厌氧氨氧化动力学及Ni2+影响研究

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氮元素污染是水污染的主要来源之一,厌氧氨氧化脱氮技术作为一种新型的微生物脱氮技术,以其高效、无污染的特点,在生物脱氮领域已经开始得到广泛的应用,而其主要应用的垃圾渗滤液场景中,往往含有较多的重金属,而镍是垃圾渗滤液中含量较多的重金属之一。本文对厌氧氨氧化动力学及Ni2+对厌氧氨氧化菌的影响进行了研究,主要包括以下研究内容:通过Anammox底物浓度批次试验,对底物浓度进行动力学拟合,根据Monod及Haldane模型得出厌氧氨氧化菌最佳生长底物浓度,在得出的最佳生长浓度下,进行重金属批量影响试验,根据剂量效应公式拟合得出重金属Ni2+对厌氧氨氧化菌的短期影响曲线。进行长期试验,对Anammox反应器脱氮性能及Anammox颗粒污泥的生长性能参数(如EPS、SEM、DHA、粒径、群落结构等)进行测定与分析。得出主要结果及结论如下:(1)动力学试验研究中,采用试验室已成功培养并稳定运行4个月以上的厌氧氨氧化污泥,通过批次试验得出,Monod更适合拟合氨氮动力学参数,拟合结果为最大氨氮反应速率Vmax为739.476mgN/(gVSS.d),半饱和常数KS为160.803mg/L;Haldane更适合拟合亚硝态氮,亚硝态氮的最大反应速率Vmax为2185.034mgN/(gVSS.d),亚硝态氮的半饱和常数KS为371.242mg/L,抑制常数KI值为147.460mgN/L。确定了厌氧氨氧化菌的最佳生长浓度,氨氮130mg/L,亚硝态氮156mg/L。(2)剂量效应曲线拟合得出Ni2+的半抑制浓度为19.44mg/L,当SAA消减10%时,Ni2+浓度8.57mg/L。厌氧氨氧化菌的活性分为:刺激阶段与抑制阶段,刺激阶段(0-6mg/L),Ni2+浓度为2mg/L时厌氧氨氧化SAA最大,达到最高125.92%;抑制阶段(6-50mg/L),抑制效果明显,Ni2+浓度为50mg/L时厌氧氨氧化SAA为2.51%。(3)Ni2+长期影响试验的接种污泥来源于实验室稳定运行的反应器,经过淘洗后进行驯化,试验采用上流式厌氧污泥悬浮填料填充反应器,结果表明,未投加Ni2+的系统可以稳定运行,投加浓度为0.5mg/L时,脱氮效果有所提升,Ni2+浓度为2mg/L时,氨氮去除开始出现抑制现象,镍浓度增加至4mg/L时,亚硝去除开始出现抑制,长期试验Ni2+在颗粒污泥中有毒性累积作用,承受的Ni2+浓度更低。实验末期脱氮性能大幅下降,颗粒污泥结构被破坏,颗粒污泥絮状较多,沉降性能差。颗粒污泥相比于絮状污泥抵抗重金属侵入更有优势,去除Ni2+效果也降低。而在污泥外部,随着进水Ni2+浓度的增加出水Ni2+也相应增加,反应器Ni2+去除负荷在每个阶段内总是降低,但高于上一阶段负荷,去除率整体呈现下降趋势,Ni2+浓度每次增加都会引起去除率短暂的上升,这是由于污泥对外界不利因素有一定缓冲作用。(4)接种污泥的扫描电镜显示,污泥为颗粒状,生长状态良好,大多为球形聚集而成,排列紧密,是典型的厌氧氨氧化菌形态结构。之后,变得形态多样且表面不规整、菌体分布混乱,生长状态明显变差。污泥颗粒平均粒径由759.173um降低至441.095um,颗粒污泥由颗粒状红色变为褐色絮状。(5)Ni2+长期累积会对物种丰富度、群落多样性、优势菌种占比产生很大的影响。实验中,厌氧氨氧化菌含量由59.89%降低至36.72%,在反应器长期运行下,厌氧氨氧化菌已不是优势菌种。
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