脱氮菌剂在不同浓度黑臭水体中氮代谢特征

脱氮菌剂在不同浓度黑臭水体中氮代谢特征脱氮菌剂在不同浓度黑臭水体中氮代谢特征2019年2月粤港澳大湾区宣布成立,并明确提出建设粤港澳大湾区要牢固树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,实行最严格的生态环境保护制度.随着大湾区部分城市航运业、养殖业的高速发展,区域水质环境污染问题日益严重,水质状况不容乐观.水体黑臭是水体在有机污染情况下,产生氨气、硫化氢和有机酸等恶臭物质以及铁、锰和硫化物等黑色物质所致.黑臭水体由于严重缺氧,水体中大量生物无法生存,水体生态系统遭到破坏,失去自净功能.黑臭水体治理方法有物理法、化学法和生物法,生物法中的微生物在生物修复中发挥重要作用.罗家海在研究珠江广州河段局部水体黑臭时也提出,珠江广州河段溶解氧低,局部水体黑臭的主要原因是水体中氨氮太多,大量消耗水中的溶解氧所致,降低氨氮的含量对提高河水的溶解氧至关重要.其他学者也提出影响水体污染的因素中氮类物质占据重要地位,特别是NH4+-N,许多水体恶化都和其关系密切.2018年李骏飞等监测广州市石井河监控断面显示,氨氮最高达到30.4mg·L-1,溶解氧仅为0.12mg·L-1,其它监控断面显示溶解氧浓度多数小于1mg·L-1,氨氮浓度大于10mg·L-1水体黑臭现象严重.除去黑臭水体中的氮素,需要曝气增加水体中的溶解氧,大功率的曝气补充溶解氧增加了治理费用,如何较少运行费用是黑臭水体长期治理亟需解决的问题.对于黑臭水体的治理,与物理化学法比较,微生物法因投资少、运行费用低和无二次污染等优点而被广泛用于黑臭水体治理工程中.Sheng等利用光合微生物菌剂治理山东昌邑的堤河,结果显示在5个月的治理周期中,取得了较好效果,S2-浓度从2.9mg·L-1降为0.2mg·L-1.沙昊雷等在常州市白荡浜黑臭水体生态治理工程中添加微生物底质改良剂以促进底泥中无机硫的矿化进程,在项目运行过程中,水体透明度由15cm提升至30~40cm.肖羽堂等修复广东南海某黑臭河涌,通过向底泥和上覆水体里投加培养、驯化的优势菌种,辅以光合细菌、硝化细菌,上覆水体的水质显著好转,水体黑臭完全消除.张丽等均匀投加生物促生剂改善河道水质,氮、磷类营养物质得到降解,水体修复效果明显,水体黑臭消除.通过调查发现,广州市白云区水质污染严重,呈现黑臭现象,其中溶解氧处于0.15~2mg·L-1之间,氨氮在8~30mg·L-1,总氮12~35mg·L-1,COD29~373mg·L-1.同样研究珠海市斗门区五福涌等8条河涌黑臭水体呈现同样特点,溶解氧(DO)多数处于0.2~2mg·L-1,氨氮高于15mg·L-1.由此可见,该区域黑臭水体普遍溶解氧浓度较低,氨氮浓度较高.为保证反应正常进行,通过曝气提高溶解氧浓度,溶解氧浓度过低影响硝化速率,溶解氧浓度过高引起资源浪费,研究通过调节曝气泵阀门控制曝气量,溶解氧浓度控制在0.8~2mg·L-1.氨化细菌可将污染水体中的有机氮转化为铵态氮,有氧条件下,硝化细菌将氨氮氧化为亚硝酸盐氮和硝酸盐氮;缺氧条件下,硝酸盐氮或亚硝酸盐在反硝化细菌作用下还原为氮气,实现水体中氮的生物地球化学循环.本研究在低溶解氧黑臭水体中添加实验室筛选的高效氨化细菌、硝化细菌和反硝化细菌制成的菌剂,考察脱氮微生物菌剂在低溶解氧黑臭水体中的脱氮效率,以期为大湾区珠三角地区黑臭水体的治理提供技术支持.1材料与方法1.1实验材料紫外可见分光光度计(WFZUV-2802),龙尼柯(上海)仪器有限公司;化学需氧量(COD)快速测定仪(5B-3C),兰州连华环保科技有限公司;Hydrolab多参数水质检测仪型号(DS5X,DS5);可见分光光度计(22PC06119),上海棱光技术有限公司;人工气候箱(LRH-250-GS)广东省医疗器械厂测试菌剂添加量实验用水为污水处理厂排放的尾水,氨氮浓度2.31mg·L-1、硝态氮浓度0.44mg·L-1、亚硝态氮浓度0.189mg·L-1.测试不同总氮浓度下的氨化、硝化菌剂实验用黑臭水取自洨河三环桥下游100m;该河流收纳城市污水处理厂尾水以及沿途一些处理未达标污水,河道内水流速度缓慢,由于季节变化温度升高,水体黑臭严重,总氮浓度实验通过在取回的黑臭水样中加入一定量硫酸铵和蒸馏水调整总氮浓度,设置总氮(TN)分别为15、25和35mg·L-13个浓度梯度.反硝化用黑臭水体取自桥东污水处理厂上游200m处,该处未接纳城市尾水,水体流速极度缓慢,水体黑臭更加严重,同上方法设置3个浓度梯度,实验温度30~35℃,与大湾区夏季温度相似,该温度在水体氮磷及有机物过量条件下,水体易发生富营养化导致黑臭.实验室采集黑臭水体水样通过富集、筛选获得实验菌株：黄色菌落氨化细菌(Staphylococcussp.Ay)、白色菌落硝化细菌(Microbacteriumsp.Xw)和