D01:10.13374j.isml00103x.2007.s2.084 第29卷增刊2 北京科技大学学报 Vol.29 SuppL 2 2007年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2007 应用耐冷菌株改善寒冷地区冬季人工 湿地系统生物脱氮效果 邢奕”钱大益》 应高祥2) 1)北京科技大学土木与环境工程学院，北京1000832)佛罗里达州立大学环境工程与科学系.美国 摘要通过探索性实验，确定了三种耐冷菌培养基，分别用于培养耐冷细菌、耐冷放线菌和耐冷霉菌.培养出的耐冷菌株在 6℃条件下被分离纯化，然后通过一系列实验分别鉴定它们的生理特性并检验它们的脱氮能力，并测定pH值，温度对脱氮效 果的影响规律.实验结果显示pH值为7~8时，各菌株生长得最好：生物荧光层析光谱实验发现三种菌株都在15℃左右活性 最大，0℃以下仍有一定的活性，高于35℃时，基本失去正常的代谢能力.当实验菌液投加量为50%，实验温度为6℃，三种 耐冷菌对氨氮的去除率分别为57.7%、590%及587%，相同条件下，投加混合菌种可使氨氮的去除率提高到67.2%. 关键词污水回用：人工湿地：低温：脱氮：耐冷菌 分类号X7031 人工湿地技术是国际上近几十年发展起来的一 纪70年代就有了耐冷菌的分离研究.但到目前为 种废水处理新技术，其特点是投资少、效率高、运行 止，在人工湿地中的应用还尚属空白.本文针对人 费用低、维护方便.高效率不仅体现在对有机物有 工湿地系统在冬季脱氮效果差的问题，通过液态、固 较强的降解能力，而且对N、P的去除率也较高.国 态培养基交替培养纯化，培养，驯化出在低温条件下 内外的研究表明，在进水浓度较低的情况下，人工湿 仍能保持较强活性的耐冷菌株，使硝化过程在冬天 地对B0D5的去除率可达85%~95%，C0D的去除 较低温度条件下仍可正常进行，从而显著提高人工 率可达80%以上，对N的去除率可达60%以上，对 湿地在低温条件下的脱氮效果. P的去除率可达90%以上刂，其缺点是低温条件 1人工湿地微生物脱氮机理 下，由于植物根系微生物活性降低，致使系统脱氮效 果变差，进而影响此工艺的季节稳定性 人工湿地中微生物的作用是净化污水的最主要 潜流型人工湿地是近年来发展起来的一种湿地 因素，有机物的降解和含氮化合物的脱氮作用主要 工艺，在人工湿地的植物表面覆盖保温材料，可有效 是由湿地植物根区的微生物活动来完成的.植物根 提高湿地内温度，防止结冰并减缓了植物休眠：通过 系将氧气输送到根区，形成了根表面的氧化状态，废 控制湿地水力条件和运行方式，可提高湿地系统的 水中大部分的有机物质在这一区域被好氧微生物分 温度和溶解氧值，促进NH一N的正常硝化.潜流 解为CO2和水氨则被这一区域的硝化细菌硝化： 型人工湿地的特点是污水在处理过程中被表层土覆 离根表面较远的区域氧气浓度降低（属于兼性厌氧 盖，减小因蒸发和流动造成的能量损失，相对于其他 区)，硝化作用仍然存在，但主要依靠反硝化细菌将 湿地形式而言，在冬季或北方较寒冷地区使用更具 有机物降解，并使氮素物质以N2的形式释放到大 优势.但是，仅仅通过改进湿地工艺的形式，也很难 气中：在根区的还原状态区域则是经过厌氧细菌的 彻底解决冬季低温条件下脱氮效果差的问题.因此 发酵作用将有机物分解成CO2和CH4释放到大气 本文结合微生物硝化原理，提出了人工湿地系统中 中.由于人工湿地存在着这样一些氧化区、兼性区 应用硝化耐冷菌提高生物脱氮效果的设想. 和还原区，通过不同区域微生物的相互配合作用而 国内耐冷菌的应用研究起步较晚.直到20世纪 去除有机物以及含氯化合物等？， 在二级处理水中，氮以氨态氮、亚硝酸氮和硝酸 90年代，才有了比较系统的认识，并探讨了耐冷菌 氮等形式存在.自然界存在着氮循环的现象，采取 在低温条件下对污染物的生物降解作用，国外20世 适当的运行条件可将这一自然过程运用在去除生化 收稿日期：2007-10-12 污泥处理系统中的氮.微生物脱氮主要表现为两个 作者简介：邢奕(1976一)，男.讲师，博士 过程硝化与反硝化.应用耐冷菌株改善寒冷地区冬季人工 湿地系统生物脱氮效果 邢 奕 1) 钱大益 1) 应高祥 2) 1) 北京科技大学土木与环境工程学院, 北京 100083 2) 佛罗里达州立大学环境工程与科学系, 美国 摘 要 通过探索性实验, 确定了三种耐冷菌培养基, 分别用于培养耐冷细菌、耐冷放线菌和耐冷霉菌.