内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化深度脱氮除磷研究

作     者：刘叶 

作者单位：郑州轻工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：金宝丹;杨艳琴

授予年度：2024年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：内源短程反硝化 厌氧氨氧化 抗生素 金属离子 脱氮除磷 

摘      要：内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化（Endogenous partial denitrification coupled with Anaerobic ammonia oxidation process,EPD-Anammox）工艺具有同时实现脱氮除磷的能力,在污水处理中有广阔的应用前景。本研究以强化EPD-Anammox工艺的可行性以及稳定性为目的,首先在实验室条件下通过提高氮负荷（Nitrogen Loading Rate,NLR）和缩短水力停留时间（Hydraulic Residence Time,HRT）成功启动Anammox系统,考察了不同保存温度下Anammox污泥的活性恢复,探究了二价铁离子(Fe（Ⅱ）)对Anammox系统启动的影响,并结合高通量测序明确Fe（Ⅱ）对Anammox脱氮过程潜在机理;同时,在实验室条件下启动EPD工艺,考察了进水碳氮比（C/N）以及不同价态铁和抗生素等因素对EPD的影响,并结合高通量测序,明确了EPD过程亚硝酸盐（NO2--N）积累和磷酸盐(PO43--P)去除的微观机理;最后进行EPD-Anammox耦合工艺深度脱氮除磷的性能研究,将Fe（Ⅱ）和四环素引入耦合工艺,结合微生物菌群变化,评估耦合工艺处理含铁废水和含抗生素废水的可行性。主要研究内容及相关结论如下: （1）Anammox系统的启动及影响因素分析 通过改变进水NLR和HRT,在141 d成功启动Anammox系统;4℃储存的厌氧氨氧化菌（An AOB）在短时间即实现再活化,TN去除效果稳定在70%以上,氨氮（NH4+-N）和NO2--N去除率约99%;Fe（Ⅱ）的添加促进了NH4+-N的去除,NH4+-N和TN分别达到了约98%和70%的去除率,微生物分析发现,Acinetobacter、Bacillus等在Fe（Ⅱ）作用下丰度增加,却抑制了Candidatus＿Brocadia（***）等An AOB富集。 （2）内源短程反硝化系统的启动及影响因素分析 综合比较不同C/N比（7.5、6.5、5.5、4.5、3.75、3.25、2.75、2.25）条件下的EPD性能,最合适的C/N比为3.75～4.5;在80 mg/L的nZVI条件下,NTR和PRE分别达到97.74%和64.76%,反硝化聚糖菌（DGAOs）在nZVI作用下丰度提高,而nZVI的化学性质弥补了生物去除PO43--P的不足,并促进了NO2--N的富集;Fe（Ⅱ）在提高NO2--N积累上更具优势,而Fe（Ⅲ）在PO43--P去除上更具优势,DGAOs和反硝化聚磷菌（DPAOs）在添加铁的系统中均被显著富集;暴露于磺胺嘧啶的系统有着最佳的NO2--N累积效果和最差的PO43--P去除效果,磺胺甲恶唑在提高NO2--N积累上同样具有优势,DGAOs在磺胺嘧啶和四环素压力下丰度提高,DPAOs同样在抗生素压力下丰度提高,保证了PO43--P去除。 （3）内源性短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺 EPD-空白为Anammox-空白稳定提供NO2--N的同时,实现约50%的PRE,而Anammox-空白能够实现70%以上的TN去除效果,An AOB,丰度从1.62%增加至32.68%;Fe（Ⅱ）促进了EPD-Fe（Ⅱ）系统NO2--N累积和PO43--P去除,Anammox-Fe（Ⅱ）的TN去除率高达86.28%,An AOB丰度从1.62%增加至38.64%;四环素环境压力下,EPD-四环素系统的NTR达到了94.18%,PRE较EPD-空白提高了约6%,Anammox-四环素系统的TN去除率也达73.08%,An AOB丰度较Anammox-空白下降了6.40%。DNB和NOB在耦合系统被富集,弥补了An AOB丰度下降带来的氮去除不完全。