1、與游離態(tài)相比較，經包埋固定化的硝化菌具有生物濃度高，易于固液分離，抗沖擊負荷能力強的特點，促進了硝化反應速率。本研究以上海交通大學膜科學與技術研究所自主研發(fā)的聚氨酯包埋固定化硝化菌顆粒為對象，研究了包埋顆粒內硝化菌增殖衰亡規(guī)律及硝化特性，主要結果如下:
　　 建立了針對包埋硝化菌顆粒有效擴散系數的浸入測定方法，經理論推導和實驗驗證，獲得包埋硝化菌顆粒的有效擴散系數De的計算模型，未經馴化的包埋顆粒的氨氮擴散系數為0.826×10

2、-9m2/s，約為純水中擴散的42.1％;氧擴散系數為0.468×10-9m2/s，約為純水中擴散的23.6％。本研究采用的包埋顆粒的基質擴散系數略高于文獻報導的其他大多數固定化方式的擴散系數，說明本研究采用的包埋固定化載體具有較好的通透性。包埋過程中預聚體濃度和混合液揮發(fā)性懸浮固體濃度MLVSS都對De的大小有影響。預聚體濃度越高，De越小;MLVSS越大，De越小。
　　 對包埋顆粒內微生物活性與數量定性定量分析測定，獲得了

3、包埋顆粒內硝化菌在馴化啟動過程的增殖與擴散規(guī)律。采用連續(xù)進水馴化的效率大于間歇進水馴化，馴化過程控制DO為3～4mg/L時即能較快地完成馴化，達到最大活性。70天馴化過程中，呼吸速率、硝化速率及顆粒內的微生物量先快速增長，后逐漸趨緩，在50天左右達到穩(wěn)定狀態(tài)，表明馴化結束。包埋顆粒內單位生物量的活性隨著馴化時間推移逐漸下降，下降率約22％。由于生物量不斷增長，基質在菌團間傳質小于其在載體內的傳質，有效擴散系數隨著馴化不斷下降，降至約0.

4、492×10-9m2/s，為未馴化包埋硝化菌擴散系數的59.6％。由于傳質限制，靠近載體表面的菌團會生長得比靠近中心部位的菌團更快，更大，表面比中心部分更密實，基質更不易向內擴散。由于菌團不斷膨脹，靠近顆粒表面的菌團會最終觸及表面，形成突起并釋放到本體溶液中。
　　 對反應器內微生物量平衡分析研究獲得包埋顆粒內硝化菌的比增長速率μi。結果表明，馴化過程μi不斷減少直至趨于0，表明顆粒內細胞釋放量等于生物凈增長量。利用電鏡觀察和P

5、CR-DGGE(聚合酶鏈式反應-變性梯度凝膠電泳)對馴化后包埋顆粒內的微生物進行分析研究，發(fā)現硝化菌一部分附著于顆粒表面，另一部分仍包裹于顆粒的網狀空隙內，顆粒內部的硝化菌呈菌團狀，活細胞與死亡細胞共存。馴化完成后AOB(Ammoniaoxidizingbacteria)和NOB(Nitriteoxidizingbacteria)均形成穩(wěn)定的生物群落結構，AOB均為亞硝化單胞菌屬(Nitrosomonaseuropaea),NOB以Ni

6、trobacterSp.219、NitrobacterSp.263為主。
　　 包埋顆粒內硝化菌衰亡規(guī)律研究發(fā)現，當O2不足時，硝化菌衰減速率為0.935×10-6s-1(μmax的5.88％);當氨氮不足時，其衰減速率為4.20×10-6s-1（μmax的26.4％）。當氨氮濃度受限制，可以減少DO濃度以降低微生物衰亡程度。由O2不足而失活的硝化菌顆粒約10天后恢復至最大活性1207.8mgO2/L-pellet·h，由氨氮不

7、足而失活的硝化菌顆粒至25天仍未能恢復至最高活性。
　　 包埋硝化菌顆粒的擴散-反應動力學研究結果表明，氨在包埋顆粒內的內擴散影響可以忽略不計，而氧的內擴散對硝化反應速率會產生影響。通過計算得到，溶解氧濃度為0.5、1、2和4mg/L時，平均溶解氧穿透層厚度分別為0.511、0.599、0.692、0.808mm，說明本體溶液中溶解氧濃度越高，中間形成的缺氧區(qū)體積越小。
　　 對比研究包埋硝化菌顆粒與彈性填料生物膜硝化反

8、應效能，結果表明包埋硝化菌顆粒對環(huán)境條件的變化適應能力更強，硝化效果穩(wěn)定，最佳環(huán)境條件為:pH=8.0，DO=4mg/L，溫度為30℃。靈敏度分析表明，相對于DO和溫度，pH對硝化活性的影響較為明顯。在連續(xù)運行試驗中，包埋硝化菌顆粒反應器始終保持較高的硝化率。用包埋硝化菌顆粒處理高有機物濃度和高氨氮濃度的米酒廢水，由于有機物濃度高，異養(yǎng)菌繁殖抑制了硝化細菌的活性，反應器所能承受的最大負荷和包埋硝化菌活性均低于小試試驗所能達到的最大值。<

9、br>　　 通過對亞硝酸化和硝酸化的動力學研究以及游離氨抑制硝化的動力學分析，并借助FISH(Fluorescenceinsituhybridization，熒光原位雜交)技術，確定了實現穩(wěn)定短程硝化的幾個因素:(1)包埋顆粒內微生物種群中AOB為優(yōu)勢菌種，其菌種數量決定了硝化過程氨氧化速率遠遠高于亞硝酸氧化速率;(2)AOB的氧半飽和常數高于NOB，使AOB在較低溶解氧條件下更易獲得氧氣生長;(3)AOB對游離氨FA有較好耐受能力，