1、第45卷段州君，李鹏飞，王浩，等.好氧反硝化菌群强化A/O工艺脱氮性能研究J.环境科学与技术，2022，45（12）：52-60.Duan Zhoujun，Li Pengfei，WangHao，et al.Function of biological enhancement of nitrogen removal by aerobic denitrifying bacteria in A/O processJ.Environmental Science&Technology，2022，45（12）：52-60.Environmental Science&Technology第45卷 第12期2
2、022年12月Vol.45 No.12Dec.2022环境科学与技术 编辑部：（网址）http:/（电话）027-87643502（电子信箱）收稿日期：2022-07-24；修回2022-10-08基金项目：国家重点研发计划项目（2019YFA0905504）；中央高校基本科研基金项目（2017KFKJFP002）作者简介：段州君（1990-），女，工程师，研究方向为污水处理，（电子信箱）；*通讯作者，教授，（电子信箱）。好氧反硝化菌群强化A/O工艺脱氮性能研究段州君1，2，3，李鹏飞1，2，3，王浩1，2，3，景方圆4，高亮1，2，3，周贤钢1，2，3，黄文1，2，3，胡智泉4*（1.湖北中
3、烟工业责任有限公司，湖北武汉430040；2.湖北新业烟草薄片开发有限公司，湖北武汉430056；3.重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室，湖北武汉430040；4.华中科技大学环境科学与工程学院，湖北武汉430074）摘要：厌氧/好氧（A/O）活性污泥法是应用最广泛的污水处理工艺之一，然而该工艺脱氮效率通常只有70%80%，且需要较大的混合液回流比，导致其能耗偏高。该研究从活性污泥中筛选分离出多株好氧反硝化细菌并进行了优化组合，构建了高效好氧反硝化菌群，并应用于强化A/O反应器O池脱氮。结果表明，组合AD-1+AD-5+Z1脱氮效率最高，其最佳脱氮条件为30、pH 79、摇床转速150 r/
4、min、C/N=10，在此条件下其对SNDM培养基中TN去除率达到98.38%。强化A/O工艺中混合液回流比从200%降低至50%，TN去除率仅略微降低2.5%，与传统A/O工艺相比，强化A/O主要脱氮途径由缺氧反硝化变为同步硝化反硝化。通过好氧反硝化菌群强化脱氮，A/O工艺可节省60%的回流能耗，对于降低该工艺的污水处理运行成本具有重要意义。关键词：好氧反硝化菌群；A/O工艺；混合液回流比；脱氮；生物强化中图分类号：X703；X172文献标志码：Adoi：10.19672/ki.1003-6504.1564.22.338文章编号：1003-6504(2022)12-0052-09Functi
5、on of Biological Enhancement of Nitrogen Removal byAerobic Denitrifying Bacteria in A/O ProcessDUAN Zhoujun1，2，3，LI Pengfei1，2，3，WANG Hao1，2，3，JING Fangyuan4，GAO Liang1，2，3，ZHOU Xiangang1，2，3，HUANG Wen1，2，3，HU Zhiquan4*（1.China Tobacco Hubei Industrial Co.,Ltd.,Wuhan 430040,China;2.Hubei Xinye Recon
6、stituted Tobacco Development Co.,Ltd.,Wuhan 430056,China;3.Hubei Key Lab of Applied Research Institute of Reconstituted Tobacco,Wuhan 430040,China;4.School of Environmental Science&Engineering,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China）Abstract：Anaerobic/aerobic(A/O)activated s
7、ludge process is one of the most widely used sewage treatment processes,however its nitrogen removal efficiency is merely 70%80%,and besides it needs large reflux ratio of mixed liquid causinghigh energy consumption.In this study,a number of strains of aerobic denitrifying bacteria were isolated fro
8、m activatedsludge,and were optimized to build up a high-efficiency aerobic denitrifying bacteria consortium,which was applied forenhancing of nitrogen removal efficiency of O tank in A/O reactor.Findings of the study indicated that the consortium AD-1+AD-5+Z1 had the best denitrification efficiency
