低温引入氧化还原介质污水脱氮速率变化及微生物群落响应机制研究

According to the result that the redox mediators have effect on the nitrogen removal reaction rate during biological denitrification in wastewater, the redox mediators mainly including different quinoid materials will be selected in favor of low temperature in Winter during sewage biological denitrification nitrogen removal process. At the same time, the other influence factors, such as nitrate concentration, dissolved oxygen concentration and different carbon souces, on the sewage biological denitrification nitrogen removal process will be analyzed at low temperature through adding the selected redox mediators. The change process and trend of nitrogen removal efficiency and rate with temperature changes will be furtherly. Besides, using some molecular biology analysis techniques,such as FISH, PCR-DGGE and so on, denitrifying bacteria during biological nitrogen removal in wastewater treatment system will be identified. At last, using some research means including biological-chemistry, electrochemical, structure chemical will explain the mechanism of the redox mediators effect on the denitrification nitrgen removal process in low temperature. The relationship among the redox mediators, denitrification biological nitrogen removal, microbial community structure changs and low temperature will be revealed. The whole research content will provide a new research idea for solveing the problem of low biological nitrogen removal efficiency at low temperature in Winter during wastewater treatment process. It has some advantages to improve the practical sewage treatment process for nitrogen removal performance and provide a new scientific method. Thus, the application area of biological nitrogen removal process in winter may be widen for cold regions.

从氧化还原介质影响污水生物反硝化脱氮的反应速率入手，筛选有利于低温污水生物反硝化脱氮过程的氧化还原介质（以醌型化合物为主），分析氧化还原介质对污水生物低温反硝化脱氮速率的改变及变化趋势；利用FISH、PCR-DGGE等分子生物学技术，识别污水生物反硝化脱氮微生物与工艺运行参数之间的群体响应关系，分析引入氧化还原介质污水低温生物脱氮过程微生物群落结构的变化。揭示氧化还原介质-反硝化脱氮-微生物群落-低温之间的相互关系，以期为解决冬季低温污水生物脱氮效率低的问题提供新的研究思路，为提高实际污水处理工艺的脱氮性能提供新的科学手段，从而有利于拓宽污水生物脱氮的应用地域，对寒冷地区冬季的生物脱氮效率的提高具有重要意义。

含氮废水的污染已成为许多国家和地区所面临的一个重要的环境问题。活性污泥法是污水生物脱氮的主流技术，低温条件下脱氮效率变低是国内外需要克服的主要问题。本研究通过投加不同种类的氧化还原介体，研究其强化低温污水生物反硝化脱氮的过程，以期为解决冬季低温污水生物脱氮效率低的问题提供新的研究思路。.首先，四个序列间歇式活性污泥法（SBR）反应器编号为1#、2#、3#和4#，常温条件下驯化60天后对硝酸盐氮、总氮的去除率达到了95%，溶解性化学需要量（SCOD）的去除率也达到了85%以上，且四个反应器的平行性较好。控制温度为25℃、20℃、15℃、10℃和5℃，1#作为空白对照，分别向2#、3#和4#投加浓度均为100μmol/L的二磺酸基蒽醌（AQDS）、1,2-萘醌-4-磺酸（NQS）和2-羟基-1,4-萘醌（LAW），研究了不同介体对污水生物反硝化的影响。结果表明：常温最优介体为LAW；低温最优介体为NQS。 .其次，温度控制为10℃，投加筛选出的介体NQS，研究运行参数对污水反硝化的影响。结果表明：（1）丙酸钠为较优的碳源，浓度为400mg/L时，总氮的去除率最大为64.7%，脱氮速率为30.1mgNOx--N/(gVSS·h);（2）硝酸盐氮的浓度为130 mg/L时得到最大的硝酸盐去除率和脱氮速率。（3）当介体浓度为200μmol/L时，总氮的去除率最大为96.7%，脱氮速率最高为31.9mgNOx--N/(gVSS·h)。.再次，对低温投加介体的污水生物脱氮微生物群落结构及机理进行了探讨。结果表明：（1）经过长期培养驯化的活性污泥具有良好脱氮性能功能菌，分别是红环菌科和索氏菌属；（2）投加介体后，群落在常温和低温下都有变化，比较常温下空白对照系统和投加三种不同介体的反应系统，索氏菌属数量增长了2.3～2.6倍；（3）利用生物化学手段测定ORP和酶活性，介体的投加改变了氧化还原电位的大小反应过程中，更有利于氧化氧化还原反应的进行；（4）温度为20℃和10℃时，投加AQDS、NQS和LAW三种介体可以提高反应系统的酶活性，提高顺序表现为LAW≈NQS＞AQDS；在温度为20℃和10℃时，投加LAW介体后使脱氢酶活性和电子传递体系活性最高分别提高1.7和1.8倍。