Anammox反應器的啟動運行及Mn(Ⅱ)的作用特性研究.pdf

1、厭氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation，anammox)工藝是一種新型生物脫氮工藝，與傳統(tǒng)的硝化反硝化脫氮工藝相比具有氮去除率高、能耗低、污泥產(chǎn)量低、溫室氣體減少排放等優(yōu)點，應用前景廣闊。但厭氧氨氧化菌為難培養(yǎng)微生物，以氨為能源，CO2為碳源，倍增時間長(10-19d)，細胞產(chǎn)率低，對環(huán)境條件十分敏感，導致厭氧氨氧化工藝啟動過程十分緩慢，厭氧氨氧化顆粒污泥的培育十分困難，嚴重制約了厭氧氨氧化工藝的工程應用。

2、為了快速獲取anammox顆粒污泥，本研究采用厭氧顆粒污泥作為接種物，成功啟動了厭氧氨氧化UASB反應器，培育獲得了厭氧氨氧化顆粒污泥，在此基礎上研究了anammox反應器的啟動特性、運行特性以及Mn(Ⅱ)的作用特性。主要結論如下:
　　(1)揭示了厭氧氨氧化UASB反應器的啟動過程特性。以厭氧顆粒污泥作為接種物，經(jīng)162d運行，成功啟動了厭氧氨氧化反應器，啟動過程依次經(jīng)歷了菌體自溶、活性遲滯、活性提高和活性穩(wěn)定階段。啟動過程中反

3、應器內黑色的厭氧顆粒污泥經(jīng)歷了解體和重新聚集的過程，逐漸轉變成血紅色的厭氧氨氧化顆粒污泥，且顆粒表面含有豐富的官能團;同時觀測到污泥表面附著有Fe-Zn沉淀物，不利于反應器的啟動，據(jù)此提出了在厭氧氨氧化啟動過程中減少營養(yǎng)液中Fe、Zn含量以加快啟動的策略。宏基因組測序分析結果表明，在啟動過程中，接種污泥中的優(yōu)勢菌群（變形菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）和厚壁菌門（Firmicutes））大幅減

4、少，厭氧氨氧化菌所屬的浮霉狀菌門(Planctomycetes)細菌豐度則由1.59％大幅提高到23.24％，相比于接種污泥增加了13.6倍。
　　(2)揭示了不同負荷下anammox反應器的運行特性。在低負荷下，保持反應器的進水NH4+-N和NO2--N濃度在272和300mg/L，通過逐步縮短水力停留時間(HRT)至2h，反應器的容積氮負荷可達6864 mg/(L·d)，平均容積NH4+-N去除速率為2856 mg/(L·d)

5、;顆粒污泥顏色夾雜紅色和黑色，其中厭氧氨氧化菌所屬的浮霉狀菌門占23.24％，沒有觀測到顆粒污泥的明顯上浮。而在高負荷下，當反應器進水NH4+-N和NO2--N濃度為272和300 mg/L，可將反應器的HRT縮短至1h，容積氮負荷可達15491mg/(L·d)，容積NH4+-N去除速率升高至7040mg/(L·d);富集培育獲得了血紅色的厭氧氨氧化顆粒污泥，其菌落組成以厭氧氨氧化菌所屬的浮霉狀菌門為主，比例高達42.69％，是低負荷下

6、厭氧氨氧化顆粒污泥含量的2倍;在負荷提升過程中，觀測到反應器內厭氧氨氧化顆粒污泥上浮，且上浮現(xiàn)象隨負荷提升而加劇，不利于反應器的穩(wěn)定運行。比較分析發(fā)現(xiàn)，高負荷下反應器內的沉泥粒徑為1.5mm，表面孔隙較多，浮泥粒徑為2mm，表面EPS較多。由于基質傳遞限制，浮泥中浮霉狀菌含量(36.24％)低于沉泥的含量(42.69％)，據(jù)此提出“浮泥破碎-返回沉降”以增加反應器內厭氧氨氧化菌數(shù)量的控制策略。
　　(3)利用富集培養(yǎng)成功的anam

7、mox污泥，探究了錳對anammox的短期和長期作用特性。批次試驗表明，Mn(Ⅱ)對厭氧氨氧化污泥的半抑制濃度(IC50)為4.83mg/L，當Mn離子濃度大于3mg/L時，厭氧氨氧化活性隨著錳離子濃度的升高而降低，當錳離子濃度達到15mg/L時，厭氧氨氧化活性在0.5h內即受到強烈抑制，幾乎喪失脫氮性能。但采用逐級馴化的策略，通過緩慢提高錳離子的濃度，培育獲得了可耐受200mg/L Mn2+的厭氧氨氧化污泥，反應器的運行性能依然保持穩(wěn)