铁离子对厌氧氨氧化污泥富集培养的影响

2、结果与讨论

2.1、反应器运行性能

厌氧氨氧化污泥富集培养过程中，为考察铁离子的影响，反应器保持同步容积氮负荷提升，直至运行稳定。反应器R1、R2、R3进出水氮素指标、容积氮负荷及氮去除速率如图2所示。

图2铁离子对厌氧氨氧化污泥富集培养过程中脱氮效能的影响

由图2可知，富集培养初期（0~4d）各反应器均出现菌体自溶现象，表现为出水NH4+-N浓度高于进水。由于进水中无有机碳源，且溶解氧浓度严格限制，导致部分微生物难以适应无机环境而自溶。在菌体自溶阶段，反应器中存在强烈的内源反硝化作用，出水NO2--N及NO3--N浓度几乎为0；此时反应器污泥颜色由黄棕变黑，并伴有明显的减量。

随着菌体自溶作用的减弱，反应器进入活性迟滞阶段，表现出微弱的厌氧氨氧化作用。在此阶段（5~38d），进水NH4+-N和NO2--N保持在45.1mg/L和61.1mg/L，各反应器运行并未表现出明显差异。各反应器中出水NH4+-N浓度为24.6~42.6mg/L，平均NH4+-N去除率为21.8%~26.7%，反应器出水NO2--N浓度较低，表明反应器中仍存在一定的反硝化作用。在此阶段，各反应器逐渐适应环境，反硝化作用减弱，出水水质变化特征类似。

随着反硝化功能的减弱，各反应器中厌氧氨氧化作用不断增强，成为主要脱氮途径，为活性提高阶段。在此过程，各反应器进水容积氮负荷同步提升，由于铁离子的添加，反应器表现出不同的容积氮负荷耐受能力。反应器R1活性提高阶段为39~88d，容积氮负荷由132.6mg/(L˙d)提升至489.4mg/(L˙d)；R2在活性提高阶段（39~100d）容积氮负荷由132.6mg/(L˙d)提升至580.9mg/(L˙d)；R3活性提高阶段为39~112d，容积氮负荷由132.6mg/(L˙d)提升至696.6mg/(L˙d)。容积氮负荷提升量由高到低为R3>R2>R1；此外，活性提高阶段R1、R2、R3中平均总氮去除率分别为82.9%、84.2%、85.3%，试验组R2、R3整体脱氮效率略高于R1。

在厌氧氨养护污泥富集培养中，由于厌氧氨氧化菌生长缓慢，反应器容积负荷有限。许多研究证明了高氮素基质对厌氧氨氧化菌的抑制作用。Strous等研究表明亚硝酸盐浓度达到100mg/L，即可强烈抑制厌氧氨氧化菌活性；本研究以出水亚硝酸盐浓度高于100mg/L作为反应器超过可承受负荷并失稳的依据。

对照组R1在运行90d时，容积氮负荷超出反应器承受极限，出水NH4+-N和NO2--N浓度急剧升高，类似失稳现象也出现在试验组R2（第102d）、R3（第114d）。反应器失稳后，降低进水基质氮浓度，同时加大回流比以解除基质自抑制；由于EGSB反应器抗冲击负荷能力强，反应器很快恢复稳定运行。

稳定阶段反应器运行状况如表2所示。Chen等通过批次试验证明了3.68mg/L的铁离子添加下，比厌氧氨氧化活性可提高533.2%；长期试验证明，铁离子的添加，相较于控制组，提升了19.5%的反应器容积负荷，与本研究结果类似。

表2稳定阶段反应器运行状况

2.2、污泥粒径分布

本研究采用EGSB反应器培养厌氧氨氧化污泥，接种污泥为絮状反硝化污泥，取接种污泥及130d污泥样品，用激光粒度仪分析其粒径，结果如图3所示。

富集培养130d时，表观观察发现污泥呈颗粒化特征。激光粒度分析结果显示，反应器R1、R2、R3中污泥样品平均粒径分别为796、908μm和1040μm，试验组R2、R3中污泥粒径较高。据DLVO理论，当负载电性相同的电荷时，由于细菌个体之间静电斥力的存在，不利于颗粒状富集培养物的形成。添加多价阳离子（Ca2+、Mg2+、Fe3+、Al3+等），可以减少细菌间的静电斥力，通过压缩双电层促进细胞聚集，进而强化颗粒污泥富集。本试验中，铁离子的添加强化了厌氧氨氧化污泥的颗粒化；除减少细菌间静电斥力作用外，铁离子还是酶的常见活性剂，提高微生物代谢活性，促进微生物生长，加速厌氧氨氧化污泥的颗粒化。

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