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生物转盘具有操作管理简单，投资省、能耗低等优点，非常适合于农村地区的污水处理。然而，生物转盘运行时存在生物膜易脱落、总氮去除效率低等问题，限制了其推广应用。本研究采用比表面积大、吸附能力强的活性炭纤维(ACF)作为生物转盘盘片材料，构建了集物理吸附与生物再生为一体的ACF生物转盘处理系统，以好氧反硝化菌PseudomonaspoaeNL-4为供试菌株，开展了好氧反硝化菌固定化条件优化及生物强化ACF生物转盘处理模拟农村生活污水脱氮研究，主要研究结果如下:
(1)在CH3COONa作为碳源，C/N为5∶1时，Pseudomonaspoae NL-4的脱氮能力最佳。在碳源充足(c/m为5∶1)和不足(C/N为2∶1)两种条件下，以CH3COONa作为碳源时Pseudomonas poae NL-4的脱氮能力均优于CH3OH和C6H12O6。当C/N为5∶1时，Pseudomonaspoae NL-4以CH3COONa作为碳源时对NH4+-N和NO3——N去除效率分别为52.12％和80.39％，显著高于以CH3OH(39.81％和25.66％)并E1C6H12O6(19.11％和10.01％)。在此基础上，以CH3COONa作为碳源，研究了不同C/N(1∶1、2=1、3∶1、5∶1和7∶1)对Pseudomonas poae NL-4脱氮能力的影响，结果表明，C/N为5∶1时，Pseudomonaspoae NL-4的脱氮能力最优，其对NH4+-N去除效率和NO3--N去除效率分别为50.90％;和80.39％。因此，确定Pseudomonas poae NL-4培养的最佳碳源为CH3COONa，最佳C/N为5∶1。
(2)活性炭颗粒对于水中NO3--N、NH4+-N、COD和微生物的吸附量最优。选用活性炭、沸石、椰壳生物炭、果壳生物炭、木炭、ACF作为吸附材料，比较分析了六种吸附材料对水中NO3--N、NH4+-N、COD和微生物的吸附能力。试验结果表明，活性炭对各项污染物都具有相对较好的吸附性能，其对水中NO3-N、NH4+-N、COD和微生物的吸附量分别达到了1.45g·kg-1、0.549·kg-1、7.07g·kg-1和1.34g·k-1。因此，确定以活性炭颗粒作为固定化载体，开展后续Pseudomonaspoae NL-4的吸附固定化试验。
(3)在30℃，pH为7.0，菌固比为1∶10条件下固定化7h，并以0.1％的戊二醛为交联剂，在30℃下交联4h，吸附交联固定化效果最好。以活性炭作为试验材料，采用单因素试验研究了Pseudomonaspoae NL-4的表面吸附固定化条件，确定最佳固定化温度为30℃，pH为7.0，菌固比为1∶10，固定化时间为7h，制备的固定化Pseudomonas poae NL-4在培养72h后对水中NH4+-N和TN的去除能力分别达到了3.92g·kg-1和5.459·kg-1。在此基础上，以制备的活性炭固定化Pseudomonaspoae NL-4为试验材料，开展了交联固定化条件优化试验，确定最佳交联剂为戊二醛，最适交联时间为4h，交联剂浓度为0.1％，交联温度为30℃，制备的吸附-交联固定化Pseudomonas poae NL-4在培养72h后对NH4+-N和TN的去除能力分别达到5.01g·k-1和7.92g·kg-1。
(4)ACF生物转盘生物强化效果显著，TN去除效率提高20％左右，且生物强化后ACF生物转盘在水力停留时间为6h、回流比为200％、转盘转速为15r·rain’I时处理效果最佳。当进水TN、NH4+-N和COD浓度分别维持在40mg·L-1、35mg·L-1、400mg·L-1左右，HRT6h、回流比200％、转盘转速为15r.min-1，开展了ACF生物转盘处理农村生活污水的启动试验，ACF生物转箍对模拟生活污水中TN、NH4+-N和COD的平均去除效率达到了60％、98％矛1390％;将制备的吸附-交联固定化Pseudomonas poae NL-4投加到生物转盘后，ACF生物转盘对TN的去除效率提高了20％左右，约为80％。生物强化后ACF生物转盘的最佳水力停留时间为6h、回流比为200％、转盘转速为15r·min-1，在此条件下对模拟生活污水中TN、NH4+-N和COD的平均去除效率分别达到91.74％、97.10％、96.86％，出水达到GB19818-2002一级A标准。
(5)16S rRNA高通量测序结果表明:生物强化后ACF生物转盘的优势菌门主要包括变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和拟杆菌门(Bacteroidetes)，生物转盘一、二、三级盘片上的微生物种群多样性明显不同，其中，绿弯菌门(Chloroflexi)和拟杆菌门(Bacteroidetes)在一级盘片上的相对丰度较高，分别为35.08％和43.35％，而硝化螺菌门(Nitrospirae)在三级盘片上的的相对丰度较高，约为5.58％。
