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污水处理设备厂探究升流式的活性恢复特性
时间:2020-09-03 点击次数:36

污水处理设备厂工艺是在厌氧或缺氧前提下, 厌氧氨氧化菌利用NO2-为电子受体氧化NH4+为N2的一种化能自养型脱氮工艺.Anammox工艺因存在脱氮效力高、污泥产量低、无需外加碳源等上风而倍受欢送, 已被用于实际工程中.但Anammox菌存在成长速率慢、倍增时光长、环境敏感度高等缺点, 增加了Anammox工艺受损后的恢复难度.实际废水, 尤其是产业废水中, 化学成分庞杂, 氮浓度较高, 其中的NO2--N跟NH4+-N虽为Anammox菌的成长基质, 但同时也是毒性物质, 极易影响Anammox菌的成长代谢, 进而威胁Anammox工艺的运行.研究表明, NO2--N对Anammox工艺的影响高于NH4+-N, NH4+-N浓度低于1000 mg · L -1时不会克制Anammox菌活性, 而NO2--N浓度高于280 mg · L -1时便会产生克制, 因此, 基质克制尤其是NO2--N克制是Anammox工艺普遍利用的瓶颈之一.因此, 高浓度基质克制后Anammox菌的活性恢复及其恢复策略研究将有助于Anammox工艺的推广利用.

  胞外聚合物作为微生物新陈代谢跟细胞自溶分泌的产物, 是一类附着于细胞壁名义的有机大分子多聚物, 重要由结合型EPS形成, 其又分为周到型跟疏松型两种, 分辨由内到外包埋微生物, 以坚持细胞结构跟功能的完全性.EPS重要由蛋白质跟多糖形成, 其中, PS是由中性的跟带电的糖苷键形成的异质多糖体, 以各种结协力与基质中的生物分子形成EPS的三维网状结构, 而PN则包含有胞外酶、EPS润饰酶及结构蛋白等, 被固定于PS中, 降解基质中聚合物并润饰EPS结构, 二者彼此作用以增进微生物间的物质转换跟能量传递, 加强微生物的耐冲击才干并坚持其酶活性及功能特点.PN跟PS浓度易受水质前提、反应器运行方法及上风菌种代谢水等同因素的影响, 可很好地反应Anammox菌的活性恢复情况.本研究通过考察受基质克制后的Anammox菌在活性恢复进程中, 其脱氮机能、EPS组分及Anammox菌丰度的变更, 摸索升流式厌氧反应器中Anammox菌的活性恢复特点, 以期为Anammox工艺恢复的机制研究及实际利用供给实际与技巧支撑.

  2 资料跟方法2.1 实验装置
  实验采取升流式厌氧氨氧化反应器, 具体如所示.反应器制造资料为有机玻璃, 有效容积1.5 L, 顶部设有三相分别装置跟溢流堰, 处理水经溢流堰排出, 反应器内部挂有辫帘式填料, 便于形成生物膜, 上部设有回流装置, 增进反应器内部轮回, 并避免进水口堵塞.反应器整体置于恒温 ℃水浴箱中, 避光运行, 进水pH经0.1 mol · L-1盐酸调节至7.5左右, 坚持Anammox菌适合的成长环境.
  实验装置示用意 
  2.2 实验前提跟运行策略
  实验用水为人工配制的模仿废水, 具体组偏见表 1.其中, 微量元素成分为:EDTA
  20、ZnSO4 · 7H2O 0.43、CoCl2 · 6H2O 0.24、MnCl2 · 4H2O 0.99、CuSO4 · 5H2O 0.25、NaMoO4 · 2H2O 0.043、NiCl2 · 6H2O 0.20、KH2PO4
  20、H3BO3 0.014.于进水桶跟出水口处, 分辨用离心管收集水样, 经0.45 μm滤膜过滤后分辨采取纳氏试剂法、N-乙二胺分光光度法跟紫外分光光度法测定样品中的NH4+-
  N、NO2--N跟NO3--N .pH采取便携式pH计测定;污泥样品MLS
  S、MLVSS均按的标准方法测定.

