缓释碳源与净水菌胶囊组合脱氮净水性能研究

闫秋月，柳 永，王 新，孙 宏，姚晓红，吴逸飞，汤江武，*，葛向阳，*

(1.华中农业大学 农业微生物学国家重点实验室，湖北 武汉 430070； 2.浙江省农业科学院 植物保护与微生物研究所，浙江 杭州 310021)

缓释碳源与净水菌胶囊组合脱氮净水性能研究

闫秋月1，柳 永2，王 新2，孙 宏2，姚晓红2，吴逸飞2，汤江武2，*，葛向阳1，*

(1.华中农业大学 农业微生物学国家重点实验室，湖北 武汉 430070； 2.浙江省农业科学院 植物保护与微生物研究所，浙江 杭州 310021)

在低碳氮比污水治理中，人工投加碳源和菌剂是必要手段，为此，特开展缓释碳源与净水菌胶囊的组合净水性能研究。试验用缓释碳源为乙酸钠包埋物，采用扫描电子显微镜观察释放前后形貌，并用高效液相色谱法进行检测。净水菌胶囊为包含施氏假单胞菌ADH1、肠杆菌AOZ1与枯草芽孢杆菌BSK9包埋物的W-capsule和B-capsule。试验水源为河道污水，在水桶中间歇曝气条件下开展试验。以无投加污水为对照，比较直投速溶碳源、直投未包埋菌剂、单独投加缓释碳源、单独投加净水菌胶囊以及组合投加缓释碳源和净水菌胶囊各试验组水体氨氮、总氮、COD等指标变化。结果表明，缓释碳源释放乙酸钠后内部结构变疏松，形成大量刨花样卷曲片层结构。净水试验中：投加缓释碳源组总氮的去除率达到60.2%，且试验过程中COD始终低于20 mg·L-1；投加固定化菌剂W-capsule组总氮去除率达39.1%；组合投加缓释碳源和净水菌胶囊组总氮去除率可达85.2%。可见，缓释碳源与净水菌胶囊组合在河道污水脱氮上表现出较高性能，应用潜力巨大。

乙酸钠；生物脱氮；反硝化菌；氨氧化菌

氮素是我国水体的主要污染物，其在水体中的生物地球化学循环过程主要依赖于微生物的作用[1]。水体中大量异养型微生物需要碳源为其提供能源和碳骨架，其中异养反硝化菌可通过耗能还原途径将硝态氮和亚硝态氮还原为氮气从水体中去除，同时消耗有机碳源作为电子供体[2]。因此，对于高氮素污染水体净化而言，具有氮素代谢能力的微生物菌群和供能有机碳源是必不可少的2个关键因素。

传统净水菌剂的投加方式以直投为主，多为菌液或复水菌粉直投。已被筛选和用于水体修复的微生物菌剂很多，主要有硝化细菌、芽孢杆菌、光合细菌、乳酸菌、酵母菌、丝状真菌以及多种基因工程菌[20]。菌剂直投虽然方法简单，但菌剂流失较为严重，且投加频次较高，人工成本消耗大。采用固定化技术将净水微生物固定在载体上则可减少流失，增强其可控性和环境适应能力，提高净水菌应用效果[21]。已报道的菌剂包埋载体材料包括天然材料棉纤维[22]、改性的竹炭材料、复合聚氨酯泡沫、经处理的聚乙烯醇材料。王青松等[23]采用海藻酸钠、聚乙烯醇、硅藻土、竹炭粉等混合制得一种性能良好的净水菌胶囊。

本研究采用缓释碳源与固定化菌剂组合的方式，利用自行创制的缓释碳源和净水菌株及其固定化胶囊，探索其对氮污染河道水体的净化效果，以期建立较佳的缓释碳源与包埋菌剂应用组合，为大体量城镇河道污染水体净化提供可用备选方案。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 缓释碳源

释碳材料由浙江省农业科学院酶与发酵工程室制备，由2类材料组成：一部分是维持结构稳定的骨架材料；一部分是可被微生物利用的碳源材料，本试验中采用乙酸钠。释碳材料中乙酸钠质量百分比为50%。

