丙酸盐和腐殖酸对厌氧氨氧化生物膜系统的影响

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zmdwfh2008
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厌氧氨氧化工艺由于低能耗、无污染且经济效益好等优势,使其在污水脱氮中具有较好的应用前景。但厌氧氨氧化系统在处理实际污水时会受到有机物的影响。适当浓度的有机物能够提高系统的总氮去除率,然而实际污水中的有机物种类较多,既包括挥发性脂肪酸等易生物降解的有机物,也包含腐殖酸等难生物降解的有机物。不同种类的有机物对厌氧氨氧化系统产生的影响也不同。因此,本研究分别选择丙酸盐和腐殖酸作为易生物降解和难生物降解有机物,通过考察不同有机物条件下,系统脱氮性能、胞外聚合物以及菌群结构的变化规律,从宏观和微观的角度深入探究不同种类的有机物对厌氧氨氧化系统的影响。当厌氧氨氧化生物膜系统中存在低浓度丙酸盐(30 mg/L)时,丙酸盐优先参与到硝态氮的短程反硝化过程,出现亚硝态氮的积累,当进水NH4+-N和NO2--N为100mg/L和130 mg/L时,系统的总氮去除率仍然维持在90%,同时丙酸盐对厌氧氨氧化的活性也产生了一定的影响,使得厌氧氨氧化反应速率从7.24 mg/(L·h)降至5.56mg/(L·h)。当系统中丙酸盐浓度提高到60 mg/L时,丙酸盐的影响会随着系统初始硝态氮浓度的变化而变化。在系统初始硝态氮浓度较低时(<15 mg/L),丙酸盐除了参与硝态氮的短程反硝化,还有部分参与到亚硝态氮的反硝化过程,同时进一步抑制厌氧氨氧化的活性,然而此时的总氮去除率提高到93%以上;在保持初始硝态氮浓度30 mg/L左右时,丙酸盐又只参与到硝态氮的短程反硝化过程,使得总氮去除率降至90%左右。根据丙酸盐浓度调整进水基质浓度配比,能够提高总氮去除率到94%。对不同条件下厌氧氨氧化系统的微生物种群进行分析,发现厌氧氨氧化的主要菌属为Candidatus_Kuenenia和Candidatus_Brocadia。随着丙酸盐浓度的增加(30 mg/L),Candidatus_Kuenenia和Candidatus_Brocadia相对丰度逐渐下降,最终分别从8.83%和1.78%降至2.88%和0.2%,而反硝化菌属Thauera的比例从最初的0%上升到19.39%。但当系统处在进水基质最佳浓度配比时,Candidatus_Kuenenia和Candidatus_Brocadia相对丰度再次出现小幅度上升(6.76%和0.3%),而Thauera相对丰度则出现小幅度下降(14.82%)。当厌氧氨氧化生物膜系统内存在腐殖酸(100~1000 mg/L)时,厌氧氨氧化未受到明显的抑制,总氮去除率基本均维持在90%左右,但反应周期较添加腐殖酸前延长了2 h。不同浓度的腐殖酸对厌氧氨氧化生物膜系统的影响几乎没有差别。微生物种群结构表明,在添加腐殖酸后,Candidatus_Kuenenia和Candidatus_Brocadia相对丰度分别从最初的15.01%和2.1%降至8.32%和0.6%,而Thauera相对丰度从最初的0%大幅度上升至8.86%。这表明腐殖酸不会对厌氧氨氧化的系统产生明显的抑制作用,但会对其中的微生物种群结构产生影响。本研究通过分别探究不同浓度的丙酸盐和腐殖酸条件下,厌氧氨氧化生物膜系统的脱氮性能和微生物种群结构的变化,深入阐明不同种类有机物对厌氧氨氧化系统的影响,从而为厌氧氨氧化工艺在污水处理的实际应用和优化运行提供理论指导。
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