随着城市化进程加快,大量生活和工业污水直接排入河湖,导致水体中营养负荷超标,河湖呈富营养化状态,削减水体中营养负荷成为亟需解决的现实问题之一。目前,碳纤维(CF)作为生物膜载体修复水体环境已在国内外开展相关研究,表明碳纤维可作为生物膜的优良载体,控制河湖水体污染和实现水资源良性循环。但大多数研究是将碳纤维直接投放入水体进行处理,存在碳纤维自然挂膜周期长,初期阶段去除营养盐的效果较差等问题。为缩短碳纤维的挂膜周期,提高其挂膜初期的处理能力,本研究采用除氮菌剂强化碳纤维挂膜,查明除氮菌剂强化碳纤维挂膜与自然挂膜效果的差异,并研究培养温度、碳氮比、菌剂投加量等因素对碳纤维挂膜效果的影响,确定最佳挂膜条件;在最佳挂膜条件下,以水体中总氮、氨氮的削减率为评价指标,探究除氮菌剂强化挂膜碳纤维的脱氮效果;考察碳纤维投放量、总氮初始浓度及总有机碳浓度对脱氮效果的影响,明确碳纤维挂膜效果与脱氮性能之间的关系。主要研究结论如下:(1)查明了除氮菌剂强化碳纤维的挂膜效果及其影响因素。(1)从挂膜微生物量、微生物活性和微生物多样性等方面,分析对比了除氮菌剂强化碳纤维挂膜与自然挂膜效果的差异。发现除氮菌剂强化碳纤维挂膜效果显著高于自然挂膜,除氮菌剂强化挂膜碳纤维上微生物量峰值比自然挂膜的碳纤维上微生物量峰值高10.27倍,且微生物量达到峰值的时间显著降低;相比于碳纤维的自然挂膜,除氮菌剂强化挂膜碳纤维上微生物活性提高2.5倍;另外,除氮菌剂强化挂膜碳纤维上微生物多样性均显著高于自然挂膜。(2)从挂膜微生物量、微生物活性和微生物多样性等方面,分析对比了培养温度、碳氮比与菌剂投加量对碳纤维挂膜效果的影响,确定了最佳挂膜条件。发现当培养温度为35℃,碳氮比为10时微生物量最大,微生物活性最高;当菌剂投加量为0.5 g/L时微生物活性最高,随菌剂投加量增高,微生物量无显著差异。综上,在本实验条件下,最佳挂膜条件是培养温度为35℃,碳氮比为10,菌剂投加量为0.5 g/L。(2)在最佳挂膜条件下,探究了除氮菌剂强化挂膜碳纤维对水体中总氮、氨氮的脱除效果。(1)对总氮的脱除效果。除氮菌剂强化挂膜碳纤维对水体总氮的削减率为45.33%,而仅用碳纤维和除氮菌剂对水体总氮的削减率分别为20.00%和31.33%,除氮菌剂强化挂膜碳纤维对水体中总氮的脱除效果显著高于仅用碳纤维和除氮菌剂,总氮削减率分别提高了25.33%和14.00%;(2)对氨氮的脱除效果。除氮菌剂强化挂膜碳纤维对氨氮的削减率为84.18%,而仅用碳纤维和除氮菌剂对氨氮的削减率分别为71.01%和61.59%,除氮菌剂强化挂膜碳纤维对水体中氨氮的脱除效果显著高于仅用碳纤维和除氮菌剂,氨氮削减率分别提高了13.05%和22.47%。(3)查明了碳纤维投放量、初始总氮浓度、总有机碳浓度对除氮菌剂强化挂膜碳纤维脱氮效果的影响,分析了挂膜效果与脱氮性能的相关关系。(1)对脱除总氮、氨氮的影响。在本实验条件下,水体中总氮削减率与碳纤维投放量呈显著正相关关系,与总有机碳浓度呈显著负相关关系,与初始总氮浓度相关性不显著;氨氮削减率与碳纤维投放量呈显著正相关关系,与总氮初始浓度、总有机碳浓度相关性不显著。(2)微生物量、微生物活性与总氮、氨氮的削减率存在相关性。微生物量与总氮削减率相关性极强,微生物活性与总氮削减率的相关性较强;微生物量、微生物活性对氨氮削减率的相关性均极强。本研究的创新之处在于探明了除氮菌剂强化碳纤维挂膜效果显著优于自然挂膜,且强化挂膜的周期较自然挂膜明显缩短,同时,揭示了除氮菌剂强化挂膜碳纤维可在短期内显著提高水体中总氮和氨氮的脱除效果,克服了修复初期阶段自然挂膜碳纤维脱氮效果较差的问题。