1.1.2 试验菌株

反硝化菌施氏假单胞菌ADH1和肠杆菌属的氨氧化细菌AOZ1，由浙江省农业科学院酶与发酵工程室从活性污泥或环境污水中筛选获得并保藏；枯草芽孢杆菌BSK9购自市场。前述3种菌均可高效降解氨氮和总氮，试验验证，在反硝化过程中乙酸钠最易被ADH1[24]和AOZ1[25]利用。

1.1.3 净水菌胶囊成型材料

净水菌成囊壁材包括海藻酸钠、聚乙烯醇、硅藻土、琼脂、竹炭粉。海藻酸钠、聚乙烯醇(1 750±50)、琼脂均购于国药集团化学试剂有限公司；硅藻土购于浙江省嵊州市华力硅藻土制品有限公司；竹炭粉(40目)购于四川省成都市郫县神火木炭有限公司。

固化液配方试剂包括氯化钙、硼酸。氯化钙购于国药集团化学试剂有限公司；硼酸购于杭州市高晶精细化工有限公司。

1.1.4 环境污水样品来源

试验过程所用的环境污水取自浙江省农业科学院东侧的杭州市郊河道——钱家河(120°20′48″E，30°31′65″N)。该河道污染源主要为生活污水，碳氮比(C/N)较低。

1.2 试验方法

1.2.1 缓释碳源乙酸钠检测

将释碳材料置于水中，进行静态的水体释放试验，每隔24 h取样换水。采用王青松[26]建立的有机酸测定方法，经高压液相有机酸色谱柱测定每天释放的乙酸钠量，逐天累加量比乙酸钠总含量得每天释放百分比，观察该释碳模型的缓释效果及缓释周期。

1.2.2 净水菌胶囊的制备

两种净水菌胶囊包埋菌剂为BSK9、ADH1、AOZ1，具体方法如下。

W-capsule配方：配制4%海藻酸钠水溶液100 g，混匀后水浴加热，维持在60 ℃，加入硅藻土50 g搅拌均匀，冷却至50 ℃以下加入菌剂，进一步混合倒入模具，自然冷却成型后浸入4% CaCl2水溶液中固化过夜，最后用去离子水洗净沥干备用。

B-capsule配方：分别配制4%海藻酸钠水溶液100 g、10%聚乙烯醇水溶液900 g，于常温下混合均匀，加入硅藻土140 g、竹炭粉200 g，充分搅拌后加入250 mL菌悬液，经成粒装置滴加到4%硼酸和4%氯化钙配制成的固化液中，形成黑色球形颗粒，固化过夜，然后用去离子水洗净备用。

1.2.3 实验室模拟净水试验

1.2.4 分析方法

2 结果与分析

2.1 释碳材料的电镜扫描

缓释碳源释放前后外表面和内部断面扫描电镜观测结果如图1。该缓释碳源材料释放前表面粗糙呈沟壑状，为微生物的附着生长提供载体，拓大空间。释碳材料断面凹凸不平、结构致密，低温淬断时断面上乙酸钠颗粒的剥离可能是导致这一结构特征的主要原因。释放后表面变得更为粗糙，遍布细小孔洞，内部结构则变得疏松多孔，且具特殊的刨花样卷曲结构。由此推测，缓释碳源的载体材料应呈片层状包覆于乙酸钠颗粒表面，在乙酸钠从片层间溶出后形成可见的富孔洞多片层结构，包埋物骨架结构保持完好。

2.2 释碳材料的释碳性能

A，释放前表面(×1 000)；B，释放前内部断面(×1 000)，右上角为内部断面(×5 000)；C，释放后表面(×1 000)；D，释放后内部断面(×1 000)，右上角为内部断面(×5 000)A and B showed the SEM image of surface and internal structure of the carbon releasing material before release(×1 000). The upper right corner of B showed the internal structure of the carbon releasing material before release (×5 000); C and D showed the SEM image of material after release(×1 000). The upper right corner of D showed the internal structure of the carbon releasing material after release (×5000)图1 缓释碳源材料释放前后表面及内部扫描电镜图Fig.1 SEM image of surface and internal structure of the carbon releasing materials before and after release

