摘要
厌氧氨氧化与硫自养反硝化构成的耦合系统可以实现同步脱氮除硫，在理论上能实现TN的完全去除，因此是一种极具潜力而又环保的生物处理技术。而微生物固定化技术通过包埋、交联或者吸附的方式，将微生物固定在有机或无机载体的外部或者内部，可以有效减少污泥流失、提高微生物对环境的耐受能力，有助于降低厌氧氨氧化工艺及硫自养反硝化工艺的启动及运维的难度，有利于拓展两种工艺技术的实际运用范围。因此，本课题利用微生物固定化技术，分别启动了固定化厌氧氨氧化工艺、固定化硫自养反硝化工艺及厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合工艺，探究了各工艺的脱氮除硫性能以及微生物群落结构的变化，并进一步探索了微生物固定化技术在各工艺中的作用。 制备了以壳聚糖及聚乙烯醇为固定剂的固定化污泥块。固定化污泥块呈立方体，尺寸约为1cm×1cm×1cm，整体颜色为棕色，污泥在其中的分布较为均匀；通过测定固定化污泥块的机械特性得出，固定化污泥块可以在水体中稳定存在；利用批次实验探讨了壳聚糖的微生物降解性，结果表明部分壳聚糖可能会被异养反硝化微生物降解，但微生物对壳聚糖的降解能力远低于对葡萄糖的降解能力，说明固定化污泥块的稳定性较好。 探究了利用制备完成的固定化污泥块来启动固定化厌氧氨氧化工艺的可能性。研究结果表明，固定化污泥块可以成功启动固定化厌氧氨氧化工艺。最终，工艺的NH4+-N及NO2--N的平均去除率分别可达为87.32%及85.15%，TN的去除率稳定在75%左右，NH4+-N、NO2--N及NO3--N的平均摩尔比值为1∶1.20∶0.26。工艺中的主要功能微生物为Candidatus Kuenenia和Candidatus Brocadia，其相对丰度分别为5.49%和0.55%。 探究了利用制备的固定化污泥块来启动固定化硫自养反硝化工艺的可能性。研究结果表明，固定化污泥块可以成功启动固定化硫自养反硝化工艺。最终，工艺对NO3--N及S2-的平均去除率分别可稳定在87.28%及100%，NO2--N的平均积累率可达到43.45%。工艺中的主要功能微生物为Thiobacillus，丰度可达到44.78%。 以驯养成功的固定化厌氧氨氧化污泥块及固定化硫自养反硝化污泥块为接种污泥，探究了厌氧氨氧化-硫自养反硝化耦合工艺的同步脱氮除硫性能。长期实验的结果表明，耦合工艺的最佳S2-/NO3-为0.6，在此条件下TN的去除率可达85.69%；氮负荷率及硫负荷率在一定范围内快速变化时，耦合系统的去除性能可以保持相对稳定；耦合系统所能承受的最大的氮负荷率及硫负荷率分别为0.8kg-N·m-3·d-1和0.54kg-S·m-3·d-1；固定化技术可以在一定程度上缓解温度对厌氧氨氧化菌及硫自养反硝化菌的活性造成的影响。扫描电镜和体式镜的结果表明，固定化污泥块的结构适合于厌氧氨氧化菌和硫自养反硝化菌的附着和生长，其中厌氧氨氧化菌更倾向存在于污泥块的表面。耦合工艺中，Thiobacillus和Sulfurimonas是硫自养反硝化的优势菌属，Candidatus Brocadia和Candidatus Kuenenia是厌氧氨氧化的优势菌属。
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