金霉素對(duì)全程自養(yǎng)脫氮微生物的抑制及機(jī)理研究.pdf

1、全程自養(yǎng)脫氮(CANON)工藝是一種新型生物脫氮工藝，與傳統(tǒng)工藝相比，可節(jié)省2/3氧氣和全部有機(jī)碳源，因此具備廣闊的應(yīng)用前景。目前，全程自養(yǎng)脫氮工藝已經(jīng)在污泥消化液、味精廢水、垃圾滲濾液等多種廢水處理中得到了實(shí)際應(yīng)用。然而，由于厭氧氨氧化細(xì)菌對(duì)外界環(huán)境較為敏感，基質(zhì)、重金屬、無(wú)毒性或有毒性有機(jī)物等都會(huì)成為CANON工藝的抑制因素。抗生素也是抑制CANON工藝功能微生物的正常代謝重要因子，為了加快CANON工藝在抗生素廢水脫氮處理中的應(yīng)用

2、，本課題選取使用和殘留量大的金霉素復(fù)合式生物膜CANON工藝開(kāi)展短期和長(zhǎng)期抑制試驗(yàn)及機(jī)理研究，主要研究成果如下:
　　(1)啟動(dòng)并運(yùn)行了復(fù)合式生物膜全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器。通過(guò)接種不同形態(tài)的污泥，采用優(yōu)化后的運(yùn)行條件，將溫度控制在32±1℃，DO0.1-0.4 mg/L，pH8.2-8.4，有效地限制了AOB的氨氮轉(zhuǎn)化率速率，同時(shí)提高了ANAMMOX細(xì)菌的氨氮轉(zhuǎn)化速率。經(jīng)過(guò)67天運(yùn)行，總氮去除速率達(dá)到0.69kg N/(m3·d)，總

3、氮去除率達(dá)到80.7％,實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的全程自養(yǎng)脫氮性能。
　　(2)通過(guò)批量試驗(yàn)研究了金霉素對(duì)全程自養(yǎng)脫氮細(xì)菌的短期抑制影響。在12h內(nèi)20 mg/L的金霉素對(duì)全程自養(yǎng)脫氮細(xì)菌幾乎沒(méi)有急性毒性抑制，800mg/L的金霉素則能使全程自養(yǎng)脫氮細(xì)菌完全失去活性。在同一金霉素濃度下，對(duì)脫氮效果的抑制率隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)而上升。本試驗(yàn)中，總氮濃度為180mg/L時(shí)，在暴露時(shí)間為2h、4h、8h、12h的條件下，金霉素對(duì)全程自養(yǎng)脫氮功能微生物的

4、IC50分為870.79mg/L、498.24 mg/L、324.47 mg/L、278.91 mg/L。
　　(3)通過(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)研究了金霉素對(duì)全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器的長(zhǎng)期抑制作用。進(jìn)水中添加60 mg/L金霉素，運(yùn)行前10天反應(yīng)器抑制程度不明顯，從第11天脫氮性能快速惡化，第16天反應(yīng)器的總氮去除率下降62.7％。降低進(jìn)水中的金霉素濃度至20 mg/L，經(jīng)過(guò)12天，反應(yīng)器脫氮性能沒(méi)有恢復(fù)，出水中出現(xiàn)NO2-過(guò)量積累的現(xiàn)象。在長(zhǎng)期抑制

5、試驗(yàn)的基礎(chǔ)上探討了恢復(fù)策略，最終通過(guò)接種含有ANAMMOX細(xì)菌的污泥，使得反應(yīng)器經(jīng)過(guò)54天后總氮去除速率恢復(fù)到0.12 kgN/(m3·d)。
　　(4)研究了金霉素長(zhǎng)期抑制過(guò)程中，CANON反應(yīng)器中功能微生物的細(xì)菌形態(tài)及豐度變化。掃描電子顯微鏡的研究結(jié)果表明，在CANON反應(yīng)器脫氮效果穩(wěn)定時(shí)，生物膜中微生物的主要形態(tài)為球狀;顆粒中微生物的主要形態(tài)為球狀、螺旋狀和短桿狀;絮體中微生物的主要形態(tài)為螺旋狀和短桿狀。在金霉素長(zhǎng)期抑制后，

6、絮體、顆粒和生物膜中的微生物均出現(xiàn)細(xì)胞膜破裂的現(xiàn)象。使用熒光實(shí)時(shí)定量PCR方法對(duì)主要脫氮功能微生物-AOB和ANAMMOX細(xì)菌進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)ANAMMOX細(xì)菌主要存在于顆粒污泥和生物膜中，在絮體污泥中相對(duì)豐度較低; CANON反應(yīng)器從啟動(dòng)到穩(wěn)定過(guò)程中，顆粒污泥和生物膜中ANAMMOX菌的相對(duì)豐度升高，絮體污泥中AOB的相對(duì)豐度顯著升高;而在金霉素抑制過(guò)程中，顆粒污泥和生物膜中ANAMMOX菌的相對(duì)豐度降低，絮體污泥中AOB的相對(duì)豐度也降