释碳材料包埋的碳源种类为乙酸钠，碳源包埋量为50%。在实验室条件下进行释碳性能研究，当释碳材料约为质量数5 g的边长1.6 cm的正立方体时，其在室温下的释放周期可达到27 d(图2-A、B)。乙酸钠的释放过程分为2个阶段(图2-A)：第1阶段为前48 h的快速释放期，该阶段内碳源释放速度较快，释放率达到22.85%，由位于材料表面和浅层的乙酸钠包埋不充分遇水快速溶出造成；第2阶段为48 h以后的平稳缓慢释放期，在这一阶段，包埋不充分的乙酸钠已经释放殆尽，后续包埋较好的内部碳源开始平稳释放，日均释放率为3.46%。将释放率对释放时间作线性方程，相关系数达0.934 4，表明该材料的释放碳源百分比与试验时间成正相关，且释放线性特征较好，日均碳源释放量平缓稳定。在河道水体净化试验中，选取的释碳材料为质量数约260 g的柱状体(图2-C)，稳定期碳源释放量约为1.2 g·d-1，释放100 d可达80%释放率。实际应用中可根据氮素污染程度，通过调节缓释碳源投加量，实现碳源对氮素污染的对应投加，从而较准确地控制碳源投加量，避免局部过量等问题出现。

2.3 缓释碳源与净水菌胶囊协同脱氮

2.3.1 碳源投加脱氮试验

投加碳源的种类有2种：一是直接投加分析纯的乙酸钠，一种是缓释乙酸钠的包埋材料。试验用原水氨氮浓度在5.05～5.58 mg·L-1之间，总氮浓度约6 mg·L-1，属劣五类水。于室内进行试验，正午自然光照强度在400 lx左右，温度23～28 ℃，处理周期10 d，隔时取样且时间固定。根据实验室条件下测定结果，缓释碳源在10 d内稳定释放乙酸钠12.46 g，则直投碳源处理组投加相同质量的乙酸钠，碳氮比约为5。

由图3可以看出，在TN的去除上缓释碳源具有明显优势，并且出水COD没有剧烈变化。直接投加碳源组在试验前3 d，氨氮、总氮去除明显，碳源被迅速利用，水体溶氧较低，推测此时微生物大量生长繁殖。试验第5天，碳源基本利用完全，发生生物氮的释放，水体中氮素含量再次上升，随后出现小幅度降低。由此可知，直接投加碳源在实际应用中前期脱氮效果明显，但出水碳源超标，后期碳素下降，但含氮量回升。试验过程中，投加缓释碳源组未出现COD、TN以及溶氧的剧烈波动，COD始终维持在较低水平(3～21 mg·L-1)，溶氧略低于对照组但保持稳定，说明有微生物活动利用碳源、消耗氧气。试验第7天，投加缓释碳源组氨氮浓度较低无法测出，结束时TN浓度降至2.5 mg·L-1，去除率达60.2%。可见与直投碳源相比，缓释碳源具有更优良的应用性能，工程应用前景更佳。

2.3.2 菌剂投加脱氮实验

根据1.2.2节中的2种净水菌胶囊制作方法，对BSK9、ADH1、AOZ1菌剂进行包埋，制得的胶囊沥干水分，各称得湿质量300 g投加到试验用桶，W-capsule与B-capsule每1 g湿质量菌数分别约为2.963×108、2.607×108。对照处理组直接加入各菌液2 mL，总菌数约为3×108。试验原水指标及处理时间同2.3.1节，水体指标变化如图4所示。净水菌的投加加速了水体中氨氮的降解，投加胶囊效果略优于直投菌液。TN的去除效果上，包埋胶囊占有明显优势，2种胶囊间没有显著差异(P>0.05)。但试验过程中B-capsule的投加导致水体COD剧增，推测是该配方胶囊中低分子量聚乙烯醇溶出所致。试验前期，投加菌剂的处理组溶氧偏低，说明存在微生物活动，氮素被利用消耗，后期因缺少碳源，部分微生物死亡，生物氮释放，且反硝化作用受阻，TN浓度有所回升。由此可见，在净水菌胶囊的应用中，补充碳源是很有必要的。

