不同碳源作用下厌氧氨氧化耦合多菌系统脱氮效能
来源期刊:中南大学学报(自然科学版)2019年第11期
论文作者:李燕 吕振 钱玉兰 李亮
文章页码:2656 - 2665
关键词:厌氧氨氧化;好氧氨氧化;短程反硝化;电子供体;葡萄糖
Key words:ANAMMOX; AOB; partial denitrification; electron donor; glucose
摘 要:1
Abstract: In order to explore the nitrogen removal increases to 43.8%.
DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2019.11.004
吕振1,钱玉兰1,李燕1,李亮2
(1. 中国矿业大学 环境与测绘学院,江苏 徐州,221116;
2. 徐州市水利建筑设计研究院,江苏 徐州,221000)
摘要:为探究不同碳源对厌氧氨氧化(ANAMMOX)菌耦合好氧氨氧化菌(AOB)以及ANAMMOX菌耦合短程反硝化菌脱氮性能的影响,在进水
关键词:厌氧氨氧化;好氧氨氧化;短程反硝化;电子供体;葡萄糖
中图分类号:X703 文献标志码:A 文章编号:1672-7207(2019)11-2656-09
LU Zhen1, QIAN Yulan1, LI Yan1, LI Liang2
(1. School of Environment Science and Spatial Informatics,China University of Mining and Technology, Xuzhou 221116, China;
2. Xuzhou Hydraulic Architectural D&R Institute, Xuzhou 221000, China)
Abstract: In order to explore the nitrogen removal performance of anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) coupled AOB and partial denitrification bacteria with different carbon sources, ANAMMOX serum bottle was operated when the mass concentration ratio of
Key words: ANAMMOX; AOB; partial denitrification; electron donor; glucose
厌氧氨氧化(ANAMMOX)是一种新型生物脱氮技术,因其污泥产率低、运行费用低,受到了广泛的关注[1],ANAMMOX是以
1 材料与方法
1.1 试验装置
ANAMMOX序批式反应器(ASBR):内径为220 mm,有效容积为6.5 L,装置外层包裹黑色的保温棉。反应器内设有DO测定仪,装置底放置N2曝气饼,其顶上设有搅拌器。
1.2 试验水质和污泥
试验用水为人工模拟废水,主要组分如下:KH2PO4,0.01 g/L;MgSO4·7H2O,0.30 g/L;KHCO3,COD,NH4Cl,NaNO2和KNO3质量浓度按需配置,COD由乙酸钠和葡萄糖提供。
不同无机碳质量浓度试验接种污泥取自稳定运行的厌氧氨氧化AUASB反应器中污泥(进水
乙酸钠作用下有机负荷试验接种污泥取自ANAMMOX耦合短程反硝化菌在
葡萄糖为碳源试验所接种的污泥来源如下:以乙酸钠为碳源培养8 d的ANAMMOX耦合短程反硝化污泥;在以乙酸钠为碳源,连续运行40 d反应器中的污泥;经过7 d葡萄糖驯化后的污泥。
1.3 试验方法
1) 不同无机碳质量浓度试验。将ANAMMOX污泥混匀后分成4份,每份质量为2 g,分别置于4个100 mL血清瓶,其中KHCO3质量浓度依次为1.25,2.00,2.50和3.00 g/L,进水
2) 乙酸钠作用下有机负荷试验。在ASBR中反应,混合污泥体积为400 mL,温度为(31±2) ℃,pH控制为7.7±0.1,
3) 葡萄糖为碳源的试验。温度为(32±0.5) ℃,pH控制为7.7±0.1,在不同时间段每次混匀取泥 60 mL,COD质量浓度控制为(300±10) mg/L。
在短程反硝化过程中,若仅有
式中:
1.4 分析项目与方法
采用纳氏试剂分光光度法测定NH4+-N质量浓度;采用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法测定
2 结果与讨论
2.1 不同无机碳质量浓度下ANAMMOX菌耦合AOB脱氮过程
ANAMMOX菌和AOB是自养菌且其生理生化过程中需要无机碳源[12]。第7天时不同无机碳质量浓度下ANAMMOX耦合AOB脱氮过程如图1所示。由图1可见:在4 h,当KHCO3质量浓度分别为1.25和2.50 g/L时,
如图1所示,从4 h开始复氧,在运行过程中每10 min读取DO。在4~6 h,DO质量浓度小于0.5 mg/L,前6 h,当KHCO3质量浓度为2.50 g/L时,
