和常数及氧半饱和常数分别为0.32±0.03mg/L和1.52±0.09 mg/L,最大比增长速率为0.63±0.06 d-1,温度修正系数为1.046（1535℃）;游离氨（Free ammonium,FA）及游离亚硝酸（Free nitrite acid,FNA）对Nitrospira具有较强的抑制作用,FNA的半抑制浓度(IC50)为0.02mg/L,而FA的半抑制浓度(IC50)为0.39 mg/L。5.通过“分步硝化-部分反硝化”及“同步硝化-部分反硝化”实验证明了硝化-反硝化过程中存在亚硝酸盐循环,NOB利用部分反硝化菌产生的中间产物亚硝酸盐作为额外的基质获取能量,并进行细胞增殖,是活性污泥中NOB的数量高于AOB数量的重要原因。