固定化反硝化细菌强化生态浮岛脱氮性能及其微生物机制研究

《Ecological Economics》：Enhanced nitrogen removal performance of ecological floating islands by immobilized denitrifying bacteria

本文系统探讨了固定化粪产碱杆菌（A. faecalis）与生态浮岛（EFI）耦合体系对含氮废水的净化效能。研究通过优化水力停留时间（HRT=3 d）和碳氮比（C/N=16），使体系对总氮（TN）、铵态氮（NH4+-N）和硝态氮（NO3?-N）的去除率分别达89.10%、74.79%和95.44%，并揭示其通过调控变形菌门（Proteobacteria）等反硝化菌群结构提升脱氮效率的机制，为EFI-微生物联用技术提供理论支撑。

　　

Highlight

实验装置

本研究建立了三个实验室规模的生态浮岛（EFI）装置，具体系统示意图见图1。装置主体为聚乙烯材质的矩形箱体（60×40×90 cm），并配有亚克力材质的导流管（周长20 cm，高30 cm）。在距底部5 cm、40 cm和75 cm处设置了三个出水阀。EFI上部种植了美人蕉（Canna indica L.）、黄菖蒲（Iris pseudacorus L.）和鸢尾（Iris tectorum Maxim.）的幼苗，每种植物一株。

水力停留时间（HRT）对EFI性能的影响

EFI-CK、EFI-DM和EFI-IM处理对化学需氧量（COD）去除的影响如图2a所示。当HRT设为7天时，所有EFI均表现出有效的COD去除能力，最终去除率稳定在88.59%至99.09%之间。随着HRT缩短，COD去除率下降。这与先前研究结果相似，表明HRT减少会缩短水中底物与微生物的接触时间，从而抑制COD去除（引用文献略）。

结论

本研究成功优化了结合固定化粪产碱杆菌（A. faecalis）的EFI-微生物集成系统处理含氮废水的性能。在最佳操作条件（HRT=3天，C/N=16）下，EFI-IM系统表现出卓越的脱氮性能，总氮（TN）、铵态氮（NH₄⁺-N）和硝态氮（NO₃^?-N）的平均去除率分别达到89.10±3.65%、74.79±8.81%和95.44±4.93%，同时保持稳定的COD去除率（95.22±4.40%）。固定化细菌通过显著提升变形菌门（Proteobacteria）等关键反硝化菌群的相对丰度，重塑了微生物群落结构，从而协同强化了系统的脱氮效率。