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曝气生物流化床反应器处理动车集便器污水脱氮及微生物研究 曝气生物流化床反应器处理动车集便器污水脱氮及微生物研究 ? 曝气生物流化床反应器处理动车集便器污水脱氮及微生物研究 曝气生物流化床反应器处理动车集便器污水脱氮及微生物研究 (中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京　100081) 摘　要：应用好氧曝气生物流化床反应器处理动车集便器粪便污水，研究反应器同步硝化反硝化脱氮效果；考察不同影响因素条件下反应器脱氮效果。结果表明：反应器能够较好地同时实现硝化和反硝化两个过程；DO为2.5 mg/L时，同步硝化反硝化脱氮效果最佳；最佳pH值范围为7.0～8.0；反应器在C/N比为1.6时脱氮效果较好；温度在18～25 ℃变化，对反应器脱氮效能影响不明显；微生物DNA纯度高，氨氧化细菌的生物多样性高。 关键词：同步硝化反硝化；粪便污水处理；脱氮；微生物 随着环境保护意识逐渐加强，我国列车粪便由沿线直排式转变为统一收集处理[1]；相比其他粪便污水水质，铁路动车集便器粪便污水水质具有氨氮浓度高、C/N值低，处理难度大等特点[2]。如何处理铁路动车集便器粪便污水中的高氨氮，使其达标排放，成为铁路环保面临的新课题。 目前关于有效处理粪便污水已做了大量研究，Junzo等[3]采用光化学菌结合好氧的方法处理粪便废水，Hiroki等[4]研究了间歇曝气对粪便污水生物脱氮的影响，结果表明，曝气和缺氧运行的时间比影响N2O产量，外加碳源可减少N2O产量。传统的生物脱氮工艺在污水脱氮方面起到了一定的作用，但系统存在难以维持较高的硝化菌浓度，且须同时进行污泥回流和硝化液回流等问题[5]。Klangduen等[6]研究发现在同一反应器中同步发生，能同步实现硝化反硝化脱氮反应并去除有机物，并且能有效维持反应器中pH值稳定且无需回流，在深度脱氮技术中逐渐得到重视。 研究发现适当控制各种影响因素条件，可以在污泥絮体中或生物膜内同时形成好氧和缺氧微环境，有利于反应进行。本实验考察了DO、C/N比、温度和pH值等因素对曝气生物流化床反应器同步硝化反硝化脱氮的影响，并研究了氨氧化菌生物多样性。 1　实验仪器与材料及方法 1.1　实验仪器、材料 分光光度计(ND-1000)，水温计，pH计，变阻电炉、酸式滴定管，JHE-2型微生物载体。四级串联曝气生物流化床反应器如图1所示。 图1　曝气生物流化床反应器实验装置示意 实验用水取自动车段密闭式厕所粪便污水，水质情况如表1所示。 表1　实验水质情况 水质参数pHCOD/(mg/L)NH3-N/(mg/L)TN/(mg/L)浓度范围9.0600045004000～6000 1.2　实验方法 1.2.1　DNA提取实验 称取一定质量的流化床反应器中的生物载体放入100 mL超纯水中，超声波振荡30 min后，取出载体，将悬浮溶液于8 000 r/min转速下离心5 min，弃去上清液，用PBS缓冲液洗涤离心后的沉淀物，再离心、弃去上清液，取0.5 g沉淀物，用Fast Soil DNA提取试剂盒提取样品中的总DNA。采用Nano-drop分光光度计测定提取的总DNA。 1.2.2　氨氧化细菌amoA特异性扩增实验 采用氨氧化细菌氨单加氧酶的特异性引物amoA-1F/ amoA-2R进行PCR扩增，扩增产物片段为491bp。 amoA-1F∶5′-GGGGTTTCTACTGGTGGT-3′； amoA-2R∶5′-CCCCTCKGSAAAGCCTTCTTC-3′。 扩增体系为(50 μL)：10×buffer5 μL，dNTP(2.5 mmol/L)4 μL，正反向引物(浓度为10 mmol/L)各1 μL，BSA0.5 μL，Taq酶(2.5U)0.25 μL，稀释DNA模板2 μL，ddH2O补足至50 μL。反应条件：94 ℃，5 min；变性：94 ℃，1 min；退火：60 ℃，1 min；延伸：72 ℃，1 min；循环30个周期：72 ℃，5 min；4 ℃恒温。 2　实验结果与讨论 2.1　DO的影响 实验进水水质为：COD浓度8 000 mg/L左右，氨氮浓度3 400 mg/L左右，总氮浓度5 100 mg/L左右，pH值8.5～9.0，HRT 18 h，温度22 ℃，调整溶解氧浓度(DO)，考察不同DO对反应器同步硝化反硝化脱氮效果的影响，如图2所示。 图2　DO对同步硝化反硝化脱氮效果的影响 由图2可以看出，一级曝气生物流化床反应器对氨氮去除率达77.5%、TN去除率