外加微量聯(lián)氨影響全自養(yǎng)脫氮的機制：功能微生物群落與N2O產(chǎn)生.pdf

1、與傳統(tǒng)的硝化-反硝化工藝相比,完全自養(yǎng)脫氮工藝(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite, CANON)在理論上可節(jié)省62.5％的硝化所需氧量和100％的反硝化需氧有機COD量,是符合當前廢水處理節(jié)能減排發(fā)展要求的可持續(xù)廢水脫氮處理新技術。課題組前期對CANON過程的影響因素、脫氮貢獻和外加聯(lián)氨(N2H4)強化全自養(yǎng)脫氮能力等進行了研究。本文從外加微量N2H4對好氧氨氧化及

2、亞硝酸鹽氧化動力學特性、CANON系統(tǒng)的N2O的產(chǎn)生特性和功能微生物群落的影響三方面進行研究。目的是通過優(yōu)化CANON系統(tǒng)的外加N2H4水平,在強化厭氧氨氧化和抑制亞硝酸鹽氧化菌(nitrite oxidation bacteria, NOB)活性的同時,降低對氨氧化菌(ammonia oxidation bacteria, AOB)活性的負面影響,綜合提高系統(tǒng)脫氮性能、減少N2O產(chǎn)生,為CANON工藝的工程應用提供重要科學依據(jù)與基礎數(shù)

3、據(jù)。
　　本研究主要內容包括：①建立與羥胺(NH2OH)關聯(lián)的好氧氨氧化兩步動力學表達,將硝化過程分為三步,應用氧利用速率(oxygen uptake rate, OUR)的呼吸測量法估計了好氧氨氧化兩步過程及亞硝酸鹽氧化過程的動力學參數(shù),深化了對生物硝化過程的理解和認識。②N2H4對好氧氨氧化及對亞硝酸鹽氧化動力學抑制類型分別為競爭性和非競爭性抑制,N2H4對亞硝酸鹽氧化的抑制大于其對好氧氨氧化的抑制;建立了N2H4抑制硝化過程

4、三步動力學模型,通過模擬外加微量N2H4條件下硝化反應各過程外源性呼吸剖面線,首次得到N2H4好氧氨氧化過程基質半飽和常數(shù)和最大比基質利用速率(分別為7.96±0.811mgN2H4-N/L,0.0916±0.0188 mgN2H4-N/mgCOD/h)、N2H4抑制NH2OH氧化和亞硝酸鹽氧化的動力學參數(shù)估計值(分別為7.88±0.783 mgN2H4-N/L和1.223±0.555 mgN2H4-N/L)。③硝化污泥中的AOB氨單加

5、氧酶α亞基(amoA)克隆序列主要聚于亞硝化球菌(Nitrosococcu)屬和亞硝化單胞菌(Nitrosomonas)屬,另有少部分屬于亞硝化螺旋菌(Nitrosospira)屬;NOB亞硝酸鹽氧化還原酶β亞基(nxrB)克隆序列聚于硝化細菌(Nitrobacter)屬,大部分屬于硝化細菌屬中的Nitrobacter winogradskyi,僅有少部分屬于Nitrobacter vulgaris和Nitrobacter hambur

6、gensis;長期外加微量N2H4對硝化污泥中AOB與NOB的生長均具有明顯抑制作用。④CANON污泥中的AOB amoA基因克隆序列主要聚于 Nitrosomonas屬和Nitrosococcus屬;NOB nxrB基因克隆序列聚于Nitrobacter屬;厭氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation, ANAMMOX)菌群落組成較為豐富,部分ANAMMOX菌聯(lián)氨合酶α亞基(hzsA)克隆序列聚于Candidat

7、us Scalindua屬;長期外加微量N2H4促進ANAMMOX菌生長,對AOB生長產(chǎn)生部分抑制作用。⑤長期添加微量N2H4強化CANON富集得到的CANON污泥顆粒主要呈球狀和橢球狀,外表層有著較緊密的微生物結構及少量細小的孔隙,導致 DO不易被穿透形成內部缺/厭氧區(qū)域;好氧的AOB主要位于顆粒外層,厭氧的ANAMMOX菌主要位于顆粒污泥內部。⑥限氧-厭氧交替運行的CANON系統(tǒng)中,N2O產(chǎn)生的途徑包括NH2OH生物氧化與AOB反硝

8、化;限氧條件下,NH2OH生物氧化的貢獻大于AOB反硝化;厭氧條件下,N2O主要由AOB反硝化產(chǎn)生。⑦CANON污泥的間歇試驗結果表明,限氧條件下外加微量N2H4減少N2O產(chǎn)生;厭氧條件下外加微量N2H4促進N2O產(chǎn)生;在交替限氧-厭氧的CANON反應器中,外加微量N2H4在限氧階段被完全降解,消除了其在厭氧階段可能的負面影響;因此,在交替限氧-厭氧CANON反應器中,外加微量N2H4在提高脫氮性能的同時降低了N2O的產(chǎn)生;在長期外加微