A，乙酸钠释放曲线；B，释放曲线对应缓释碳块；C，净水试验应用缓释碳源块A，Sodium acetate releasing curve；B，Carbon releasing material to the releasing curve；C，Carbon releasing material to the experiment of water purification图2 缓释碳源释碳曲线及缓释碳源外观Fig.2 Sodium acetate releasing curve of carbon releasing material and its appearance

CK，空白对照；1#，直接投加乙酸钠12.46 g；2#，投加缓释碳源CK，Blank control group；1#，Directly applied sodium acetate 12.46 g；2#，Carbon releasing material图3 净水试验中氨氮、总氮、化学需氧量、溶氧量变化Fig.3 Changes of ammonia nitrogen， total nitrogen， chemical oxygen demand， dissolved oxygen content during water purification

CK，空白对照；Da，直接投加菌液；Wc，净水菌胶囊W-capsule；Bc，净水菌胶囊B-capsuleCK，Blank control group；Da，Directly applied free strain microbial inoculums；Wc，W-capsule；Bc，B-capsule图4 净水试验中氨氮、总氮、化学需氧量、溶氧量变化Fig.4 Changes of ammonia nitrogen， total nitrogen， chemical oxygen demand， dissolved oxygen content during water purification

2.3.3 菌剂加碳源共同脱氮试验

根据2.3.2节试验结果，B-capsule存在易崩解的问题，于是舍弃该配方，重点研究W-capsule与缓释碳源的协同作用。原水指标及试验方法同2.3.1节。由图5可知：较直接投加，包埋菌剂与包埋碳源共同投加的优势明显。TN持续降低，且没有反弹迹象，去除率达85.2%，整个试验周期内COD一直低于20 mg·L-1，同时DO维持稳定。说明碳源逐步释放使得微生物维持稳定生命活动，并且在反硝化过程中提供电子，使得该过程顺利进行。

CK，空白对照；1#，直接投加乙酸钠12.46 g；2#，投加缓释碳源；Da，直接投加菌液；Wc，净水菌胶囊W-capsuleCK，Blank control group；1#，Directly applied sodium acetate 12.46 g；2#，Carbon releasing material；Da，Directly applied free strain microbial inoculums；Wc，W-capsule图5 净水试验中氨氮、总氮、化学需氧量、溶氧量变化Fig.5 Changes of ammonia nitrogen， total nitrogen， chemical oxygen demand， dissolved oxygen content during water purification

3 结论与讨论

本研究所采用的缓释碳源中乙酸钠含量达到50%，释放前后表面均粗糙多孔易于菌体附着，内部结构释放前致密释放后疏松多孔，整体骨架结构稳定。释碳周期持久稳定，释放百分比与时间成正相关，相关系数达0.934 4。与直投碳源相比，投加缓释碳源具有氮素浓度不反弹、出水COD低的优势。试验所采用的2种净水菌胶囊皆可促进水体脱氮，但B-capsule由于聚乙烯醇的外放造成水体COD急剧上升，相比较而言，W-capsule更具有应用价值。单独应用净水菌胶囊时，前期氮素降低效果较好，后期会出现反弹。缓释碳源材料及净水菌胶囊单独使用的TN去除率分别为60.2%、39.1%，共同投加后TN去除率达85.2%，且稳定不反弹。

综上，本研究所采用的缓释碳源材料释碳速度稳定可控，可满足不同氮污染水体对碳源的需求，同时能有效避免二次污染或投加量不足等问题。试验所用的包埋菌剂处理效果高、稳定性强，使得净水微生物投加简单易行。两者共同投加，碳源可维持微生物持续增值，使得硝化、反硝化作用可同时顺利进行，促进氨氮和总氮同时去除。可见，缓释碳源与净水菌胶囊组合应用是一种高效且实用的污水处理技术，在低碳氮比污水生物修复领域具有明显的技术优势和广阔前景。

[1] 吴泽宁，田桂桂，王慧亮. 基于物质循环的河道内生态用水价值及其能值评估[J]. 南水北调与水利科技， 2016， 14(2): 6-10. WU Z N， TIAN G G， WANG H L， et al. Value of instream ecological water use and the emerge evaluation method based on material cycle[J].South-to-NorthWaterTransfersandWaterScience&Technology， 2016， 14(2): 6-10. (in Chinese with English abstract)

[2] SIERRA-ALVAREZ R， BERISTAIN-CARDOSO R， SALAZAR M， et al. Chemolithotrophic denitrification with elemental sulfur for groundwater treatment[J].WaterResearch， 2007， 41(6):1253-1262.

