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在复合垂直流人工湿地中往往出现末端碳源缺乏的现象,严重影响湿地的脱氮效果。因此研究能够与硝化作用同步发生的好氧反硝化现象,并筛选高效的好氧反硝化细菌,对于强化湿地脱氮效果具有重要意义。
本研究将复合垂直流和增氧型复合垂直流人工湿地作为采样对象,首先利用间歇曝气法富集培养好氧反硝化细菌,进行分离纯化;进而比较菌株的脱氮性能,选取具有最佳脱氮效果的菌株进行鉴定,探讨反硝化作用的最佳条件;最后研究该菌株的固定化方法,为该菌株的工程化应用提供基础。研究结果如下:
富集分离到28株好氧反硝化细菌。从增氧型复合垂直流人工湿地筛选到的菌株相比复合垂直流中的反硝化效果较佳。初始硝态氮含量为277.2mg·L-1,碳氮比为5的条件下,培养编号曝13(B13)的菌株24h时硝态氮去除率达92.8%,亚硝态氮积累只有12.6mg·L-1,脱氮速率达到20.6mg·L-1·h-1,在28株中最为高效,选择该菌株为备测菌株。
16s rDNA序列分析表明,菌株B13与施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)同源性达100%。初步认为B13为施氏假单胞菌。
选用四因素三水平L9(34)正交试验表设计实验,通过比较硝态氮去除率,亚硝态氮的积累量,研究碳源、碳氮比(C/N)、pH以及溶解氧(DO)4种不同因素对菌株B13好氧反硝化性能的影响。结果表明,该菌株对硝态氮的去除率最大可达99.9%,几乎没有亚硝态氮积累。对实验结果进行方差分析及极差分析,发现对硝态氮去除率影响最大的因素为碳氮比,其次为pH,溶解氧含量和碳源。对应的最优条件是碳源为葡萄糖,碳氮比为10,pH为9,溶解氧含量为1.84~3.57mg·L-1。
选取海藻酸钠(SAL),聚乙烯醇(PVA)以及海藻酸钠聚乙烯醇混合载体作为包埋材料,对好氧反硝化细菌B13进行包埋固定,制成固定化小球。测定3种固定化小球的成球效果、机械性能、制作成本和好氧反硝化活性,综合评估3种包埋材料的优劣。结果表明,SAL和SAL+PVA成球效果良好,PVA小球粘连现象严重,成球效果最差。机械性能排序为SAL+PVA小球>PVA小球>SAL小球。SAL的市场价格约为PVA的2倍,但在PVA中添加少量SAL对制作成本影响很小。3种包埋固定化小球均表现出较高的好氧反硝化活性,硝态氮的去除率均达到和99.0%以上,亚硝态氮的累积量很少,好氧反硝化速率略有不同,SAL小球好氧反硝化速率最快,SAL+PVA小球和PVA小球速率相当。3种包埋固定化小球的好氧反硝化化活性排序为SAL小球>SAL+PVA小球>PVA小球。综合评价3种材料,表明SAL+PVA为最佳的固定化材料。