电容电感测试仪_废水脱氮机理研究

苏电电气水处理网讯:1引言(Introduction 甲烷(CH4是仅次于CO2的第2种重要的温室气体.如何减排温室气体CH4成为了全球存眷的焦点.同时,生物脱氮是当前废水处理领域的研究热点.污水处理厂中凡是经过过程硝化和反硝化实现生物脱氮,而目前城镇污水普遍存在C/N比低的题目,导致在反硝化进程中常常需要大量的外加碳源.而在污水处理厂的厌氧处理进程中会产生大量的甲烷,如能将这部分甲烷作为碳源进行操纵,既减少了甲烷的排放,又节省了能源的消耗.反硝化型甲烷厌氧氧化反应(DenitrifyingAnaerobicMethaneOxidation,DAMO正是可以操纵甲烷作为碳源完成反硝化脱氮的进程.DAMO进程是以甲烷为电子供体和唯一碳源,以硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体的一种氧化还原反应.2006年,该进程在实验室中得以证实(Raghoebarsingetal.,2006.在自然界中,溶解于水中的甲烷主要靠甲烷氧化菌等经过过程生物作用得以消耗现已发现在淡水系统、湿地系统、近海海洋生态系统中(Deutzmannetal.,2011Lueskenetal.,2011Kojimaetal.,2012Wangetal.,2012Hanetal.,2013Shenetal.,2013Shenetal.,2014均有存在可以耦合甲烷厌氧氧化作用(AnaerobicOxidationofMethane,AOM和反硝化作用(Denitrification的DAMO(DenitrifyingAnaerobicMethaneOxidation,反硝化型甲烷厌氧氧化微生物.按照系统发育分析,研究者检测到的DAMO细菌附属于NC10门细菌DAMO古菌则属于甲烷厌氧氧化古菌ANME-2(Raghoebarsingetal.,2006.2017年,Wang等(2017提出了侧流式、主流式两种DAMO反应应用于污水处理厂的设想. 目前污水处理厂进水多为低碳高氮性质,多种化工、制药废水及垃圾渗滤液等,都含有较高浓度的氨氮,而高浓度的氨氮会对活性污泥中的微生物起抑制作用(郑雄柳等,2014,并会影响系统微生物菌群结构.目前已有研究报道高浓度氨氮对活性污泥系统中硝化细菌、厌氧氨氧化细菌等微生物具有抑制作用(Zhouetal.,2011,但对DAMO微生物的影响及机理鲜见报道.如欲将DAMO工艺应用于废水生物脱氮,探明氨氮对该进程的影响显得尤为重要.因此,本文操纵已经成功富集的以DAMO细菌为上风菌种的系统(以下简称DAMO细菌系统(楼菊青等,2016为研究对象,通太短期和长期试验,从宏不雅和微不雅两个层面,研究氨氮对DAMO进程脱氮性能、微生物菌群结构的影响,综合考查DAMO细菌对氨氮的应激性、耐受性,并探索其抑制机理.为促进对DAMO微生物脱氮机理的研究和完美DAMO理论的发展添砖加瓦,为该工艺向实际工程应用推动一步. 2试验材料与方法(Materialsandmethods 2.1材料 2.1.1试验系统 本文的试验系统是基于之前已成功富集的以DAMO细菌为上风菌种的混培物(楼菊青等,2016.所得混培物是以淡水河道(西溪河底泥、淡水湖泊(西湖底泥及水稻农田泥土的夹杂物为接种污泥,甲烷和亚硝酸盐为唯一碳氮源.至本试验止,系统已稳定运行1392d. 2.1.2试验装置 试验装置为特制的直径为7.5cm、高度为17cm的500mL厌氧反应器. 2.2试验方法2.2.1短期试验方法 ①不同浓度氨氮对DAMO细菌的影响：经过过程批式实验研究氨氮对以DAMO细菌为上风菌种系统(以下简称DAMO细菌系统的短期影响,设3个平行试验组和一个对照组,试验时长7d,氨氮浓度梯度分别为50、250、500、750、1000、1250、1500mg"dotL-1.每12h取3mL水样,操纵0.22"mum微孔滤膜过滤落后行三氮(氨氮NH4+-N、硝态氮NO3--N、亚硝态氮NO2--N的测定.