前置反硝化生物滤池的脱氮效能与微生物群落结构解析

为进一步提高前置反硝化污水脱氮处理系统的效能，依据生物脱氮的机理和主要影响因素分析，本文对传统A/O工艺进行了改造，以2-6mm的火山岩构建了前置反硝化生物滤池污水脱氮系统，通过启动和调控运行，考察了其在氨氮负荷和硝化液回流比影响下的脱氮效能，并对系统中的功能微生物进行了解析，以期为现有污水脱氮设施的升级改造提供参考。以城市污水处理厂二沉池活性污泥为接种物，前置反硝化生物滤池可在31d后达到稳定运行，填料表面形成了密实的生物膜。此时，系统对COD、氨氮（NH4+-N）、总氮（TN）的去除率分别稳定在77.45%、97.32%和59.90%左右。通过提高进水流量方式增加系统氨氮负荷的运行结果表明，前置反硝化生物滤池在氨氮负荷0.170kg·m-3·d-1时的脱氮效果最好，出水NH4+-N、TN的平均浓度为1.73和13.47mg·L-1，平均去除率分别达到94.18%和51.13%，COD的平均去除率也达到了71.23%，出水浓度维持在45.38mg·L-1左右。硝化液回流比的运行试验表明，最佳回流比为100%，此时系统出水COD、氨氮、总氮的平均浓度为44.85mg·L-1、1.43mg·L-1和13.19mg·L-1，平均去除率分别是74.64%、94.49%和50.77%，系统出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）中的一级A标准。16S rDNA文库序列分析表明，在前置反硝化生物滤池的生物膜中，微生物多样性良好，共识别出变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、疣微菌门（Verrucomicrobia）、硝化螺旋菌门（Nitrospirae）、绿菌门（Chlorobi）、浮霉菌门（Planctomycetes）、酸杆菌门（Acidobacteria）、芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）等十大细菌类群。通过微生物群落TRF图谱分析发现，群落的结构与演替和系统的脱氮效能密切相关，在总氮去除效果最好的运行阶段（氨氮负荷为0.170kg·m-3·d-1），缺氧滤池中的微生物群落结构最为复杂，并检出多种大量存在的反硝化功能细菌；在氨氮去除最好的运行阶段（氨氮负荷为0.127kg·m-3·d-1），好氧滤池中的微生物群落结构最复杂，且检出其他运行阶段没有检测到的硝化细菌（CandidatusNitrospira defluvii）。