培养出的耐冷菌株在 6 ℃条件下被分离纯化, 然后通过一系列实验分别鉴定它们的生理特性并检验它们的脱氮能力, 并测定 pH 值、温度对脱氮效 果的影响规律.实验结果显示 pH 值为 7～ 8 时, 各菌株生长得最好;生物荧光层析光谱实验发现三种菌株都在 15 ℃左右活性 最大, 0 ℃以下仍有一定的活性, 高于 35 ℃时, 基本失去正常的代谢能力.当实验菌液投加量为 5.0 %, 实验温度为 6 ℃, 三种 耐冷菌对氨氮的去除率分别为 57.7 %、59.0%及 58.7%, 相同条件下, 投加混合菌种可使氨氮的去除率提高到 67.2 %. 关键词 污水回用;人工湿地;低温;脱氮;耐冷菌 分类号 X703.1 收稿日期:2007-10-12 作者简介:邢 奕( 1976—) , 男, 讲师, 博士 人工湿地技术是国际上近几十年发展起来的一 种废水处理新技术, 其特点是投资少、效率高、运行 费用低 、维护方便 .高效率不仅体现在对有机物有 较强的降解能力, 而且对 N 、P 的去除率也较高 .国 内外的研究表明, 在进水浓度较低的情况下, 人工湿 地对 BOD5 的去除率可达 85 %～ 95 %, COD 的去除 率可达 80 %以上, 对 N 的去除率可达 60 %以上, 对 P 的去除率可达 90 %以上[ 1] .其缺点是低温条件 下, 由于植物根系微生物活性降低, 致使系统脱氮效 果变差, 进而影响此工艺的季节稳定性 . 潜流型人工湿地是近年来发展起来的一种湿地 工艺, 在人工湿地的植物表面覆盖保温材料, 可有效 提高湿地内温度, 防止结冰并减缓了植物休眠 ;通过 控制湿地水力条件和运行方式, 可提高湿地系统的 温度和溶解氧值, 促进 NH + 4 -N 的正常硝化 .潜流 型人工湿地的特点是污水在处理过程中被表层土覆 盖, 减小因蒸发和流动造成的能量损失, 相对于其他 湿地形式而言, 在冬季或北方较寒冷地区使用更具 优势.但是, 仅仅通过改进湿地工艺的形式, 也很难 彻底解决冬季低温条件下脱氮效果差的问题 .因此 本文结合微生物硝化原理, 提出了人工湿地系统中 应用硝化耐冷菌提高生物脱氮效果的设想. 国内耐冷菌的应用研究起步较晚, 直到 20 世纪 90 年代, 才有了比较系统的认识, 并探讨了耐冷菌 在低温条件下对污染物的生物降解作用, 国外 20 世 纪 70 年代就有了耐冷菌的分离研究, 但到目前为 止,在人工湿地中的应用还尚属空白.本文针对人 工湿地系统在冬季脱氮效果差的问题, 通过液态 、固 态培养基交替培养纯化, 培养、驯化出在低温条件下 仍能保持较强活性的耐冷菌株, 使硝化过程在冬天 较低温度条件下仍可正常进行, 从而显著提高人工 湿地在低温条件下的脱氮效果. 1 人工湿地微生物脱氮机理 人工湿地中微生物的作用是净化污水的最主要 因素, 有机物的降解和含氮化合物的脱氮作用主要 是由湿地植物根区的微生物活动来完成的 .植物根 系将氧气输送到根区, 形成了根表面的氧化状态, 废 水中大部分的有机物质在这一区域被好氧微生物分 解为 CO2 和水, 氨则被这一区域的硝化细菌硝化; 离根表面较远的区域氧气浓度降低( 属于兼性厌氧 区) , 硝化作用仍然存在, 但主要依靠反硝化细菌将 有机物降解, 并使氮素物质以 N2 的形式释放到大 气中;在根区的还原状态区域, 则是经过厌氧细菌的 发酵作用将有机物分解成 CO2 和 CH4 释放到大气 中 .由于人工湿地存在着这样一些氧化区、兼性区 和还原区, 通过不同区域微生物的相互配合作用而 去除有机物以及含氮化合物等 [ 2] . 在二级处理水中, 氮以氨态氮、亚硝酸氮和硝酸 氮等形式存在.自然界存在着氮循环的现象, 采取 适当的运行条件可将这一自然过程运用在去除生化 污泥处理系统中的氮.微生物脱氮主要表现为两个 过程, 硝化与反硝化[ 3] . 第 29 卷 增刊 2 2007 年 12 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.29 Suppl.2 Dec.2007 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2007.s2.084