高磷酸盐含氨的废水处理工艺研究-undefined

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厌氧氨氧化(ANAMMOX)作为一种新型的脱氮工艺, 具有耗能低, 效率高, 无需要添加有机碳源, 污泥产量低等诸多优点, 适用于许多高氨氮废水的处理.但是目前大规模应用ANAMMOX的工程较少, 归其原因在于厌氧氨氧化污泥对环境的高度敏感性.目前, 国内外众多学者对其影响因子进行了研究, 大部分集中于基质、温度、pH、DO、有机物、重金属、盐碱度等方面.而许多含氨废水往往也含有较高的磷酸盐, 某些制药废水, 化肥厂的生产废水往往都含有较高浓度的氨氮和一定浓度的磷酸盐, 在利用ANAMMOX处理此类废水时, 高浓度的磷酸盐则会影响ANAMMOX反应, 降低整体的氮去除速率.

目前磷酸盐对厌氧氨氧化污泥活性影响的研究较少, 且报道不一.在批次实验中, Jetten等研究表明, 磷酸盐浓度小于31mg˙L-1(1mmol˙L-1)时没有明显的抑制作用, 磷酸盐浓度大于62mg˙L-1(2mmol˙L-1)时开始受到影响; 而Egli等研究表明620mg˙L-1(20mmol˙L-1)的磷酸盐浓度不会对ANAMMOX菌产生抑制.在连续流实验中, 王俊安等研究表明, 磷酸盐浓度大于10mg˙L-1时会对氮去除速率产生影响; 张锦耀等研究表明, 磷酸盐的浓度在15~750mg˙L-1时ANAMMOX反应没有受到明显影响, 磷酸盐浓度大于800mg˙L-1时, 厌氧氨氧化菌开始受到抑制.无论是批次还是连续流实验所得出的结论都有较大的差异.因此, 本文研究了不同磷酸盐浓度对厌氧氨氧化活性污泥脱氮效能的影响及其中微生物群落的变化, 以期为ANAMMOX处理高磷酸盐含氨废水提供参考依据.

1 材料与方法

1.1 实验装置

磷酸盐对厌氧氨氧化污泥活性短期影响的实验装置采用螺纹盖血清瓶, 有效体积为50 mL.磷酸盐对厌氧氨氧化污泥长期影响实验采用SBR反应器, 有效体积250 mL.泥水混合状态由恒温气浴振荡箱实现, 控制温度为32℃, 振荡速度为120 r˙min-1.

1.2 接种污泥与进水水质

接种污泥为实验室长期稳定运行的PN-ANAMMOX反应器厌氧区颗粒污泥, 污泥平均直径1.3 mm左右, MLVSS/MLSS为0.497.

实验采用人工模拟废水.废水主要组成(mg˙L-1): 382 NH4Cl, 640 NaNO2, 1000 NaHCO3, 200 MgCl2˙6H2O, 100 CaCl2˙2H2O, 200 KHCO3, 以及微量元素浓缩液(mg˙L-1)：5000 EDTA, 5000 MnCl2˙H2O, 3000 FeSO4˙7H2O, 50 CoCl2˙6H2O, 40 NiCl2˙6H2O, 20 H3BO3, 20 (NH4)2MoO4, 10 CuSO4, 3 ZnSO4, 添加量为1 mL˙L-1.反应器内pH通过添加碳酸氢钠控制在8.0左右.短期实验磷酸盐浓度(以P计)通过添加KH2PO4浓缩液实现, 并控制浓缩液添加量小于1 mL, 以减少对基质浓度的影响.长期实验磷酸盐浓度通过向进水中直接投加一定量的KH2PO4实现.

1.3 分析项目及方法

NH4+-N采用纳氏分光光度法(哈希2800, 美国), NO3--N、NO2--N和PO43--P采用离子色谱(戴安IC-900, 美国)测定, pH值采用pHS-3E型酸度计测定. MLSS和MLVSS:重量法.

1.4 实验方法1.4.1 短期批次实验

为了保证批次实验所选取的厌氧氨氧化污泥的性能相近, 先将污泥滤水后等分为24份, 每份污泥湿重1g, 放入血清瓶中通过数次培养, 选取氮去除速率最为相近的12份进行磷酸盐短期批次影响实验.向12份血清瓶中加入相同的废水, 并通过加入KH2PO4浓缩液, 控制废水中不同的磷酸盐浓度(表 1), 经过10 h培养后, 测定出水水质中氮素的变化从而评估磷酸盐对厌氧氨氧化污泥的短期影响.做两组平行实验.

表 1 批次实验进水磷酸盐浓度

1.4.2 长期影响实验

取两个250 mL的血清瓶, 各接种1 g厌氧氨氧化污泥, 控制水力停留时间为24 h.进水磷酸盐从低浓度开始逐步提高, 每个浓度水平下都待脱氮效能稳定再进行磷酸盐浓度的提升, 直至污泥脱氮效能大幅度下降, 并且厌氧氨氧化污泥处于稳定抑制的状态下.

1.5 动力学参数拟合

利用Haldane抑制模型来拟合磷酸盐对厌氧氨氧化活性污泥的抑制动力学参数, 本实验采用如下公式:

式中, NRRmax为厌氧氨氧化污泥最大氮去除速率, g˙(m3˙d)-1; NRRx进水磷酸盐离子浓度为x mg˙L-1时厌氧氨氧化污泥氮去除速率, g˙(m3˙d)-1; Km为半速率常数, Ki为半抑制常数, S为磷酸盐浓度, mg˙L-1.

1.6 DNA的提取

取抑制前后的ANAMMOX污泥, 加入978 μL磷酸钠缓冲液和122 μL MT缓冲液裂解, 在FastPrep®中处理后离心10 min, 之后转移上清液至新的2 mL离心管, 加入250 μL PPS, 混匀后离心5 min, 再取上清液转移至新的5 mL离心管中并加入1 mL Binding Matrix Suspension, 轻微混匀后静置3 min, 然后去除约500 μL上清液, 重悬剩余上清液; 转移600 μL混合液至SPINTMFilter中离心1 min, 将下部液体倒掉, 重复上述过程至混合液全部转移完毕, 再加入500 μL SEWS-M离心3 min, 再风干5 min后加入50 μL DES, 离心1 min, 将DNA洗涤出来.

1.7 荧光定量PCR

ANAMMOX细菌定量实验所用的引物对分别是AMX809F/AMX1066R, 其引物序列如表 2所示.

表 2 ANAMMOX菌Real-time PCR引物及反应条件

原标题：高磷酸盐含氨废水处理工艺研究

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