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有機物對厭氧氨氧化顆粒污泥的影響

文章出處:未知發表時間:2021-11-11 17:16:31



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厭氧氨氧化(Anammox)工藝因無需外加有機碳源,污泥產量低,運轉本錢低、脫氮效率高等優點,適用于處置低碳氮比的高氨氮廢水。而實際生活和工業廢水處理中含有濃度和品種不同的有機物,通常以為有機物的存在會對厭氧氨氧化菌產生負面影響。此外,厭氧氨氧化污泥顆粒化能夠最大水平持留微生物量,強化功用菌的增殖,并在一定水平上緩解環境變化招致的脫氮效率降落,是處理這一問題的有效途徑。但是如何經過進步厭氧氨氧化顆粒污泥本身的性能,進步厭氧氨氧化系統的抗有機物干擾才能顯得尤為必要。

 

對此,蘇州科技大學陳重軍副教授課題組展開了如下研討:不同濃度有機物長期脅迫對厭氧氨氧化顆粒污泥脫氮效能、理化性質和微生物群落構造的影響;生物炭介導下有機物對厭氧氨氧化顆粒污泥的脫氮性能、理化性質和脫氮除碳代謝途徑的影響。相關研討成果發表于Journal of Cleaner ProductionJournal of Environmental Science和《中國環境科學》,以期為厭氧氨氧化顆粒污泥的研討和工程應用提供參考。

 

研討1:不同濃度有機物長期脅迫對厭氧氨氧化顆粒污泥的影響

 

反響器運轉效能如圖1所示,在050100150200 mg/LCOD濃度的脅迫下,隨著COD的增加氨氮的去除率呈降落趨向,分別為97.71 %97.23 %83.87 %68.11 %46.52 %,而亞硝態氮的去除率維持在96.78~98.62 %。各脅迫濃度下,總氮去除率分別為97.20 %98.00 %92.12 %85.06 %75.02 %,闡明低濃度的有機物(50 mg/L)經過使厭氧氨氧化菌和異養反硝化菌之間構成穩定的協同作用進步了總氮的去除率(見圖1)。而有機物濃度為150 mg/L200 mg/L時顆粒污泥的均勻粒徑呈現先增長后降落的趨向,且顆粒污泥的SVI值升高,沉降性能變差(見圖2)。經過SEM察看顆粒污泥的微觀構造發現顆粒污泥外表有明顯的裂痕,揣測有機物濃度超越150 mg/L時,長期脅迫下會形成顆粒污泥的崩潰。當有機物濃度超越50 mg/L時厭氧氨氧化顆粒污泥的優勢門由Chloroflexi變為Proteobacteria。此外有機物長期脅迫下Candidatus Brocadia替代Candidatus Kuenenia成為厭氧氨氧化菌的優勢屬。

 

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1 不同有機物濃度下厭氧氨氧化顆粒污泥的脫氮性能

 

圖片63 

2 不同有機物濃度下厭氧氨氧化顆粒污泥的理化性質

 

研討2:生物炭介導下有機物對厭氧氨氧化顆粒污泥的影響

 

課題組前期研討發現,生物炭存在條件下能夠促進厭氧氨氧化菌的增殖。本研討采用竹炭為研討對象,剖析了竹炭存在下有機物對厭氧氨氧化顆粒污泥的影響。研討發現,運轉120天后,在不添加竹炭條件下,隨著COD的濃度增加,氨氮的去除效率逐步降低。當COD濃度為50100150 mg?L-1時,氨氮均勻去除率為89.4 %77.4 %66.2 %。但是參加竹炭后,均勻氨氮去除效率分別進步到96.2 %84.5 %71.5 %。當COD濃度為50100150 mg?L-1時,均勻TN去除效率分別為85.9 %82.6 %81.4 %,參加竹炭后,均勻TN去除效率分別為92.3 %88.9 %84.6 %,添加竹炭的反響器對TN的去除率進步3.1~6.4 %(見圖3)。

圖片64 

 

圖片65 

 

3生物炭介導下有機物對厭氧氨氧化顆粒污泥脫氮的影響過程

 

