外加铁源对低碳氮比污水处理系统脱氮及微生物多样性影响研究

外加铁源对低碳氮比污水处理系统脱氮及微生物多样性影响研究目前我国水资源短缺、水污染严重等水环境问题显著,创造良好宜居的生态环境,建设社会主义生态文明迫在眉睫。氮作为污水中的主要污染物其危害大,但是目前对氮的去除尤其是高氮废水的研究还未十分完善,高氮废水的去除依旧是目前的一个研究热点。传统的脱氮的方法对高氮废水并不适用,碳源不足是目前处理高氮急需解决的问题。短程反硝化和厌氧氨氧化理论上可以降低脱氮过程对有机碳源的需求,但是因为工艺对条件要求苛刻,需要进行预处理等方式才能使处理系统稳定运行,因此目前解决高氮废水的主要方式是人工投加碳源,使得碳氮比可以满足正常脱氮过程的需求,但此方法会使污水厂处理成本大大提高。而铁作为微生物必须的一种微量元素,铁不同价态之间转化会产生电子转移,因此研究铁在污水生物处理中的作用有重要的现实意义。通过投加少量的铁源促进生物脱氮进程,结合现有的处理方法,可以更好的达到高氮废水的处理要求,且二价铁盐有价格优势,可以降低因投加大量碳源而提高的处理成本。本试验采用SBR反应器,结合小试试验和连续性试验两部分,通过检测出水氨氮浓度、总氮浓度、活性污泥脱氢酶活性和微生物多样性结合污泥形态变化等指标,分析外加铁源对生物脱氮的影响。小试试验分为碳氮比为0.5和2.2两部分,在不同碳氮比条件下,通过单次投加不同浓度及不同种类的外加铁源,研究外加铁源投加量及种类对系统脱氮效果的影响,并通过试验研究在不同碳氮比条件下外加铁源的作用差异。连续性试验在小试试验得到初步成果的条件下长期投加Fe²⁺,并调节进水碳氮比,结合出水总氮浓度、微生物多样性及活性污泥形态变化研究Fe²⁺对系统内微生物的影响,从而分析Fe²⁺对生物脱氮的作用机理。本研究得到的结论如下:（1）不同的铁源种类对脱氮进程都有促进作用,且表现为低浓度促进、高浓度抑制,单次投加Fe³⁺和Fe²⁺的作用效果无明显差异,但是两者作用效果都优于铁粉。且单次投加铁源对于硝化反应的促进效果要优于对反硝化反应的效果。（2）在低碳氮比的SBR系统中,Fe²⁺单次投加量为2mg·L^-1时脱氮效果效果最佳。氨氮去除率可达到93.98%;总氮去除率最高为45.22%,相对空白对照组提高了8.77%。当单次投加量为20mg·L^-1时系统脱氮有抑制现象。（3）连续投加Fe²⁺对SBR的硝化反应进程有促进作用,且这种作用迅速,氨氮去除率可维持在95.52%以上。当停止向系统投加铁源后氨氮去除率即刻下降,恢复外加铁源去除率会立即回升。Fe²⁺使污泥具有较强的抗冲击负荷能力,系统不会因进水氨氮浓度的变化而受到影响,很好地解决了传统活性污泥在冲击负荷过大时部分微生物解体而引起硝化反应效果不佳的问题。（4）铁的累积对反硝化反应有促进作用。长期投加Fe²⁺总氮去除率可达到90.69%,相对于未投加铁盐时提高了40.59%。当停止投加铁源后总氮去除率会逐渐下降,复加铁源后去除率逐步上升,这说明是由于铁的累积对反硝化反应起促进作用。（5）外加铁源对系统脱氮反应的促进作用随着碳氮比的升高而降低,Fe²⁺的促进作用在低C/N下较为显著。仅靠单次投加铁源的促进效果并不足以完全解决碳源不足引起的问题,系统整体的脱氮效果依旧不佳,实际应用时还是需要碳源和铁源的联合作用。（6）外加Fe²⁺可以显著提高微生物活性,投加铁盐使得表征活性污泥中微生物活性的TTC-DHA稳步增长,从初期的7.80μg/（mg?h）提高到59.21μg/（mg?h）,停止外加铁源TTC-DHA会显著下降。（7）外加Fe²⁺对SBR系统中微生物多样性及物种丰度产生影响,尤其是对于脱氮除磷密切相关的硝化细菌、反硝化细菌和聚磷菌等有促进繁殖的作用,有助于活性污泥中与脱氮除磷的相关菌种成为优势菌种,从而提高系统脱氮除磷的效果。参与生物脱氮的厌氧绳菌科、红环菌科和硝化螺旋菌科以及与除磷密切相关的PHOS-HE51和Xanthomonadales_Incertae_Sedi数量显著增加。停止外加铁源后,虽然系统内微生物物种丰度即物种数量没有明显变化,但硝化细菌、反硝化细菌和聚磷菌等优势物种的繁殖会受到抑制。（8）铁的存在和积