在复氧段(6~10 h),测得DO质量浓度为0.6~1.0 mg/L,当KHCO3质量浓度从1.25 g/L升高到3.00 g/L时,出水
试验发现,当KHCO3质量浓度分别为2.00和2.50 g/L,且
图1 不同KHCO3质量浓度下出水
Fig. 1 Variation of mass concentrations of effluent
KHCO3的质量浓度影响pH,不同的pH影响自养菌活性[13]。本文采用1 mol/L的NaOH溶液来调整质量浓度分别为2.00与2.50 g/L KHCO3的pH为8.25,在DO质量浓度为0.8~1.0 mg/L条件下进行试验,结果如图2所示。
从图2可见:当KHCO3质量浓度为2.50 g/L时,前6 h反应瓶中pH较快地从8.25上升到8.58,在此KHCO3质量浓度下,第4 h检测到出水的
当KHCO3质量浓度为2.00 g/L时,第6 h检测到出水
从图2可知:在相同的pH下反应,当KHCO3质量浓度从2.00 g/L提高到2.50 g/L时,并没有因为pH的激烈变化而影响
图2 不同KHCO3质量浓度下出水
Fig. 2 Change of mass concentrations of effluent
2.2 不同有机物下ANAMMOX耦合短程反硝化脱氮过程
2.2.1 乙酸钠作用下ANAMMOX耦合短程反硝化脱氮过程
不同
如图3(a)所示,当进水
图3 不同
Fig. 3 Variation of substrate nitrogen and COD mass concentrations with time under different mass concentration ratios of
图3(b)所示为不同进水
从图3(d)可以看出:当进水
从图3(c)可见 :当进水
相较于图3(d),图3(c)的反应过程中ρ(COD)增加了87.1 mg/L,最高WNTR提前到第20 min,可见ASBR在
表1 不同
Table 1 Denitrification parameters of ASBR under different mass concentration ratios of
由式(1)计算可知:至少需要1 460 mg乙酸钠,才将
由图3(a)和(b)可知:前60 min,
由图3(d)和(b)可知:前60 min,
由图3(c)和(b)可知:前60 min,
随着反应过程中进水COD质量浓度逐渐增大,出水COD呈现出不同的未被利用率(见图3(a),(d)和(c)),经分析认为没有用来转化
图4 污泥的SEM图和污泥形态
Fig. 4 SEM images and morphology of sludge
由图4(a)可见:ANAMMOX颗粒污泥上大量球形或椭圆形微生物与丝状菌交织黏附于颗粒污泥表面,同时还可观察到污泥表面分散着一些短杆状微生物,分析椭圆形微生物是ANAMMOX菌,短杆状微生物是反硝化菌。由图4(b)可见:颗粒表面粗糙且有些裂缝,但整体上依旧保持完整形态。图4(c)所示为自稳定运行10 d以上的ASBR中的污泥图片,可见底层颗粒污泥与漂浮着大量的灰白色絮状污泥(为不断增殖的异养反硝化菌)共存。颗粒状污泥有利于抵抗外界不利因素的干扰[18],短程反硝化菌和ANAMMOX菌抱团协同生长,形成了稳定的微生物凝聚体,生化功能得到优化。
2.2.2 葡萄糖作用下ANAMMOX耦合短程反硝化脱氮过程
SUN等[19]发现乙酸钠、甲醇等有机碳源可作为短程反硝化过程中的电子供体来实现
图5 葡萄糖为碳源时不同时间段基质氮的转化情况
Fig. 5 Transformations of substrate nitrogen with glucose as the carbon source in different time periods
如图5(a)所示,3个不同的时间段内
从图5(b)可见:在第8天和第48天的
如图5(c)所示,在第8天和第48天的
由此可见:ANAMMOX耦合短程反硝化菌可利用葡萄糖作为电子供体,污泥被葡萄糖驯化后,更有利于特定短程反硝化菌的富集,产生
3 结论
1) 采用低质量浓度
2) 当ASBR中COD质量浓度分别为108.0和405.1 mg/L时,ANAMMOX菌对
3) ANAMMOX耦合短程反硝化菌可利用葡萄糖作为电子供体发生短程反硝化,经过葡萄糖驯化后,
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(编辑 伍锦花)
收稿日期: 2019 -03 -26; 修回日期: 2019 -06 -12
基金项目(Foundation item):国家自然科学基金资助项目(51602344);江苏省自然科学基金资助项目(BK20170249) (Project(51602344) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(BK20170249) supported by the Natural Science Foundation of Jiangsu Province)
通信作者:李燕,博士,副教授,从事水污染处理和过程控制、脱氮除磷等研究;E-mail:1321620305@qq.com