焦点提醒：原创论文 | 碳源投加体例对短程反硝化机能的����Ϸapp影响 郭露,汪晓军,秦嘉富,等.碳源投加体例对短程反硝化机能的影响[J].中国给水排水,2022,38(3):74-80. 摘要：短程反硝化长短常有前景的硝酸盐废水前处置方式，可为厌氧氨氧化供给必须的底物（NO2--N），而分歧碳源投加体例会影响短程反硝化的机能。在进水NO3--N为100mg/L、乙酸钠为碳源、碳氮比为2的前提下，探讨了分歧碳源投加体例（1次投加、3次投加、6次投加）对短程反硝化氮素转化特征和反映速度的影响。成果注解，分次投加碳源能够在短时候内启动高效不变的短程反硝化，且6次投加体例前提下短程反硝化机能最优。6次投加碳源（t=0/10/20/30/40/50 min）前提下短程反硝化出水NO3--N、NO2--N平均浓度别离为7.33、60.92mg/L，NO3--N至NO2--N的平均转化率（NTR）为86.55%，NO3--N比还原速度和NO2--N比还原速度别离为26.79、4.14mg/（g·h）。高通量测序成果显示，拟杆菌门和变形菌门是短程反硝化系统中的劣势菌门。在研究进程中，短程反硝化功能菌属Thauera品貌逐步增添，3种投加体例下其相对品貌别离为0、14.29%、17.11%，申明与短程反硝化相干的劣势菌获得富集。 郭露，硕士研究生，首要处置水污染节制理论与手艺研究。 短程反硝化（PD）是指NO3--N还原到NO2--N的进程，比拟在完全反硝化进程可节俭60.10%的外加碳源。有研究注解，经由过程节制污泥类型、碳源品种、碳氮比（C/N值）、pH值、碳源投加体例等前提能够实现短程反硝化和NO2--N堆集。毕春雪等、张星星等操纵分歧污泥快速启动了PD，NO2--N转化率（NTR）别离在80%、70%摆布。Ge等研究发觉添加分歧碳源时，添加葡萄糖碳源前提下亚硝酸盐堆集率最高，较高C/N值会取得更高的NO2--N堆集量。Gong等用乙酸钠作为碳源时，发觉在C/N值=1.4～3.5时NO2--N都能有用堆集。Qian等发觉当系统pH值从5.0增至9.0时，反映器中NTR逐步升高，并且pH值=9.0时短程反硝化要害细菌Thauera的相对品貌最高。王淑莹等研究注解，以污泥发酵液为碳源，分次投加和1次投加对短程反硝化系统中NTR的峰值影响不年夜，但分次投加更有益在NO2--N不变堆集。在反硝化耦合厌氧氨氧化系统中，分次投加污泥发酵液不会下降厌氧氨氧化活性。Du等发觉，在反硝化氨氧化（DEAMOX）系统中，总氮跨越500mg/L时，分次投加碳源能较着晋升PD进程的NTR。 今朝虽有少部门文献报导了碳源投加体例对PD的影响，但这些研究多是采取短程反硝化-ANAMMOX耦合工艺阐发碳源投加体例对全体脱氮结果的影响，而碳源投加体例对PD中氮素转化特征和转化速度的影响鲜有研究。是以，笔者采取序批式反映器（SBR）处置摹拟硝酸盐废水，以乙酸钠为碳源，探讨在分歧碳源投加体例下PD工艺的启动和运转机能的差别环境，并操纵高通量测序手艺阐发分歧前提下微生物群落转变，旨在为硝酸盐废水的处置供给理论撑持。 01 材料与方式 1.1尝试装配 尝试装配采取SBR反映器，由无机博璃制成，有用体积为3L，长为11cm，宽为11cm，高为40cm，见图1。在反映器上方安装JJ-1型悬臂式搅拌器，搅拌速度为200r/min，以连结反映进程中的完全夹杂且消融氧不跨越0.2mg/L。利用哈希HQ30d消融氧仪测定消融氧，雷弗BT100L型爬动泵节制进水和碳源投加，德力西2W040-10型电磁阀进行排水。利用YX25L型温控加热盘节制反映器内温度在24～25 ℃。 图1 SBR装配示意 1.2 尝试方案 SBR天天运转2个周期，每周期进水1.5L，排水比为50%。本尝试分为两个阶段，阶段Ⅰ为反映启动阶段：厌氧搅拌360min（包罗进水2min），沉淀30min，排水5min；阶段Ⅱ为碳源投加体例探讨阶段：厌氧搅拌240min（包罗进水2min），沉淀30min，排水5min。 全部尝试进程进水NO3--N为100mg/L，利用乙酸钠溶液（COD为25g/L）供给反映所需碳源，节制反映肇端C/N值为2。第Ⅰ阶段（第1～10天）分4次投加碳源，即在t=0/1/2/3 h别离投加3 mL乙酸钠溶液，旨在启动短程反硝化。第Ⅱ阶段采取3种碳源投加体例，即1次投加体例（第11～28天，在t=0min时投加12mL乙酸钠溶液）、3次投加体例（第29～47天，在t=0/30/60min别离投加4mL乙酸钠溶液）、6次投加体例（第48～68天，在t=0/10/20/30/40/50 min别离投加2mL乙酸钠溶液）。