综上，本研究采用好氧反硝化菌Pseudomonaspoae NL-4对ACF生物转盘进行生物强化，明确了生物强化后ACF生物转盘的运行参数，研究结果可为将ACF生物转盘应用到农村生活污水治理提供重要理论依据与技术支撑。
(1)在CH3COONa作为碳源，C/N为5∶1时，Pseudomonaspoae NL-4的脱氮能力最佳。在碳源充足(c/m为5∶1)和不足(C/N为2∶1)两种条件下，以CH3COONa作为碳源时Pseudomonas poae NL-4的脱氮能力均优于CH3OH和C6H12O6。当C/N为5∶1时，Pseudomonaspoae NL-4以CH3COONa作为碳源时对NH4+-N和NO3——N去除效率分别为52.12％和80.39％，显著高于以CH3OH(39.81％和25.66％)并E1C6H12O6(19.11％和10.01％)。在此基础上，以CH3COONa作为碳源，研究了不同C/N(1∶1、2=1、3∶1、5∶1和7∶1)对Pseudomonas poae NL-4脱氮能力的影响，结果表明，C/N为5∶1时，Pseudomonaspoae NL-4的脱氮能力最优，其对NH4+-N去除效率和NO3--N去除效率分别为50.90％;和80.39％。因此，确定Pseudomonas poae NL-4培养的最佳碳源为CH3COONa，最佳C/N为5∶1。
(2)活性炭颗粒对于水中NO3--N、NH4+-N、COD和微生物的吸附量最优。选用活性炭、沸石、椰壳生物炭、果壳生物炭、木炭、ACF作为吸附材料，比较分析了六种吸附材料对水中NO3--N、NH4+-N、COD和微生物的吸附能力。试验结果表明，活性炭对各项污染物都具有相对较好的吸附性能，其对水中NO3-N、NH4+-N、COD和微生物的吸附量分别达到了1.45g·kg-1、0.549·kg-1、7.07g·kg-1和1.34g·k-1。因此，确定以活性炭颗粒作为固定化载体，开展后续Pseudomonaspoae NL-4的吸附固定化试验。
(3)在30℃，pH为7.0，菌固比为1∶10条件下固定化7h，并以0.1％的戊二醛为交联剂，在30℃下交联4h，吸附交联固定化效果最好。以活性炭作为试验材料，采用单因素试验研究了Pseudomonaspoae NL-4的表面吸附固定化条件，确定最佳固定化温度为30℃，pH为7.0，菌固比为1∶10，固定化时间为7h，制备的固定化Pseudomonas poae NL-4在培养72h后对水中NH4+-N和TN的去除能力分别达到了3.92g·kg-1和5.459·kg-1。在此基础上，以制备的活性炭固定化Pseudomonaspoae NL-4为试验材料，开展了交联固定化条件优化试验，确定最佳交联剂为戊二醛，最适交联时间为4h，交联剂浓度为0.1％，交联温度为30℃，制备的吸附-交联固定化Pseudomonas poae NL-4在培养72h后对NH4+-N和TN的去除能力分别达到5.01g·k-1和7.92g·kg-1。
(4)ACF生物转盘生物强化效果显著，TN去除效率提高20％左右，且生物强化后ACF生物转盘在水力停留时间为6h、回流比为200％、转盘转速为15r·rain’I时处理效果最佳。当进水TN、NH4+-N和COD浓度分别维持在40mg·L-1、35mg·L-1、400mg·L-1左右，HRT6h、回流比200％、转盘转速为15r.min-1，开展了ACF生物转盘处理农村生活污水的启动试验，ACF生物转箍对模拟生活污水中TN、NH4+-N和COD的平均去除效率达到了60％、98％矛1390％;将制备的吸附-交联固定化Pseudomonas poae NL-4投加到生物转盘后，ACF生物转盘对TN的去除效率提高了20％左右，约为80％。生物强化后ACF生物转盘的最佳水力停留时间为6h、回流比为200％、转盘转速为15r·min-1，在此条件下对模拟生活污水中TN、NH4+-N和COD的平均去除效率分别达到91.74％、97.10％、96.86％，出水达到GB19818-2002一级A标准。
(5)16S rRNA高通量测序结果表明:生物强化后ACF生物转盘的优势菌门主要包括变形菌门(Proteobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和拟杆菌门(Bacteroidetes)，生物转盘一、二、三级盘片上的微生物种群多样性明显不同，其中，绿弯菌门(Chloroflexi)和拟杆菌门(Bacteroidetes)在一级盘片上的相对丰度较高，分别为35.08％和43.35％，而硝化螺菌门(Nitrospirae)在三级盘片上的的相对丰度较高，约为5.58％。
综上，本研究采用好氧反硝化菌Pseudomonaspoae NL-4对ACF生物转盘进行生物强化，明确了生物强化后ACF生物转盘的运行参数，研究结果可为将ACF生物转盘应用到农村生活污水治理提供重要理论依据与技术支撑。