盐度及抗生素对短程硝化反硝化处理效能的影响研究

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近年来,水环境污染问题日趋严重,水中污染物的种类逐渐增多。我国作为抗生素使用大国,产生了大量的含盐抗生素废水,甚至在城市污水中也检测出了抗生素。然而城市污水处理厂的常规生物处理技术无法十分有效去除抗生素,并且抗生素会对水处理微生物产生毒害作用,使污水处理效果减弱。因此探索抗生素对脱氮效果以及微生物的影响机理,并找到减弱抗生素对微生物的毒害作用的方法变得至关重要。此外SHARON工艺作为新型生物脱氮技术,与传统工艺相比有着显著的优势,且盐度对SHARON工艺具有一定促进作用,因此本研究将SHARON工艺用于含盐抗生素废水的脱氮处理,并探究盐度与抗生素对SHARON工艺处理效能的影响。本研究中采用SBR反应器作为SHARON工艺的运行设备,在溶解氧0.5~1 mg/L、p H为7.5~8.0、温度为30℃、的运行条件下,历时30个运行周期,成功启动了SHARON工艺。去除效果稳定后,COD、氨氮、总氮的去除率分别达到98.77%、88.03%、77.83%,亚硝态氮积累率达到82.57%。随后向反应器中投加Na Cl,计划控制盐度按照每1.8 g/L一级的盐度梯度,将盐度从0 g/L提升至18 g/L。检测在此过程中污染物去除效果的变化,并检测活性污泥胞外聚合物的变化。随盐度提升COD去除率保持在90%以上,受盐度影响并不明显;在盐度不高于10.8 g/L之前,氨氮去除率和总氮去除率受到影响较弱,仍可达到82.92%和63.17%,亚硝态氮积累率为89.35%;在盐度提升至高于10.8 g/L之后,氨氮去除率、总氮去除率、亚硝态氮积累率均有一定程度的下降;在盐度上升至16.2 g/L后,反应器脱氮效果极弱,停止提升盐度。盐度重新下降至10.8 g/L后,反应器COD、氨氮、总氮去除率快速恢复并高于之前,分别上升至97.36%、94.07%、92.63%,亚硝态氮积累率也达到89.58%。SHARON工艺中的微生物受到盐度的胁迫会产生更多的EPS,其中多糖比例上升,用以平衡渗透压减弱盐度带来的不良影响,EPS中的蛋白质种类占比发生改变,产生新的特性。盐度的影响具有可逆性,可通过提高盐度耐受极限再降低盐度的方法提高SHRON工艺中的微生物耐盐性,并提高脱氮效率。在恢复稳定后的反应其中后加四环素,浓度从0 mg/L提升至10 mg/L,COD、氨氮和总氮的去除率均有不同程度的下降,COD去除率从97.36%下降至91.25%,氨氮去除率从94.07%下降至84.77%,总氮去除率受影响最大从92.63%下降至70.73%;亚硝态氮积累率基本稳定在90%左右。四环素可在活性污泥中积累,对SHARON工艺中的微生物有着持续性的抑制作用。四环素胁迫微生物产生更多的EPS,以蛋白质居多,EPS可与四环素相结合形成较为稳定的络合物,使三维荧光光谱图中蛋白质荧光淬灭,此为微生物的自我保护机制。最后通过RSM分析了温度、四环素、盐度交互作用下对SHARON工艺的影响,相关性由强至弱依次为温度>盐度>四环素浓度。在耐受限度内提升盐度可促使微生物产生更多的EPS以减弱四环素带来的不利影响;也可促进亚硝态氮积累提高短程硝化效率,实现在低温条件下运行SHARON工艺。
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