不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮效能及污泥菌群特性的研究

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厌氧氨氧化作为一种新型的脱氮技术,具有节约曝气能耗,节省碳源,减少污泥产量和温室气体排放等优点,适合处理低C/N比的高氨氮废水。成熟的厌氧氨氧化颗粒污泥沉降性能好,处理负荷高,具有较高的实用价值,研究厌氧氨氧化颗粒污泥的性质和快速培养方法有利于厌氧氨氧化技术的推广。本文主要对比了不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥性质,分析了不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥的菌群特性,并通过投加不同浓度的金属离子、低浓度有机碳源、高分子絮凝剂CPAM,研究其对厌氧氨氧化颗粒污泥粒径增长的促进作用。主要结论如下:(1)厌氧氨氧化颗粒污泥的物理、化学性质均于颗粒污泥的粒径有关。污泥的沉降性能、比密度和生物质含量均与颗粒污泥粒径呈正相关,并且颗粒污泥粒径越大,无机离子含量越低,有机成分占比越大。R4颗粒污泥粒径最大,厌氧氨氧化活性最好,同时在抵抗冲击负荷方面同样表现最出色。总体来说,大颗粒厌氧氨氧化性能突出,实用价值较高。(2)随着厌氧氨氧化颗粒污泥增长,EPS含量不断增加,其中PN含量的增长最为突出,PS的含量的变化很少。PN含量从R1的43.4mg/gVSS提高到R4的95.1mg/gVSS,PN/PS从R1的5.29提高到R4的8.12。EPS中PN含量的提高会影响污泥的疏水性和Zeta电位从而促进厌氧氨氧化颗粒污泥的聚集,加速其粒径的增长。(3)随着颗粒污泥粒径的增大,微生物群落在不断的演替,微生物多样性不断降低,但厌氧氨氧菌的丰度不断提高,颗粒污泥功能性增强,4组颗粒污泥中的厌氧氨氧菌主要是来自Candidatus Kuenenia属。颗粒污泥的增长也使得各菌种间的协同作用更加密切,互利共生良性竞争,共同维持相对稳定的生态系统。大颗粒污泥中微生物的功能丰度不断提高主要表现在三个方面:一微生物的生长代谢活性得到提高;二遗传信息能被准确的转录翻译;三生物间信号传递更频繁,这三个方面都保障大颗粒厌氧氨氧化污泥的生物活性和生物稳定性。(4)Ca2+、Mg2+和Fe3+都能促进R1粒径污泥的增长,其中Ca2+对颗粒污泥增长的促进效果最明显,但随着投加浓度的增大,颗粒污泥的生物量和厌氧氨氧化活性反而有所下降。投加Mg2+对厌氧氨氧化颗粒污泥粒径增长的影响最小,但培养出的颗粒污泥在生物量和厌氧氨氧化活性上的表现是最好的。添加Fe3+培养厌氧氨氧化颗粒污泥的性能介于Ca2+、Mg2+之间,但Fe3+却与厌氧氨氧化菌的增殖密不可分。Ca2+、Mg2+和Fe3+促进颗粒污泥增长最佳的投加浓度为0.08mmol/L、0.04 mmol/L、0.06 mmol/L,连续培养90d粒径的平均增速为6.11μm/d、4.67μm/d、5.22μm/d。(5)适量添加有机碳源可以使培养瓶中的异养菌与厌氧氨氧菌良性竞争,从而使厌氧氨氧菌分泌大量EPS来保护自身的生长环境,同时EPS有利于细菌间互相黏附,加速了厌氧氨氧化颗粒污泥粒径的增长。提高厌氧氨氧化颗粒污泥EPS的含量和PN/PS,投加有机碳源浓度分别为50mg/L和80mg/L时,颗粒污泥平均增长速率为5.57μm/d和6.0μm/d,高于空白对照培养瓶。当外加有机物浓度高于130mg/L,厌氧氨氧化活性受到抑制,颗粒污泥增长缓慢,当外加有机物浓度高于190mg/L,厌氧氨氧化颗粒污泥开始解体。(6)投加25-40mg/L的CPAM可以提高颗粒污泥的厌氧氨氧化活性,投加CPAM的浓度超50mg/L,颗粒污泥的厌氧氨氧化活性受到抑制。投加25mg/L、35mg/L的CPAM连续培养R1粒径厌氧氨氧化污泥70d,颗粒污泥粒径平均增速分别为5.21μm/d、5.43μm/d,均高于空白对照培养瓶。投加CPAM可以加速厌氧氨氧化颗粒污泥的增长,但培养出的颗粒污泥在机械强度上有所减弱。
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