3种投加体例各拔取3个周期进行单周期持续取样。天天监测SBR反映器进、出水的NO3--N、NO2--N、pH值。 1.3 接种污泥与尝试进水 接种污泥取自尝试室培育成熟的全程自养脱氮污泥，接种后SBR反映器内夹杂液的MLVSS为1500mg/L，30d排泥1次。 尝试进水为人工配制的摹拟废水，首要包罗NaNO3、微生物发展所需的养分元素、微量元素A和B溶液，pH值为7.5～8.5。 1.4 阐发项目和方式 水样起首颠末0.45μm纳滤膜过滤，然后别离采取N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法、紫外分光光度法、PHS-3C型pH计、马福炉灼烧分量法测定NO2--N、NO3--N、pH值、MLVSS；微生物群落布局采取高通量基因测序手艺进行阐发。 NTR、比转化速度参考文献进行计较。 02 成果与阐发 2.1短程反硝化系统的启动 图2反应了反映器内PD启动进程中NO3--N、NO2--N浓度和NTR转变环境。进水NO3--N为100mg/L，乙酸钠为独一碳源，碳源分4次投入SBR反映器中，PD系统颠末19个周期的驯化完成启动。启动可分为两个阶段：第1～9周期，PD活性加强阶段；第10～19周期，PD活性不变阶段。第1～9周期，反映器出水NO3--N浓度从26.89mg/L降至12.39mg/L，NO2--N浓度从0.75mg/L增添到44.9mg/L，NTR从22.00%升至86.17%，此时认为系统中PD机能逐步加强。第10～19周期，反映器出水NO3--N和NO2--N平均浓度为12.53mg/L和61.41mg/L，NO2--N高堆集量得以保持，NTR平均为89.78%、最年夜为97.09%，申明颠末19个周期的驯化，在SBR反映器中成功启动了PD系统。 图2PD启动阶段运转状态 今朝，年夜大都研究者启动PD采取一次性投加碳源的方式。毕春雪等在SBR反映器中经由过程一次性投加乙酸钠耗时21d启动了PD，张星星等采取3种分歧的污泥源耗时9d启动了PD系统，且NTR均仅在70%摆布。本尝试采取的SBR反映器仅颠末19个周期（10d）的运转，NTR就到达89.78%，在短时候内完成了高效不变PD系统的启动，是以能够认为分次投加碳源有益在SBR反映器中PD的启动。 2.2 碳源投加体例对短程反硝化的影响 2.2.1 氮素转化特征 分歧碳源投加体例对PD系统氮素转化特征的影响如图3所示。进水NO3--N为100mg/L，一次性投加时，反映器出水NO3--N、NO2--N平均浓度别离为17.18、49.24mg/L，NTR平均为75.10%、最年夜到达88.62%。前10d反映器中NTR稍有波动，后趋在不变。3次投加体例前提下，反映器出水NO3--N、NO2--N平均浓度别离为12.28、58.9mg/L，NTR平均为81.55%，比一次性投加时高6.45%，NTR最年夜为88.72%，与一次性投加时相差不年夜，申明3次投加时反映器出水NTR波动不年夜。6次投加体例前提下，反映器出水NO3--N、NO2--N平均浓度别离为7.33、60.92mg/L，NTR平均为86.55%、最高可达96.14%。 图3分歧碳源投加体例下PD运转状态 在分歧的投加体例下，PD系统出水NO3--N、NO2--N浓度差别较着。在其他运转前提不异的环境下，跟着碳源投加次数的增加，SBR反映器出水NO2--N浓度、NTR呈上升趋向，NO3--N残剩量呈降落趋向，申明碳源投加次数增加有益在晋升反映器内PD活性。碳源分6次投加能够在最年夜限度上促使NO3--N转化为NO2--N，同时进行完全反硝化的NO3--N比例降落，是以堆集了高浓度的NO2--N。少许屡次地投加碳源可以使反映器中的无机物浓度处在较低程度。在较低的C/N值前提下，硝酸盐还原酶的活性年夜在亚硝酸盐还原酶的活性，NO3--N优先还原为NO2--N，使NO2--N得以堆集。 2.2.2 典型周期转化速度 图4展现了分歧碳源投加体例下SBR反映器中PD典型周期内NO3--N、NO2--N浓度和NTR转变环境。各前提下典型周期尝试次数为3次。一次性投加时，在前60min，反映器出水NO3--N浓度由64.63mg/L降至28.15mg/L，NO2--N浓度从12.68mg/L升至41.72mg/L，60min时NTR到达峰值80.09%。在后续180min反映时候内，NO2--N仅增添了3.94mg/L，NO3--N仅削减了9.45mg/L。