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        江苏铭盛环境

        有机物对厌氧氨氧化颗粒污泥的影响

        文章出处:未知发表时间:2021-11-11 17:16:31



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        厌氧氨氧化(Anammox)工艺因无需外加有机碳源,污泥产量低,运转本钱低、脱氮效率高等优点,适用于处置低碳氮比的高氨氮废水。而实际生活和工业废水处理中含有浓度和品种不同的有机物,通常以为有机物的存在会对厌氧氨氧化菌产生负面影响。此外,厌氧氨氧化污泥颗粒化能够最大水平持留微生物量,强化功用菌的增殖,并在一定水平上缓解环境变化招致的脱氮效率降落,是处理这一问题的有效途径。但是如何经过进步厌氧氨氧化颗粒污泥本身的性能,进步厌氧氨氧化系统的抗有机物干扰才能显得尤为必要。

         

        对此,苏州科技大学陈重军副教授课题组展开了如下研讨:不同浓度有机物长期胁迫对厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮效能、理化性质和微生物群落构造的影响;生物炭介导下有机物对厌氧氨氧化颗粒污泥的脱氮性能、理化性质和脱氮除碳代谢途径的影响。相关研讨成果发表于Journal of Cleaner ProductionJournal of Environmental Science和《中国环境科学》,以期为厌氧氨氧化颗粒污泥的研讨和工程应用提供参考。

         

        研讨1:不同浓度有机物长期胁迫对厌氧氨氧化颗粒污泥的影响

         

        反响器运转效能如图1所示,在050100150200 mg/LCOD浓度的胁迫下,随着COD的增加氨氮的去除率呈降落趋向,分别为97.71 %97.23 %83.87 %68.11 %46.52 %,而亚硝态氮的去除率维持在96.78~98.62 %。各胁迫浓度下,总氮去除率分别为97.20 %98.00 %92.12 %85.06 %75.02 %,阐明低浓度的有机物(50 mg/L)经过使厌氧氨氧化菌和异养反硝化菌之间构成稳定的协同作用进步了总氮的去除率(见图1)。而有机物浓度为150 mg/L200 mg/L时颗粒污泥的均匀粒径呈现先增长后降落的趋向,且颗粒污泥的SVI值升高,沉降性能变差(见图2)。经过SEM察看颗粒污泥的微观构造发现颗粒污泥外表有明显的裂痕,揣测有机物浓度超越150 mg/L时,长期胁迫下会形成颗粒污泥的崩溃。当有机物浓度超越50 mg/L时厌氧氨氧化颗粒污泥的优势门由Chloroflexi变为Proteobacteria。此外有机物长期胁迫下Candidatus Brocadia替代Candidatus Kuenenia成为厌氧氨氧化菌的优势属。

         

        图片62 

        1 不同有机物浓度下厌氧氨氧化颗粒污泥的脱氮性能

         

        图片63 

        2 不同有机物浓度下厌氧氨氧化颗粒污泥的理化性质

         

        研讨2:生物炭介导下有机物对厌氧氨氧化颗粒污泥的影响

         

        课题组前期研讨发现,生物炭存在条件下能够促进厌氧氨氧化菌的增殖。本研讨采用竹炭为研讨对象,剖析了竹炭存在下有机物对厌氧氨氧化颗粒污泥的影响。研讨发现,运转120天后,在不添加竹炭条件下,随着COD的浓度增加,氨氮的去除效率逐步降低。当COD浓度为50100150 mg?L-1时,氨氮均匀去除率为89.4 %77.4 %66.2 %。但是参加竹炭后,均匀氨氮去除效率分别进步到96.2 %84.5 %71.5 %。当COD浓度为50100150 mg?L-1时,均匀TN去除效率分别为85.9 %82.6 %81.4 %,参加竹炭后,均匀TN去除效率分别为92.3 %88.9 %84.6 %,添加竹炭的反响器对TN的去除率进步3.1~6.4 %(见图3)。

        图片64 

         

        图片65 

         

        3生物炭介导下有机物对厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮的影响过程

         

