A2O一体化污水处理设备《资讯》

A2O一体化污水处理设备

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不同pH条件下氨氮对以DAMO细菌为优势菌种系统的影响　　根据3.1.1节的短期试验结果, 选取750 mg·L-1的氨氮浓度进行试验.当T=27 ℃, 不同pH体系下, 对应的FA的浓度可由公式(1)计算得到, 计算结果见表 1.　　图 2为不同pH时, DAMO细菌系统受氨氮影响时的脱氮性能.以pH = 7.0为对照组, 各pH条件下脱氮速率与该条件下脱氮速率比值为纵坐标, 得图 2b, 由图 2可知, 在碱性条件下(pH = 7.0、7.5、8.0), 同样为750 mg·L-1的氨氮, 随着pH升高, FA升高, 脱氮速率下降, 当pH=8.0时, 其FA浓度为46.09 mg·L-1, 此时脱氮速率不到对照组的1/2, 且对pH=7.0、7.5、8.0条件下所得3组数据进行单因素方差分析, 其p值为9.93×10-5, 远小于0.01, 说明这3组数据之间有极显著差异;而在酸性条件下(pH = 6.5、6.8、7.0), 虽然FA值随着pH值的升高而升高, 但通过单因素方差分析发现脱氮速率与FA值并无显著性差异.这说明在碱性条件下, 氨氮对系统的抑制效果与FA值有关, FA是限制性抑制因子, 该结果与氨氮对其他微生物抑制的大多数研究结果相吻合(Anthonisen, 1976);在酸性条件下, 抑制效果与FA的浓度无关, 认为离子化氨氮应是真正的抑制因子.该结果与之前部分研究相吻合, 当溶液呈酸性(pH < 7.0)时, 厌氧氨氧化菌、甲烷菌、反硝化菌等微生物活性受到抑制;甲烷菌(Lay, 1997)等的活性取决于离子化氨氮NH4+的浓度, 而不是质子化氨氮FA的浓度.

在1500 mg·L-1的氨氮抑制试验7 d后, 取污泥混合液10 mL离心后, 利用扫描电镜分别观察抑制前后的污泥结构与微生物微观形态特性, 结果见图 3.由图 3可知, 氨氮抑制试验之前, 在SEM下的絮状污泥微观结构清晰可见, 细菌形状多样, 以菌胶团的形式聚合在一起, 其中占主导地位的是球状菌和短杆状菌, 丝状菌数量较少.菌的表面较为光滑, 附着有少量胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances, EPS).具体联系污水宝或参见://www.dowater更多相关技术文档。　　经高浓度氨氮短期抑制后的污泥与抑制之前相比, 结构变得松散, 丝状菌大量繁殖, 球状菌和短杆状菌则大量减少, 污泥出现了明显的膨胀现象.而污泥中的微生物出现了明显的皱缩现象, 另外微生物表面还包裹着一层粘性物质.由于聚合物覆盖在微生物的表面, 在环境与微生物胞膜之间形成一个缓冲层, 这种缓冲层有助于保护细胞体免受有毒物质损害, 从生物反馈机制上理解：在环境条件改变的情况下, 微生物分泌大量EPS的行为可以归结为生物应激性的一种表现, 从而能够最大程度地避免微生物细胞体受危害.所以, 微生物表面包裹着的这层粘性物质应为细菌所分泌的EPS(郑雄柳, 2014), 用以抵抗外界的不利因素.甲烷(CH4)是仅次于CO2的第2种重要的温室气体.如何减排温室气体CH4成为了全球关注的焦点.同时, 生物脱氮是当前废水处理领域的研究热点.污水处理厂中通常通过硝化和反硝化实现生物脱氮, 而目前城镇污水普遍存在C/N比低的问题, 导致在反硝化过程中往往需要大量的外加碳源.而在污水处理厂的厌氧处理过程中会产生大量的甲烷, 如能将这部分甲烷作为碳源进行利用, 既减少了甲烷的排放, 又节省了能源的消耗.反硝化型甲烷厌氧氧化反应(Denitrifying Anaerobic Methane Oxidation, DAMO)正是可以利用甲烷作为碳源完成反硝化脱氮的过程.DAMO过程是以甲烷为电子供体和唯一碳源, 以硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体的一种氧化还原反应.2006年, 该过程在实验室中得以证实(Raghoebarsing et al., 2006).在自然界中, 溶解于水中的甲烷主要靠甲烷氧化菌等通过生物作用得以消耗;现已发现在淡水系统、湿地系统、近海海洋生态系统中(Deutzmann et al., 2011;Luesken et al., 2011;Kojima et al., 2012;Wang et al., 2012;Han et al., 2013;Shen et al., 2013;Shen et al., 2014)均有存在可以耦合甲烷厌氧氧化作用(Anaerobic Oxidation of Methane, AOM)和反硝化作用(Denitrification)的DAMO(Denitrifying Anaerobic Methane Oxidation, 反硝化型甲烷厌氧氧化)微生物.根据系统发育分析, 研究者检测到的DAMO细菌隶属于NC10门细菌;DAMO古菌则属于甲烷厌氧氧化古菌ANME-2(Raghoebarsing et al., 2006).2017年, Wang等(2017)提出了侧流式、主流式两种DAMO反应应用于污水处理厂的设想.

目前污水处理厂进水多为低碳高氮性质, 多种化工、制药废水及垃圾渗滤液等, 都含有较高浓度的氨氮, 而高浓度的氨氮会对活性污泥中的微生物起抑制作用(郑雄柳等, 2014), 并会影响系统微生物菌群结构.目前已有研究报道高浓度氨氮对活性污泥系统中硝化细菌、厌氧氨氧化细菌等微生物具有抑制作用(Zhou et al., 2011), 但对DAMO微生物的影响及机理鲜见报道.如欲将DAMO工艺应用于废水生物脱氮, 探明氨氮对该过程的影响显得尤为重要.因此, 本文利用已经成功富集的以DAMO细菌为优势菌种的系统(以下简称DAMO细菌系统)(楼菊青等, 2016)为研究对象, 通过短期和长期试验, 从宏观和微观两个层面, 研究氨氮对DAMO过程脱氮性能、微生物菌群结构的影响, 综合考察DAMO细菌对氨氮的应激性、耐受性, 并探索其抑制机理.为促进对DAMO微生物脱氮机理的研究和完善DAMO理论的发展添砖加瓦, 为该工艺向实际工程应用推进一步.　　2 试验材料与方法(Materials and methods)2.1 材料2.1.1 试验系统　　本文的试验系统是基于之前已成功富集的以DAMO细菌为优势菌种的混培物(楼菊青等, 2016).所得混培物是以淡水河道(西溪河)底泥、淡水湖泊(西湖)底泥及水稻农田土壤的混合物为接种污泥, 甲烷和亚硝酸盐为唯一碳氮源.至本试验止, 系统已稳定运行1392 d.

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