【摘 要】
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反硝化、厌氧氨氧化(Anammox)和硝酸盐异化还原为铵(DNRA)是氮转移的三种重要途径。本研究选择Fe(Ⅱ)和S2-作为电子供体,分别建立ASBBR反应器和UASB反应器,通过不断增加EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)和S/N,研究其中的氮转移分配情况,并实现生物脱氮。主要结论如下:(1)ASBBR反应器在EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)=0.75和1.00时,生物膜上会出现红褐色附着物,其附着量在一定
【基金项目】
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国家青年科学基金项目(51808045); 陕西省自然科学基础研究项目(2019JQ-686);
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反硝化、厌氧氨氧化(Anammox)和硝酸盐异化还原为铵(DNRA)是氮转移的三种重要途径。本研究选择Fe(Ⅱ)和S2-作为电子供体,分别建立ASBBR反应器和UASB反应器,通过不断增加EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)和S/N,研究其中的氮转移分配情况,并实现生物脱氮。主要结论如下:(1)ASBBR反应器在EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)=0.75和1.00时,生物膜上会出现红褐色附着物,其附着量在一定范围内与EDTA-2Na投加量成反比例关系,当EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)=1.50和1.75时,游离态的Fe(Ⅱ)全部被螯合为可生物利用的Fe,红褐色附着物将不再出现。在一定范围内EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)增大有利于NO3--N的去除,最大去除速率为1.63mg/(L·h),但在达到一定阈值(本试验为1.50)后持续增加该比值对NO3--N的去除影响并不明显,同时,溶解态N2O变化曲线和NO2--N变化曲线之间表现出同步性和一定的滞后性。EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)=1.50和Fe/N=4是反硝化过程向DNRA过程转化的有利条件,此时NH4+-N积累量为17.13mg/L。(2)pH和ORP可以对氮转移途径作出指示,EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)越大,系统内pH变化曲线的上升幅度越大;低ORP的强还原环境可能是DNRA过程发生的有利条件(-100m V),EDTA-2Na的投加可以在一定程度上提高DNRA现象发生的最低ORP限值。Visual MINTEQ分析表明,非EDTA螯合铁会在一定程度上阻碍硝酸盐的还原进程,而EDTA螯合铁及其电解质可能会促进反硝化过程和DNRA过程。(3)UASB反应器(R2)经过五个阶段的试验,反应器出水无氮素积累,且随着S/N的增大,硫自养反硝化过程(SOAD)逐渐增强,反应器底部污泥出现白色附着物,污泥颗粒结构逐渐增大。批次试验表明:S/N=1.5:1和1.75:1时会造成NO2--N的积累且更利于DNRA过程的产生,NH4+-N积累量分别为12.06mg/L和14.79mg/L;S/N=1:1和1.25:1时主要发生SOAD过程和自身同化作用,S/N=1.5:1和1.75:1时主要发生SOAD过程、DNRA过程和Anammox过程的耦合;S/N=1.75:1时系统内耦合程度最为明显,脱氮效果最好。(4)微生物菌群结构分析表明:ASBBR反应器中的Brucella、Castellaniella、Pseudomonas和Ochrobactrum等菌属均具有与反硝化过程相关的nar、nos Z和nir S等功能基因。在EDTA-2Na/Fe(Ⅱ)=1.50和1.75条件下存在的Citrobacter具有DNRA功能基因nrf A,所占丰度分别为4.10%和0.73%,造成了NH4+-N的积累。UASB反应器(R2)中检测到的菌属包括:Thiobacillus、Candidatus_Brocadia、Ignavibacterium和norank_f_Hydrogenophilaceae,这也证明了该系统可能是SOAD、Anammox和DNRA耦合脱氮的结果。
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