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水源水库作为地表水的主要存在形式,已成为重要的饮用水水源。水污染中以水体富营养化最为严重,其中氮素是导致水体富营养化的最关键因素之一。本文从李家河水库沉积物中筛选出高效好氧反硝化混合菌群,并对混合菌群的种群脱氮特性及氮素平衡进行分析鉴定;采用响应曲面法优化构建好氧反硝化菌群最佳脱氮效率模型;将好氧反硝化功能菌群脱氮技术与微生物固定化技术相结合,探究固定化系统对好氧反硝化混合菌群脱氮效能的影响。主要得到以下结论:(1)从水库沉积物中成功筛选得到3组贫营养好氧反硝化混合菌群A1、A2和A3,采用Illumina MiSeq PE300高通量DNA测序测定分析混合菌群结构组成。结果表明,混合菌群A2的结构组成较为复杂。3组混合菌群的优势菌属均为假单胞菌属(Pseudomonas),占比分别为83.65%、73.00%和93.30%。通过对3组好氧反硝化混合菌群脱氮特性进行研究,可知,3组混合菌群均具有高效的脱氮效能。反应18 h后,混合菌群A1、A2和A3的硝酸盐氮去除率分别为93.44%、90.06%和91.35%,总氮去除率分别为51.96%、47.88%和50.21%;整个反硝化过程中均无亚硝酸盐氮的积累。(2)探究好氧反硝化细菌在反硝化过程中氮素转化途径,根据质量守恒原则,混合菌群A1、A2、A3在好氧反硝化过程中,分别约有45%、44%和46%的硝酸盐氮转化为气体产物脱除。单因素实验结果表明,3组好氧反硝化混合菌群最佳碳源为乙酸钠和丁二酸钠;在低温或者偏酸性环境下,混合菌群脱氮效能受到抑制;溶解氧的变化对好氧反硝化过程没有明显的影响。(3)采用响应曲面法确定好氧反硝化混合菌群反硝化作用的最优条件。贫营养混合菌群A1最优条件为碳氮比为9.96,温度为22.69°C,转速为91 r/min,初始pH值为8.01;混合菌群A2最佳条件为碳氮比为10.05,温度为24.00°C,转速为103 r/min,初始p H值为8.14;混合菌群在A3碳氮比为10.27,温度为29.90°C,转速为57 r/min,初始pH值为8.40的条件下具有高效的脱氮能力。(4)将微生物固定化技术与好氧反硝化脱氮技术相结合,通过扫描电镜的结果可知,3组贫营养好氧反硝化菌群均能良好地固定在4种固定化载体材料的表面或者内部。在相同体积条件下,载体上微生物数量远大于游离条件下微生物量。固定化系统重复使用性及耐受性实验表明,丝瓜络+聚乙烯醇载体在4种载体材料中效果最佳,且低温和弱酸性条件下载体材料对3组高效好氧反硝化混合菌群均起缓冲保护作用。