  本研究实验前反应器已牢固运行1年, 填料中成长砖红色生物膜, 游离的污泥呈红色疏松颗粒状.在进水TN浓度为700 mg · L-1, HRT为9 h的前提下, 反应器NH4+-N跟NO2--N去除率牢固在94%跟83%左右.之后因中断反应器回流, 且仍以TN浓度700 mg · L-1的进水运行, 以致进水区域NO2--N浓度由回流时的20.92 mg · L-1剧增为320.24 mg · L-1, 引起基质克制, 反应器于之后的1周内脱氮机能骤降, NH4+-N跟NO2--N去除率分辨降至9.67%跟8.75%, 泥色呈灰黑色, 略有臭味, 此时, 反应器中MLSS为7.46 g · L-1, MLVSS为3.96 g · L-1.之后实验采取阶段式进步氮负荷的方法恢复反应器中Anammox菌的活性, 分5个阶段进行, TN浓度分辨为160、320、500、700跟1000 mg · L-1, 具体运行策略

2.3 EPS提取及测定
  污泥样品中的EPS采取高速离心与超声组合的方法提取, 即取适量4 ℃下静置1.5 h的污泥, 经缓冲液重悬至初始体积后, 4 ℃下2000 g离心15 min, 弃去上清液, 底部积淀物再次重悬, 并离心, 此上清液即为LB-EPS;重复底部积淀物的重悬步骤, 经20 kH
  Z、480 W超声破碎仪超声10 min 后, 4 ℃下2000 g离心20 min, 上清液即为TB-EPS.LB-EPS跟TB-EPS经0.45 μm聚四氟乙烯滤膜过滤落伍行蛋白质与多糖的测定.EPS中蛋白质采取BCA蛋白浓度测定试剂盒测定, 以牛血清蛋白为标准物质;多糖采取蒽酮-硫酸法测定, 以葡萄糖为标准物质.
  2.4 DNA提取与实时定量PCR
  称取500 mg污泥样品, 利用FastDNATM SPIN Kit for Soil提取试剂盒按其操作步骤提取污泥样品中总DNA.实时定量PCR实验采取Roche LightCycler®480 Ⅱ实时荧光定量体系进行, 反应采取20 μL体系, 具体配置为:SYBR Green Ⅰ Master10 μL, 前后引物各0.8 μL, 质粒或DNA样品1 μL, 去离子水7.4 μL.其中, 全细菌定量引物为通用引物341F:534R, 而Anammox菌采取特异性引物Amx808F跟Amx1040R  .实时定量PCR运行程序为三步法:95 ℃预变性5 min;95 ℃变性30 s, 45 ℃退火30 s, 72 ℃延长30 s, 35个轮回;72 ℃终延长10 min, 最落伍行溶解曲线剖析.
  3 结果与探讨3.1 厌氧氨氧化反应器活性恢复中脱氮机能变更
  由反应器进出水氮浓度跟脱氮效力变更(a)可知, 活性恢复中随着进水总氮浓度的阶段性增加, 出水总氮浓度也逐步增加, 以出水NO3--N浓度增加最为明显, NO2--N次之; 而NH4+-N浓度始终坚持在5 mg · L-1以下, 仅在进水氮浓度进步的48 h内, 出水NH4+-N浓度偏高, 但均会敏捷趋于牢固.反应器的TN去除率在阶段Ⅰ~Ⅱ逐步增加, 更高可达91.74%, 在阶段Ⅲ~Ⅴ则逐步牢固在78.8%左右.而NO2--N去除率相反, 在阶段Ⅰ~Ⅱ牢固于98%左右, 而阶段Ⅲ~Ⅴ则逐步降落, 阶段Ⅴ去除率均匀为83.8%.NH4+-N去除率牢固, 始终坚持在98%左右.
  活性恢复中反应器进出水氮浓度变更
  由b可知, 活性恢复阶段Ⅰ~Ⅴ中, 氮去除负荷(Nitrogen Removal Rate, NRR)随氮负荷率(Nitrogen Loading Rate, NLR)的增加而逐步增加, 各阶段NRR分辨牢固在0.21、0.64、1.05、1.55跟2.21 kg · m-3 · d-1左右, 与Zhang等(2015)报道的重金属铜克制后Anammox工艺恢复状况相近.因此, 阶段式进步NLR可有效利用菌群的适应性跟竞争机制(Sheng et al., 2010), 利于Anammox活性的疾速恢复.
