Anammox反應(yīng)器的啟動(dòng)運(yùn)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(diǎn)，應(yīng)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(shí)間長(zhǎng)(10-19d)，細(xì)胞產(chǎn)率低，對(duì)環(huán)境條件十分敏感，導(dǎo)致厭氧氨氧化工藝啟動(dòng)過(guò)程十分緩慢，厭氧氨氧化顆粒污泥的培育十分困難，嚴(yán)重制約了厭氧氨氧化工藝的工程應(yīng)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(dòng)了厭氧氨氧化UASB反應(yīng)器，培育獲得了厭氧氨氧化顆粒污泥，在此基礎(chǔ)上研究了anammox反應(yīng)器的啟動(dòng)特性、運(yùn)行特性以及Mn(Ⅱ)的作用特性。主要結(jié)論如下:
　　(1)揭示了厭氧氨氧化UASB反應(yīng)器的啟動(dòng)過(guò)程特性。以厭氧顆粒污泥作為接種物，經(jīng)162d運(yùn)行，成功啟動(dòng)了厭氧氨氧化反應(yīng)器，啟動(dòng)過(guò)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(dòng)過(guò)程中反

3、應(yīng)器內(nèi)黑色的厭氧顆粒污泥經(jīng)歷了解體和重新聚集的過(guò)程，逐漸轉(zhuǎn)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(tuán);同時(shí)觀測(cè)到污泥表面附著有Fe-Zn沉淀物，不利于反應(yīng)器的啟動(dòng)，據(jù)此提出了在厭氧氨氧化啟動(dòng)過(guò)程中減少營(yíng)養(yǎng)液中Fe、Zn含量以加快啟動(dòng)的策略。宏基因組測(cè)序分析結(jié)果表明，在啟動(dòng)過(guò)程中，接種污泥中的優(yōu)勢(shì)菌群（變形菌門(mén)（Proteobacteria）、擬桿菌門(mén)（Bacteroidetes）和厚壁菌門(mén)（Firmicutes））大幅減

4、少，厭氧氨氧化菌所屬的浮霉?fàn)罹T(mén)(Planctomycetes)細(xì)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(fù)荷下anammox反應(yīng)器的運(yùn)行特性。在低負(fù)荷下，保持反應(yīng)器的進(jìn)水NH4+-N和NO2--N濃度在272和300mg/L，通過(guò)逐步縮短水力停留時(shí)間(HRT)至2h，反應(yīng)器的容積氮負(fù)荷可達(dá)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?fàn)罹T(mén)占23.24％，沒(méi)有觀測(cè)到顆粒污泥的明顯上浮。而在高負(fù)荷下，當(dāng)反應(yīng)器進(jìn)水NH4+-N和NO2--N濃度為272和300 mg/L，可將反應(yīng)器的HRT縮短至1h，容積氮負(fù)荷可達(dá)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?fàn)罹T(mén)為主，比例高達(dá)42.69％，是低負(fù)荷下

6、厭氧氨氧化顆粒污泥含量的2倍;在負(fù)荷提升過(guò)程中，觀測(cè)到反應(yīng)器內(nèi)厭氧氨氧化顆粒污泥上浮，且上浮現(xiàn)象隨負(fù)荷提升而加劇，不利于反應(yīng)器的穩(wěn)定運(yùn)行。比較分析發(fā)現(xiàn)，高負(fù)荷下反應(yīng)器內(nèi)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(zhì)傳遞限制，浮泥中浮霉?fàn)罹?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(yīng)器內(nèi)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(duì)anammox的短期和長(zhǎng)期作用特性。批次試驗(yàn)表明，Mn(Ⅱ)對(duì)厭氧氨氧化污泥的半抑制濃度(IC50)為4.83mg/L，當(dāng)Mn離子濃度大于3mg/L時(shí)，厭氧氨氧化活性隨著錳離子濃度的升高而降低，當(dāng)錳離子濃度達(dá)到15mg/L時(shí)，厭氧氨氧化活性在0.5h內(nèi)即受到強(qiáng)烈抑制，幾乎喪失脫氮性能。但采用逐級(jí)馴化的策略，通過(guò)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(yīng)器的運(yùn)行性能依然保持穩(wěn)