摘 要

Abstract II

1绪论 1

1.1引言 1

1.1.1城市生活废水的特征及危害 1

1.1.2城市生活污水处理的难点 1

1.2城市生活废水的处理方法 2

1.2.1物理方法 2

1.2.2化学方法 2

1.2.3生物处理方法 2

1.3微生物反硝化过程影响因素 3

1.3.1微生物反硝化机理 3

1.3.2反硝化过程影响因素 4

1.3.3低温对反硝化过程的影响 5

1.3.4微生物反硝化的低温强化技术 5

1.4低温反硝化技术在城市生活污水处理中的应用 6

1.5课题研究主要内容及技术路线 7

2低温反硝化菌株的选育 7

2.1实验材料 8

2.1.1菌株来源 8

2.1.2实验药品 8

2.1.3培养基 8

2.1.4实验仪器 9

2.1.5检测方法 10

2.2标准曲线的绘制 10

2.2.1硝酸盐氮(NO₃^--N)标准曲线 10

2.2.2总氮(TN)标准曲线 11

2.3实验方法 12

2.3.1低温反硝化污泥的富集与驯化 12

2.3.2低温反硝化菌的分离及纯化 13

2.3.3低温反硝化菌的复筛 13

2.4实验结果与讨论 13

2.4.1低温反硝化污泥的富集驯化结果 13

2.4.2低温反硝化菌的分离及纯化 14

2.4.3低温反硝化菌的筛选 17

2.5小结 20

3低温反硝化菌的生长条件优化 22

3.1低温反硝化菌生长的最佳碳源 22

3.1.1实验方法 22

3.1.2实验结果与讨论 23

3.2低温反硝化菌生长的最佳温度 25

3.2.1实验方法 25

3.2.2实验结果与讨论 25

3.3低温反硝化菌生长的最佳pH 26

3.3.1实验方法 26

3.3.2实验结果与讨论 27

3.4低温反硝化菌的最佳生长曲线 28

3.4.1实验方法 29

3.4.2实验结果与讨论 29

3.5小结 29

4低温反硝化菌的反硝化特性研究 31

4.1不同温度下菌株的反硝化效果 31

4.1.1实验方法 31

4.1.2实验结果与讨论 32

4.2不同初始硝酸盐负荷下菌株的反硝化效果 32

4.2.1实验方法 33

4.2.2实验结果与讨论 33

4.3不同初始pH下菌株的反硝化效果 34

4.3.1实验方法 35

4.3.2实验结果与讨论 35

4.4含氮离子对菌株反硝化效果的影响 36

4.4.1实验方法 36

4.4.2实验结果与讨论 36

4.5小结 38

5结论与建议 39

5.1结论 39

5.2建议 40

参考文献 41

致 谢 44

摘要

反硝化技术是目前废水生物处理技术领域的研究重点之一，但在低温下，反硝化菌的生长代谢被抑制，失去了除氮能力。人工选育耐低温反硝化菌是解决该问题的最优方式。

本文以武汉市某污水处理厂厌氧段底泥作为泥种，对其加以驯化及定向筛选，成功选育出了一株耐低温反硝化菌，其具有高效反硝化能力，并命名为LT-SN-8。该菌株菌落较小，颜色为不透明的白色，边缘不规则，湿润易取，菌液为白色悬浊液；该菌在12℃下，可在72 h内将初始量为27.7 mg/L的硝酸盐氮降低至2.5 mg/L，硝酸盐氮去除率达90 %以上。

本文通过对菌株LT-SN-8的生长条件优化研究，发现该株菌的最佳碳源为葡萄糖；最佳生长温度为12 ℃；最佳pH范围为6～8；最适硝酸盐氮浓度范围为30~50 mg/L；LT-SN-8的适应期为0～24 h，对数生长期为24～54 h，稳定期为54～66 h，66 h后进入衰亡期；NH₄ 和NO₂^-对该菌生长均有抑制作用。

该株菌12 ℃下，72 h总氮去除率达50%以上，总氮从30 mg/L降至14.3 mg/L，实验条件下，出水可达到国家一级A排放标准，具有良好的反硝化能力，应用在低温脱氮系统的前景良好。

关键词：生活污水；生物脱氮；低温；反硝化

Abstract

Denitrification technology is one of the hot spots in the field of wastewater biological treatment technology in recent years, but at low temperature, the growth and metabolism of the denitrification bacteria is inhibited, and the ability to remove nitrogen is lost. Therefore, it is the best way to solve the problem at low temperature waste water to remove nitrogen by artificial selection and cultivation of low temperature denitrification bacteria.

