论文部分内容阅读
厌氧氨氧化（anammox）工艺由于能耗低,无需添加有机碳,无需曝气以及脱氮效率高等优点,在废水生物脱氮领域得到广泛应用。硫化物是一类具有恶臭气味、毒性和腐蚀性的化合物,会抑制微生物的活性,甚至使蛋白质变性。造纸废水、垃圾渗滤液和制药废水等通常同时含有氮素和硫化物,这对anammox工艺应用于该类废水的处理带来了挑战。因此,研究硫化物胁迫对anammox系统的影响,以及探索一种新型同步脱氮除硫工艺具有重要意义。本文探究了硫化物的长期胁迫对anammox工艺的影响,解析了anammox微生物菌群结构和主要功能基因对硫化物胁迫的响应。在此基础上,以anammox颗粒污泥作为单一接种污泥,启动硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化工艺,成功实现废水中氨、亚硝氮和硫化物的同步去除。主要研究内容和结论如下:（1）评估了硫化物长期胁迫对anammox系统的脱氮性能和胞外聚合物（EPS）分泌的影响。研究发现10 mg L-1硫化物可使anammox污泥的比厌氧氨氧化活性（SAA）由541 mg TN g-1 VSS-1 d-1降低至231 mg TN g-1 VSS-1 d-1。反应器恢复约20天后,二次暴露于10 mg L-1硫化物下,系统的SAA仅降低至388 mg TN g-1 VSS-1 d-1,高于初次暴露时SAA的值,表明经过一段时间的驯化,anammox微生物对硫化物产生了一定的耐受性。此外,20 mg L-1硫化物可使SAA降低61.7%,氮去除效率和氮去除速率分别为30.7%和5.2 kg N m-3 d-3。三维荧光光谱和平行因子分析结果表明类蛋白质是结合态EPS的主要组分,在高浓度硫化物(20 mg L-1)胁迫下位于发射波长/激发波长为275/305 nm处的物质发生了荧光淬灭。（2）解析了在硫化物长期胁迫下,anammox微生物菌群结构和主要功能基因的响应。当反应器运行120天后,anammox系统的主导菌（Candidatus Kuenenia）相对丰度由初始的28.7%降至6.4%,而脱氮硫杆菌（Thiobacillus）相对丰度由0上升至7.2%。此外,网络分析图表明Candidatus Kuenenia与Denitratisoma有较强的相互作用,表明与脱氮相关的功能菌之间的相互作用可能因硫化物的存在而增强。高浓度的硫化物(20 mg L-1)可以降低关键功能基因（hzs A,hdh,nir K和nir S）的丰度。（3）探究了在单一反应器中,以anammox颗粒污泥作为接种污泥,启动硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的可行性,并研究了在启动过程中anammox系统的脱氮性能、EPS含量和微生物菌群结构的变化情况。当进水总氮浓度为280mg L-1,硫化物浓度为221.5 mg L-1时,反应器的氮和硫去除效率分别可达90%和95%,氮去除速率为2.55 kg m-3d-1,系统的出水硝酸盐浓度低至8 mg L-1。EPS中蛋白和多糖的变化趋势在整个过程中始终保持一致,在试验结束时蛋白和多糖含量的比值为5.57。三维荧光光谱和平行因子分析结果表明类色氨酸物质和类蛋白物质是结合态EPS的主要组分。高通量测序结果表明,Pseudoxanthomonas（11.61%）和Thiobacillus（35.68%）为主要的优势菌,自养反硝化和硫化物氧化菌的富集表明硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化工艺成功启动。