[3] 赵佩文. 不同氮污染水体中微生物对环境的生态响应[D]. 武汉：华中农业大学， 2016. ZHAO P W. The ecological respond of microorganisms to environment in different nitrogen polluted water[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University， 2016. (in Chinese with English abstract)

[4] 王淑莹，殷芳芳，侯红勋，等. 以甲醇作为外碳源的生物反硝化[J].北京工业大学学报， 2009， 35(11): 1522-1526. WANG S Y， YIN F F， HOU H X， et al. Biological denitrification with methanol as external carbon source[J].JournalofBeijingUniversityofTechnology， 2009， 35(11): 1522-1526. (in Chinese with English abstract)

[5] 蒋亚萍，陈余道，刘汉乐，等. 乙醇在地下水硝酸盐原位去除中的可利用性[J]. 自然资源学报， 2011， 26(8): 1447-1452. JING Y P， CHEN Y D， LIU H L， et al. Availability of ethanol for in-situ nitrate bioremediation in polluted groundwater[J].JournalofNaturalResources， 2011， 26(8): 1447-1452. (in Chinese with English abstract)

[6] 李洪静， 陈银广， 顾国维. 丙酸/乙酸对低能耗生物除磷脱氮系统的影响[J]. 中国环境科学， 2008， 28(8):673-678. LI H J， CHEN Y G， GU G W. Effect of propionic to acetic acid ratio on biological nitrogen and phosphorus removal with low energy consumption[J].ChinaEnvironmentalScience， 2008， 28(8): 673-678. (in Chinese with English abstract)

[7] 王丽丽，赵林，谭欣，等. 不同碳源及其碳氮比对反硝化过程的影响[J]. 环境保护科学， 2004， 30(1): 15-18. WANG L L，ZHAO L，TAN X，et al. Influence of different carbon source and ratio of carbon and nitrogen for water denitrification[J].EnvironmentalProtectionScience， 2004， 30(1): 15-18. (in Chinese with English abstract)

[8] 王允，张旭，张大奕，等. 用于地下水原位生物脱氮的缓释碳源材料性能研究[J]. 环境科学， 2008， 29(8): 2183-2188. WANG Y， ZHANG X， ZHANG D Y， et al. Performance of slow-release organic carbon-source (SOC) materials forin-situbiological denitrification in groundwater[J].EnvironmentalScience， 2008， 29(8): 2183-2188. (in Chinese with English abstract)

[9] 王润众， 郝瑞霞， 赵文莉. 新型缓释碳源的制备及其性能[J]. 环境工程学报， 2016， 10(1):81-87. WANG R Z， HAO R X， ZHAO W L. Preparation and properties of new slow-release organic carbon source[J].ChineseJournalofEnvironmentalEngineering， 2016， 10(1): 81-87. (in Chinese with English abstract)

[10] MICHAL V， AHARON A， MIM S. Denitrification of groundwater using cotton as energy source[J].WaterScienceandTechnology， 1996， 34(1): 379-385.

[11] 李斌，郝瑞霞. 固体纤维素类废物作为反硝化碳源滤料的比选[J]. 环境科学， 2013， 34(4): 1428-1434. LI B， HAO R X. Comparison and optimization of cellulose carbon source for denitrification filter[J].EnvironmentalScience， 2013， 34(4): 1428-1434. (in Chinese with English abstract)

[12] 赵文莉，郝瑞霞，李斌，等. 预处理方法对玉米芯作为反硝化固体碳源的影响[J]. 环境科学， 2014， 35(3): 987-994. ZHAO W L， HAO R X， LI B， et al. Effects of pretreatment methods on corncob as carbon source for denitrification[J].EnvironmentalScience， 2014， 35(3): 987-994. (in Chinese with English abstract)

[13] SOARES M I M， ABELIOVICH A. Wheat straw as substrate for water denitrification[J].WaterResearch， 1998， 32(12):3790-3794.

