低氨氮濃度厭氧氨氧化工藝強化及顆粒污泥菌群特性研究.pdf

1、水體富營養化日益嚴重，對污水進行脫氮處理已成為社會發展的必然要求。然而，常規生物脫氮污水處理行業具有資本、能源密集型缺點。因此，開發新型經濟高效無污染的生物脫氮工藝技術是當今污水處理領域的研究熱點。厭氧氨氧化作為一種新型的微生物氮轉化途徑，被國內外專家評價為節能無污染的新型可持續發展污水生物處理技術。國內外對厭氧氨氧化的研究和工藝應用仍局限于高氨氮（>500mg N/L）污水脫氮處理領域，在排放量巨大、處置費用高的低氨氮城市污水（<10

2、0mg N/L）中的研究報道都還比較少。
　　本研究圍繞低氨氮濃度厭氧氨氧化展開，以工藝強化及相應的顆粒污泥菌群特性為主要研究內容，探索厭氧氨氧化過程在常規工藝普通城市污水處理系統的脫氮功能及自然規律特征，在此基礎上，進一步研究厭氧氨氧化在低氨氮城市污水處理系統中菌種富集、功能強化和工藝運行。同時，利用MiSeq高通量測序技術分析關鍵顆?；A段菌群結構演替規律并比較不同工藝研究中微生物特征差異。本研究結果將為推動低氨氮城市污水低耗

3、高效脫氮新技術的發展，提供基礎數據和理論指導。
　　通過對常規工藝城市污水系統的季節性取樣研究表明，厭氧氨氧化菌廣泛分布于城市污水處理系統的各級構筑物（但以活性污泥池為主）中，厭氧氨氧化菌豐度為105-107copies/gVSS，速率為0.08-1.20μmol N/(gVSS·h)，對氨氧化的貢獻率為0.11-16.3％，對系統年平均脫氮貢獻率為2.1-6.6%（1-194.3t N/yr），且夏季豐度和速率表現均高于冬季。在

4、污水處理系統中的厭氧氨氧化菌生物多樣性很低，Brocadia是主導菌屬，在與硝化微生物的耦合作用中，AOB較AOA有能力提供更多的底物NO2-，而NOB菌種Nitrospira可能是底物NO2-更強大的競爭者；另外，厭氧氨氧化表現主要受微生物群落結構、溫度、S RT、COD等環境因素的綜合影響，但非關鍵制約因子，其中，厭氧氨氧化菌hzsB功能基因豐度、速率與脫氮功能兩兩之間呈極正相關關系。表明厭氧氨氧化菌具有強魯棒性，使其有能力廣泛分布

5、并作用于污水生物脫氮處理過程。
　　為了有效提高厭氧氨氧化脫氮功能，本論文將常規污水處理工藝的剩余污泥以顆粒污泥的形式進行培育。結果表明，經200d成功培育以0.5-0.9mm粒徑為主的顆粒污泥（顆?；潭?3.7%）。粒徑階段>0.5mm后，實現了厭氧氨氧化菌的快速提高，0.5-0.9mm粒徑出現厭氧氨氧化豐度、活性和多樣性的最優表現，豐度達1011copies/g VSS，是種泥的104-5倍，活性也達自然系統的最高水平；但顆

6、?；咕憾鄻有宰兊?，但均以Brocadia為主。說明合理控制顆?；潭?，保證最佳傳質效能，才能有效維持厭氧氨氧化的高效表現。另外，豐富的EPS為厭氧氨氧化顆粒污泥形成的關鍵因素之一，蛋白質為所有EPS分層的主要成分，主要為鉻氨酸和色氨酸，占EPS總量的58.9%；絕大部分EPS為TB-EPS，占EPS總量的77.1%。
　　接種已培育成熟厭氧氨氧化顆粒污泥，成功啟動處理模擬污水的Amx-UASB連續流反應器和處理實際污水的Amx

7、-SBR間歇式反應裝置。Amx-UASB反應器接種污泥發生解體和發育，粒徑范圍變為0-2.5mm，可抗187.2L/d流量負荷和144L/d波動振幅的沖擊；Amx-SBR接種污泥顆粒多數發生解體，但經顆粒重塑后以0.2-0.9mm粒徑為主；采用實時控制策略20d快速實現短程硝化，NO2-積累率高于90%，但PN-SBR的不穩定期導致Amx-SBR中反硝化菌群競爭作用增強，穩定的短程硝化及適宜的基質比進水是厭氧氨氧化工藝啟動及穩定運行的核

8、心問題。另外，Amx-SBR具有最高的生物多樣性表現，該裝置和Amx-UASB中的功能菌均為Brocadia，Nitrosomonas和Nitrospira為主要硝化菌群，與厭氧氨氧化菌構成基于空間和底物的共生或競爭關系；PN-SBR雖然處理實際污水，但其菌群多樣性最低，功能菌為Nitrosomonas，占全部菌群的17.2%，Nitrospira僅占0.01%。厭氧氨氧化顆粒污泥復雜又穩定的微生態結構實現了其對低氨氮生活污水低耗高效的