混合营养型厌氧氨氧化的基础研究

【摘要】： 厌氧氨氧化是一种新型的生物脱氮技术,与传统的硝化-反硝化工艺相比,具有很多优势,被认为是目前最经济的生物脱氮途径。国内外学者对其进行了大量的研究,也取得了很多重要的成果。一直以来,厌氧氨氧化菌被认为是一种严格的自养细菌,倍增时间为10.4d,厌氧氨氧化反应器启动时间长达110d,限制了该工艺的生产应用。本课题在前人研究成果的基础上,采用连续实验和批式试验研究了有机碳源条件下厌氧氨氧化菌的代谢特性,培养出了能够氧化乙酸盐的厌氧氨氧化菌,即混合营养型厌氧氨氧化菌,并对其活性进行了测定,同时研究了pH值和有机物浓度对厌氧氨氧化的影响。主要研究结果如下： (1)在已稳定运行的无机营养型厌氧氨氧化反应器中,设定进水NH4+-N和NO2--N的浓度均为70mg/L,NO3-N的浓度为20mg/L,CH3COONa浓度为95mg/L,保持进水pH值为8.0左右,水力停留时间为1d,连续进水方式培养混合营养型厌氧氨氧化菌。连续培养145d后,NH4+-N、NO2--N、NO3--N和有机物都得到稳定去除。 (2)在混合营养型厌氧氨氧化菌培养阶段,出水pH值维持在8.7左右,乙酸钠的添加没有影响NH4+-N和NO2--N的去除,反而起到了一定的促进作用,两者的去除率分别维持在98.48%和100%左右。有机物的去除率基本上维持在70%-80%之间,硝氮由净产量转变成了净消耗量,有机物和硝氮的去除是同步的。 (3)在混合营养型厌氧氨氧化菌的培养过程中,生物膜的颜色也逐渐在变化。在培养初期,生物膜为厌氧氨氧化菌特有的红色。随着厌氧氨氧化异养代谢活性的提高,红色变淡,生物膜逐渐由红色转变为黄色。 (4)0.1g/L青霉素对无机营养条件下厌氧氨氧化菌的活性影响不大。添加0.1g/L青霉素46h之后,氨氮和亚硝氮的浓度分别为5.54mg/L和0.16mg/L,相应的去除率分别为92.61%和99.75%。未加入青霉素的对照实验中,46h后,氨氮和亚硝氮浓度分别为1.28mg/L和2.79mg/L,相应的去除率分别为98.29%和95.61%。 (5)0.1g/L青霉素对有机营养条件下氨氮和亚硝氮的去除没有影响。添加青霉素之后,硝氮和有机物的去除速率增加了,硝氮和COD是同步去除的,添加青霉素和未添加青霉素硝氮的去除速率分别为1.57mg/(L·h)和1.38mg/(L·h),有机物的去除速率分别为29.45 mg/(L·h)和23.92 mg/(L·h)。厌氧氨氧化菌具有代谢多样性,不仅能白养代谢,还具有反硝化的异养代谢能力,在有机碳源条件下,厌氧氨氧化菌能够表现出反硝化代谢特性氧化乙酸钠。 (6)pH值对厌氧氨氧化作用的影响较大,pH为6和9时都不利于厌氧氨氧化作用的进行,适宜的pH值为7-8。进水pH分别为6、7、8和9时,对应的出水pH值为8.43、8.70、8.59、9.27。 (7)乙酸钠浓度为0.128g／L、0.160g/L、0.225g/L、0.290g/L时,随着有机物浓度的提高,氨氮和亚硝氮的去除率同时下降,由于一部分亚硝氮通过反硝化作用去除,亚硝氮去除率下降的趋势没有氨氮明显。不同进水有机物浓度条件下,有机物的平均去除率差别不大,推测在有机物浓度低的时候,有机物的去除主要靠厌氧氨氧化菌完成；当有机物浓度增大后,有机物的去除主要靠反硝化菌来完成。随着有机物浓度的增加,出水中硝氮浓度逐渐降低,一是由于厌氧氨氧化作用生成的硝氮量减少,二是通过反硝化作用被去除。