沸石球载体对序批式生物膜反应器同步硝化反硝化工艺抗冲击性能研究：C/N比的影响机制

《Journal of Environmental Chemical Engineering》：Study on the impact resistance performance of zeolite sphere substrate on simultaneous nitrification–denitrification process in sequencing batch biofilm reactor biofilm system: Effects of the C/N ratio

　　本研究创新性地采用沸石球作为生物膜载体构建ZS-SBBR系统，系统解析了不同C/N比（9/7/5/3）下脱氮效能与微生物群落演替规律。结果表明当C/N≥5时系统保持高效稳定运行（COD、NH4+-N、TN去除率分别达85.8%、88.0%、79.6%），而C/N=3时虽氨氮去除不受影响但总氮去除率骤降40%，并通过EEM光谱与微生物群落分析揭示Pseudomonadota/Bacillota菌门更替与Thauera属的关键作用，为优化变C/N比废水脱氮工艺提供理论依据。

　　

亮点

沸石球展现出604.9 m²·g^?1的比表面积和2.5 nm的平均孔径，这些特性显著增强了传质扩散和吸附过程。如图2(a)所示，沸石球的形态结构特征不仅促进微生物增殖，更为表面附着生物膜提供保护性微环境。图2(b)通过扫描电镜证实了微生物在沸石球表面的致密定殖，呈现出典型的菌胶团结构，其中杆菌和球菌紧密交织形成三维生物膜网络。能谱分析进一步显示生物膜区域存在显著的C、N、P元素信号，证实了微生物代谢活动的存在。

结论

本研究成功构建了沸石球序批式生物膜反应器同步硝化-反硝化系统，深入解析了进水碳氮比波动对营养物去除和微生物群落演替的影响机制。沸石球通过氨吸附作用创造富氨微环境促进硝化细菌富集，而其内部微氧条件则助力反硝化细菌定殖。除C/N比为3的极端条件外，系统在其余工况下均实现高效同步硝化反硝化，总氮去除率稳定在80%左右。微生物分析表明Pseudomonadota门菌在高C/N条件下主导异养反硝化过程，而C/N=3时Bacillota门通过异养硝化-好氧反硝化途径维持系统运行。值得注意的是，Thauera属被鉴定为生物膜代谢活性的关键生物标志物。这些发现为优化变C/N比条件下废水生物脱氮工艺提供了重要理论支撑。