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生物脱氮和除硫一直是废水处理领域的研究重点。硫酸盐还原菌处理高浓度硫酸盐的有机废水是目前比较常用而且有效的生物处理方法。而厌氧氨氧化工艺又为生物脱氮技术带来了新希望,如果将厌氧氨氧化工艺与硫酸盐还原工艺相结合,来处理含高硫高氮的有机废水,那么必将开辟一条高效低耗的新途径。本课题针对两种处理工艺的主要作用微生物——厌氧氨氧化菌和硫酸盐还原菌之间的耦合作用进行研究,得出以下结论:
1. 采用自养反硝化方式低负荷启动UBF反应器,经过113天后,成功地转为厌氧氨氧化过程。并于52天后获得稳定的厌氧氨氧化活性。将UBF反应器中的厌氧氨氧化混培菌取出进行活性测定,结果表明,厌氧氨氧化菌最大氨降解速率为0.98mgN/gVSS·h<-1>,总氮降解速率为1.89mgN/gVSS·h<-1>。
2. 利用厌氧消化污泥和厌氧颗粒污泥在10天内成功富集到硫酸盐还原菌,并且测定了其基质降解情况。从整体上看,硫酸根的降解呈二次曲线逐渐减少,其方程近似为y=0.5598x<2>-24.291.x+445。同样,COD的降解呈线性逐渐减少,其方程近似为y=-20.401x+712.3。
3. 利用厌氧氨氧化菌进行人工模拟废水的处理,结果发现:十五天中,NO<,2><->-N的去除速率呈上升趋势,从1.85mg/(L·h<-1>)提高到了2.7 mg/(L.h<-1>)。在每天测定的时段内,1~5h去除速率最快。而氨氮只有在第一天和第五天有所去除。反应器中,COD的转化速率有明显提高。1~5h去除速率由31.55 mg/L·h<-1>提高了43.5 mg/L·h<-1>,提高了38%,与NO<,2><->-N的变化趋势相同。表明在1~5h,系统中异养反硝化作用比较强烈。扫描电镜观察结果显示:开始污泥中以成簇生长的球状菌为主。而到最后,球状菌基本消失,取而代之的是大量的杆菌。
4. 利用硫酸盐还原菌进行自配混合废水的处理,结果发现: NO<,2><->-N能很快消耗掉。第五天,仅用5h就将NO<,2><->-N完全去除。到了第十天和第十五天,1h后,NO<,2><->-N的去除率已接近80%。COD的去除率从第一天的30%上升到了80%。SO<,4><2->的去除率从20%提高到了50%以上。扫描电镜观察结果表明,菌种的基本形态没有明显的变化,其中短杆菌数量明显增加。利用厌氧氨氧化菌和硫酸盐还原菌等量混合后的菌种进行混合模拟废水的处理实验,结果发现,混合菌种对于NO<,2><->-N的去除效果十分明显,但是通过计算NO<,2><->-N的去除速率发现,从第一天到第十五天,NO<,2><->-N的去除率经历了先升高后降低的变化。而COD的去除速率却显著提高,由第一天的30.4mg,(L·h<-1>)提高到45.2 mg/(L·h<-1>)。反应器中O<,4><2->的去除速率呈现下降趋势。扫描电镜观察发现,处理前大量的球状菌处理后基本消失。由三种菌处理效果的比较可以得出厌氧氨氧化菌与硫酸盐还原菌之间的耦合作用关系:在两种菌共存的高氮高硫的有机废水中,硫酸盐还原菌会对厌氧氨氧化作用产生抑制。而且随着反应的进行,异养反硝化作用不断增强,会进一步威胁厌氧氨氧化菌活性的发挥。对于硫酸盐还原菌而言,厌氧氨氧化菌的存在不会对其活性产生影响,但是异养反硝化菌会在电子供体的利用上与之形成竞争关系。由于反硝化菌对于基质底物利用能力强,导致硫酸盐还原菌的活性也会被其所抑制。