利用异养硝化—好氧反硝化功能混合菌剂处理高氨氮垃圾渗滤液的研究

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垃圾渗滤液是城市生活垃圾填埋所产生的污染物。垃圾渗滤液中含有高浓度有机物和氨氮。高浓度氨氮是垃圾渗滤液最显著的特征之一,是垃圾渗滤液处理所面临的主要难题。目前污水处理厂普遍采用先物化后生化的方法进行垃圾渗滤液中高氨氮的脱除,其成本高昂、流程复杂。此外,传统的生物脱氮主要依靠自养硝化细菌和缺氧反硝化细菌完成,当处理垃圾渗滤液时,高浓度有机物会抑制自养硝化细菌的硝化作用,导致脱氮效率降低,而且传统脱氮微生物对高浓度氨氮的耐受能力较弱,处理垃圾渗滤液时容易出现失活、死亡等情况,从而导致整个系统无法正常工作。本文从真实垃圾渗滤液中富集驯化了在高浓度有机物和高浓度氨氮条件下具有较强脱氮性能的异养硝化-好氧反硝化功能混合菌剂,并进行小试实验考察了其对模拟高氨氮废水和真实垃圾渗滤液的实际处理效果。结果表明:(1)以重庆市长生桥垃圾填埋场原位垃圾渗滤液为菌剂来源,富集了具有异养硝化-好氧反硝化脱氮功能的混合菌剂,在观察菌剂形态的基础上,进行了混合菌剂中功能微生物的筛选,经过多次分离纯化得到了两株纯菌,经鉴定分别为水生产碱杆菌和盐单胞菌。此外,混合菌剂经过2-3个月的周期驯化,初步具有了异养硝化-好氧反硝化脱氮功能。(2)在实验室条件下,考察了混合菌剂的脱氮特性及脱氮功能。碳源、pH、温度、转速、C/N的单因素优化实验表明,菌剂脱氮效果受脱氮条件影响较大,其最佳脱氮条件为:以柠檬酸钠为碳源,pH为7.0-8.0,温度为30℃,C/N为10;为了优化和提升真实垃圾渗滤液的脱氮效果,建立了pH、温度、C/N、转速的4因素4水平正交优化实验方案。结果发现,对于菌剂生长和脱氮影响程度大小的因素排序为:pH>转速>C/N>温度。同时对比未优化和单因素的脱氮结果,发现多因素正交优化后,混合菌剂去除垃圾渗滤液中氨氮的去除效果更优。(3)在最佳pH、温度、碳源、转速和C/N条件下以氨氮为唯一氮源考察了菌剂的异养硝化性能。结果发现,当氨氮浓度为985 mg/L时,培养96 h后,菌体的OD600值能达到2.113,整个异养硝化过程完成后,其氨氮去除率达到了80.7%;当以亚硝态氮为唯一氮源进行好氧反硝化性能考察时,经过120 h的培养,亚硝态氮由408.35 mg/L降至281.79 mg/L,去除率达到31.1%;TN由起始的385.42mg/L降至212.99 mg/L,去除率为44.7%。当以硝态氮为唯一氮源进行好氧反硝化性能考察时,反应120 h后TN去除率为48.3%。(4)采用性能稳定的混合菌剂进行了模拟高氨氮废水的处理。结果发现,氨氮浓度从初始的1880.7 mg/L降至799.3 mg/L,96 h内氨氮、硝态氮、TN和COD的平均去除率分别为61.5%、32.5%、44.5%和67.7%。随后考察了混合菌剂对垃圾渗滤液中高氨氮的处理效果,处理过程中氨氮去除率逐渐升高,其中氨氮、硝态氮、TN和COD的平均去除率分别达到了57.5%、28.5%、41.5%和62.5%。最后,运用高通量测序分析了真实垃圾渗滤液处理不同阶段的微生物群落结构变化。根据多样性及微生物丰度分析可知,富集驯化完成后,混合菌剂中的微生物群落较丰富,在处理真实垃圾渗滤液过程中,微生物的群落结构存在一定的差异。不同阶段,微生物群落总体的丰富度和多样性基本相近,而混合菌剂中功能微生物的丰度和核心种属等均有较大差异,由此说明混合菌剂中不同的微生物在脱氮的各个阶段发挥了优势。
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