厌氧氨氧化耦合藻菌共生体系处理猪场废水

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经过厌氧发酵后的猪场发酵液仍残留高浓度的NH4+-N、P等污染物,未经处理直接排放会严重污染自然环境,危害人类健康。藻菌共生及厌氧氨氧化反应这两个过程皆无需曝气,无需额外投加碳源,耗能低。因此,藻菌共生与厌氧氨氧化的组合工艺逐渐引起关注。本文利用小球藻,氨氧化细菌及厌氧氨氧化菌作为主要功能菌,通过厌氧氨氧化耦合藻菌共生体系的联合工艺处理猪场发酵液,探究耦合系统的脱氮除磷效能。(1)首先,构建藻菌共生体系,探究不同的小球藻-活性污泥接种比对模拟废水的脱磷除磷效果,得出最适接种比,并通过高通量测序探究最优接种比实验组的微生物群落组成结构特征。结果表明,当藻类:活性污泥的添加比例为5:1时,TN和TP的去除率最高,分别为53.85%和85.13%,COD和NH4+-N皆达到了100%的去除率。此外,16S rRNA基因分析结果表明,藻泥接种比为5:1的反应器在反应初、中和末期的微生物群落存在明显差异。随着反应器的运行,黄杆菌、类杆菌、根瘤菌、硝化杆菌属得到了富集。(2)分别启动藻菌共生体系和厌氧氨氧化体系并发现,藻菌共生系统可在20天内达到高效稳定的氮、磷去除性能。选择以光暗比16:8 h/h作为实验参数;此外,加入聚氨酯海绵作为载体以强化藻菌共生体系的反应性能,研究结果表明载体的加入,不影响NH4+-N的消耗量,但能够有效促进磷的去除。厌氧氨氧化反应经过40天的启动运行,NH4+-N消耗量、NO2--N消耗量、NO3--N生成量之比达到1:1.34:0.21。(3)构建厌氧氨氧化耦合藻菌共生系统,探究耦合系统的脱氮除磷性能及系统内微生物群落结构变化。实验结果表明:耦合系统能够有效去除低C/N比(0.87-2.12)废水中的NH4+-N,TP和COD,去除效率分别为100%、91%、87%,平均水力停留时间(HRT)为3天。耦合系统的脱氮除磷效果明显优于单一的藻菌体系。厌氧氨氧化出水的加入不仅提高了微生物多样性同时也改变了污泥群落结构,藻菌体系中门水平上的优势菌由Proteobacteria变成了Bacteroidota。在耦合系统、藻菌体系中,属水平的Nitrobacter成为优势菌属。此外,小球藻的悬浮生长可保护氨氧化菌和亚硝酸盐氧化细菌免受光损伤。(4)通过对HRT优化,探究厌氧-好氧组合工艺在最适HRT条件下对猪场废水脱氮除磷效果以及系统内微生物群落结构变化。结果表明在3个不同的HRT条件下(HRT=3、4、5天),系统脱氮除磷能力随着HRT的增加而提高,但是HRT为4天或5天的NH4+-N、TN、TP去除效果相差不大,综合考虑时间成本和系统的脱氮除磷的效率,采取HRT=4天作为最适条件,在此条件下COD的去除率超过75%,TN、NH4+-N、TP的去除率分别为90%、100%、83%。通过高通量测序结果可知,微生物种类增多,物种丰度提高,耦合系统中Nitrosomonas成为优势菌,UASB中Diaphorobacter得到大量累积成为系统中主要的菌种,Rhizobiaceae在反应末期得到不同程度的富集。
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