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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Pseudomonas poaeNL-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/N为5:1)和不足(C/N为2:1)两种条件下,以CH3COONa作为碳源时Pseudomonaspoae 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%)和 C6H12O6(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 1.45 g·kg-1、0.54g·kg-1、7.07 g·kg-1 和 1.34 g·kg-1。因此,确定以活性炭颗粒作为固定化载体,开展后续Pseudomonas poae 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7 h,并以0.1%的戊二醛为交联剂,在30℃下交联4 h,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Pseudomonas poae 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72 h后对水中NH4+-N和TN的去除能力分别达到了 3.92 g·kg-1和5.45g·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4 h,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5.01 g·kg-1和7.92 g·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6 h、回流比为200%、转盘转速为15r·min-1时处理效果最佳。当进水TN、NH4+-N和COD浓度分别维持在40 mg·L-1、35 mg·L-1、400 mg·L-1左右,HRT6 h、回流比200%、转盘转速为15 r·min-1,开展了 ACF生物转盘处理农村生活污水的启动试验,ACF生物转盘对模拟生活污水中TN、NH4+-N和COD的平均去除效率达到了 60%、98%和90%;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6 h、回流比为200%、转盘转速为15 r·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Pseudomonas poae 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。