论文摘要
城市污水处理厂污泥（初沉污泥和剩余污泥）处理过程中产生的污泥水（厌氧消化池上清液、浓缩池上清液、脱水滤液）含有高浓度氨氮,其水量仅为污水处理厂进水的1～2%,但氮负荷占进水总氮负荷的15～25%。本文调查了西安市邓家村污水处理厂产生的污泥水的水质特性和西安市三个污水处理厂的硝化菌种群结构,并对污泥水的单独处理、采用污泥水富集硝化菌的效果、富集硝化菌的微生态结构与动力学参数、硝化菌添加及原生动物捕食对污水处理系统硝化性能与微生物群落结构的影响等进行了系统的研究。主要结论如下:（1）污泥水具有高氨氮、高磷酸盐、低C/N比的特点。其中TKN浓度为494～946mg/L,TP浓度为72.1～124.8 mg/L,SCOD/TKN比值为0.25～0.84。（2）污泥水单独处理时,氨氮平均去除率为99%,但是污泥水中的COD较难降解,脱氮效率较低,TCOD、SCOD和TN的平均去除率分别为66%、50%和29.9%。（3）采用污泥水富集的硝化菌中,Nitrosomonas europaea/Nitrosococcusmobilis为氨氧化菌优势菌属,Nitrobacter为亚硝酸盐氧化菌优势菌属。氨氧化速率在10～40℃之间的温度修正系数τN为1.092,亚硝酸盐氧化速率在15～30℃之间的温度修正系数τN为1.061。氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌在20℃的基质半饱和常数KN分别为1.60 mgNH4+-N/L、2.78 mgNO2--N/L。温度影响因子与氨氧化菌的基质半饱和常数与常规污水处理厂接近,但亚硝酸盐氧化菌的基质半饱和常数偏高。（4）污泥水富集过程中,污泥龄越短、温度越低,硝化菌的表观产率系数越大,A/O比、水力负荷对其影响不明显。（5）硝化菌添加到污水处理系统后,污泥的硝化活性逐渐增加,氨氧化速率比亚硝酸氧化速率增加量高,因此硝化菌添加后会出现一定程度的亚硝酸盐积累。此外,添加初期,污水处理系统中原生动物数量会增加;污泥沉降指数SVI也出现一定的增加,并与出水亚硝酸盐浓度正相关。（6）生物添加能有效强化污水处理系统的硝化性能和群落结构。对模拟的城市污水处理系统进行硝化菌生物添加后,污泥中氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的数量（前8天氨氧化菌增加约一个数量级,亚硝酸盐氧化菌增加近两个数量级）会迅速增加,但是氨氧化速率和亚硝酸盐氧化速率的增加相对缓慢。硝化菌的多样性增加,群落结构与添加的硝化菌群落结构逐渐接近,氨氧化菌的优势菌属在添加前后均为Nitrosomonas europaea/Nitrosococcus mobilis lineage,而亚硝酸盐氧化菌由添加前的Nitrospira转变Nitrobacter,结构相关系数由添加前的0.13增加至添加结束时的0.93。（7）原生动物捕食对硝化菌中慢速生长型的K-strategist影响较大,对快速生长型的r-strategist影响较小。经原生动物抑制的反应器中K-strategist（Nitrosospira与Nitrospira）数量与硝化菌种类多于原生动物未加以抑制的反应器,而r-strategist（Nitrosomonas europaea与Nitrobacter）数量与种类无明显差别,因此原生动物捕食对硝化性能无明显影响。（8）具有生物脱氮功能的城市污水处理厂污泥中硝化菌种类繁多,生物多样性丰富。所调查的三个污水处理厂（邓家村污水处理厂、北石桥污水处理厂和第三污水处理厂）污泥中,氨氧化菌均以Nitrosomonas europaea/nitrosococcus mobilislineage为主,同时存在Nitrososipra;亚硝酸氧化菌主要为Nitrospira和Nitrobacter,优势菌属为Nitrospira,同时存在少量的Nitrococcus,而Nitrospina很少检测到。总之,采用污泥水富集硝化菌并添加强化污水处理系统硝化可以在处理污泥水的同时有效强化污水处理系统的硝化性能和微生物群落结构。