高磷酸鹽含氨的廢水處理工藝研究

1、 7高磷酸鹽含氨的廢水處理工藝研究厭氧氨氧化(ANAMMOX)作為一種新型的脫氮工藝，具有耗能低，效率高，無需要添加 有機(jī)碳源，污泥產(chǎn)量低等諸多優(yōu)點(diǎn)，適用于許多高氨氮廢水的處理.但是U前大規(guī)模應(yīng) 用ANAMMOX的工程較少，歸其原因在于厭氧氨氧化污泥對環(huán)境的高度敏感性.I前，國內(nèi) 外眾多學(xué)者對其影響因子進(jìn)行了研究,大部分集中于基質(zhì)、溫度、pH、DO、有機(jī)物、重 金屬、鹽堿度等方面.而許多含氨廢水往往也含有較高的磷酸鹽,某些制藥廢水，化肥丿 的生產(chǎn)廢水往往都含有較高濃度的氨氮和一定濃度的磷酸鹽,在利用ANAMMOX處理此類 廢水時，高濃度的磷酸鹽則會影響ANAMMOX反應(yīng)，降低整體的氮去除速率.

2、U前磷酸鹽對厭氧氨氧化污泥活性影響的研究較少，且報道不一.在批次實(shí)驗(yàn) 中,Jetten等研究表明，磷酸鹽濃度小于31mg L-l(lmmol * LT)時沒有明顯的抑制作 用，磷酸鹽濃度大于62mg L-l (2mmol - L-1)時開始受到影響；而Egli等研究表明 620mg - L-l (20mmol - L-1)的磷酸鹽濃度不會對ANAMMOX菌產(chǎn)生抑制.在連續(xù)流實(shí)驗(yàn)中， 王俊安等研究表明，磷酸鹽濃度大于lOmgL-1時會對氮去除速率產(chǎn)生影響；張錦耀等 研究表明，磷酸鹽的濃度在15750mg L-l時ANAMMOX反應(yīng)沒有受到明顯影響，磷酸 鹽濃度大于800mg L-1時,厭氧氨氧化

3、菌開始受到抑制.無論是批次還是連續(xù)流實(shí)驗(yàn)所 得出的結(jié)論都有較大的差異.因此，本文研究了不同磷酸鹽濃度對厭氧氨氧化活性污泥 脫氮效能的影響及其中微生物群落的變化，以期為ANAMMOX處理高磷酸鹽含氨廢水提供 參考依據(jù).1材料與方法1. 1實(shí)驗(yàn)裝置磷酸鹽對厭氧氨氧化污泥活性短期影響的實(shí)驗(yàn)裝置采用螺紋蓋血清瓶，有效 體積為50mL.磷酸鹽對厭氧氨氧化污泥長期影響實(shí)驗(yàn)采用SBR反應(yīng)器，有效體積250mL. 泥水混合狀態(tài)山恒溫氣浴振蕩箱實(shí)現(xiàn)，控制溫度為32C,振蕩速度為120r - min-1.1. 2接種污泥與進(jìn)水水質(zhì)接種污泥為實(shí)驗(yàn)室長期穩(wěn)定運(yùn)行的PN-ANAMMOX反應(yīng)器厭氧區(qū)顆粒污泥，污泥 平均直

4、徑 1. 3mm 左右,MLVSS/MLSS 為 0. 497.實(shí)驗(yàn)采用人工模擬廢水.廢水主要組成(mg - L-l) :382NH4C1, 640N&N02, 1000NaHC03,200MgC12 6H20, 100CaC12 * 2H20, 200KHC03, 以及微量元素濃縮液(mg * L-l) :5000EDTA, 5000MnC12 * H20, 3000FeS04 * 7H20, 50CoC12 * 6H20, 40XiC12 * 6H20, 20H3B03, 20（NH4）2Mo04,10CuS04, 3ZnS04,添加 量為ImL L-l.反應(yīng)器內(nèi)pH通過添加碳酸氫鈉控制在

5、8. 0左右.短期實(shí)驗(yàn)磷酸鹽濃度 （以P訃）通過添加KH2P04濃縮液實(shí)現(xiàn)，并控制濃縮液添加量小于ImL,以減少對基質(zhì)濃 度的影響.長期實(shí)驗(yàn)磷酸鹽濃度通過向進(jìn)水中直接投加一定量的KH2P04實(shí)現(xiàn).1.3分析項(xiàng)目及方法NH4+-N釆用納氏分光光度法（哈希2800,美國）,N03N、N02N和PO43P 采用離子色譜（戴安IC-900,美國）測定,pH值采用pHS-3E型酸度汁測定.MLSS和MLVSS: 重量法.1. 4實(shí)驗(yàn)方法1. 4. 1短期批次實(shí)驗(yàn)為了保證批次實(shí)驗(yàn)所選取的厭氧氨氧化污泥的性能相近，先將污泥濾水后等 分為24份,每份污泥濕重lg,放入血清瓶中通過數(shù)次培養(yǎng)，選取氮去除速率最為相

