生物炭基异养硝化菌固定化体对水中氨氮的去除和N2O排放的影响

• 作 者: 任静
• 机 构: 太原理工大学
• 出 处: 太原理工大学
• 发表日期: 2021年07期
• 关键词: 废水处理

为研究生物炭固定化异养硝化菌对低浓度NH+4-N废水的去除效果，以生物炭对NH+4-N吸附的研究为基础，从污水处理厂污泥中筛选出一株异养硝化菌Pseudomonas putida strain-N3，分别以未改性稻壳生物炭，1mol?L-1NaOH和5%H2O2、10%H2O2、20%H2O2和30%H2O2改性稻壳生物炭为载体，用吸附法制备生物炭基异养硝化菌固定化体（分别记为BC/NaOH-BC/5%H2O2-BC/10%H2O2-BC/20%H2O2-BC/30%H2O2-BC），进行对低浓度NH4+-N的去除动力学研究，并进一步探究H2O2改性生物炭对异养硝化菌氨氧化过程和N2O排放的影响。
　　与BC相比，NaOH改性生物炭的pH增大1.76，表面零电荷点（pHpzc）增大1.61，电导率减小12.33mS?m-1，比电容减小0.75F·g-1，总碱性含氧官能团数量增加0.611mmol?g-1，总酸性含氧官能团数量减少0.030mmol?g-1，生物炭吸附固定的微生物量增加129.77nmol P?g-1；H2O2改性生物炭的pH、pHpzc和电导率显著降低，5%、10%、20%和30%H2O2改性生物炭的比电容依次降低，酸性含氧官能团数量分别增加0.064、0.124、0.159、0.177mmol·g-1，吸附固定的微生物量分别减少55.62、86.52、98.88、111.24nmol P?g-1。
　　筛选的三株菌N1，N2，N3对异养硝化培养基中NH+4-N（NH+4-N浓度为9.43mg?L-1）的72h去除率分别为52.65%，64.18%，72.02%，N3较N1，N2具有较好的异养硝化能力,经鉴定N3为恶臭假单胞菌。
　　选取对NH4+-N吸附效果好的BC、NaOH和10%H2O2改性生物炭为载体，制得的固定化体对NH4+-N的去除结果表明，生物炭基微生物固定化体对NH+4-N的去除效果优于生物炭，其中NaOH改性生物炭固定化体对NH+4-N的去除效果最好，对NH4+-N的去除率最大达到89.08%；反应体系48h后NH+4-N浓度低于1.5mg?L-1（地表水环境质量标准Ⅳ类NH4+-N限值）；另外，生物炭基微生物固定化体对NH4+-N的去除过程更符合准二级动力学方程。
　　用未改性生物炭和20%、30%H2O2改性生物炭对Pseudomonas putida strain-N3氨氧化过程和N2O排放的影响实验结果表明，生物炭经H2O2改性后芳香性减弱，导致生物炭的得电子能力和氧化活性减弱，不利于NH4+-N和生物炭上吸附的微生物间的电子传递，H2O2改性稻壳生物炭对氨氧化过程有抑制作用；N2O累积排放量与NH2OH浓度之间有较好的相关性，H2O2改性稻壳生物炭在实验过程中的NH2OH浓度总体高于BC，因此20%、30%H2O2-BC处理的N2O累积排放量高于BC。
　　本研究为生物炭基异养硝化菌固定化体在低浓度氨氮废水的处理应用方面提供一定的理论依据，对水中氨氧化过程N2O排放的影响研究以深入了解其产生机理有积极意义。