一体式PN-A系统的启动与稳定控制研究
短程硝化-厌氧氨氧化（PN-Anammox）作为一种高效可持续的污水脱氮工艺，可减少50%的需氧量和100%的碳需求量，已经广泛应用到废水的处理中。然而，该工艺在实际应用中仍然存在启动时间长、难以稳定运行以及微生物作用机制不明晰等问题。所以，一体式反应器的工程应用仍然具有挑战性。本研究针对该工艺存在问题，首先分别启动短程硝化与厌氧氨氧化，考察耦合工艺的启动特性；其次，研究不同C/N比与不同溶解氧（dissolvedoxygen，DO）浓度对工艺稳定性的影响，在此基础上研究了污泥形貌和相关功能菌活性的变化；最后研究了DO梯度升高下微生物群落结构的动态演变以及微生物间相互作用的响应机制。主要试验结果如下： （1）短程硝化-厌氧氨氧化启动阶段，研究了Anammox启动的控制策略，通过逐步提升进水氨氮、缩短水力停留时间（hydraulicretentiontime，HRT），经60天顺利启动，最大氮容积去除速率（NRR）达889.04mg/(L·d)；通过间歇低氧曝气的方式启动短程硝化，经30天启动成功。将启动成功的两种污泥以1∶1混合，经过30天培养后成功耦合，总氮去除率达到78%，总氮去除速率最高达634.37mg/(L·d)。 （2）一体式PN-Anammox稳定性探究阶段，当C/N升至0.5时，系统硝氮出水显著增加，亚硝酸盐氧化菌（NitriteOxidizingBacteria，NOB）活性升高，总氮去除率下降至63.7%，当停止投加有机碳时，耦合反应器中的功能菌恢复活性，总氮去除率恢复到83.5%，有机碳的抑制作用可逆。在DO梯度升高试验中，结果表明脱氮菌株对0.3mg/L的DO环境具有适应性，总氮降解率达80.7%；当DO升至1.0mg/L时，总氮降解率下降至66.3%，说明DO的升高显著抑制了耦合系统的性能。NOB菌的活性增加至3.96mgN/(h·gVSS)，而Anammox菌活性下降至原来的45.5%，菌体胞外聚合物增多，系统性能下降。 （3）DO提升阶段的高通量测序结果表明：Proteobacteria、Bacteroidota、Chloroflexi是系统中的优势菌门。系统检测到Ca.Brocadia和Ca.Kuenenia菌属，其中Ca.Brocadia菌属的相对丰度由1.79%下降至0.94%，Ca.Kuenenia菌属的相对丰度由1.42%下降至0.11%。此外，检测到了Nitrospira菌属丰度的显著提升。这些功能菌的变化可能是系统性能下降的主要原因。 （4）分析微生物间的生态网络发现，微生物的相互作用关系处于动态变化中。DO浓度的升高显著增加了网络的规模和复杂性，特别是Chloroflexi与Proteobacteria菌门以及Planctomycetota菌门间的相互作用明显增多，且多为正相关共生关系，说明异养菌在一体式系统中起重要作用。Ca.Brocadia在网络中作为模块中心存在，说明该菌属较Ca.Kuenenia更能抵抗高氧环境。
污水处理;短程硝化-厌氧氨氧化;碳氮比;溶解氧;高通量测序;微生物相互作用;序批式反应器
北京化工大学
硕士
环境科学与工程
王晓慧
2022
中文
X703
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）