污水处理外加铁源协同微生物高效脱氮机理与应用基础研究

The proposal is resolving some problems on the denitrification technology of A2O process by the addition of heterologous iron. Recently, the efficiency of denitrification in municipal sewage plant is not satisfied due to asynchronous growing of mix bacteria in A2O process. In this proposal, the main research contents include: Ⅰ. the affection of heterologous iron on the efficiency of denitrification of A2O process; Ⅱ. the affection of heterologous iron on microbial community structure in A2O process; Ⅲ. the several principles of high efficiency of denitrification caused by heterologous iron; and Ⅳ. high efficiency denitrification under the conditions of controllable run parameters and the presence of heterologous iron. The synergistic effect of all kinds of denitrification principles will be disclosed. We will also put forward the parameter control steps of A2O reactor in the presence of heterologous iron. The outcomes of this proposal will extend the theory of denitrification and will give out the real method to remove nitrogen with high efficiency denitrification. .The research team have carried out the exploratory experiments on acidification hydrolysis combined with aerobic for wastewater treatment, high efficiency denitrification using electrode bio-film, nitrate ion reducing with nanometer zero-valent iron, and biological filter bed followed with up-flow anaerobic sludge blanket. The substantial research foundation will give this proposal research with impelling guarantee.

针对城市污水处理厂总氮去除效率不高，一段式脱氮工艺菌群生长矛盾等问题，课题组在城市生活污水酸化水解好氧分段式处理技术与理论、电极生物膜反应器培养并筛选反硝化细菌、纳米零价铁还原硝酸根以及生物滤池-陶粒填料上流曝气处理生活污水的基础上，研究外源铁协同污水处理微生物高效脱氮机理与应用技术措施。研究内容包括外源铁加入A2O反应器促进氮素去除的效率，反应器可控条件协同外源铁提升脱氮效能、外源铁对反应器活性污泥中微生物的种群影响和优势种群的改变，添加外源铁反应器中微生物效应与氮素转化相关性，以及铁对反应器中污泥微生物活性的影响等。研究结果将揭示外源铁对厌（缺）氧条件下促进污水脱氮的理化理论机理与微生物基础理论机制以及协同效应机制、污水处理工艺中加入外源铁对活性污泥微生物毒性效应，提出污水处理工艺铁促高效脱氮可控条件操控措施。研究成果将丰富生物脱氮理论，为污水处理高效脱氮技术方面提出新的可行性路径。

项目背景：目前污水处理脱氮的传统工艺对于外加铁源以增强 N 素去除率的研究较少，尤其在不同条件下外源铁增强脱氮微生物协同脱氮机理方面的研究有待加强。该研究丰富了生物脱氮理论成果，并为外加铁源生物处理工艺在污水处理厂的推广应用奠定良好的基础。.主要研究内容：1）利用SBR反应器，在模拟低碳氮比条件下，研究外加铁源对系统内脱氮效果、颗粒形态及微生物种群变化影响，分析外加铁源对生物脱氮的作用方式；2）探究Fe2+对生物脱氮性能的影响，并从分子生物学角度探究Fe2+促进生物脱氮效果机理；3）研究UASB厌氧发酵和好氧颗粒污泥反应器外加铁源的处理效果。.重要结果及关键数据：.1）外加铁源对系统脱氮反应的促进作用随着碳氮比的升高而降低，Fe2+的促进作用在低C/N下较为显著。仅靠单次投加铁源的促进效果并不足以完全解决碳源不足引起的问题。进水C/N比为2.2时，长期投加Fe2+总氮去除率可达到90.69%，相对于未投加铁盐时提高了40.59%。当停止投加铁源后总氮去除率会逐渐下降，复加铁源后去除率逐步上升，说明铁的累积对反硝化反应起促进作用。.2) 外加Fe2+可以显著提高微生物活性，投加铁盐使得表征活性污泥中微生物活性的TTC-DHA稳步增长，从初期的7.80μg/（mg∙h）提高到59.21μg/（mg∙h），停止外加铁源TTC-DHA会显著下降。.3) Fe2+投加后，系统的Chao1指数和ACE指数上升、Simpson指数提高、Shannon指数降低，说明Fe2+促进了微生物种群的丰富程度并使得种群中优势物种更加显著。4）不同阶段内微生物群落结构分析表明，Fe2+投加后，对氮的去除至关重要的变形菌门仍为最优势种群且相对丰度占比提升，含有厌氧氨氧化菌的浮霉菌门、含有硝化螺菌的硝化螺旋菌门以及部分好氧反硝化菌属所占相对丰度也出现增长，说明Fe2+促进了具有硝化反硝化功能的微生物种群的生长，从而提高了系统脱氮性能。.5）外加Fe2+浓度的增加对于UASB反应器中COD去除有促进作用，同时Fe2+浓度增大，在EPS中检测到更多的辅酶F420，UASB反应器产甲烷能力提高，对污泥颗粒化进程也有较好促进作用。通过响应曲面法设计Box-Behnken模型，进一步优化UASB反应器最佳的运行参数为：进水糖浓度2500mg/L、Fe2+浓度13.93mg/L、水力停留时间16.35h。