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目前，氮污染以及由之引起的富营养化和水环境质量恶化日益成为全球关注的环境问题，去除水体中的氮己成为水污染处理研究领域的热点之一。据统计，我国目前城市污水处理率仅有30％左右，且绝大多数城市生活污水处理厂不具备良好的脱氮能力。过多的含氮化合物进入天然水体不仅使得水环境质量恶化，影响渔业、旅游业、养殖业的发展，而且还对人体健康以及动植物的生存产生严重的危害。因此，无论是从国际形式来看，还是从国内水污染控制的现实状况出发，化解氮污染危害，探索适合我国国情且经济有效的脱氮工艺和方法，已成为亟待开展的研究课题。
生物脱氮因污染物转化的条件温和，微生物来源广、繁殖快、对环境适应能力强，被认为是一种经济、高效和最有发展前途的处理方法。传统的生物脱氮理论认为生物脱氮包括硝化和反硝化两个过程，硝化过程是在好氧条件下完成的，反硝化过程是在缺氧/厌氧条件下完成的；然而近些年来，人们发现在好氧条件下也可以实现反硝化反应，称之为好氧反硝化，是好氧反硝化菌作用的结果。
针对目前城市污水生物脱氮处理中脱氮效率低、能耗高等问题，在湖北省科技攻关重大项目(项目编号：2006AA305A01)的支撑下，本课题立足于传统的生物脱氮理论和国内外生物脱氮研究的最新研究成果——好氧反硝化脱氮，在好氧条件下进行微生物脱氮处理的实验研究，用以提高污水脱氮的处理效率。本研究不但对好氧条件下的生物脱氮具有深远的理论意义，而且对脱氮新工艺的开发具有较强的指导意义。
本实验研究的主要内容包括：好氧条件下硝化、反硝化活性污泥的驯化培养：硝化脱氨氮的实验研究；好氧反硝化菌的筛选分离；好氧条件下反硝化脱氮的实验研究。
Ⅰ.活性污泥的驯化培养在实验室条件下，接种好氧曝气池的回流污泥(SV<,30>≈30％，MLSS≈3250mg/L，MINSS≈2250mg/L)，采用连续的好氧曝气法，进水pH值控制在7.0-7.5，维持DO在4.0-6.0mg/L，温度为室温(15-30℃)，经过1个月左右的驯化培养，形成了性能良好的好氧硝化活性污泥(SV<,30>≈30％，MLSS≈2700mg/L，MINSS≈1700mg/L)，COD的去除率基本维持在80％左右，NH<,3>-N的去除率从初期的80％左右提高到了90％以上。
接种菜园土淋洗液，采用间歇式好氧曝气法，进水pH值控制在7.0-7.5，维持DO在2.7-3.6mg/L，温度为室温(15-30℃)，并适当补充有机碳源葡萄糖，经过长达2个多月的驯化培养，形成了性能良好的好氧反硝化活性污泥(SV<,30.=20-25％，MLSS≈2800mg/L，MLVSS≈1700mg/L)，系统对COD的去除率达到了90％以上，对NO<,3><->-N的去除率达到了50％左右。
Ⅱ.硝化脱氨氮的实验研究实验结果表明，硝化脱氨氮的最佳污泥接种量约为5％，最佳pH范围为pH 7-8.5，COD的去除率都在80％左右，氨氮的去除率可达90％以上。当进水COD大于300mg/L左右后，氨氮的去除率下降到80％以下，显然低浓度的COD有利于硝化反应的进行。在进水氨氮浓度大于60mg/L后，氨氮去除率下降到70％以下，显然高浓度的氨氮抑制硝化反应的进行。最后我们对污水处理厂格栅处进水进行了硝化处理，得到氨氮去除率约93％左右，比污水处理厂的去除率提高了将近10个百分点。
Ⅲ.好氧反硝化菌的筛选分离选用含溴百里酚蓝指示剂的筛选培养基(SM)从成熟的好氧反硝化活性污泥系统中分离得到了44株细菌，其中对硝酸盐氮去除率在50％以上的有17株，而生物同化作用消耗的氮不会超过总氮的30％，可以基本认定这些菌株都是好氧反硝化细菌。
Ⅳ.好氧反硝化脱氮的实验研究实验结果显示，好氧反硝化脱氮的最佳污泥接种量为5-7％，最佳pH范围为pH 7.0-8.0，最佳碳氮比约6.0左右，COD的去除率达到了90％以上，硝酸盐氮的去除率也在70％以上。硝酸盐氮去除率越高的系统亚硝酸盐氮的积累越严重。进水硝酸盐氮基质浓度影响着好氧反硝化的进行，当浓度高于50mg/L(此时COD/N约6.0)左右后，硝酸盐氮的去除率降低到了60％以下。
改甲醇为有机碳源后，好氧反硝化系统的硝酸盐氮去除率比葡萄糖有机碳源条件下提高了15个百分点左右，亚硝酸盐氮的积累也减少了约6mg/L。
直接投加亚硝酸盐氮的好氧反硝化进行得十分彻底，亚硝酸盐氮的去除率达到了99％左右，另外检测到了硝酸盐氮的存在，但在整个过程中浓度都比较低，系统对总氮去除率也达到了90％以上。
投加了微量铁粉(约2mg)的好氧反硝化系统对硝酸盐氮的去除十分明显，去除率达到了95％以上，但亚硝酸盐氮的积累丝毫没有降低，对总氮的去除率也只有65％左右。
投加氮源基质NH<,4><+>-N≈60mg/L、NO<,3><->-N≈50mg/L的好氧反硝化脱氮结果表明，氨氮参与了好氧反硝化反应，去除率达到了95％左右：系统对硝酸盐氮的去除率达到了85％左右；亚硝酸盐氮的积累也很少；对总氮的去除率达到了80％以上。当进水中氨氮/硝酸盐氮大约在1-2之间时，好氧反硝化的效果最彻底，氨氮、硝酸盐氮的去除率都能达到90％左右，总氮的去除率也能达到80％以上。
最后对污水处理厂好氧曝气池的出水进行了好氧反硝化处理，得到硝态氮的去除率和总氮的去除率都达到了90％左右，比污水处理厂的反硝化能力强了近一倍。