靜壓對亞硝酸鹽型甲烷厭氧氧化過程的影響及其作用機制研究.pdf

1、亞硝酸鹽型甲烷厭氧氧化(Nitrite-dependent anaerobic methane oxidation，N-damo)是近年來新發(fā)現(xiàn)的微生物過程，它以亞硝酸鹽為電子供體，甲烷為電子受體，能夠在進行污水生物脫氮的同時實現(xiàn)甲烷的資源化利用，溝通了自然界的碳循環(huán)和氮循環(huán)。且相較于傳統(tǒng)的反硝化過程來說，n-damo過程無需外加碳源，過程中也沒有N2O的排放，兼?zhèn)淞己玫慕?jīng)濟效益與生態(tài)效益，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而當(dāng)前的研究表明，n-d

2、amo菌的倍增時間較長，導(dǎo)致n-damo過程對污泥截留要求較高。且n-damo菌的反應(yīng)速率較低，n-damo過程進一步的發(fā)展和應(yīng)用受到極大限制。研究者通過優(yōu)化污泥性質(zhì)，提高污泥截留，優(yōu)化環(huán)境因子等手段試圖實現(xiàn)較快的n-damo功能微生物的富集并提高n-damo的反應(yīng)速率。這些優(yōu)化措施在一定程度上促進了n-damo菌的生長和n-damo反應(yīng)的進行，但其關(guān)鍵限制因素仍未找到，n-damo技術(shù)的實際應(yīng)用仍然難以實現(xiàn)。
　　基于此，本文擬

3、從提高環(huán)境靜壓和采用添加活性炭的固定化技術(shù)兩個角度入手，通過提高環(huán)境靜壓，優(yōu)化環(huán)境因子，改善污泥性能;通過采用添加活性炭的固定化技術(shù)，有效截留污泥，提高n-damo過程中甲烷的生物可利用率。探究靜壓條件下亞硝酸鹽型甲烷厭氧氧化的脫氮效能及其脫氮機理，明確n-damo過程的關(guān)鍵限制因素，為促進n-damo過程的應(yīng)用提供理論依據(jù)。主要結(jié)論如下:
　　(1)靜壓是亞硝酸鹽型甲烷厭氧氧化過程(n-damo)的重要限制因素。在高壓條件下，反

4、應(yīng)器中的氮去除速率提高了提高了11.68％，而潛在n-damo活性提高達到了146.62％。當(dāng)進水NO2--N的濃度較高時，常壓反應(yīng)器中監(jiān)測到了抑制現(xiàn)象，而高壓反應(yīng)器中沒有。與之相應(yīng)，常壓污泥受到抑制而導(dǎo)致n-damo菌豐度大幅度降低，而高壓條件下，n-damo菌的生長一直保持較快的速率。表明提高靜壓能夠有效促進n-damo反應(yīng)的進行，并增強n-damo菌對高濃度NO2--N的耐受性。
　　(2)高壓條件下污泥的粒徑和比表面積約為

5、常壓污泥的2倍，這有助于污泥內(nèi)部厭氧環(huán)境的構(gòu)建和增大底物的接觸與傳質(zhì)。此外，壓力增加使n-damo菌胞內(nèi)物質(zhì)和細胞膜發(fā)生改變，增大了甲烷的可利用率，進而促進n-damo反應(yīng)的進行。因此高壓條件下n-damo菌的豐度達到了2.91×1011copies/g，遠遠高于常壓和之前的文獻報道。此外，高壓反應(yīng)器中的n-damo菌具有最豐富的多樣性，表明提高靜壓能夠優(yōu)化n-damo菌的生存環(huán)境，促進n-damo菌的生長。
　　(3)采用添加活

6、性碳的固定化技術(shù)能夠有效持留生物量，且其固定化顆粒的最大甲烷吸附容量相較污泥提高了十倍。添加活性炭的固定化顆粒對于甲烷的吸附作用促進了甲烷在氣相與液相間的傳質(zhì)，改善了甲烷的吸附性能和傳質(zhì)性能，提高甲烷的可利用率，促進n-damo菌的生長和n-damo反應(yīng)的進行。采用添加活性炭的固定化技術(shù)后，氮去除速率提高32.65％，而n-damo比活性提高了49.28％。
　　(4)將靜壓與添加活性炭的固定化技術(shù)相耦合，其對n-damo反應(yīng)的進