3次投加时，反映器出水氮素浓度转变首要在前90min内，NO3--N在0～90 min和90～240min的浓度别离降落了43.39、7.37mg/L，NO2--N则别离增添了30.83、4.21mg/L，但NTR峰值仍呈现在60min时，为72.46%。6次投加时，在前60min完成了年夜部门NO2--N的堆集，反映器出水NO2--N增添了33.80mg/L，NO3--N削减了39.90mg/L，60min时NTR最年夜为84.50%。3种投加体例下反映器内NO3--N削减量均年夜在NO2--N堆集量，两者差值越小，申明反映器内NO2--N的还原量越少，NTR越高。 图4PD典型周期内氮素浓度、NTR转变曲线 另外，3种投加前提下SBR反映器出水NO3--N、NO2--N浓度和NTR转变趋向根基类似。在反映前期，反映器出水NO3--N浓度跟着反映的进行而逐步下降，NO2--N浓度不竭堆集升高。这是由于在反映早期，硝酸盐还原菌的底物NO3--N和碳源足够，硝酸盐还原酶可连系的电子供体与受体增添，NO3--N可快速转化为NO2--N。反映一段时候后，反映器中NO3--N、NO2--N浓度转变不年夜，是由于反映后期NO3--N和碳源浓度较低，反映变慢，NO3--N和NO2--N转变不较着，是以两者浓度和NTR比力不变。有研究注解，当C/N值年夜在3（跨越了完全反硝化所需要的碳源量）时出水NO2--N浓度随反映的进行而先增添后削减。而本尝试中C/N值为2，且经由过程分次投加下降了反映时代碳源浓度，使反映器中不较着产生完全反硝化，才成功在反映后期不变堆集NO2--N浓度。3种碳源投加体例下，反映器中的NTR呈微弱的先上升后降落的趋向，且均在60min时到达最年夜值。经比力可知，6次投加体例下反映器出水NO2--N浓度和NTR都到达最高程度。 在前4次取样时候内，反映器内NO3--N削减量和NO2--N堆集量与时候呈线性关系，R2>0.95。典型周期内的PD反映速度可由拟合后的两者浓度转变和污泥浓度MLVSS来肯定，成果如图5所示。 图5分歧碳源投加体例下PD典型周期内的比反映速度 在3种投加体例中，6次投加时NO3--N比还原速度、NO2--N比堆集速度最年夜，别离为26.79、22.65mg/（g·h），3次投加体例的NO3--N比还原速度、NO2--N比堆集速度最小，别离为19.42、13.95mg/（g·h）。另外，不管何种投加体例，NO3--N比还原速度弘远在NO2--N比还原速度。一次性投加时，NO3--N比还原速度是NO2--N比还原速度的4.82倍，3次、6次投加时别离为3.55、6.47倍。6次投加体例的NO3--N比还原速度与NO2--N比还原速度相差最年夜，NO2--N得以更好地堆集，与在该前提下PD系统具有较高的NTR相分歧。由此能够认为，NO3--N比还原速度年夜在NO2--N比还原速度是NO2--N堆集的间接缘由，这与王淑莹等、Cao等的研究成果类似。 2.3 微生物群落阐发 操纵16SrDNA高通量测序进一步领会分歧运转前提下反映器中微生物群落布局的转变环境。seed取自反映器运转第1天（接种污泥）、R1取自反映器运转第16天（1次投加体例）、R3取自反映器运转第35天（3次投加体例）、R6取自反映器运转第57天（6次投加体例）。4个污泥样品的Coverage值别离为98.80%、97.68%、99.60%、99.74%，有较高的样本文库笼盖率，申明本次测序有用。Shannon值用来表征微生物群落的多样性，其数值越年夜，多样性越高。seed、R1、R3、R6的Shannon值别离为5.69、8.02、6.19、7.10，申明R1比其他样品的物种多样性要高，即seed、R3、R6中微生物的专注性更高，功能细菌的劣势更强。 SBR反映器中各期间污泥样品门程度、属程度的微生物群落品貌见图6。从图6（a）可知，4个污泥样品平分别检测出9、11、18、15种已知菌门，有6种首要菌门（相对品貌>1.0%），别离为拟杆菌门（Bacteroidetes）、变形菌门（Proteobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）、厚壁菌门（Firmicutes）、浮霉菌门（Planctomycetes）和Patescibacteria菌门。