外加微量聯(lián)氨影響全自養(yǎng)脫氮的機(jī)制：功能微生物群落與N2O產(chǎn)生.pdf

1、與傳統(tǒng)的硝化-反硝化工藝相比,完全自養(yǎng)脫氮工藝(completely autotrophic nitrogen removal over nitrite, CANON)在理論上可節(jié)省62.5％的硝化所需氧量和100％的反硝化需氧有機(jī)COD量,是符合當(dāng)前廢水處理節(jié)能減排發(fā)展要求的可持續(xù)廢水脫氮處理新技術(shù)。課題組前期對CANON過程的影響因素、脫氮貢獻(xiàn)和外加聯(lián)氨(N2H4)強(qiáng)化全自養(yǎng)脫氮能力等進(jìn)行了研究。本文從外加微量N2H4對好氧氨氧化及

2、亞硝酸鹽氧化動(dòng)力學(xué)特性、CANON系統(tǒng)的N2O的產(chǎn)生特性和功能微生物群落的影響三方面進(jìn)行研究。目的是通過優(yōu)化CANON系統(tǒng)的外加N2H4水平,在強(qiáng)化厭氧氨氧化和抑制亞硝酸鹽氧化菌(nitrite oxidation bacteria, NOB)活性的同時(shí),降低對氨氧化菌(ammonia oxidation bacteria, AOB)活性的負(fù)面影響,綜合提高系統(tǒng)脫氮性能、減少N2O產(chǎn)生,為CANON工藝的工程應(yīng)用提供重要科學(xué)依據(jù)與基礎(chǔ)數(shù)

3、據(jù)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：①建立與羥胺(NH2OH)關(guān)聯(lián)的好氧氨氧化兩步動(dòng)力學(xué)表達(dá),將硝化過程分為三步,應(yīng)用氧利用速率(oxygen uptake rate, OUR)的呼吸測量法估計(jì)了好氧氨氧化兩步過程及亞硝酸鹽氧化過程的動(dòng)力學(xué)參數(shù),深化了對生物硝化過程的理解和認(rèn)識。②N2H4對好氧氨氧化及對亞硝酸鹽氧化動(dòng)力學(xué)抑制類型分別為競爭性和非競爭性抑制,N2H4對亞硝酸鹽氧化的抑制大于其對好氧氨氧化的抑制;建立了N2H4抑制硝化過程

4、三步動(dòng)力學(xué)模型,通過模擬外加微量N2H4條件下硝化反應(yīng)各過程外源性呼吸剖面線,首次得到N2H4好氧氨氧化過程基質(zhì)半飽和常數(shù)和最大比基質(zhì)利用速率(分別為7.96±0.811mgN2H4-N/L,0.0916±0.0188 mgN2H4-N/mgCOD/h)、N2H4抑制NH2OH氧化和亞硝酸鹽氧化的動(dòng)力學(xué)參數(shù)估計(jì)值(分別為7.88±0.783 mgN2H4-N/L和1.223±0.555 mgN2H4-N/L)。③硝化污泥中的AOB氨單加

5、氧酶α亞基(amoA)克隆序列主要聚于亞硝化球菌(Nitrosococcu)屬和亞硝化單胞菌(Nitrosomonas)屬,另有少部分屬于亞硝化螺旋菌(Nitrosospira)屬;NOB亞硝酸鹽氧化還原酶β亞基(nxrB)克隆序列聚于硝化細(xì)菌(Nitrobacter)屬,大部分屬于硝化細(xì)菌屬中的Nitrobacter winogradskyi,僅有少部分屬于Nitrobacter vulgaris和Nitrobacter hambur

6、gensis;長期外加微量N2H4對硝化污泥中AOB與NOB的生長均具有明顯抑制作用。④CANON污泥中的AOB amoA基因克隆序列主要聚于 Nitrosomonas屬和Nitrosococcus屬;NOB nxrB基因克隆序列聚于Nitrobacter屬;厭氧氨氧化(anaerobic ammonia oxidation, ANAMMOX)菌群落組成較為豐富,部分ANAMMOX菌聯(lián)氨合酶α亞基(hzsA)克隆序列聚于Candidat

7、us Scalindua屬;長期外加微量N2H4促進(jìn)ANAMMOX菌生長,對AOB生長產(chǎn)生部分抑制作用。⑤長期添加微量N2H4強(qiáng)化CANON富集得到的CANON污泥顆粒主要呈球狀和橢球狀,外表層有著較緊密的微生物結(jié)構(gòu)及少量細(xì)小的孔隙,導(dǎo)致 DO不易被穿透形成內(nèi)部缺/厭氧區(qū)域;好氧的AOB主要位于顆粒外層,厭氧的ANAMMOX菌主要位于顆粒污泥內(nèi)部。⑥限氧-厭氧交替運(yùn)行的CANON系統(tǒng)中,N2O產(chǎn)生的途徑包括NH2OH生物氧化與AOB反硝

8、化;限氧條件下,NH2OH生物氧化的貢獻(xiàn)大于AOB反硝化;厭氧條件下,N2O主要由AOB反硝化產(chǎn)生。⑦CANON污泥的間歇試驗(yàn)結(jié)果表明,限氧條件下外加微量N2H4減少N2O產(chǎn)生;厭氧條件下外加微量N2H4促進(jìn)N2O產(chǎn)生;在交替限氧-厭氧的CANON反應(yīng)器中,外加微量N2H4在限氧階段被完全降解,消除了其在厭氧階段可能的負(fù)面影響;因此,在交替限氧-厭氧CANON反應(yīng)器中,外加微量N2H4在提高脫氮性能的同時(shí)降低了N2O的產(chǎn)生;在長期外加微