序批式顆粒污泥單級(jí)自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)氮轉(zhuǎn)化途徑及菌群特性研究.pdf

1、隨著氮素污染的加劇，廢水生物脫氮技術(shù)已引起世界各國(guó)的普遍關(guān)注。單級(jí)自養(yǎng)脫氮工藝是指自養(yǎng)菌在單一系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)NH4+到N2的全部轉(zhuǎn)化過(guò)程，整個(gè)過(guò)程不消耗有機(jī)碳源，耗氧量少，尤其適合處理高氨氮、低碳氮比廢水，是一種極具應(yīng)用前景的高效低耗生物脫氮技術(shù)。由于單級(jí)自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)中氮轉(zhuǎn)化途徑復(fù)雜，可能涉及到全程硝化反硝化、短程硝化反硝化、厭氧氨氧化等多條脫氮途徑，關(guān)于系統(tǒng)中的主導(dǎo)脫氮途徑，目前研究尚存在爭(zhēng)議；同時(shí)單級(jí)自養(yǎng)脫氮工藝在啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中，脫氮

2、途徑可能會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)演替，這些都不利于該工藝的精確調(diào)控及性能優(yōu)化，進(jìn)而限制了其在實(shí)際工程中的應(yīng)用。針對(duì)以上問(wèn)題，本研究以顆粒污泥為介質(zhì)，在 SBR反應(yīng)器內(nèi)構(gòu)建單級(jí)自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)，結(jié)合批式實(shí)驗(yàn)和物料衡算，對(duì)系統(tǒng)啟動(dòng)中各階段的脫氮途徑進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究，同時(shí)采用qPCR技術(shù)對(duì)系統(tǒng)不同階段污泥的菌群結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析。主要研究結(jié)論如下：
　?。?）在SBR反應(yīng)器中接種城市污水廠氧化溝系統(tǒng)硝化污泥，采用人工配置的高氨氮廢水為進(jìn)水，在溫度為30±2℃，

3、pH為8±0.2條件下，經(jīng)好氧顆粒污泥培養(yǎng)、亞硝化啟動(dòng)和單級(jí)自養(yǎng)脫氮工藝啟動(dòng)三個(gè)階段，反應(yīng)器運(yùn)行284天后成功實(shí)現(xiàn)了單級(jí)自養(yǎng)脫氮。在進(jìn)水氨氮濃度為200mg·L-1時(shí)，系統(tǒng)氨氮轉(zhuǎn)化率可達(dá)96.5％，脫氮率可達(dá)89.1%，脫氮性能良好。
　　（2）采用物料衡算和批式實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的手段，研究了系統(tǒng)啟動(dòng)中各階段的氮轉(zhuǎn)化途徑。研究表明：①在好氧顆粒污泥階段和亞硝化階段，系統(tǒng)內(nèi)主導(dǎo)脫氮途徑是硝化反硝化脫氮途徑。好氧顆粒污泥培養(yǎng)階段，出水中氮所

4、占比例為6%，反硝化去除的氮占72%，剩余污泥排走的氮為6%，系統(tǒng)的氮平衡為91.27%，。②亞硝化階段，隨著進(jìn)水氨氮濃度逐漸升高和COD濃度逐漸降低，系統(tǒng)亞硝化效果越來(lái)越好，硝化反硝化途徑所占的脫氮比例也逐漸降低，在第82d到第110d，通過(guò)反硝化作用去除的氮在70%以上，是系統(tǒng)最大的脫氮途徑，到第114d后，反硝化脫氮比例顯著下降，最終降至14.57%；同時(shí)通過(guò)出水帶走的氮所占比例大幅上升，由最初的4.47%最終升至82.66%。③

5、單級(jí)自養(yǎng)脫氮階段，系統(tǒng)存在多種脫氮途徑，分別為亞硝化+厭氧氨氧化、硝化反硝化和氨吹脫。各途徑脫氮貢獻(xiàn)率分別為：硝化反硝化7.32%，氨吹脫5%，亞硝化+厭氧氨氧化57.88%。同時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)存在兩條厭氧氨氧化途徑：途徑一，一部分NH4+發(fā)生短程硝化生成NO2-，由NO2-生成NH2OH，NH2OH與剩余的NH4+反應(yīng)生成N2H4，最終N2H4進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為N2；途徑二，由NH4+生成NH2OH，NH2OH再與系統(tǒng)內(nèi)的NO2-反應(yīng)生成N2O，

6、最后轉(zhuǎn)化為N2。途徑一所占比例較大，為32.71%；途徑二所占比例為25.16%。
　?。?）采用實(shí)時(shí)熒光定量核酸擴(kuò)增檢測(cè)（qPCR）技術(shù)，以接種污泥、亞硝化污泥和單級(jí)自養(yǎng)脫氮污泥為對(duì)象，對(duì)其氨氧化菌（ AOB）、亞硝酸鹽氧化菌（NOB）、反硝化菌（DNF）和厭氧氨氧化菌（AAOB）等主要功能菌的動(dòng)態(tài)演替進(jìn)行了定量分析。結(jié)果表明：接種污泥、亞硝化污泥和單級(jí)自養(yǎng)脫氮污泥中的AAOB基因拷貝數(shù)分別645個(gè)·μL-1，6790個(gè)·μL-

7、1和74800個(gè)·μL-1，說(shuō)明AAOB在亞硝化階段有小幅度的增加，在單級(jí)自養(yǎng)脫氮階段大量的富集；三種污泥中AOB基因拷貝數(shù)分別為10600個(gè)·μL-1、28000個(gè)·μL-1和22000個(gè)·μL-1，說(shuō)明AOB在亞硝化階段得到大量的富集，在單級(jí)自養(yǎng)脫氮階段AOB和AAOB形成有機(jī)的平衡，其數(shù)量稍微減少；接種污泥中NOB基因拷貝數(shù)量最多，為17610個(gè)·μL-1，在亞硝化階段由于AOB的競(jìng)爭(zhēng)，NOB被大量淘汰，其基因拷貝數(shù)減少至2830