金霉素對全程自養(yǎng)脫氮微生物的抑制及機理研究.pdf

1、全程自養(yǎng)脫氮(CANON)工藝是一種新型生物脫氮工藝，與傳統(tǒng)工藝相比，可節(jié)省2/3氧氣和全部有機碳源，因此具備廣闊的應(yīng)用前景。目前，全程自養(yǎng)脫氮工藝已經(jīng)在污泥消化液、味精廢水、垃圾滲濾液等多種廢水處理中得到了實際應(yīng)用。然而，由于厭氧氨氧化細菌對外界環(huán)境較為敏感，基質(zhì)、重金屬、無毒性或有毒性有機物等都會成為CANON工藝的抑制因素?？股匾彩且种艭ANON工藝功能微生物的正常代謝重要因子，為了加快CANON工藝在抗生素廢水脫氮處理中的應(yīng)用

2、，本課題選取使用和殘留量大的金霉素復(fù)合式生物膜CANON工藝開展短期和長期抑制試驗及機理研究，主要研究成果如下:
　　(1)啟動并運行了復(fù)合式生物膜全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器。通過接種不同形態(tài)的污泥，采用優(yōu)化后的運行條件，將溫度控制在32±1℃，DO0.1-0.4 mg/L，pH8.2-8.4，有效地限制了AOB的氨氮轉(zhuǎn)化率速率，同時提高了ANAMMOX細菌的氨氮轉(zhuǎn)化速率。經(jīng)過67天運行，總氮去除速率達到0.69kg N/(m3·d)，總

3、氮去除率達到80.7％,實現(xiàn)了穩(wěn)定的全程自養(yǎng)脫氮性能。
　　(2)通過批量試驗研究了金霉素對全程自養(yǎng)脫氮細菌的短期抑制影響。在12h內(nèi)20 mg/L的金霉素對全程自養(yǎng)脫氮細菌幾乎沒有急性毒性抑制，800mg/L的金霉素則能使全程自養(yǎng)脫氮細菌完全失去活性。在同一金霉素濃度下，對脫氮效果的抑制率隨著暴露時間的延長而上升。本試驗中，總氮濃度為180mg/L時，在暴露時間為2h、4h、8h、12h的條件下，金霉素對全程自養(yǎng)脫氮功能微生物的

4、IC50分為870.79mg/L、498.24 mg/L、324.47 mg/L、278.91 mg/L。
　　(3)通過長期試驗研究了金霉素對全程自養(yǎng)脫氮反應(yīng)器的長期抑制作用。進水中添加60 mg/L金霉素，運行前10天反應(yīng)器抑制程度不明顯，從第11天脫氮性能快速惡化，第16天反應(yīng)器的總氮去除率下降62.7％。降低進水中的金霉素濃度至20 mg/L，經(jīng)過12天，反應(yīng)器脫氮性能沒有恢復(fù)，出水中出現(xiàn)NO2-過量積累的現(xiàn)象。在長期抑制

5、試驗的基礎(chǔ)上探討了恢復(fù)策略，最終通過接種含有ANAMMOX細菌的污泥，使得反應(yīng)器經(jīng)過54天后總氮去除速率恢復(fù)到0.12 kgN/(m3·d)。
　　(4)研究了金霉素長期抑制過程中，CANON反應(yīng)器中功能微生物的細菌形態(tài)及豐度變化。掃描電子顯微鏡的研究結(jié)果表明，在CANON反應(yīng)器脫氮效果穩(wěn)定時，生物膜中微生物的主要形態(tài)為球狀;顆粒中微生物的主要形態(tài)為球狀、螺旋狀和短桿狀;絮體中微生物的主要形態(tài)為螺旋狀和短桿狀。在金霉素長期抑制后，

6、絮體、顆粒和生物膜中的微生物均出現(xiàn)細胞膜破裂的現(xiàn)象。使用熒光實時定量PCR方法對主要脫氮功能微生物-AOB和ANAMMOX細菌進行分析，發(fā)現(xiàn)ANAMMOX細菌主要存在于顆粒污泥和生物膜中，在絮體污泥中相對豐度較低; CANON反應(yīng)器從啟動到穩(wěn)定過程中，顆粒污泥和生物膜中ANAMMOX菌的相對豐度升高，絮體污泥中AOB的相對豐度顯著升高;而在金霉素抑制過程中，顆粒污泥和生物膜中ANAMMOX菌的相對豐度降低，絮體污泥中AOB的相對豐度也降