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水污染是当前水环境存在的主要问题之一,其中氮类污染物是引起水体富营养化的重要因素,严格控制水中氮类物质含量,是保障水环境质量安全的关键所在。目前,生物脱氮工艺在污水处理中的应用最为广泛,然而传统生物脱氮工艺往往存在适应性差、冬季低温条件下脱氮效果不理想等缺陷。针对上述问题,本文探究了改性海藻酸钙(Calcium alginate,CA)双响应硝化菌微球的制备与氨扩散性能,以期为低温含氮废水提供新的有效处理途径,这对于大幅度削减污水和自然水体中的氮类污染物,提升水环境质量具有重要的理论与实际意义。实验使用序批式活性污泥法(SBR)富集培养硝化细菌,采用包埋法滴制了粒径均匀的固定化硝化菌微球,并利用NaCl溶液对CA硝化菌微球进行了改性处理并研究了其氨扩散性能。探究了改性CA双响应硝化菌微球的制备原料配合比对氨扩散性能的影响并确定了最优配合比,考察了制得的改性CA双响应硝化菌微球对实际废水的氨氮处理情况,得到如下结论:通过对活性污泥15天的富集培养,SBR反应器成功启动,活性污泥对模拟废水的氨氮去除率稳定在90%以上,硝化反应进行彻底,几乎不存在亚硝酸盐氮的积累,反应器中的活性污泥颜色由最初打捞上来时的灰黑色变为黄褐色,且沉降性能良好。微生物种群结构显示硝化细菌富集效果较好。采用不同浓度的NaCI溶液对CA硝化菌微球进行改性处理,确定改善其氨扩散性能的最佳NaCl浓度为0.3%。FTIR(傅里叶红外光谱分析仪)结果验证了微球扩散性能改善得益于结构上发生了Na+与Ca2+的置换。以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)、丙烯酸(AA)为单体材料,以N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)为交联剂制备了改性CA双响应硝化菌微球,利用氨氮去除率为指标考察了其在不同制备条件下的氨扩散性能。通过单因素实验获得最佳响应条件为:NIPAAm=AA=200mg,MBA=4mg。温度及pH对改性CA双响应硝化菌微球氨扩散性能的影响情况如下,当温度低于30℃时,氨氮去除率随温度的升高而增大,最大为36.99%;温度高于30℃时,氨氮去除率随温度的升高而减小,40℃时氨氮去除率仅为23.23%。在pH为6.0～9.0时,氨氮去除率随着pH增大而升高,pH=6.0时,氨氮去除率最低为26.35%,pH=9.0时,氨氮去除率最高为35.48%,从宏观角度证明了该固定化硝化菌微球是一类具有温度与pH双重敏感的包埋微粒。改性CA双响应硝化菌微球的SEM(Scanning Electron Microscope)照片进一步从微观结构验证了其双响应特性,微球表面微孔结构在低温(碱性)条件下较多,高温(酸性)条件下较少。将改性CA双响应硝化菌微球应用于实际废水处理,在HRT为6 h的条件下,改性CA双响应硝化菌微球对进水氨氮浓度为7 mg.L-1左右的低温微污染废水表现出50%左右的去除效果,对COD也具有一定的去除能力。运行阶段后期存在微生物流出载体的现象。微生物种群结构显示,在实际生活污水中运行40天后的改性CA双响应硝化菌微球内的微生物群落结构发生改变。初步判断微球的使用寿命约30天。综上所述,改性CA双响应硝化菌微球能够有效去除低温微污染水体中的氨氮,经济且简单,可操作性较强。但是为了更好地应用于实际工程,该技术需要在载体材料研发,高效制备反应器开发及提高固定化硝化细菌颗粒传质性能等方面进行研究。