【摘 要】
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近年来,低碳氮比污水中氮素的去除成为了我国污水处理的重点与难点。厌氧氨氧化(Anaerobic ammonia oxidation,Anammox)由于其成本低、污泥产量少等优点,有望应用于低碳氮比污水中氮素的去除,但在实际污水中亚硝酸的缺乏、以及Anammox菌生长缓慢等因素都成为了其在实际应用中的掣肘。本研究针对实际污水中亚硝酸盐的缺乏,探究活性污泥与厌氧氨氧化污泥接种物分别以电极和Fe(Ⅲ)
【基金项目】
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无水冲式厕所系统及排泄物处理与资源化关键技术研发. 国家重点研发计划项目课题(2018YFD1100503)
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近年来,低碳氮比污水中氮素的去除成为了我国污水处理的重点与难点。厌氧氨氧化(Anaerobic ammonia oxidation,Anammox)由于其成本低、污泥产量少等优点,有望应用于低碳氮比污水中氮素的去除,但在实际污水中亚硝酸的缺乏、以及Anammox菌生长缓慢等因素都成为了其在实际应用中的掣肘。本研究针对实际污水中亚硝酸盐的缺乏,探究活性污泥与厌氧氨氧化污泥接种物分别以电极和Fe(Ⅲ)为电子受体实现厌氧氨氧化的可能性,并对氨氮浓度和Fe(Ⅲ)浓度对系统效能的影响进行探究,以期实现以非亚硝酸盐形式的其他电子受体的厌氧氨氧化。通过构建双室微生物燃料电池系统,在阳极实现了以活性污泥和厌氧氨氧化污泥为接种物,电极为电子受体的厌氧氨氧化。其中以活性污泥为接种物的系统(activated sludge-electrode,As-E)实现了65±5%的氨氮去除率和30 m V左右的电压;以厌氧氨氧化污泥为接种物的系统(Anammox-electrode,An-E)实现了65%以上的氨氮去除率和0.3 m V的电压。而此两种系统对氨氮的浓度增长表现出不一样的反应:An-E系统在氨氮浓度升高至90 mg/L时,体系的氨氮去除率不变,电压提高至90m V左右,但在升高至100 mg/L时体系氨氮去除率下降至52%以下,电压下降至3 m V左右;而As-E系统在氨氮浓度提高至120 mg/L时依然展现出了良好的脱氮性能。通过对活性污泥和厌氧氨氧化污泥以Fe(Ⅲ)为电子受体的可能性探究,发现活性污泥无法利用Fe(Ⅲ)为电子受体氧化氨氮,而以厌氧氨氧化污泥则具备此功能。在以厌氧氨氧化污泥为接种物,Fe(Ⅲ)为电子受体的系统(AnammoxFe(Ⅲ),An-Fe)中,检测到了氨氮氧化与Fe(Ⅲ)的还原,实现了65-85%的氨氮去除率。当氨氮浓度提高至90 mg/L时,系统丧失脱氮能力,表现出了极强的氨氮浓度敏感性。此外,在Fe(Ⅲ)浓度分别为:5、10、15 mg/L时发现当浓度为15 mg/L时的脱氮效果最好。分别对An-E及An-Fe的系统微生物群落进行分析,An-E中的脱氮产电菌门为拟杆菌门、绿弯菌门、变形菌门硝化螺旋菌门和厚壁菌门;产电菌Geobacter、Pseudomonas与产电脱氮菌Nitrosomonas共同在系统中发挥作用。在An-Fe中的与脱氮和铁还原相关的菌门分别为放线菌门、酸杆菌门和可介导硝酸盐与Fe(Ⅲ)还原的绿弯菌门;系统中的厌氧氨氧化菌Candidatus Brocadia、亚硝化菌Nitrosomonas和铁还原菌Bryobacter在系统的脱氮与铁转化过程中发挥作用。此外,结合不同Fe(Ⅲ)浓度条件下的氨氮去除率分析推测Candidatus Brocadia可以Fe(Ⅲ)为电子受体实现厌氧氨氧化。因此,通过本试验,证明了以不同接种物利用不同电子受体实现厌氧氨氧化的可能性,为进一步的性能优化及反应器设计提供了基础,为缺乏亚硝酸盐时实现厌氧氨氧化提供了新的思路,对开发新型生活污水脱氮技术具有重要意义。
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