[14] ASLAN S， TÜRKMAN A. Biological denitrification of drinking water using various natural organic solid substrates[J].WaterScience&Technology， 2003， 48(11/12):489-495.

[15] 赵凯，黄盼宁，鲍捷. 固体缓释碳源辅助低碳氮比污水脱氮技术研究[J]. 辽宁化工， 2015， 44(8): 1037-1039. ZHAO K， HUANG P N， BAO J. Research progress in low C/N wastewater denitrification by using solid sustained release carbon materials[J].LiaoningChemicalIndustry， 2015， 44(8): 1037-1039. (in Chinese with English abstract)

[16] 张大奕，李广贺，王允，等. 缓释碳源材料释碳与脱氮性能[J]. 清华大学学报(自然科学版)， 2009， 49(9): 75-79. ZHANG D Y， LI G H， WANG Y， et al. Slow-release organic carbon-source materials for groundwater in-situ denitrification[J].JournalofTsinghuaUniversity(ScienceandTechnology)， 2009， 49(9): 75-79. (in Chinese with English abstract)

[17] 范振兴，王建龙. 利用聚乳酸作为反硝化固体碳源的研究[J]. 环境科学， 2009， 30(8): 2315-2319. FAN Z X， WANG J L. Denitrification using polylactic acid as solid carbon source[J].EnvironmentalScience， 2009， 30(8): 2315-2319. (in Chinese with English abstract)

[18] 杨帆，王鹤立. 缓释碳源复合材料的制备及其用于地下水硝酸盐污染修复的研究[J]. 水处理技术， 2013，39(4): 75-79. YANG F， WANG H L. Preparation of slow-release carbon source composite materials and their use for groundwater nitrate pollution restoration[J].TechnologyofWaterTreatment， 2013， 39(4): 75-79. (in Chinese with English abstract)

[19] 唐丹琦，王娟，郑天龙，等. 聚乳酸/淀粉固体缓释碳源生物反硝化研究[J]. 环境科学， 2014， 35(6): 2436-2440. TANG D Q， WANG J， ZHENG T L， et al. Effect of PLA/starch slow-release carbon source on biological denitrification[J].EnvironmentalScience， 2014， 35(6): 2436-2440. (in Chinese with English abstract)

[20] 乔培培， 陈丕茂， 秦传新，等. 利用微生物净水研究进展[J]. 广东农业科学， 2014， 41(1):149-154. QIAO P P， CHEN P M， QIN C X， et al. Research progress on water purification by microorganism[J].GuangdongAgriculturalSciences， 2014， 41(1): 149-154. (in Chinese with English abstract)

[21] 李尧， 张振家， 方海军. 包埋固定化微生物工艺技术处理高氨氮化工废水[J]. 净水技术， 2012， 31(3):32-35. LI Y， ZHANG Z J， FANG H J. Treatment of chemical industrial wastewater for high ammonia-nitrogen with embedded immobilized microorganisms technological processes[J].WaterPurificationTechnology， 2012， 31(3): 32-35. (in Chinese with English abstract)

[22] LIN M， LIU Y H， CHEN W W， et al. Use of bacteria-immobilized cotton fibers to absorb and degrade crude oil[J].InternationalBiodeterioration&Biodegradation， 2014， 88: 8-12.

