论文部分内容阅读
一些重金属是微生物生长必需的微量营养元素,然而过量的重金属也会抑制甚至毒害废水生物处理的功能微生物。鉴于厌氧氨氧化(Anammox)技术在垃圾渗滤液、禽畜养殖废水、化肥生产废水、半导体加工废水等高氨氮废水处理领域的应用前景,相当量的重金属势必会引入Anammox反应器中。本文首先研究了重金属Cu2+、Zn2+混合物对Anammox颗粒污泥的短期影响及其机理；然后以Cu2+为代表考察了重金属在Anammox颗粒污泥反应器中的行为和归趋；最后基于以上研究结果,分别提出生化和物化法两种修复策略并验证了其可行性。主要结果如下：(1)采用中心设计响应曲面建模描绘了二元重金属混合物(Cu2+和Zn2+)对Anammox颗粒污泥的联合作用。两者联合作用是复杂多变的,随着浓度的增加依次表现为协同、相加、独立和拮抗作用。当Cu2+和Zn2+浓度分别为16.3和20.0 mg L-1时,联合抑制作用最强,抑制率约80%。间歇暴露驯化可以降低重金属离子的蓄积毒性。无基质存在时,Cu2+预暴露会严重抑制厌氧氨氧化活性(SAA)。但NO2-的单独存在会加剧Cu2+的抑制作用。(2)解析了重金属Cu2+与Anammox颗粒污泥的相互作用过程。试验发现,随污染龄的增加,颗粒污泥中铜的空间分布由胞外聚合物(EPS)逐渐迁移至内部细胞,铜的形态由弱结合态转向强结合态。Anammox颗粒污泥反应器耐受铜负荷的上限为0.24 g L-1d-1。Person相关性分析和三维荧光光谱分析表明EPS中蛋白的增加是Anammox颗粒污泥抵御铜侵害的自卫反应。EDTA清洗和超声强化的EDTA清洗能够弱化铜在泥液两相的分配系数(从5.8 mg-1SS分别降至3.41mg-1 SS和0.45 L mg-1 SS),导致铜在颗粒污泥中的空间和形态重分配。(3)论证了EDTA清洗结合Ca2+调控修复策略的可行性。采用2 mM EDTA振荡清洗(液固体积比为10)210 min后,SAA增加74.7%且Cu一次清洗去除率达到80.5%。EDTA存在时,颗粒污泥中Cu的解吸为非均质扩散(两步解吸)过程。清洗后的颗粒污泥可在20 d左右将内化的Cu(14.7%)洗出反应器。此后,添加82 mg L-1Ca2+能促进厌氧氨氧化菌(AnAOB)的增殖(比生长速率从0.018d-1增加为0.054 d-1)。反应器总氮容积去除负荷(NRR)和颗粒特性能够在90 d时恢复到原始水平。(4)验证了超声强化EDTA清洗修复策略的可行性。低强度超声(频率28kHz,时间1.9 min,强度0.7 w cm-2)能够强化EDTA清洗效果,SAA增加107%,脱氢酶活性增加47.7%,且Cu一次清洗去除率达到84.9%。清洗后的颗粒污泥在20 d左右时能将内化的Cu(12.7%)洗出反应器。此后,间隔8d的超声辐射能加速反应器的性能恢复,NRR日均恢复速度从0.0773 kgN m-3 d-2增加至0.1971kgN m-3 d-2,64 d时,反应器NRR和颗粒特性恢复到原始水平。