投加竹炭對厭氧氨氧化顆粒污泥的理化性質也形成顯著的影響,研討發現,隨著COD濃度的增加,EPS逐步減小,過量的COD將抑止厭氧氨氧化菌的競爭優勢,不利于厭氧氨氧化菌 EPS的分泌,加竹炭時的EPS比不加竹炭時要高。由于EPS的分泌,不添加竹炭條件下均勻粒徑0.8 mm,而添加竹炭上升至1.2 mm(見圖4)。研討也發現,投加竹炭可使顆粒污泥外表構造更致密,有機碳源脅迫下可維持完好。竹炭孔隙內附著大量的污泥,為功用微生物的寄居、生長和繁衍提供溫馨的環境。

 

圖片66 

 

4 生物炭介導下有機物對厭氧氨氧化顆粒污泥理化性質的影響

 

應用 R 言語的 igraph 包和 Hmisc 包對反響器污泥樣品相對豐度前 300 的屬停止相關性系數的計算,生成微生物共現性網絡圖(見圖5)。厭氧氨氧化菌優勢菌屬Candidatus BrocadiaCandidatus JetteniaHalomonas相銜接,而添加竹炭的處置組Halomonas的相對豐度均高于不添加炭的對照組。據報道Halomonas是一種中度嗜鹽菌,具有反硝化作用,能夠產聚羥基丁酸酯(poly hydroxyalkanoates, PHA),而PHA能夠維護微生物細胞受極端環境脅迫同時被貯存在胞內作為緩釋碳源。較普通的異養反硝化菌而言,Halomonas不易被環境擾動從而碳代謝愈加穩定,這可能是Candidatus BrocadiaCandidatus Jettenia的相對豐度在有機物和竹炭共存條件下降落幅度較小的緣由。

 

研討標明編碼聯氨脫氫酶(hydrazine dehydrogenase , HDHEC:1.7.2.8)的基因hdh和編碼聯氨合成酶(hydrazine synthase , HZSEC:1.7.2.7)3個亞基的基因hzsABC只存在于厭氧氨氧化體中,如圖6氮代謝功用基因表達熱圖所示,當C/N比為0.280.83時竹炭促進了hdhhzsABC基因的表達,但是C/N0.56時的結果卻與之相反。

 



糖酵解途徑(glycolytic pathway , EMP)和三羧酸循環(tricarboxylic acid cycleTCA cycle)是大多數生物所共有的糖合成代謝途徑,因而有必要對兩個通路的功用基因停止進一步剖析。圖7EMPTCA功用基因代謝熱圖,能夠看出從葡萄糖到丙酮酸共有十步連續的酶促反響,其中三步最主要的限速步驟分別為:葡萄糖在葡萄糖激酶(glucokinase, EC:2.7.1.2)的催化下生成葡萄糖-6-磷酸、果糖-6-磷酸在果糖磷酸激酶(phosphohexokinase, EC:2.7.1.11)催化下生成果糖-16-二磷酸以及磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶(pyruvate kinase, EC:2.7.1.40)的催化下生成丙酮酸,三個反響均為不可逆反響。當C/N比為0.280.83時,竹炭的投加顯著促進了葡萄糖激酶基因glk、果糖磷酸激酶基因PFK、丙酮酸激酶基因PK的表達,而C/N0.56glkPFK在炭處置下是下調的。此外,TCA循環也遭到一系列酶的調控,其中丙酮酸脫氫酶系(丙酮酸脫氫酶E1,二氫硫辛酰轉乙酰基酶E2,二氫硫辛酰胺脫氫酶E3EC:1.2.4.1EC:2.3.1.12EC:1.8.1.4)催化的丙酮酸氧化脫羧構成乙酰輔酶A過程是銜接EMPTCA的中心環節(不可逆)。丙酮酸脫氫酶系是一個位于線粒體內膜上的多酶復合體,觸及aceEDLATDLD三個功用基因,不同有機物濃度下三個功用基因的表達量均表現為加炭處置組大于對照組,闡明竹炭有效促進了EMP途徑與TCA循環的銜接。

 


小結與瞻望

 

有機物對厭氧氨氧化的影響是一個陳詞濫調但又歷久彌新的研討焦點,也是厭氧氨氧化工藝工程應用過程中無可躲避的理想問題。本研討探明了不同濃度有機物對厭氧氨氧化顆粒污泥脫氮效能和微觀構造特性的影響,探究了外加介體資料(如生物炭)對緩解有機物抑止作用的過程特性及工作機制。研討結果將為厭氧氨氧化顆粒污泥的工程化應用提供一定的自創意義。

 


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