9、with a TN removal efficiency of 98.38%under the condition:incubation temperature of 30,value of pH 7-9,shaking speed of 150 r/min,and C/N of 10.In the case of the A/O process that had been enhanced,the reflux ratio of mixed liquid was reduced from 200%to 50%,and TN removal efficiency only slightly d
10、eclined by2.5%;and unlike the traditional A/O process,the denitrification pathway of the enhanced A/O process changed from anoxicdenitrification to simultaneous nitrification and denitrification.As a result of using aerobic denitrifying bacteria to enhance nitrogen removal,the reflux energy consumpt
11、ion of A/O process could be saved 60%,which consequently was of significancefor reducing the operation cost of sewage treatment.Key words：aerobic denitrifying bacteria consortium;A/O process;mixed liquid reflux ratio;nitrogen removal;bio-augmentation第12期我国水环境的氮容量安全阈值为每年(52070)万t，但目前氮的实际排放量达到每年(1 450
12、310)万t1。过量的氮释放到水中会导致水体富营养化，有害藻类大面积爆发，进而引起水生动植物死亡，不仅严重破坏水体生态环境，降低水体功能，还会对人体健康产生危害。富营养化是我国水环境治理亟需解决的重要问题，据统计，我国五大湖区中50%以上的典型湖泊处于不同程度的富营养化状态2。水体富营养化一旦形成，治理过程将十分困难，因此污水排入受纳水体前均要进行脱氮处理。目前污水厂主要利用生物法脱氮，传统生物脱氮通常包括2个步骤：好氧条件下自养生物的硝化作用和厌氧条件下异养生物的反硝化作用3。由于这两类微生物需要分别在好氧与厌氧条件下才能各自发挥作用，导致传统脱氮工艺必需设置好氧段和缺氧段，或通过间歇曝气来
13、控制反应器中的溶氧量，造成反应器占地面积大、回流管道多、剩余污泥量大、运行能耗高4-6。随着我国环保要求的进一步提高，不少污水处理厂的出水水质，尤其是氮素指标，将难以达到排放标准，制约着污水厂的进一步提质增效7。利用生物强化对污水厂提标改造具有明显的技术经济优势，该技术通过引入一些特定降解功能的菌株，从而提高反应器对污染物的去除效率8，9。传统反硝化细菌多为自养厌氧型微生物，生长缓慢，且不易分离纯化10。好氧反硝化细菌（aerobic denitrifying bacterium，ADB）的发现，为活性污泥的强化生物脱氮提供了契机11。ADB是一类在有氧条件下利用好氧反硝化酶进行反硝化的微生物
14、，与传统厌氧型脱氮微生物相比，ADB在生物脱氮方面具有明显的优势，一方面，其具有更强的环境适应性和较快的生长速率，可耐受高盐、低温、高氨氮等极端条件，可将铵态氮在好氧条件下直接转化为气态产物，在一个反应器中实现同步硝化反硝化，降低污水处理工程建设成本12，13。另一方面，好氧反硝化脱氮工艺中硝化和反硝化过程产生的酸碱可相互中和，系统的 pH 值基本不需要调节14。近年来，好氧反硝化脱氮技术受到广泛关注，学者们从不同的环境介质中分离出多种ADB，如 Zobellelladenitrificans A6315、Enterobacter cloacae strain F216、Pseudomonas
15、 stutzeri DZ1117等，为该技术的推广与应用提供了坚实的物质基础。先前的研究多侧重于ADB的筛选及脱氮性能分析，关于ADB的应用则主要集中于利用单一菌株强化SBR等间歇式生物反应器脱氮18，19，对于强化连续流反应器脱氮方面的研究则较少。本研究从活性污泥中筛选分离出多株ADB，基于生态位互补原理构建了好氧反硝化菌群（ADBs），并用于强化A/O工艺中O池脱氮，探究了低混合液回流比条件下外源强化菌群对A/O工艺去除生活污水中氮磷污染物效能的影响，以期为好氧反硝化技术在传统活性污泥处理工艺中的应用提供技术指导。1材料与方法1.1实验材料1.1.1培养基本实验所用的培养基包括富集培养基（
16、EM）、溴百里酚蓝（BTB）培养基、异养硝化培养基（HNM）、好氧反硝化培养基（ADM）与同步硝化反硝化培养基（SNDM），培养基的组分设置参照Li等19所述。各培养基在使用前利用1 mol/L NaOH和1 mol/L HCl调节pH至7.0左右，并在121 下灭菌15 min。1.1.2活性污泥与实验废水用于菌株筛选的活性污泥取自于实验室稳定运行的A/O反应器好氧池，MLSS为3 5004 000 mg/L，SV为20%30%。实验废水采用人工模拟生活污水，以无水CH3COONa为碳源、NH4Cl为氮源、KH2PO4为磷源，主要水质指标：COD 300400 mg/L，NH4+-N3540 mg/L，PO43-P 68 mg/L。1.2实验方法1.2.1好氧反硝化细菌的筛选ADB的筛选参照Li等19所述方法：将5 mL污泥悬液添加到100 mL EM中，在摇床中（30、150 r/min）振荡培养48 h，然后取10 mL上清液接种于100 mLADM中，并在相同条件下培养48 h，再一次取10 mL上清液于100 mL ADM中培养48 h，重复接种若干次直至ADM中硝氮去除率达