[23] 王青松，柳永，王新，等. 基于质构量化分析的净水菌胶囊制备及其性能研究[J]. 浙江大学学报(农业与生命科学版)， 2015， 41(6): 712-722. WANG Q S， LIU Y， WANG X， et al. Preparation and performance study of water purification bacteria-embedded solid capsules based on texture profile analysis[J].JournalofZhejiangUniversity(Agriculture&LifeSciences)， 2015， 41(6): 712-722. (in Chinese with English abstract)

[24] 周莉. 用于污染河道修复的生物脱氮菌株的筛选及脱氮条件的研究[D]. 武汉：华中农业大学， 2011. ZHOU L. Screening microorganisms for the bioremediation of polluted river and research of its denitrification conditions[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University， 2011. (in Chinese with English abstract)

[25] 胡金星. 好氧反硝化细菌的分离鉴定及反硝化特性的研究[D]. 武汉：华中农业大学， 2012. HU J X. Isolation and identification of aerobic denitrifiers and study on denitrification characteristics[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University， 2012. (in Chinese with English abstract)

[26] 王青松. 柠檬酸缓释膜与质构量化净水菌胶囊的制备及其性能研究[D]. 武汉：华中农业大学， 2015. WANG Q S. Preparation and properties of the citric acid sustained-release membrane and water purification bacteria-embedding capsules based on texture profile analysis[D]. Wuhan: Huazhong Agricultural University， 2015. (in Chinese with English abstract)

(责任编辑 高 峻)

Research on co-denitrification performance of slow-release organic carbon source and water purification bacteria-embedded solid capsules

YAN Qiuyue1， LIU Yong2， WANG Xin2， SUN Hong2， YAO Xiaohong2， WU Yifei2， TANG Jiangwu2，*， GE Xiangyang1，*

(1.StateKeyLaboratoryofAgriculturalMicrobiology，HuazhongAgriculturalUniversity，Wuhan430070，China; 2.InstituteofPlantProtectionandMicrobiology，ZhejiangAcademyofAgriculturalSciences，Hangzhou310021，China)

For the treatment of wastewater with low carbon and high nitrogen， the indispensable and effective manner is to launch carbon and microbial inoculum. In this study， investigations were performed into the water purifying capacity of a novel and comprehensive management strategy， which integrated sustained-release carbon source and water purification bacteria-embedded solid capsules. Sodium acetate was used as the carbon source and embedded with carrier materials. Scanning electron microscopy (SEM) was carried out to analyze micro-morphological changes to the entrapments before and after release of the carbon source. The released carbon source (sodium acetate) was detected using high performance liquid chromatography (HPLC). The bacteria-embedded solid capsules were divided into W-capsule and B-capsule， which includedPseudomonasstutzeriADH1，Enterobactersp. AOZ1 andBacillussubtilisBSK9. Experiments were performed on river sewage in buckets with intermittent aeration to investigate the change to some routine indexes covering ammonia nitrogen， total nitrogen (TN) and chemical oxygen demand (COD)， etc. Sewage treated using instant/sustained-release carbon source and bacteria with/without embedding were tested as comparable controls. Untreated sewage was also tested as a negative control (NC). It was shown that extensive wood shaving-like structures formed inside the entrapments after the release of sodium acetate. TN remove rate of the sewage treated with sustained-release carbon source was 60.2%， and the COD kept less than 20 mg·L-1. For the sewage treated with W-capsule and the combination of sustained-release carbon source and bacteria-embedded capsules， the TN remove rate was 39.1% and 85.2%， respectively， which indicated high performance of the novel combinatorial strategy in nitrogen removal of river sewage.

sodium acetate; biological denitrification; denitrifying bacteria; nitrifying bacteria

http://www.zjnyxb.cn

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.04.20

2016-09-17

浙江省公益技术应用研究项目(2015C33046)；浙江省重大科技专项(2015C03004)；浙江省农科院创新提升工程项目；温州市水体污染控制与治理科技创新项目(S20140021)

闫秋月(1990—)，女，山东聊城人，硕士研究生，研究方向为环境微生物学。E-mail: 1558246742@qq.com

*通信作者，汤江武，E-mail: tangjiangwu@sina.com；葛向阳，E-mail: gxy@mail.hzau.edu.cn

X522

A

1004-1524(2017)04-0651-09

浙江农业学报ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2017，29(4): 651-659

闫秋月，柳永，王新，等. 缓释碳源与净水菌胶囊组合脱氮净水性能研究[J]. 浙江农业学报，2017，29(4)： 651-659.