6、近的 12份進(jìn)行磷酸鹽短期批次影響實(shí)驗(yàn).向12份血清瓶中加入相同的廢水，并通過加入 KH2PO4濃縮液，控制廢水中不同的磷酸鹽濃度（表1）,經(jīng)過10h培養(yǎng)后，測定出水水質(zhì)中 氮素的變化從而評佔(zhàn)磷酸鹽對厭氧氨氧化污泥的短期影響做兩組平行實(shí)驗(yàn).表1批次實(shí)驗(yàn)進(jìn)水磷酸鹽濃度1.4.2長期影響實(shí)驗(yàn)取兩個250mL的血清瓶,各接種lg厭氧氨氧化污泥,控制水力停留時間為24h. 進(jìn)水磷酸鹽從低濃度開始逐步提高，每個濃度水平下都待脫氮效能穩(wěn)定再進(jìn)行磷酸鹽 濃度的提升，直至污泥脫氮效能大幅度下降，并且厭氧氨氧化污泥處于穩(wěn)定抑制的狀態(tài) 下.1.5動力學(xué)參數(shù)擬合利用Haldane抑制模型來擬合磷酸鹽對厭氧氨氧化活性

7、污泥的抑制動力學(xué) 參數(shù)，本實(shí)驗(yàn)采用如下公式：式中,RRmdx為厭氧氨氧化污泥最大氮去除速率,g （m3 - d）-l;NRRx進(jìn)水磷 酸鹽離子濃度為xmg L-1時厭氧氨氧化污泥氮去除速率,g （m3 - d）-l;Km為半速率 常數(shù),Ki為半抑制常數(shù),S為磷酸鹽濃度,mg L-1.1. 6DNA的提取取抑制前后的ANAMMOX污泥，加入978 M L磷酸鈉緩沖液和122 u LMT緩沖液裂 解，在FastPrep中處理后離心lOmin,之后轉(zhuǎn)移上清液至新的2mL離心管，加入 250 u LPPS,混勻后離心5min,再取上清液轉(zhuǎn)移至新的5mL離心管中并加入 ImLBindingMatrixS

8、uspension,輕微混勻后靜置3min,然后去除約500 P L上清液，至懸 剩余上清液;轉(zhuǎn)移600 PL混合液至SPINTMFilter中離心lmin,將下部液體倒掉,重復(fù)上 述過程至混合液全部轉(zhuǎn)移完畢,再加入500 P LSEWS-M離心3min,再風(fēng)干5min后加入50 u LDES,離心lmin,將DNA洗滌出來.1.7熒光定量PCRANAMM0X細(xì)菌定量實(shí)驗(yàn)所用的引物對分別是AMX809F/AMX1066R,其引物序列如 表2所示.表2ANAMM0X菌Real-timePCR引物及反應(yīng)條件為了考察磷酸影響前后ANAW0X細(xì)菌豐度的變化，對抑制前后的污泥進(jìn)行 了定量PCR實(shí)驗(yàn).采用

9、20 u L反應(yīng)體系，其中包括0. 8uL上游引物,0. 8 P L下游引物,2 P L 基因組 DNA, 0. 4 u LR0X 11,2 U LDntp, 10 n LEXTaq II, 6 u L 超純滅菌水.每個樣品重 復(fù)3次，取其平均值.反應(yīng)程序?yàn)椋?5C預(yù)變性omin,接40個循環(huán)，每個循環(huán)包括95C 變性30s, 57C退火30s, 72C延伸30s,最后延伸5min.將提取好的基因組DNA采用PCR擴(kuò)增后進(jìn)行純化回收，提取的DA樣品用0. 8% 瓊脂糖凝膠電泳進(jìn)行檢測，然后送入上海生物工程有限公司進(jìn)行測序，制作標(biāo)準(zhǔn)品將 制作好的標(biāo)準(zhǔn)品梯度稀釋后進(jìn)行熒光定量PCR(ABI7300

10、,美國)檢測，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線.2結(jié)果與討論2. 1磷酸鹽對厭氧氨氧化污泥活性的短期影響山圖1可知，隨著進(jìn)水磷酸鹽濃度的升高,整體氮去除速率呈降低趨勢初始未 添加磷酸鹽時，出水 NH4+-N、N02N、N03X 濃度分別為 5.33、39.5、22. 9mg * L-1, 氮去除速率為368. 33g (m3 - d)-l.當(dāng)進(jìn)水磷酸鹽濃度為020mg - L-1時，出水 NH4+-X, N02X濃度有所升高,N03N濃度略有降低，氮去除速率山368. 33g - (m3 - d)-l下降至323. 51g - (m3 - d)-l.當(dāng)進(jìn)水磷酸鹽濃度達(dá)到30mg - L-1時，出水 NH4+-X, N02X濃度反而降低,N03X濃度升高,氮去除速率為353. 37g - (m3 - d)-l. 這表明進(jìn)水磷酸鹽濃度在030mg - L-1之間可能存在一個活性刺激階段，濃度跨度 較小,未能明顯看出.當(dāng)進(jìn)水磷酸鹽濃度大于30mg L-1時，出水NH4+-N, N02N濃度逐 步升高,03-濃度逐步降低，氮去除速率開始逐步下降，并呈加速下降趨勢.當(dāng)進(jìn)水磷 酸鹽濃度大于300mg - L-1時，厭氧氨氧化污泥的氮去除速率下降至104. 69g - (m