  厌氧氨氧化反应器中脱氮效力(a)、氮负荷及去除的不同情势氮素比值(b)的变更
  由跟可知, 在活性恢复阶段(Ⅰ~Ⅳ), 反应器均可在进步NLR后的24 h内疾速适应并牢固运行, 截至阶段Ⅳ, 反应器已恢复至受损前的牢固状况.其中, 阶段Ⅱ第18 d时反应器呈现较大稳定, 使整体脱氮效力显现较低状况, 且ΔNO3--N/ΔNH4+-N值低于阶段Ⅲ, 可能是因为HRT由12 h缩短至9 h导致的.而在阶段Ⅴ中, NLR进步后反应器需72 h方可促适应, 且NH4+-N跟NO2--N去除率分辨较阶段Ⅳ降落了2.44%跟10.23%, 可能是高浓度的NO2--N对Anammox菌跟异养菌有毒害作用, 细胞逝世亡自溶使反应器内源性COD增加(Tian et al., 2013), 增加了反硝化菌的竞争力.同时, 在进水NO2--N/NH4+-N为1.32的前提下, 只管阶段Ⅰ~Ⅴ的NH4+-N去除率均高于96%, 但NO2--N去除率跟ΔNO3--N/ΔNH4+-N值却逐步降落, 且出水NO2--N浓度由起初的0.79 mg · L -1渐增至91.00 mg · L-1, 说明诚然有出水回流的稀释作用, 会一定水平上缓解NO2--N对Anammox菌的毒害, 但高浓度NO2--N仍然会克制Anammox菌活性(Fernández et al., 2012;Kimura et al., 2010;Tang et al., 2010).有研究指出, 当NO2--N浓度超过750 mg L-1时, 90%的Anammox菌产生可逆性失活(Kimura et al., 2010).研究也表明, 刹时1000 mg · L -1 TN(NH4+-N+NO2--N)的冲击会引起50%Anammox菌失活(Lotti et al., 2012).
  3.2 活性恢复阶段厌氧氨氧化菌的EPS组分变更
  由可知, 反应器活性恢复中EPS含量随NLR进步呈先降落后回升的趋势, 阶段Ⅰ~Ⅴ的EPS含量分辨为150.56、33.51、8.42、10.05跟10.21 mg · g-1(以VSS计), 各阶段TB-EPS含量均高于LB-EPS含量, 且TB-EPS较LB-EPS对环境敏感度高, 其PN含量均高于PS含量, 这与Jia等(2017)跟Pellicernàcher等(2013)的研究结果一致.阶段Ⅰ~Ⅲ中, EPS含量逐步降落, 阶段Ⅰ中EPS含量远高于阶段Ⅱ跟Ⅲ, 其TB-EPS约为LB-EPS的90.25倍, 且TB-PN/PS跟LB-PN/PS值分辨为21.02跟2.21左右, 说明高浓度基质冲击时, 反应器内局部微生物产生了菌体自溶(Tian et al., 2013), 开释出了细胞内部的PN, 使TB-EPS中PN含量剧增, 而PN中荷负电氨基酸较多, 疏水性强(Raszka et al., 2010;Zhang et al., 2007), 利于絮体聚集, 加速了Anammox菌恢复牢固, 同时, TB-EPS紧附于细胞壁上不易脱落(Li et al., 2007;Yang et al., 2009), 导致TB-EPS中PN滞留, 使阶段Ⅰ的TB-EPS含量较高.具体接洽污水宝或参见http://www.dowater.com更多相干技巧文档。工业污水处理设备主要目的是将生活污水和与之相类似的工业有机废水处理后达到回用水质要求,使废水处理后资源化利用。在总结国内外先进经验的基础上,不断改进污水处理工艺,促进了污水处理设备的大发展。 印染污水处理设备不是多净化几遍的问题,而是整个净化工艺都要发生变化,这需要大量的资金。有位从事多年污水处理行业的人士给出了一个计算模型,一个污水处理厂从一级B排放标准到一级A排放标准的追加投资,等于该处理厂原始投资成本的50%-70%。

