海宁地埋式一体化污水处理设备
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厌氧消化工艺的主要终产物为氨和甲烷。气相中的甲烷易被收集和纯化用作能源物质,但液相中的甲烷却很难被回收,尤其是在低温条件下。如果不对溶解性甲烷进行适当处理,其将会缓慢释放到空气中造成温室效应。N-DAMO与AAOB混合培养技术 用于处理厌氧消化工艺出水具有非常光明的前景。
厌氧氨氧化工艺作为一种具有能耗低、无需碳源等优点的新兴工艺,受到越来越多学者的研究和关注。但执行厌氧氨氧化过程的AAOB生长缓慢、细胞产率低,且易受环境条件的影响,使得该工艺应用受到严重阻碍。为了更好的将厌氧氨氧化工艺投入实际生产规模中,对有利于AAOB种群竞争的因素进行相关研究是相当必要的。而想要促进厌氧氨氧化生长,提高厌氧氨氧化活性,必须优化营养条件和环境条件。如图8所示为各竞争因素对AAOB种群结构的影响。通过控制运行参数可对种群结构进行调整,使相应的菌种介入为AAOB提供基质,而将AAOB的竞争者从反应器中淘汰。研究AAOB与其他细菌的协同竞争关系相当重要。
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对今后AAOB与其他细菌的协同竞争关系的相关研究,建议学者们从如下几个方面进行。
1)由于厌氧氨氧化的纯培物至今未能获得,阻碍了AAOB的群体感应系统和种内竞争的机理研究,为更加深入的了解AAOB种内关系建议加强AAOB的纯培养研究。
2)目前只对C and idatus Kuenenia stuttgartiensis和C and idatusScalinduaprofunda的基因组进行了研究,且表现出明显的区别。而其他的厌氧氨氧化菌的序列测定仍没有报道,是否其他厌氧氨氧化菌也拥有某些特殊功能基因,而这些基因又能够潜在的影响AAOB种内关系,这对AAOB的种内关系的研究来说具有非常重要的意义。
3)由于N-DAMO的研究才刚刚起步,目前对N-DAMO与AAOB混合培养的研究甚少,以至于对N-DAMO与AAOB的协同竞争关系仍然不明确,而厌氧氨氧化-甲烷厌氧氧化联合工艺对处理厌氧消化工艺出水非常有效,在今后厌氧消化工艺的研究中可以将其推广以致应用。
随着科技的迅速发展,工业化和城市化程度的不断提高,水体富营养化的问题日益严重,使得水资源更加紧张。而氮是引起水体富营养化的主要因素。越来越多的地区制定了氮排放标准。研究开发经济、脱氮技术已成为水污染控制工程领域的研究重点。
生物处理法作为19世纪末废水处理新型技术,与物化处理法相比具有处理费用低,不会对环境造成二次污染等优点。生物处理法至今已成为污水二、三级处理的主要手段。众所周知氮元素可在相应微生物的作用下转化成各种氧化态和化学形式,在污水生物脱氮处理中衍生了大量组合工艺。而厌氧氨氧化过程是目前捷径的生物脱氮过程,被誉为具前景的污水脱氮工艺。为了更好的将厌氧氨氧化工艺应用到实际规模中,本文着重对厌氧氨氧化菌的发现及其与污水处理中常见细菌的协同与竞争关系进行了详细的综述。旨在为厌氧氨氧化工艺在污水生物处理中的应用提供理论依据,并为今后厌氧氨氧化工艺的研究方向提出一些意见。
据报道氨、溶解性甲烷、亚硝酸盐(硝酸盐)通常共存于缺氧生态环境中。而根据化学计量反应式(1)(2),吉布斯自由能变皆小于零,说明反应可自发正向进行,可以推测自然界中存在以NO-2和NO-3为电子受体的厌氧甲烷氧化过程。但经过长时间的调查和研究都未曾在自然界中寻其踪迹。直至1991年,Smith等利用原位自然梯度示踪实验在受污染的地下水环境中发现了厌氧甲烷氧化耦合反硝化的现象,但一直未能获得其富集培养物。直至2006年Raghoebarsing等,用Twentekanaal河的缺氧沉积物作为接种污泥,在实验室条件下获得了以硝态氮作为电子受体的厌氧甲烷氧化富集培养物,并将该过程命名为反硝化型甲烷厌氧氧化(Denitrification-dependentanaerobic methane oxidation,DAMO)。当系统中存在NO-2和NO-3时,反硝化型厌氧甲烷氧化过程优先利用亚硝酸盐作为电子受体,又将该过程称为依赖亚硝酸盐型的厌氧甲烷氧化(nitrite-dependentanaerobic methane oxidation,N-DAMO)。
在自然生态系统中,N-DAMO主要分布于淡水水域,且在淡水沉积物和淡水水域中也发现了AAOB的存在,这是否能够说明N-DAMO和AAOB可以在相同的生境下共存呢?通过对N-DAMO与AAOB的生理学和生态学的研究表明,N-DAMO与AAOB很可能在含有甲烷、氨、氮氧化物的缺氧生态环境中共存。
Wang,在研究水稻土(0~100cm)中N-DAMO与AAOB的共存和分布时发现N-DAMO与AAOB共存于水稻土中,且两者均在30~60 cm处分布较多。Yang等,对青藏高原的两个盐湖(盐度分别为32和84 g ·L-1)的表层沉积物进行研究,发现N-DAMO和AAOB可以共存于天然盐碱环境中。Zhu等,对湿地生态系统中的厌氧氨氧化和厌氧甲烷氧化作用进行了详细的综述,并推测淡水湿地非常适合AAOB和N-DAMO的共同生长。
在人工生态系统中,同样也发现了N-DAMO与AAOB共存的现象。Luesken等,以N-DAMO富集污泥(70%~80%)作为种泥,在SBR反应器中进行N-DAMO和AAOB的混合培养。161d后,混合培养物中N-DAMO和AAOB的数量各占50%左右,且该系统能有效的同步去除氨、溶解性甲烷及亚硝酸盐,其亚硝酸盐转化速率为0。1kg · m-3 · d-1(17。2 mmol · d-1)。而Zhu等,则以实际规模的厌氧氨氧化反应器中的颗粒污泥作为种泥,进行N-DAMO和AAOB的混合培养研究。研究表明AAOB颗粒污泥作为接种污泥进行N-DAMO和AAOB的混合培养是可行的。他们也证明了实际规模的厌氧氨氧化反应器中的N-DAMO的确为NO-2(或NO-3)及甲烷的去除做了贡献。