低碳源污水硝化及固體碳源反硝化系統(tǒng)的微生物特性根據(jù)傳統(tǒng)生物脫氮理論,充足的有機(jī)碳源是生物脫氮的必要條件,而我國部分地區(qū)尤其是南方城市污水的低碳源化趨勢越來越明顯。對低碳源污水而言,總氮TN一直是制約污水處理達(dá)標(biāo)排放的主要指標(biāo)。在綜合分析現(xiàn)有低碳源污水處理技術(shù)的基礎(chǔ)上,基于低碳源污水的生物處理特性,課題組構(gòu)建了強(qiáng)化生物硝化-固體碳源反硝化污水處理技術(shù),開發(fā)了序批式生物膜反應(yīng)器-固體碳源反硝化生物濾池組合工藝(SequencingBatchBiofilmReactor-SolidCarbonDenitrificationBiofilter,縮寫SBBR-SCDNBF)。微生物是生物反應(yīng)器的核心,其種類數(shù)量和活躍程度直接影響污水的處理效果。論文結(jié)合水質(zhì)分析結(jié)果,利用DGGE和高通量測序等分子生物技術(shù)研究了生物膜反應(yīng)器中懸浮污泥和生物膜的微生物群落特性以及對低碳源污水硝化作用的貢獻(xiàn)分擔(dān);研究了固體碳源生物反硝化濾池啟動(dòng)以及濾池沿程微生物群落變化特征,從微生物角度揭示了大分子固體碳源可以用作反硝化電子供體的內(nèi)在原因。研究結(jié)果表明:(1)序批式生物膜反應(yīng)器(SBBR)在曝氣量為15m3/(h·m3污水),運(yùn)行周期3h的情況下,處理COD為91~135mg/L,TN為38.4~42.8mg/L的低碳源污水。出水氨氮濃度低于1.64mg/L,平均去除率為96.6%,硝態(tài)氮為15.9~24.5mg/L,出水TN在23.1~30.1mg/L之間,平均去除率為38.2%,SBBR具有較好的硝化效果。SBBR懸浮污泥和生物膜對硝化作用的貢獻(xiàn)分擔(dān)分別為45%和55%。(2)在序批式生物膜反應(yīng)器(SBBR)中,生物膜與懸浮污泥中主要門均是變形菌(Proteobacteria),而在生物膜中以δ-變形菌為主,活性污泥中以β-變形菌為主。生物膜上的微生物多樣性低于懸浮污泥。懸浮污泥中主要的氨氧化細(xì)菌是亞硝化單胞菌(Nitrosomonas)和亞硝化單胞菌屬未培養(yǎng)型(Nitrosomonadaceaeuncultured),生物膜中是亞硝化單胞菌(Nitrosomonas)。SBBR中主要的硝化細(xì)菌是硝化螺旋菌屬(Nitrospira),且硝化螺旋菌屬(Nitrospira)在生物膜中得到了富集。(3)TN為32.0~37.7mg/L、氨氮<1mg/L、COD為11~43mg/L的生化尾水進(jìn)入固體碳源反硝化生物濾池(SCDNBF),在HRT為1.5h的情況下,出水TN在1.1~3.5mg/L之間,TN去除率>90.5%,出水氨氮<2mg/L,COD<50mg/L。SCDNBF對TN的去除主要發(fā)生在40cm填料以下。生物量大小和反硝化速率隨濾層高度增加逐漸降低,且生物量與濾層高度呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系(y=-0.471x+38.77),沿程反硝化速率在0.08~0.22mg·(g填料·h)-1之間。(4)固體碳源反硝化生物濾池(SCDNBF)中生物膜以球菌、桿菌為主,絲狀菌纏繞其中形成支架結(jié)構(gòu)。反硝化菌屬Dechloromonas、Comamonas、Rubrivivax在SCDNBF中優(yōu)勢明顯。SCDNBF濾池底部微生物多樣性最低,中下部最豐富。SCDNBF不同高度處的微生物既有共性也有特性,Comamonas、Dechloromonas、Rubrivivax等為共有生物,而如Desulfobactercurvatus僅存在于反應(yīng)器頂部。因沿程環(huán)境條件的差異,同一種微生物,在不同沿程高度的數(shù)量不同。(5)固體碳源反硝化生物濾池(SCDNBF)中存在PCL降解菌Comamonas、Acidovorax;發(fā)酵酸化菌——硫酸鹽還原菌如Desulfovibrio,厭氧擬桿菌如Flavobacterium;以及多種反硝化細(xì)菌Thauera、Dechloromonas、Hydrogenophaga、Simpli