高盐废水短程脱氮的工艺控制策略及其微生物生态机理研究

在世界范围内，高盐废水产生途径和产量逐渐提高，引发了多种环境污染问题。如何有效、经济地处理高盐废水成为亟待解决的难题。本研究利用嗜盐微生物发展嗜盐活性污泥，集中解决高盐废水的脱氮问题。在研究中，结合工程学和微生物生态学，建立实现高盐废水短程脱氮的工程策略，旨在取得高盐工业废水稳定、低耗地进行生物脱氮。研究采用模拟配水和真实的海产品加工废水作为处理对象，确定了嗜盐污泥理化性状及其脱氮性能。在此基础上，研究实现短程硝化的工艺控制策略及其微生态机理。研究深化了工艺条件影响下的微生物种群动力变化，从而建立工艺参数和微生物种群结构演替的关系。为实现稳定长效地短程硝化奠定理论基础。研究成果可指导高盐废水处理厂的设计、施工和调试。作为目前急需的工程技术，本项目的工程应用前景广阔。

在世界范围内，高盐废水产生途径和产量逐渐提高，引发了多种环境污染问题。如何有效、经济地处理高盐废水成为亟待解决的难题。本研究利用嗜盐微生物发展嗜盐活性污泥，集中解决高盐废水的脱氮问题。在研究中结合工程学和微生物生态学围绕三部分展开：（1）嗜盐污泥理化性能分析及其工艺参数对嗜盐微生物脱氮效能的影响；（2）高盐废水短程脱氮的影响因素；（3）嗜盐污泥种群结构和生物多样性及其短程脱氮机理研究。研究首先采集入海口底泥建立了嗜盐污泥的培养技术，研究了嗜盐污泥的理化性质。嗜盐污泥的絮体尺寸较小，沉降性能良好。EPS产量很少，而且随着盐度的升高EPS产量下降。在低盐下嗜盐污泥EPS组成主要以蛋白为主，在高盐环境下EPS的主要成分变为多糖。研究采用实际高盐废水确定了嗜盐污泥的脱氮动力学参数和工艺参数对短程硝化的影响。研究结果表明嗜盐污泥具有较低的比增殖速率。嗜盐氨氧化菌（AOB）的氨氧化速率大于淡水氨氧化菌。但是，嗜盐反硝化反硝化速却远远低于淡水反硝化菌。嗜盐硝化系统的耐盐范围为10-65 g•L-1，而最优盐度在40 g•L-1左右。尽管实验采用的操作条件不会对亚硝酸氧化菌构成抑制，但是研究中却发现了了显著地亚硝酸盐积累现象。为了确定嗜盐污泥短程硝化的成因，基于淡水污泥短程硝化理论系统地分析了pH、游离氨（FA）、温度、溶解氧（DO）和曝气时间等关键工艺参数对嗜盐硝化系统内短程硝化的贡献。试验结果表明尽管盐度、温度对AOB和亚硝酸氧化菌（NOB）的活性有一定的影响。但是，在测试的温度和盐度范围内AOB的活性始终高于NOB的活性。荧光原位杂交（FISH）技术分析硝化种群结构表明AOB是系统优势生长的主要硝化菌群。嗜盐系统内短程硝化可能和接种的天然环境内的河底泥内NOB数量少而且代谢亚硝酸速率缓慢有关。进一步分析嗜盐AOB的菌群结构发现AOB主要是由Nitrosomonas halophila，Nitrosococcus mobilis 和 Nitrosomonas europaea组成。NOB数量较少，多数是Nitrospina mascoviensis, N. marina, aquarium clone 710-9。对比嗜盐系统和淡水系统，嗜盐系统的种群丰富度和H指数相对较低。研究深化了工艺条件影响下的微生物种群动力变化，从而建立工艺参数和微生物种群结构演替的联系。