【摘 要】
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厌氧氨氧化(Anammox)作为一项新型的近年来被广泛研究的生物脱氮技术,具有脱氮效果好、不需外加碳源、节能经济的特点,但是生物生长周期长,易受外界环境影响。多年来在对Anammox的深入探索中发现Anammox不仅可以以NO2-作为电子受体,还可以以Fe3+作为电子受体,并将Fe3+与NH4+-在生物作用下的转化过程命名为厌氧铁氨氧化(Feammox)。Feammox在自然界的氮素循环中扮演重要
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厌氧氨氧化(Anammox)作为一项新型的近年来被广泛研究的生物脱氮技术,具有脱氮效果好、不需外加碳源、节能经济的特点,但是生物生长周期长,易受外界环境影响。多年来在对Anammox的深入探索中发现Anammox不仅可以以NO2-作为电子受体,还可以以Fe3+作为电子受体,并将Fe3+与NH4+-在生物作用下的转化过程命名为厌氧铁氨氧化(Feammox)。Feammox在自然界的氮素循环中扮演重要的角色,但目前关于Feammox污水脱氮的研究较少,缺乏对其反应机理及氮转化途径的论证,也鲜有研究对Anammox与Feammox两种生物脱氮技术的联系进行分析。采用ASBR反应器,以厌氧氨氧化污泥和二沉池污泥为接种污泥,历经135天成功启动了Anammox,稳定运行期最高负荷下NH4+-N和NO2--N去除率达到97.32%和98.59%;分析发现Anammox体系中有五种优势菌种,其中厌氧氨氧化功能菌属随着驯化过程中氮负荷的提高从Candidatus Brocadia转变为Candidatus Kuenenia。利用批示实验探索了Fe3+对Anammox的短期和长期影响,发现低浓度Fe3+能在一定程度上促进厌氧氨氧化反应的进行,但是高浓度Fe3+会对厌氧氨氧化产生抑制,同时发现同浓度Fe3+在长期影响下对Anammox的抑制比短期更加显著。以稳定运行期的Anammox污泥为接种污泥,替换基质NO2-为Fe3+,进行了为期88天的Feammox体系的驯化运行,通过在驯化过程中对氮及铁浓度的检测发现,梯度提升Fe3+能提高Feammox反应的氨氮转化率;适量NO3--N的加入不仅能提高氨氮的转化率还能促进NDFO(硝酸盐依赖性铁氧化)的发生实现Fe3+和Fe2+之间的循环利用;典型周期的分析发现Feammox为产酸反应,且体系内存在Feammox和NDFO两种反应的交互优势。在驯化完成后通过批示实验对Feammox运行的影响因素进行了探索,发现Feammox在进水Fe3+浓度低于75mg/L时氨氮转化率随Fe3+浓度的上升而上升,在150mg/L的Fe3+浓度下Feammox反应仍可发生,可见Feammox对Fe3+的耐受性远高于Anammox;Feammon的最佳反应温度是30℃;反应适宜pH为5~6;进水氨氮浓度为75mg/L时的氨氮转化量最高,过高氨氮浓度会对Feammox反应产生抑制。采用批示实验验证Feammox体系中多反应存在下的氮转化途径,结果表明:Feammox体系内存在Feammox、NDFO、Anammox多种反应,其产物主要有N2、NO3--N、NO2--N;Feammox和NDFO的发生能实现铁离子在不同价态间的转化循环;NO2--N和Fe3+两种基质同时存在能实现Feammox与Anammox的协同提高氨氮的转化率;在Anammox与Feammox两种生物脱氮技术的微生物丰度分析中发现Ignavibacteria的提升幅度最大,判断其为Feammox功能性微生物,Feammox污泥中还检测到了厌氧氨氧化菌为优势菌种,再次证实Feammox与Anammox的可协同性,为生物脱氮技术的发展提供一定依据。本文通过对Anammox及Feammox的驯化运行,探索了铁循环下的新的氮转化方式,证实了Feammox在未来处理含铁氨氮废水的可行性,也为Anammox与Feammox的协同脱氮研究提供了一定依据,丰富了新型污水生物脱氮技术的研究思路。
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