硝酸盐氮为唯一氮源时异养微生物增长特性的研究

摘要

废水中的硝酸盐进入水体后,会引起富营养化,对水生环境和人体健康有极大危害。利用异养反硝化可将硝酸盐还原为氮气从废水中脱除,是目前去除污水中硝酸盐最常用的方法。植物与藻类能够通过硝酸盐同化(NA)作用利用硝酸盐氮进行增长;最新研究结果表明,土壤、浅滩以及海洋底泥中的部分微生物也能通过硝酸盐异化还原(DNRA)作用利用硝酸盐氮作为氮源进行增长。本研究探讨活性污泥系统以硝酸盐氮为唯一氮源时异养微生物的增长特性,为生物处理同时含有硝酸盐氮以及有机物的工业废水提供理论支持。试验建立两个SBR反应器,以城市污水处理厂活性污泥为接种污泥,硝酸盐氮为唯一氮源,分别以缺氧/好氧(R1)和缺氧(R2)两种条件运行,结果如下。　　当进水COD浓度为1400mg/L,硝酸盐氮浓度为280mg/L时,R1与R2中COD和硝酸盐氮的去除率分别达到97％和99%;活性污泥系统运行稳定,沉降性能良好;污泥含氮量与以氨氮为氮源的污泥含氮量一致。　　R1与R2中异养微生物的产率系数分别为0.3536gVSS/g△COD和0.3035gVSS/g△COD,低于以氨氮为氮源的活性污泥的产率系数。R1与R2中污泥的最大反硝化速率分别为0.019mgNO3--N/(mgVSS·h)和0.016mgNO3--N/(mgVSS·h),与常规以氨氮为氮源的活性污泥系统相近。与常规活性污泥系统相比,以硝酸盐氮为氮源时污泥的胞外聚合物(EPS)中蛋白质含量低,而溶解性代谢产物(SMP)中糖类含量高。　　通过对比实验,证明了硝酸盐氮为唯一氮源时,微生物通过DNRA途径,首先将硝酸盐氮还原为氨氮,然后利用氨氮合成细胞物质。反硝化菌可利用硝酸盐氮为氮源进行细胞合成对生物法处理含硝酸盐氮的废水具有重要意义。一方面由于无需投加氨氮降低了废水处理成本,另一方面由于污泥产率低,降低了污泥处理成本。同时,对比试验结果可知本课题中采用的缺氧/好氧和完全缺氧两种工艺对污染物的去除效果以及系统的运行性能没有显著差别,实际工艺中为了节省曝气成本,可采用完全缺氧工艺。

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1 绪论

1.1 氮循环

1.2 环境中硝酸盐氮的产生与影响

1.3 硝酸盐氮的去除工艺

1.4 异养反硝化与自养反硝化

1.5 硝酸盐氮作为氮源的研究进展

1.6 课题提出

2 实验材料与方法

2.1 实验装置与运行条件

2.2 实验材料

2.3 分析项目与方法

3 实验结果与讨论

3.1 进出水水质变化

3.2 典型周期内物质历时变化

3.3 污泥特性变化

3.4 氮组份变化及平衡

3.5 污泥产率系数与反硝化速率

3.6 SMP和EPS

3.7 硝酸盐氮合成代谢途径探讨

3.8 结果评价

4 结 论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表学术论文