污水处理设备厂除了对污水处理工艺进行改进、强化脱氮除磷功能外,污水处理厂的设备改造、过程控制、水力条件优化也不容忽视。业内人士提出,可以采用高效、无堵塞的水泵和变频设备,提高设备的效率,降低能耗和运行费用,减少设备检修率。
  活性恢复中反应器内EPS组分变更
  阶段Ⅰ~Ⅲ, TB-EPS跟LB-EPS中PS含量逐步增加, 易于形成三维网状结构, 利于PN跟PS的彼此配合及细胞间物质转换跟能量传递, 同时, 增加Anammox菌跟TB-EPS中EPS润饰酶活性, 使EPS分层更加趋于牢固.阶段Ⅳ跟Ⅴ, TB-PN/PS跟LB-PN/PS值牢固于0.84左右, 此结果与Jia等(2017)报道的Anammox菌牢固时的结果相近, 说明Anammox体系已处于稳态.另外, 阶段Ⅳ跟Ⅴ中EPS含量较阶段Ⅲ分辨增加了19.36%跟21.26%, 是因为TN浓度超过了Anammox菌的适合阈值使其产生一定水平的应激性, 加速了EPS的分泌, 以加强对外界环境变更的耐受性(Hou et al., 2015;Neyens et al., 2004).
  3.3 活性恢复阶段Anammox菌的丰度变更
  从中Anammox菌丰度变更可知, 反应器活性恢复阶段Ⅰ~Ⅴ中细菌总数逐步回升, 而Anammox菌丰度为7.7×109~2.4×1010 copies · g-1(以VSS计), 介于高梦佳等(2016)跟王衫允等(2016)报道的数据之间.Anammox菌的丰度与其丰度变更趋势雷同, 阶段Ⅰ~Ⅴ分辨为7.78%、5.73%、4.14%、12.59%跟7.46%.阶段Ⅰ~Ⅲ中, Anammox菌丰度相称, 这说明中断回流1周后Anammox菌数量并不明显变更, 而其活性受损才是脱氮机能降落的重要起因.在阶段Ⅳ中Anammox菌丰度更高, 为2.4×1010 copies · g-1(以VSS计), 这显示Anammox菌从新适应了反应器的运行前提, 活性得到恢复(Ma et al., 2012;Molin et al., 2003).随后的阶段Ⅴ中, Anammox菌丰度略有降落, 可能与过高的进水NH4+-N跟NO2--N浓度的克制造用有关
  活性恢复中反应器内Anammox菌丰度变更综合反应器活性恢复进程各阶段的脱氮机能、EPS组分及Anammox菌丰度变更可知, 逐步进步氮负荷, 受损反应器中Anammox菌的活性逐步恢复.TN浓度为700 mg · L-1时, 脱氮效力跟Anammox菌丰度较高, 且EPS组分含量适合.而过高的TN浓度(1000 mg · L-1)前提下, 反应器诚然仍有良好的脱氮效力, 但EPS组分含量及Anammox菌丰度均显现一定水平恶化(Hou et al., 2015;Lotti et al., 2012), 随着时光延长, 有可能导致其脱氮效力降落.
  4 论断(Conclusions)
  Anammox菌对废水中氮浓度变更敏感.高于700 mg · L-1的TN浓度会导致Anammox菌产生基质克制, 使Anammox污泥中EPS、TB-PN/PS跟LB-PN/PS明显增高.采取阶段式进步负荷有利于Anammox菌的活性恢复, 均匀氮去除负荷达2.21 kg · m-3 · d-1.TN浓度为700 mg · L-1时反应器运行后果更佳, TN去除率更高为79.74%, 且Anammox菌丰度更高.

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