有机物对厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应脱氮特征的影响研究

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厌氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)反应是在厌氧条件下,厌氧氨氧化菌(Anaerobic ammonium oxidation bacteria,AAOB)利用NO2--N作为电子受体,将NH4+-N氧化成N2的自养生物转化过程。本文通过批次实验研究了有机物存在条件下,厌氧氨氧化反应所表现出的特征。首先通过淀粉的添加实验,探究了不同淀粉浓度对ANAMMOX反应的影响。结果表明:淀粉的抑制浓度阈值(NH4+-N去除率低于80%)大约为640 mg/L;随着淀粉添加浓度的升高,NH4+-N的去除率逐渐的降低,NO3--N的生成浓度则逐渐减小,但是在反应过程中并没有发现NO2--N的去除所受到的影响,同时NH4+-N和NO2--N、NH4+-N和COD都是同步去除的;就化学计量比而言,随着淀粉浓度的逐渐升高,NO2--N的去除量/NH4+-N去除量之间的比值(R1)是逐渐增大的,而NO3--N的生成量/NH4+-N去除量之间的比值(R2)却是逐渐减小的,并且R1的变化明显慢于R2的变化(R2开始逐渐减小时所对应的淀粉添加浓度明显低于R1所对应的值)。另外,由于厌氧氨氧化菌(AAOB)的代谢方式在受到有机物影响之后可能发生了相应变化,导致了ANAMMOX反应的理论R1值低于对照组所对应的1.29。从Δp H和ΔORP的分析可知,在淀粉存在条件下,ANAMMOX反应、反硝化反应和厌氧发酵反应同时在反应系统内发生,并且p H和NH4+-N浓度之间存在很好的线性相关性。其次,本课题也研究了不同有机物种类对ANAMMOX反应所产生的不同影响。丁二酸钠、酒石酸钾钠、蛋白胨和乳糖对ANAMMOX反应的抑制浓度阈值依次为192.5 mg/L、210 mg/L、225 mg/L、325 mg/L,同时此顺序也代表着四种有机物对ANAMMOX反应抑制程度的大小顺序。当四种有机物的添加浓度低于80 mg/L时,其对ANAMMOX反应的影响并不明显,但由于NO3--N的生成量降低,因此TN的去除率均是逐渐上升的;当有机物添加浓度高于160 mg/L时,NH4+-N去除率降低,NO2--N的去除速率升高,生成的NO3--N浓度降低。化学计量比的变化趋势与淀粉添加实验相似,且在同一有机物浓度下,四种有机物添加所引起的R1、R2的值由大到小的顺序均为乳糖、蛋白胨、酒石酸钾钠和丁二酸钠。此部分研究就最大比氨氧化活性(SAA)和最大比反硝化活性(SDA)的变化发现,当乳糖、蛋白胨、酒石酸钾钠的添加浓度低于80 mg/L时,三组反应器内SAA的值均高于空白对照组,这表明三种有机物的添加促进了ANAMMOX反应的进行。之后,随着有机物添加浓度的逐渐升高,SAA逐渐的减小,而SDA却逐渐的增大。从热力学角度对反应系统内所发生的反应进行研究可知,反硝化反应和ANAMMOX反应同时存在于系统内,且在相同条件下反硝化反应优先于厌氧氨氧化反应发生。
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