相容性溶质强化厌氧氨氧化脱氮效能及其动力学研究

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Ca.‘Brocadia sinica’是污水处理厂中常见的厌氧氨氧化菌,在市政和工业废水的脱氮处理中发挥着重要作用。针对Ca.‘Brocadia sinica’易受高盐、低温等环境因素影响的问题,本试验通过分别向高盐废水和高盐低温废水投加相容性溶质,研究并分析了相容性溶质强化下Ca.‘Brocadia sinica’的脱氮效能及其动力学特征,取得以下结果:采用山梨醇强化厌氧氨氧化菌处理高盐废水,研究了Ca.‘Brocadia sinica’的脱氮效能及代谢酶活性,并利用动力学模型分析了山梨醇强化下Ca.‘Brocadia sinica’的动力学特征。结果表明,随着高盐废水中山梨醇浓度的提高,Ca.‘Brocadia sinica’的脱氮特性先升高后降低。在山梨醇浓度为0.8 mM时取得最佳的脱氮效能,此时氨氮去除速率(ARR)和亚氮去除速率(NRR)分别为0.53和0.68 kg/(m3·d),相比于不投加山梨醇的高盐废水分别提升了39.5%和71.8%,反应器中的NH4+-N和NO2--N均被完全去除。另外随着山梨醇的投加,Ca.‘Brocadia sinica’的胞外聚合物含量降低,联氨脱氢酶活性和亚硝酸盐还原酶活性增强了1.372.36倍。再次修正的Logistic模型最适合描述Ca.‘Brocadia sinica’处理高盐废水的氮去除过程,不仅具有较高的R2(大于0.98),而且拟合所得的TNREmax值与试验TNREmax值的平均相对误差仅为2.9%。分析模型拟合的结果可知,山梨醇的投加可以缩短Ca.‘Brocadia sinica’处理高盐废水的延迟时间。拟合所得的Rm能够转化为Vmax,以预测不同山梨醇浓度时的最大基质转化速率。采用甘氨酸强化厌氧氨氧化菌处理高盐低温废水,研究了Ca.‘Brocadia sinica’的脱氮效能,并利用再次修正的Logistic模型、修正的Boltzmann模型和修正的Gompertz模型模拟了甘氨酸强化下Ca.‘Brocadia sinica’的脱氮过程。结果表明,低浓度的甘氨酸能明显强化Ca.‘Brocadia sinica’处理高盐低温废水的脱氮特性。当高盐低温废水中甘氨酸浓度为0.2、0.4和0.6 mM时,NRR分别提高了27.7%、47.3%和70.4%。最佳的脱氮性能在甘氨酸浓度为0.8 mM时取得,此时ARR为0.32kg/(m3·d),NRR为0.45 kg/(m3·d)。然而当甘氨酸浓度超过0.8 mM时,厌氧氨氧化菌的活性受到抑制,Ca.‘Brocadia sinica’的脱氮性能开始下降。在甘氨酸浓度为1.4mM时,ARR和NRR相比最佳状态分别降低了30.1%和16.7%。再次修正的Logistic模型和修正的Boltzmann模型相较于修正的Gompertz模型更适合描述不同甘氨酸浓度时Ca.‘Brocadia sinica’的氮去除过程。再次修正的Logistic模型拟合得到的λ表明,Ca.‘Brocadia sinica’处理高盐低温废水的延迟时间比海洋厌氧氨氧化菌的延迟时间更短。
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