高浓度氨氮废水短程硝化及氨氧化菌群分析

Seediscussions,stats,andauthorprofilesforthispublicationat:ficationofHighAmmoniaConcentrationWastewaterandAmmonia-oxidizingBacterialCommunityArticle  in  ChineseJournalofAppliedandEnvironmentalBiology·April2013DOI:10.3724/SP.J.1145.2013.00313CITATIONS0READS236authors,including:Someoftheauthorsofthispublicationarealsoworkingontheserelatedprojects:SustainablewastewatertreatmentbasedonMicrobialfuelcellstechnologyViewprojectNuanYangChengduInstituteofBiology,ChineseAcademyofSciences,Chengdu,China8PUBLICATIONS   89CITATIONS   SEEPROFILEAllcontentfollowingthispagewasuploadedbyNuanYangon18December2016.Theuserhasrequestedenhancementofthedownloadedfile.应用与环境生物学报ChinJApplEnvironBiol2013，19(2):313-3172013-04-25DOI:10.3724/SP.J.1145.2013.00313我国城镇生活垃圾90.5%通过填埋方式进行处理[1]，填埋过程中垃圾降解产生的有机、无机污染物混合雨水和垃圾自身水分沥滤形成垃圾渗滤液，含有大量COD和氨氮，以及重金属、PAHs、POPs等数十种有毒有害物质[2]，其水质具有水量变化大、有毒有害污染物种类多、微生物营养比例失调的特点[3].渗滤液中的COD可通过厌氧处理去除，但厌氧过程没有氨氮脱除途径[4]，因此随着COD的减少，氨氮会逐渐积累[5]，形成低C/N比的高浓度氨氮废水，特别是老龄垃圾填埋场的渗滤液C/N比严重失衡，不利于生物反硝化脱氮.以垃圾渗滤液为代表的高浓度氨氮废水脱氮既是一个难题，也是目前的研究热点.高浓度氨氮废水短程硝化及氨氧化菌群分析*何晓红1杨暖2陶勇1**李大平1李伟3丁勇3（1中国科学院环境与应用微生物重点实验室成都610041）（2中国科学院重庆绿色智能技术研究院重庆401122）（3成都市固体废弃物卫生处置场成都610061）摘要高浓度氨氮废水成分复杂，毒性强，对环境危害大.采用连续式好氧硝化混合反应器（CSTR），在pH7.5-8.5，DO0.5-2.0mg/L，温度(30±1)℃条件下，研究了不同氮负荷下氨氧化菌剂（AHAA-4）对垃圾渗滤液中氨氮及COD的处理效果，并对不同氮负荷下氨氧化菌（AOB）群落结构进行了PCR-DGGE分析.结果表明，氨氧化负荷（NLR，以N计）和COD负荷（OLR）最高可以分别达到1.366kgm-3d-1和2.572kgm-3d-1，氨氮去除率达95%以上，COD去除率在57.7%-77.1%之间.反应器中AOB主要有5个类群，分别是未培养菌CMC14、未培养亚硝化单胞菌AOB-1、亚硝化单胞菌科Elev、亚硝化单胞菌Z9和未培养菌56S_1B-1，其优势种群亚硝化单胞菌Z9是主要功能菌.生物多样性指数分析显示，氨氧化菌群多样性变化呈先增加后减少的趋势.在整个过程中，亚硝酸盐氧化菌（NOB）既受到游离氨（FA）的抑制，还受到游离亚硝酸（FNA）的抑制，但AOB并未受到明显抑制.图6表3参12关键词高浓度氨氮废水；CSTR；氨氧化负荷；氨氧化菌群；游离氨；游离亚硝酸；COD负荷CLCX172:X703ShortcutNitrificationofHighAmmoniaConcentrationWastewaterandAmmonia-oxidizingBacterialCommunity*HEXiaohong1,YANGNuan2,TAOYong1**,LIDaping1,LIWei3&DINGYong3(1KeyLaboratoryofEnvironmentalandAppliedMicrobiology,ChengduInstituteofBiology,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,China)(2ChongqingInstituteofGreenandIntelligentTechnology,ChineseAcademyofSciences,Chongqing,401122)(3ChengduMunicipalSolidWasteLandfill,Chengdu610061,China)AbstractWastewaterofhighammonianitrogenconcentrationisextremelyharmfultotheenvironmentbecauseofitsstrongtoxicity.Inthispaper,theshortcutnitrificationoflandfillleachatewascarriedoutinacontinuousstirredtankreactor(CSTR)inoculatedwiththeammonia-oxidizingbacterial(AOB)agentAHAA-4.Effectofdifferentnitrogenloadingonremovalofammonia-nitrogenandCODwasstudiedundertheconditionsofpH7.5-8.5,DO0.5-2.0mg/Land30℃.TheAOBcommunitywasanalyzedbyPCR-DGGE.Theresultsshowedthatthemaximumnitrogenloadingrate(NLR)andthemaximumorganicloadingrate(OLR)reached1.366kgm-3d-1and2.572kgm-3d-1,respectively.TheammoniaandCODremovalwasover95%and57.7%-77.1%,respectively.TheDGGEprofilesshowedfivedominantbacterialgroupsinCSTR,includingunculturedbacteriumcloneCMC14,unculturedNitrosomonassp.cloneAOB-1,unculturedNitrosomonadaceaebacteriumcloneElev,unculturedNitrosomonassp.cloneZ9andunculturedbetaproteobacteriumclone56S_1B-1respectively,withNitrosomonassp.Z9asthedominantpopulation.TheShannon-Wienerindexexhibitedafirstincreasingandlaterdecreasingtrendofthebiodiversity.Thenitriteoxidationbacteria(NOB)weresuppressedbynotonlyfreeammonia(FA),butalsofreenitrousacid(FNA).However,AOBwerenotsignificantlyinhibited.Fig6,Tab3,Ref12Keywordshighammoniacontentwastewater;CSTR;nitrogenloadingrate(NLR);ammonia-oxidizingbacteria(AOB);freeammonia(FA);freenitrousacid(FNA);organicloadingrate(OLR)CLCX172:X703收稿日期Received:2012-06-27接受日期Accepted:2012-08-10*中国科学院西部之光基金资助Supportedbythe“WesternLight”FoundationoftheChineseAcademyofSciences**通讯作者Correspondingauthor(E-mail:[e-mail])314应用与环境生物学报ChinJApplEnvironBiol高浓度氨氮废水短程硝化及氨氧化菌群分析2期通常硝化菌属自养微生物，生长缓慢，其生物转化会受到高浓度氨氮的抵制[6].在前期研究中，我们筛选得到一种高效异养、自养混合氨氧化菌群AHAA-4（专利申请号：200910058558.4），其对氨氮具有较高的耐受性，低于2000mg/L氨氮对其活性没有影响.本研究在CSTR反应器中对高浓度氨氮废水进行了300多天的连续实验，考察了不同氮负荷下该菌群的氮转化活性，以及种群结构变化.1材料与方法1.1高浓度氨氮废水的性质本研究实验采用的高浓度氨氮废水取自成都市固体废弃物处置场的垃圾渗滤液，该场于1993年投入运行至今.文中所用渗滤液原液采自渗滤液收集坝底，经厌氧预处理的渗滤液取自填埋场厌氧池出口.其性质见表1.表1渗滤液水质特征Table1Characteristicsoflandfillleachate水质指标Component渗滤液原液Rawleachate厌氧预处理渗滤液Pre-treatedleachatepH7.80-7.987.61-7.85CODcr(ρ/mgL-1)18000-200004300-5800NH4+-N(ρ/mgL-1)1660-23001800-1900NO2–-N(ρ/mgL-1)00NO3–-N(ρ/mgL-1)00碱度Alkalinity(ρ/mgL-1)10400-1300010500-11000总磷TP(ρ/mgL-1)2.7-10.66.5-10.1C/N8.0-12.02.0-3.01.2试验装置如图1.连续式好氧硝化混合反应器（CSTR）为总容积2L的玻璃容器，有效容积1.5L.反应器置于温控磁力搅拌器上，以曝气砂头作为微孔曝气器置于反应器底部供氧.pH、温度探头置于反应器内，在线监测温度和pH的变化.试验期间温度控制在(30±1.0)℃.运行方式为恒流泵泵入和泵出连续进出水，泵的流量随反应器水力停留时间（HRT）和反应器的负荷调整而改变，出水经沉淀后部分沉淀污泥回流，剩余污泥排放.1.3反应器的启动与运行氨氧化菌剂在人工配水的培养基中活化，活化培养基为：NH4Cl0.8g，NaHCO31.0g，Na2HPO410.5g，KH2PO40.3g，MgSO4·7H2O0.5g，自来水1L.启动阶段在CSTR反应器中投加经活化的氨氧化菌AHAA-4，以预处理渗滤液与自来水按1:4稀释后的配水为进水，通过恒流泵泵入和泵出连续运行.启动完成后，在d193以厌氧预处理渗滤液为进水，d194-231以厌氧预处理渗滤液和部分渗滤液原液作为进水进行不同负荷下的运行试验，300d以后以回灌反硝化柱出水为进水[7]，运行期间保持温度(30±1.0)℃，DO0.5-2.0mg/L，pH值7.5-8.5，SRT20-30d.1.4分析方法氨氮的测定采用纳氏试剂光度法（以N计），亚硝酸盐氮的测定采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法，硝酸盐氮的测定采用紫外分光光