膜曝气分离单级自养脱氮生物反应器过程控制和功能菌群研究

以厌氧氨氧化为基础的单级自养脱氮工艺是一种可持续污水脱氮工艺，但是启动慢、菌种富集困难、稳定性差的问题是其应用障碍，工艺涉及的一些理论问题亦需研究。本项目提出将膜曝气和膜分离技术应用于悬浮污泥体系的单级自养脱氮工艺，通过溶解氧、处理负荷、污泥龄、游离氨等多因素及间歇和连续两种运行模式的试验与优化，实现相关技术有效整合，建立一种适合单级自养脱氮工艺的反应器形式、运行控制模式和试验平台。采用多种手段表征该体系的污泥微观特征，分子生物学手段研究功能菌好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌的群落结构，确定功能菌生长动力学主要参数。建立该过程质量平衡模型，获得温室气体产生（或削减）定量数据及N组分的转化和迁移规律,结合菌群分析和过程质量平衡分析确定两类功能菌的相互作用机理和特征。研究结果有助于加深对厌氧氨氧化菌新陈代谢过程和参与N循环的理论认识，为进一步研究该工艺奠定基础。

水体富营养化的一个重要污染源就是含氮废水（以氨氮为首要污染物）。含氮废水来源广泛。采用高效低耗工艺进行废水生物脱氮是水污染控制技术研究的重要方向。针对传统生物脱氮工艺存在弊端，在厌氧氨氧化技术基础上，自行设计一种膜曝气分离单级自养脱氮生物反应器，优化确定合适的实验操作条件，确定悬浮污泥系统单级全程自养脱氮工艺的关键性影响参数，得出实验在无外加有机碳源，反应器温度30±1℃，进水氨氮浓度150mg/L，溶解氧0.5-0.8mg/L，水力停留时间24h的条件下，系统对氨氮及总氮的去除率分别达到了70%及60%，显示出该反应器对高氨氮废水处理具有一定的可行性和优越性。并对系统内污泥与微生物进行分子生物学表征，研究系统内菌种变化情况，分析功能菌群的分布。在实验进行110天后，系统内菌种以以短杆菌、球菌、杆菌为优势菌种，实现了较为稳定的亚硝化过程，虽然未能检测到明显的厌氧氨氧化菌积累。