        投加竹炭对厌氧氨氧化颗粒污泥的理化性质也形成显著的影响,研讨发现,随着COD浓度的增加,EPS逐步减小,过量的COD将抑止厌氧氨氧化菌的竞争优势,不利于厌氧氨氧化菌 EPS的分泌,加竹炭时的EPS比不加竹炭时要高。由于EPS的分泌,不添加竹炭条件下均匀粒径0.8 mm,而添加竹炭上升至1.2 mm(见图4)。研讨也发现,投加竹炭可使颗粒污泥外表构造更致密,有机碳源胁迫下可维持完好。竹炭孔隙内附着大量的污泥,为功用微生物的寄居、生长和繁衍提供温馨的环境。

         

        图片66 

         

        4 生物炭介导下有机物对厌氧氨氧化颗粒污泥理化性质的影响

         

        应用 R 言语的 igraph 包和 Hmisc 包对反响器污泥样品相对丰度前 300 的属停止相关性系数的计算,生成微生物共现性网络图(见图5)。厌氧氨氧化菌优势菌属Candidatus BrocadiaCandidatus JetteniaHalomonas相衔接,而添加竹炭的处置组Halomonas的相对丰度均高于不添加炭的对照组。据报道Halomonas是一种中度嗜盐菌,具有反硝化作用,能够产聚羟基丁酸酯(poly hydroxyalkanoates, PHA),而PHA能够维护微生物细胞受极端环境胁迫同时被贮存在胞内作为缓释碳源。较普通的异养反硝化菌而言,Halomonas不易被环境扰动从而碳代谢愈加稳定,这可能是Candidatus BrocadiaCandidatus Jettenia的相对丰度在有机物和竹炭共存条件下降落幅度较小的缘由。

         

        研讨标明编码联氨脱氢酶(hydrazine dehydrogenase , HDHEC:1.7.2.8)的基因hdh和编码联氨合成酶(hydrazine synthase , HZSEC:1.7.2.7)3个亚基的基因hzsABC只存在于厌氧氨氧化体中,如图6氮代谢功用基因表达热图所示,当C/N比为0.280.83时竹炭促进了hdhhzsABC基因的表达,但是C/N0.56时的结果却与之相反。

         



        糖酵解途径(glycolytic pathway , EMP)和三羧酸循环(tricarboxylic acid cycleTCA cycle)是大多数生物所共有的糖合成代谢途径,因而有必要对两个通路的功用基因停止进一步剖析。图7EMPTCA功用基因代谢热图,能够看出从葡萄糖到丙酮酸共有十步连续的酶促反响,其中三步最主要的限速步骤分别为:葡萄糖在葡萄糖激酶(glucokinase, EC:2.7.1.2)的催化下生成葡萄糖-6-磷酸、果糖-6-磷酸在果糖磷酸激酶(phosphohexokinase, EC:2.7.1.11)催化下生成果糖-16-二磷酸以及磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶(pyruvate kinase, EC:2.7.1.40)的催化下生成丙酮酸,三个反响均为不可逆反响。当C/N比为0.280.83时,竹炭的投加显著促进了葡萄糖激酶基因glk、果糖磷酸激酶基因PFK、丙酮酸激酶基因PK的表达,而C/N0.56glkPFK在炭处置下是下调的。此外,TCA循环也遭到一系列酶的调控,其中丙酮酸脱氢酶系(丙酮酸脱氢酶E1,二氢硫辛酰转乙酰基酶E2,二氢硫辛酰胺脱氢酶E3EC:1.2.4.1EC:2.3.1.12EC:1.8.1.4)催化的丙酮酸氧化脱羧构成乙酰辅酶A过程是衔接EMPTCA的中心环节(不可逆)。丙酮酸脱氢酶系是一个位于线粒体内膜上的多酶复合体,触及aceEDLATDLD三个功用基因,不同有机物浓度下三个功用基因的表达量均表现为加炭处置组大于对照组,阐明竹炭有效促进了EMP途径与TCA循环的衔接。

         


        小结与瞻望

         

        有机物对厌氧氨氧化的影响是一个陈词滥调但又历久弥新的研讨焦点,也是厌氧氨氧化工艺工程应用过程中无可躲避的理想问题。本研讨探明了不同浓度有机物对厌氧氨氧化颗粒污泥脱氮效能和微观构造特性的影响,探究了外加介体资料(如生物炭)对缓解有机物抑止作用的过程特性及工作机制。研讨结果将为厌氧氨氧化颗粒污泥的工程化应用提供一定的自创意义。

         


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