厌氧铁氨氧化处理垃圾渗滤液的脱氮性能与机理探究

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城市垃圾填埋场所产生的垃圾渗滤液水质成份复杂,含有大量重金属,处理难度大。传统生化处理工艺存在投入成本高,运行效果不稳定等问题,厌氧氨氧化工艺虽然有低能耗、无需碳源和产泥量少等特点,但厌氧氨氧化生长速率缓慢,驯化周期长,容易受到环境因素影响,有机物和重金属等会对其造成不可逆伤害。因此,其稳定运行和工程化应用对水质条件要求很高。厌氧铁氨氧化具有较强耐金属性能,对重金属有固定效应,降低污水中重金属毒性,同时可以将氨氮氧化为亚硝态氮为后续工艺提供电子供体。为了探究厌氧铁氨氧化应用到实际垃圾渗滤液中的可行性,本研究以垃圾渗滤液为研究基础,考察了不同浓度Fe3+对厌氧氨氧化系统脱氮性能的影响,基于Fe3+对厌氧氨氧化体系的影响试验开展富集厌氧铁氨氧化和处理模拟垃圾渗滤液试验。主要试验结果如下:(1)短期影响试验中,进水Fe3+浓度为5mg/L体系的NRR最高,为17.36mg-N/g VSS/h。当Fe3+进水浓度为50和100mg/L时,厌氧氨氧化菌的脱氮受到了严重的抑制。经过24h恢复,投加100mg/LFe3+反应器的脱氮性能得到恢复,短期抑制是可逆的。(2)长期影响试验中,对照组(S1)、低浓度影响组(S2)和高浓度影响组(S3)反应器平均总氮去除负荷维持在2192.9、2242.8和1220.9 mg-N/(L·d),S2平均总氮去除负荷高于S1和S3。低浓度Fe3+促进微生物胞外聚合物的分泌,过高浓度的Fe3+可以解离EPS使污泥颗粒更加密实。S2反应器Heme c含量和HDH活性均高于S1和S3。低浓度Fe3+对脱氮体系有促进作用,高浓度Fe3+则抑制微生物代谢活性,破坏体系稳态环境。(3)在ASBR反应器中,经过88 d的厌氧富集培养,NH4+-N最大转化率达到52.73%,最大转化量为28.37 mg/L,出水Fe2+浓度随着运行时间的增加而逐渐增加,最高浓度为2.87 mg/L。通过高通量分析,确定ASBR反应器微生物中放线菌门得到富集,由第0d占比0.73%增长到第88d的2.07%,酸微科Acidimicrobiaceae相对丰度占比由未检测到增加至4%,说明Femmox有酸微菌驱动。(4)高进水基质浓度条件下,Feammox仍具有生物活性。试验NH4+-N与Fe2+摩尔比小于理论值,该过程NH4+-N的氧化,不仅有Feammox菌种作用导致,同时存在其他微生物的作用。通过上述试验研究结果,验证了富集培养后Feammox体系在模拟垃圾渗滤液中仍具有Fe和N代谢活性,为应用到垃圾渗滤液的实际工程中提供了理论依据,同时为生物脱氮开发了新思路。
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