This paper use a sewage treatment plant in Wuhan of anaerobic sludge as seed sludge, for the enrichment and directive breeding of low temperature anti nitrifying bacteri, I successfully screen out the strains with different off characteristics of nitrogen in low temperature resistant denitrifying bacteria, named LT-SN-8. LT-SN-8 shows peculiar characteristics when growing in solid culture, it produced a microcolony, color is opaque white, irregular edge, humid is easy to access, bacteria liquid is white suspension. At 12 degrees, strain LT-SN-8 could remove nitrogen from 27.7 mg/L to 2.5 mg/L in 72 h, the nitrate nitrogen removal rate was above 90%, total nitrogen removal rate of more than 50%.

Through research on the growth characteristics of LT-SN-8, discovering that the strains on glucose using the best; optimal growth temperature is 12 degrees; optimum pH range of bacteria for 6~8; the most suitable nitrate concentration range is 30~50 mg/L; its adaptation period is 0~24 h, the logarithmic growth phase for 24~54 h, stable for 54~66 h, and it enter into decline phase fter 66 h; NH₄ and NO₂^- have inhibitory effect on the growth of the bacteria.

The strain has a good denitrification effect at low temperature, at 12 degrees, total nitrogen removal rate can reach more than 50 % in 72 h, and total nitrogen from 30 mg/L dropped to 14.3 mg/L, reaching first level of national discharge standard, so it has good application prospects in low temperature nitrogen removal system.

Key words: domestic sewage; biological removal of nitrogen; low temperature; denitrification

1绪论

1.1引言

近年来，环境污染越来越严重，水体氨氮污染成为了全国性的污染问题。2014年《中国环境统计年报》显示，我国废水排放总量达15亿吨，其中氨氮排放总量达到1.3672万吨。所以，国家“十二五”节能减排就把氨氮排放量设置为一个约束性指标；并计划深入研究化工行业氨氮处理、城镇污水处理厂脱氮等关键技术。因此，氨氮减排任务繁重。

“十二五”期间，氨氮被纳入约束性指标，生活污水氨氮的减排成为重中之重，目前，我国部分污水处理厂亟待改造升级。加上总氮排放标准提高至15 mg/L，冬季(水温≤12 ℃)低温脱氮处理系统是改造升级的重点。据统计，近年来我国城市生活污水氨氮去除率仍很低，因此，寻找一种高效除氮技术迫在眉睫。

1.1.1城市生活废水的特征及危害

城市生活废水的主要成分有淀粉、蛋白质、矿物油等有机物，其中总氮(TN)都比较高。生活污水经一、二级处理后TKN(凯氏氮)、NH₄ -N(氨氮)等降低明显，但TN仍偏高，排入水体后仍可能会造成水体的富营养化。大量研究表明^[1,2]，当水体中含有少量的N就能使藻类大量生长，而当这些藻类大量死亡、腐败时，就会使水质恶化。

若未经处理的生活污水随着水循环进入地下含水层，就会使地下水硬度升高，并且其危害表现为：1)人食用后会引起消化道功能紊乱、腹泻；2)影响水壶、锅炉使用寿命，锅炉结垢后，易造成爆炸；3)使用前需进行软化、纯化处理，耗能高；处理过程中使用的酸、碱、盐流失到环境中又会造成地下水硬度升高，形成恶性循环。因此生活污水需及时处理。

1.1.2城市生活污水处理的难点

生活污水的主要来至使用生活设施所产生的废水^[3]。随着科学技术的进步和人们生活方式的变化，生活污水组成开始复杂化。在一些地区，工业污水与生活污水一起排放，成分更加复杂^[4,5]。相比于工业废水，生活污水中污染物的浓度相对较低；在降雨量丰富的地区，由于雨水的稀释，其污染物浓度更低^[4]。生活污水处理的难点主要有：