基质负荷和N/S比对硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的影响

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基于以硫化物为底物的硫自养反硝化(Sulfide-Dependent Autotrophic Denitrification,SDAD)工艺和厌氧氨氧化(Anammox)工艺的SDAD-Anammox耦合工艺可以实现氨氮、硝态氮和和硫化物的同步去除。已有一些关于SDAD-Anammox耦合工艺的研究,然而耦合系统在不同基质负荷和N/S比下的反应器运行性能和关于厌氧氨氧化菌和硫自养反硝化菌的相互作用(竞争、合作)关系尚不明确。基于此,本文开展了关于Anammox、SDAD和SDAD-Anammox工艺的相关研究:首先,快速启动厌氧氨氧化反应器,TN去除率达到了89.6%。采用Haldane模型拟合NO2--N浓度对于厌氧氨氧化反应速率的影响,拟合所得的抑制系数Ki为456.353mg/L,最大反应速率Vmax为1.524 kg/m~3·d。高通量测序结果显示Candidatus Kuenenia和Candidatus Brocadia分别增加到20.0%和2.7%,表明厌氧氨氧化菌成功富集。其次,在硫自养反硝化反应系统中投加适量葡萄糖,可以实现硫自养反硝化和异养反硝化协同脱氮,NO3--N去除率达到了91.0%以上。而葡萄糖的加入并未影响硫化物去除效果,硫化物去除率均为100%。通过Alpha多样性分析可知,当反硝化系统从硫自养变成硫自养-异养再变成异养时,微生物物种丰度逐渐减少。而微生物多样性在硫自养反硝化系统中最多,异养反硝化系统次之,硫自养-异养反硝化系统中最少。高通量测序结果显示Thiobacillus和Sulfurimonas在约80 mg/L葡萄糖添加后略微上升,表明硫自养反硝化菌和异养反硝化菌在适当条件下能够处于协同状态。最后,成功启动SDAD-Anammox耦合反应器。当NLR为1.52 kg N m-3 d-1,TN去除率高达86.7%。而当NLR进一步增加到3.36 kg N m-3 d-1时,系统负荷过重,TN去除率降至77.0%,与此同时,将N/S从2.0降至1.5,使得NO3--N去除率均达到89.4%以上。硫化物在整个实验过程去除效率都为100%。批次实验结果表明,部分硫自养反硝化和Anammox的速率均高于短程硫自养反硝化,确保了Anammox占据主导地位。高通量测序表明Candidatus Kuenenia、Thiobacillus和Sulfurimonas为SDAD-Anammox耦合系统主要功能微生物。尽管Candidatus Kuenenia相对丰度明显低于Thiobacillus和Sulfurimonas,仍表现出较高活性,表明耦合系统内主要功能微生物能够实现和谐共生。
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