硫酸盐还原厌氧氨氧化脱氮效能及影响因素研究

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在经济与工业的发展进程中,工业废水组分日益复杂(含有氨氮、硫酸盐和重金属等污染物)。常规亚硝酸盐型厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺具有良好脱氮性能但对环境敏感性高,仅可在厌氧、中性、无机碳源条件下生存。复杂水体环境(如:硫酸盐含量超过100mg/L时)会抑制常规厌氧氨氧化工艺的脱氮性能。硫酸盐还原厌氧氨氧化(SRAO)反应可以同步脱氮除硫,为应对复杂的工业废水处理领域提供新思路。本课题在无机碳源条件下研究了硫酸盐还原厌氧氨氧化的启动以及脱氮效能的影响。厌氧氨氧化快速启动,厌氧序批式反应器(ASBR)模拟装置,经过120 d的驯化使出水达到稳定状态,反应体系成功启动。研究发现进行硫酸盐还原厌氧氨氧化过程的反应器出水效果较好可以实现同步脱氮除硫,使常规厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应过程中常见的NO3--N积累现象得到缓解。其中SRAO反应器成功启动后TN平均去除率达到87.1%,高于ANAMMOX反应器的TN去除率。不同运行条件下硫酸盐还原厌氧氨氧化脱氮性能影响的研究结果中表明,SRAO反应脱氮过程的最佳HRT为48 h;提高N/S浓度比有利于提高基质去除能力,其中TN的平均去除率最高达到85.8%、S042-平均去除率为74.2%;通过高通量测序分析不同N/S比微生物菌种分布情况;进水COD浓度为200 mg/L时反应体系的脱氮效果最佳;进水浓度NO3--N和NO2--N可以提高反应体系的脱氮效果,但当进水NO2--N浓度高于80 mg/L时会产生毒害作用抑制脱氮效能。实验还研究了重金属(Cu、Zn)对SRAO污泥活性的抑制现象,结果发现一定浓度的重金属(Cu2+≤1.2 mg/L、Zn2+≤2.0 mg/L)可以提高污泥活性。重金属浓度过高抑制污泥活性。但由于污泥对Cu2+和Zn2+具有耐受性,经驯化后污泥活性可逐渐恢复。通过高通量测序结果发现投加硫酸盐作为底物的SRAO反应器中出现两种特征菌Bacillus benzoevorans 和Thioplaca。其中 Bacillus benzorevoan作为 SRAO 反应的特征菌,占菌种比例的17.2%;Thioplaca是硫自养反硝化(SAD)菌属,占菌种比例的5.9%。与未投加硫酸盐的ANAMMOX反应器中的测序结果相比,投加硫酸盐的SRAO反应器中ANAMMOX菌在反应器内所占比例减少了 4.6%。本论文以硫酸盐作为基质启动厌氧氨氧化反应器并探究实现SRAO反应器最佳脱氮性能的运行条件。本研究不仅为培养厌氧污泥提供了一种新思路,还为厌氧氨氧化反应器的启动以及提高厌氧氨氧化脱氮性能的研究提供了基础数据和理论基础。
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