PN-A工艺处理钢铁综合废水的脱氮性能及菌群结构分析

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钢铁加工废水具有高氨氮、低有机物浓度的特征,适合采用短程硝化-厌氧氨氧化工艺处理,但实际中研究和应用较少。本文研究利用一段式短程硝化-厌氧氨氧化工艺(partial nitritation-anammox,PN-A)处理模拟钢铁加工废水的工艺启动控制和稳定运行,并探讨了该工艺处理实际钢铁加工废水的可行性。
  利用序批式活性污泥反应器和螺旋纤维填充的序批式生物膜反应器进行短程硝化启动试验结果表明,与活性污泥系统相比,生物膜系统溶解氧(DO)水平受曝气量变化影响较小,出水中亚硝氮(NO- 2-N)与氨氮(NH+4-N)的比值稳定在1.2∶1~1.7∶1,氨氧化菌(AOB)活性稳定,并可以适应较高DO水平。生物膜系统更适合作为ANAMMOX的短程硝化前处理工艺。
  利用螺旋纤维为载体的序批式生物膜反应器在较高DO(3.0±0.5mg·L-1)的环境中耗时105d成功启动PN-A工艺,高通量测序表明,Nitrosomonas(AOB)和Candidatus_Kuenenia(AMX)为主要脱氮功能菌。30℃~23℃时,NH+4-N和总氮(TN)平均去除率分别为93.61%和76.94%。23℃~20℃时,AOB、NOB和AMX的活性被抑制,氨氧化速率(AOR)由11.20mg·L-1·h-1下降至2.33mg·L-1·h-1,总氮去除速率(NRR)由13.37mg·L-1·h-1下降至3.02mg·L-1·h-1,NH+4-N和TN的平均去除率分别降至18.29%和15.20%。温度降低后,Candidatus_Kuenenia的相对丰度由5.09%增长到了21.21%,温度回升至28℃后其相对丰度下降至9.21%,Nitrosomonas的相对丰度由2.79%上升至9.46%,系统总氮去除率恢复至80%以上。可见,低温环境虽抑制了Candidatus_Kuenenia菌的脱氮活性却增强了其富集增殖的能力,Nitrosomonas更适合在较高温度的环境下生存。
  PN-A工艺处理实际钢铁加工废水试验结果表明,稳定运行阶段,TN去除率维持在60%~80%,随时间延长,出水NO-3-N大量累积,整体脱氮性能的恶化。Candidatus_Kuenenia的丰度由配水运行阶段的9.21%降低到6.32%,而Nitrosomonas的丰度保持在8~9%,NOB菌unidentified_Nitrospiraceae的丰度由配水运行阶段的0.02%增加至1.88%,此时,出水NO-3-N达到了40mg·L-1,系统整体脱氮效果下降。
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