论文部分内容阅读
近年来,氮素污染问题日趋尖锐,危及人类健康和生态安全。为此,越来越多的国家和地区都制定了严格的氮素限值和排放标准,多种新型废水脱氮技术也应运而生。厌氧氨氧化工艺(Anammox)是一项具有广泛应用前景的新型生物脱氮技术,以其高效、经济的特点,受到国内外广泛关注。然而,Anammox菌生长缓慢,工艺启动时间长,且Anammox菌受废水中有机物的影响严重,制约了实际工程应用。本研究通过优化接种物、反应器构型和操作条件,快速获取了Anammox菌富集培养物,并研究了乙酸对Anammox菌代谢的影响。接种已驯化半年的Anammox污泥和普通活性污泥的混合污泥,控制温度36±1℃,进水pH为7.01~7.71,280d后成功获得了Anammox菌富集培养物。培养过程中发现,短水力停留时间(HRT)低基质浓度的方式比长水力停留时间高基质浓度的方式更容易获取较高的脱氮速率。HRT为0.5d,基质NH4+-N和NO2--N浓度分别为580mg/L和730mg/L,反应器总氮去除速率达2.29kg/(m3·d)。HRT为0.2d,仅在较低的基质浓度(NH4+-N和NO2--N浓度分别为325mg/L和480mg/L)时,总氮去除速率就达到了3.59kg/(m3·d),远远高于HRT为0.5d时的水平。且在NH4+-N和NO2--N浓度分别达到470mg/L和640mg/L时,获得5.16kg/(m3·d)的总氮去除速率。HRT的缩短并未对反应器的脱氮效果产生不良影响,反应器脱氮性能反而变好。HRT由0.4d缩短至0.2d,总氮去除速率不断增加,由1.89kg/(m3·d)增加到3.74kg/(m3·d)。红色颗粒污泥中细菌的细胞形态主要为球形,表面有火山口状结构,为典型的Anammox菌特征。Anammox污泥的比活性可达0.45kg NH4+-N/(kg·d)。经16S rDNA鉴定,颗粒污泥中的Anammox菌属于“Candidatus Kuenenia”属。对乙酸作用下Anammox菌的代谢研究发现,乙酸的加入对Anammox菌基质NH4+-N的代谢及反应计量学产生了影响。乙酸浓度为1mmol/L时,对Anammox菌代谢基质NH4+-N和NO2--N影响不大,但出水NO3--N浓度降低,平均总氮去除效率大幅度升高,由89.27%升到95%以上,出水乙酸浓度0.82mg/L,基本消耗殆尽。反应器中虽出现了反硝化反应,但在1mmol/L乙酸存在下,Anammox反应和反硝化反应可协同脱氮,使总氮去除效率高于单纯Anammox工艺。乙酸浓度为3mmol/L和4mmol/L时,对Anammox菌代谢基质NH4+-N产生抑制,抑制类型为基质竞争抑制。氨氮的出水浓度由1.54mg/L升高到54.7mg/L,总氮去除速率和总氮去除效率均有所下降。乙酸抑制后,实验组NO2--N/NH4+-N的值比对照组高,NO3--N/NH4+-N的值比对照组低。NH4+-N、NO2--N和NO3--N的计量关系基本稳定,为1:1.50:0.07,乙酸与三者的计量关系与乙酸浓度有关。