氮超标是水体富营养化主要因素之一,脱氮技术一直是水环境保护的重要研究方向。传统生物脱氮技术是目前应用最广泛的脱氮方法,但该技术周期长、流程长。这些局限推动了同步硝化反硝化脱氮技术的研究和应用。因粘土矿物的生物相容性、廉价、性质稳定,对微生物、氮磷等污染物有较好的结合能力,为粘土矿物强化同步硝化反硝化为生物脱氮提供新的途径。本研究从生物滤池的活性污泥中筛选出一株具有异养硝化好氧反硝化功能的菌株,对其进行细菌鉴定和功能验证。研究粘土矿物的吸附特性及对微生物脱氮的促进作用,阐明粘土原矿强化生物脱氮性能机制,考察其实际应用的可行性。主要如下:通过生长曲线确定该菌对数生长期在10-18 h,菌密度OD600在稳定期最大为1.11。通过SEM形态观察得出该菌为短杆状,长度约为3-4μm。菌株ND-T的16S r RNA基因序列Blast结果显示,该菌同Pseudomonas otitidis strain MCC10330的相似度为99.93%,确定其命名为Pseudomonas otitidis strain ND-T。在低、中氨氮及硝态氮浓度下均有良好的去除效果,对高浓度氨氮、硝态氮的去除率仍然可以达到73.93%和67.06%。从粘土矿物的Zeta电位得出,MC-RO和REC-RO这两种粘土原矿存在良好的分散性。两种粘土原矿MC-RO和REC-RO孔体积和孔径大小同NH4+-N吸附平衡的吸附容量具有相关性,比表面积同NH4+-N吸附速率具有相关性。其中MC-RO和REC-RO对NH4+吸附平衡的吸附容量分别为19.39和21.87 mg/g,NH4+去除速率值分别为0.0207和0.0183mg/g·min,为微生物的传质利用提供了良好条件。研究了粘土矿物强化异养硝化好氧反硝化菌的硝化反硝化性能和硝化反硝化机理。实验结果表明,MC-RO和REC-RO在好氧条件下显著改善了硝化和反硝化过程。0.5 g/L的MC-RO使NH4+-N、NO3--N和TN的去除率分别提高了10.41%、7.63%和10.40%。0.5 g/L的REC-RO对NH4+-N、NO3--N和TN的去除率分别提高了16.51%、8.07%和16.48%。通过材料特性、对比实验和还原酶活性测试,探讨了其增强机理。结果表明:MC-RO和REC-RO具有较大的层间距、较强的层电荷、较多的吸附水和高效电子传导性能的Fe形态,导致两种粘土矿物相对于其他粘土矿物具有较好的层膨胀性。酶活性测试和电子传递系统活性分析表明,粘土矿物的层膨胀作用是促进硝化作用的硝酸盐还原酶和促进反硝化作用的亚硝酸盐还原酶活性的关键因素。基于粘土原矿强化微生物硝化反硝化的实际应用,探究了ND-T菌对MC-RO重金属溶出特性的影响。通过组分分析选取8种重金属元素,其中由于ND-T菌的加入,MC-RO的Cr、Co、Zn溶出减少22.22%、62.81%、36.67%,Mo、As、Mn溶出分别增加了93.50%、96.38%、76.67%;Fe的浸出在6 h急剧增加达到5.12 mg/L,而在6 h后骤降至0.19 mg/L,最后趋于0 mg/L;Ni的溶出几乎没有影响。粘土原矿固定微生物菌剂对ND-T菌有很好的吸附效果,对比于其他现有技术的常用改性累托石粘土,粗累托石原矿固定微生物数量更多。粗累托石原矿对氨氮的去除可达123.37 mg/L,且对氨氮的去除率可达92.13%。MC-RO强化DN-T菌生物脱氮应用至实际景观水体中,7天内加入MC-RO粘土后对比只加ND-T菌氨氮去除率提高了21.69%,硝态氮去除率提高6.13%,COD去除提高26.53 mg/L,其去除率达到85.40%。