依照品貌由高到低排序，seed中劣势菌门为拟杆菌门（84.08%）、厚壁菌门（14.86%）；R1中劣势菌门为拟杆菌门（70.50%）、厚壁菌门（25.60%）和Patescibacteria菌门（1.59%）；R3中劣势菌门为拟杆菌门（38.49%）、变形菌门（32.73%）、绿弯菌门（22.35%）、浮霉菌门（4.28%）；R6中劣势菌为变形菌门（47.71%）、绿弯菌门（22.62%）、拟杆菌门（22.35%）、浮霉菌门（4.96%）。能够发觉，R3、R6中呈现了seed、R1中没有的绿弯菌门，绿弯菌门是含有绿色素的兼性厌氧细菌，能够分化糖类物资并进行脱氮。拟杆菌门的品貌逐步下降，变形菌门的品貌逐步升高，R6中变形菌门占47.71%，此品貌与已有文献中活性污泥变形菌门的品貌附近。污水处置中常见的反硝化菌属年夜多属在变形菌门，变形菌门能够在降解无机物的同时脱氮除磷，是以，高品貌变形菌门是PD系统中高NTR的包管。 从图6（b）可知，R3、R6新增了前两个样品中未检测出的反硝化菌属Thauera，相对品貌别离为14.29%、17.11%。Thauera是PD研究中实现NO2--N堆集的功能菌属。Du等的研究接种已驯化成功且不变运转的反硝化污泥，发觉在尝试后期Thauera是PD工艺中的绝对劣势菌属，相对品貌为67.25%。而本尝试接种污泥为尝试室培育成熟的全程自养脱氮污泥，反映后期才呈现Thauera，前提的优化使与PD相干劣势菌获得富集，这与6次投加时结果最优的结论分歧。 图6 微生物群落阐发 03 结论 ①在常温（24～25 ℃）下，当进水NO3--N为100 mg/L、C/N值=2时，碳源分次投加，能够在短时候（10d）内启动高效不变的PD系统。 ②6次投加体例下SBR反映器中PD运转效能最好。6次投加体例下出水NO3--N、NO2--N平均浓度别离为7.33、60.92 mg/L，NTR平均为86.55%，NO3--N比还原速度最年夜［26.79mg/（g·h）］，NO2--N比还原速度最小［4.14mg/（g·h）］。 ③碳源投加次数增加有益在晋升SBR反映器内PD的活性，增进反映器出水NO2--N的堆集，可为后续ANAMMOX脱氮供给足够的基质。 ④拟杆菌门和变形菌门是PD系统中的劣势菌门，在3次投加和6次投加的污泥中呈现的新菌属Thauera是浩繁已报导PD研究中实现NO2--N堆集的功能菌属，Thauera的富集能保持PD系统的不变。 本文的完全版登载在《中国给水排水》2022年第3期，作者和单元以下： 碳源投加体例对短程反硝化机能的影响 郭露1,2，汪晓军1,2,3，秦嘉富1,2，陈振国3,4 该文尺度著录格局： 郭露,汪晓军,秦嘉富,等.碳源投加体例对短程反硝化机能的影响[J].中国给水排水,2022,38(3):74-80. GUOLu,WANGXiaojun,QIN Jiafu,et al.Effect ofcarbonsourcedosingmode onpartialdenitrificationperformance[J].China Water & Wastewater,2022,38(3):74-80(in Chinese). 编纂：任莹莹 建造：文 凯 审核：李德强 出色回首 污水厂再生水中耐氯年夜肠杆菌筛查和细菌耐药性阐发 MBBR利用要点|悬浮载体有用比概况积的生物测定方式 日本饮用水水质检测尺度化概述和启迪 MBR项目持久运转中的膜清洗结果和膜机能转变 基在可直饮方针的城市二次供水革新经验 排水管网在线监测布点数目简直定 原创论文|典型海绵举措措施水轮回进程分析尝试场建立 基在运转经验的半地下式污水厂前期设想细节优化 原创论文|纳米材料对厌氧氨氧化工艺的影响研究进展 原创论文|排水管网运维治理问题阐发与对策研究 原创论文|分析管廊年夜口径输配水干管专项设想要点 原创论文|合建建筑消防给水若干问题切磋 原创论文|北京冬奥会延庆赛区场馆水资本操纵方案比选 原创论文|常州城市饮用水水源平安评估和优化对策研究 原创论文|深圳市污泥深度脱水应急项目的设想与运转 原创论文|我国第三财产成长与节水研究 原创论文|新行业尺度下的供水管网漏损节制实践 原创论文 |我国项目扶植尺度鼎新和推动团标成长的实践和思虑 原创论文 |江南地域缓流水体中微塑料的表示纪律 原创论文 |铁基催化剂整砌填料催化臭氧的运转工况研究 微旌旗灯号：cnww1985 官方网站：www.cnww1985.com 联系邮箱：cnwater@vip.163.com
原创论文 | 碳源投加体例对短程反硝化机能的影响
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