用于处理生活污水的好氧反硝化脱氮微生物制剂的研制.pdf

摘要

摘要

生物脱氮以其高效、环境友好、经济等优势被视为最具发展前景的污水脱氮技术。

与自养微生物相比，好氧反硝化微生物的世代周期短，生长速度快，脱氮效率高，在强

化污水生物脱氮中表现出良好的应用前景。然而，大部分好氧反硝化微生物研究侧重实

际脱氮效果，如何提高其运行稳定性，降低应用成本，仍需开展大量系统、深入的研究

工作。基于此，本研究以课题组已有保藏菌株为研究对象，通过探究其处理模拟生活污

水与膜生物反应器（MBR）出水的脱氮效果，获得好氧反硝化脱氮微生物制剂的复配配

方，通过优化所得微生物制剂的混合发酵工艺条件，提高菌体浓度进而降低制备成本，

进一步地，将所得好氧反硝化脱氮微生物制剂投加至缺氧/好氧-膜生物反应器（A/O-

MBR）的好氧池，研究其强化生物脱氮的效果及反应器中微生物群落演替，针对好氧反

硝化关键微生物菌株，结合氮平衡分析和关键脱氮酶酶活的变化，初步解析其脱氮途径，

以期丰富好氧反硝化微生物脱氮的相关知识，为好氧反硝化脱氮微生物制剂的研制及应

用提供技术支撑，具有较为重要的学术意义和实践价值。主要研究内容和结果如下：

（1）好氧反硝化菌株的脱氮效果研究。好氧反硝化菌株B301、B308、B601、P6、

X01和Y11的氮去除能力受碳氮比（C/N比）的限制。在C/N比较低的体系中，菌株生

长速度较为缓慢，且无法进行氮素的去除。而在碳源充足的体系内，菌株不仅可以进行

正常的新陈代谢并且可有效脱氮。六株好氧反硝化菌株彼此间无竞生拮抗作用，可组成

微生物制剂进行后续试验。

（2）好氧反硝化脱氮微生物制剂的混合发酵条件优化。通过摇床试验，优化了发酵

培养基的组分和工艺条件，其中氮源为2.3g/L的碳酸氢铵，碳源为20g/L的葡萄糖，

金属离子为0.1g/L的Fe3+，初始pH为7.5，培养温度为40℃，装液量为100mL。3L

发酵罐试验结果表明，在第9h、24h和48h分别进行补料，可获得的最大OD600为4.13，

显著优于未补料的对照组（2.31），且第96h时发酵液的活菌数最高，为390亿CFU/mL，

此时细胞干重与细胞得率分别为12.73g/L与0.29g/g。

（3）好氧反硝化微生物制剂强化模拟生活污水脱氮的效果。投加好氧反硝化微生

物制剂的实验组总氮（TN）去除率为60.34%，比对照组提高了17.55%，且出水TN浓

度为12.75±2.72mg/L，符合我国《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）

一级A标准。结合微生物群落分析可知，好氧反硝化脱氮微生物制剂的投加不仅可以改

善微生物群落结构，增加其丰富度和多样性，同时也有助于推动群落中优势菌属的富集，

从而强化A/O-MBR体系的脱氮性能。

（4）好氧反硝化菌株B301的生理生化及脱氮途径初探。菌株B301可以通过异养

硝化-好氧反硝化（HD-AD）同步去除污水中的氮，且无亚硝态氮（NO2−-N）的积累。

温度为30℃、碳源为柠檬酸钠和C/N比为15的条件下，该菌株的脱氮效果最佳。好氧

条件下，分别以氨氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3−-N）和NO2−-N为唯一氮源时，该菌株

的最大脱氮速率分别为2.11mgNH+-N/(L⋅h)、1.62mgNO−-N/(L⋅h)和1.41mgNO−-

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N/(L⋅h)，具有良好的异养硝化和好氧反硝化能力。菌株B301可以有效利用混合氮源，

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并优先利用NH4+-N。氮平衡分析结果表明，83.25%的初始氮转化为气态氮，3.36%转化

为胞内氮。通过分析HN-AD过程的关键酶，认为菌株B301通过HN-AD实现同步硝化

反硝化（SND）的途径为NH+→NHOH→NO−→NO−→NO−→N。菌株B301展现

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