在最高氨氮梯度浓度试验后,取泥水夹杂液10mL进行扫描电镜分析实验.②不同pH系统下氨氮的影响：按照上述短期试验结果进行批式试验,选取750mg"dotL-1氨氮作为试验浓度.用0.1mol"dotL-1HCl或0.1mol"dotL-1NaOH分别将pH调节为6.5、6.8、7.0、7.5、7.85个浓度并操纵pH计实时监控反应器内的pH值,使其保持在相应的范围内,每组试验持续7d.取样与测定同①.当T=27℃时,不同pH系统对应的FA浓度可由公式(1计算得到. (1 式中,cFA为FA的浓度(mg"dotL-1cNH4+为氨氮的浓度(mg"dotL-1T为温度(℃ 2.2.3长期试验方法 氨氮对DAMO细菌的长期影响试验以短期试验结果为依据,将长期试验分为连续的4个阶段,每个阶段7d,这4个阶段的氨氮浓度按照短期试验浓度依次递增(李媛,2014,浓度分别为500、750、1000、1250mg"dotL-1,在28d后取样进行高分子通量测序. 2.3分析方法2.3.1常规指标测定 NO3--N、NO2--N、NH4+-N测定方法参考《水和废水监测分析方法》第四版(魏复盛,2002. 2.3.2微生物微不雅形态结构分析 操纵扫描电镜对微生物微不雅形态进行特性分析.在每个阶段的短期试验进程中,取10mL样品,在4000r"dotmin-1条件下离心5min,取上清液,样品处理后用扫描电子显微镜SEM(SU8010,Hitachi进行微生物微不雅形态的特性分析. 2.3.3微生物群落结构分析 提取长期试验前后污泥样品中的基因组DNA,储于-20℃以下,并操纵高通量测序分析.操纵上海申能博彩生物科技有限公司生产的3S柱离心式DNA抽提试剂盒进行样品DNA的提取操纵特定PCR引物进行序列扩增,全部样本按照正式试验条件均进行3次重复实验参照电泳初步定量结果,将PCR产物用QuantiFluorTM-ST蓝色荧光定量系统(Promega公司进行检测定量,之后按照每个样本的测序量要求,进行相应比例的夹杂经过过程构建Miseq文库、Miseq测速对16SRNA序列进行测序区分样本后,采用RDPclassifier贝叶斯算法对97%相似水平的OUT代表序列进行分类学分析,与Silva数据库比对,并在门、纲、属3个水平统计每个样品的群落组成. 3结果与讨论(Resultsanddiscussion 3.1氨氮对DAMO细菌的短期影响 3.1.1氨氮对以DAMO细菌脱氮性能的影响 不同浓度梯度(50~950mg"dotL-1的氨氮对DAMO细菌的脱氮性能影响见图1.其中图1a表示不同浓度氨氮作用下,系统内亚硝酸氮的消耗曲线,图1b表示不同浓度下亚硝酸氮的消耗速率与对照组的比值,以v表示试验组亚硝酸氮的消耗速率,v0表示对照组亚硝酸氮的消耗速率.其中误差范围由标准偏差表示. 图1 图1不同浓度NH4+-N对DAMO细菌脱氮性能的影响(a.NO2--N消耗曲线,以N计b.试验组与对照组的比值 当节制pH实验条件为7.0时,经过过程公式(1计算可知FA=4.879mg"dotL-1,由图1可见,在一定范围内,DAMO细菌脱氮性能随着氨氮浓度的增加而降低.由图1a可知,在空缺对照组中,其亚硝酸盐初始浓度为30.19mg"dotL-1,7d均匀消耗速率为2.92mg"dotL-1"dotd-1.在50、250mg"dotL-1氨氮作用下,系统的亚硝酸氮的消耗速率分别为2.94mg"dotL-1"dotd-1和2.96mg"dotL-1"dotd-1.相比于对照组,消耗速率略有上升,但经过单因素方差分析后可知,其p值为0.65,大于0.05,说明3组数据无明显性差异,从而表明在50、250mg"dotL-1氨氮作用下,系统的脱氮性能并未出现抑制或促进现象(故该两组数据未在图1a中表示.而当氨氮浓度增加至500mg"dotL-1时,7d均匀亚硝酸盐消耗速率下降为2.42mg"dotL-1"dotd-1,其消耗速率为对照组的82.71%.当氨氮浓度为750mg"dotL-1时,7d均匀消耗速率与。