重金屬離子對厭氧氨氧化顆粒污泥的影響及其修復(fù)策略研究.pdf

1、一些重金屬是微生物生長必需的微量營養(yǎng)元素，然而過量的重金屬也會抑制甚至毒害廢水生物處理的功能微生物。鑒于厭氧氨氧化(Anammox)技術(shù)在垃圾滲濾液、禽畜養(yǎng)殖廢水、化肥生產(chǎn)廢水、半導(dǎo)體加工廢水等高氨氮廢水處理領(lǐng)域的應(yīng)用前景，相當(dāng)量的重金屬勢必會引入Anammox反應(yīng)器中。本文首先研究了重金屬Cu2+、Zn2+混合物對Anammox顆粒污泥的短期影響及其機(jī)理;然后以Cu2+為代表考察了重金屬在Anammox顆粒污泥反應(yīng)器中的行為和歸趨;最

2、后基于以上研究結(jié)果，分別提出生化和物化法兩種修復(fù)策略并驗證了其可行性。主要結(jié)果如下:
　　(1)采用中心設(shè)計響應(yīng)曲面建模描繪了二元重金屬混合物（Cu2+和Zn2+）對Anammox顆粒污泥的聯(lián)合作用。兩者聯(lián)合作用是復(fù)雜多變的，隨著濃度的增加依次表現(xiàn)為協(xié)同、相加、獨(dú)立和拮抗作用。當(dāng)Cu2+和Zn2+濃度分別為16.3和20.0mg·L-l時，聯(lián)合抑制作用最強(qiáng)，抑制率約80％。間歇暴露馴化可以降低重金屬離子的蓄積毒性。無基質(zhì)存在時，C

3、u2+預(yù)暴露會嚴(yán)重抑制厭氧氨氧化活性(SAA)。但NO2-的單獨(dú)存在會加劇Cu2+的抑制作用。
　　(2)解析了重金屬Cu2+與Anammox顆粒污泥的相互作用過程。試驗發(fā)現(xiàn)，隨污染齡的增加，顆粒污泥中銅的空間分布由胞外聚合物(EPS)逐漸遷移至內(nèi)部細(xì)胞，銅的形態(tài)由弱結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)向強(qiáng)結(jié)合態(tài)。Anammox顆粒污泥反應(yīng)器耐受銅負(fù)荷的上限為0.24g L-1·d-1。Person相關(guān)性分析和三維熒光光譜分析表明EPS中蛋白的增加是Anam

4、mox顆粒污泥抵御銅侵害的自衛(wèi)反應(yīng)。EDTA清洗和超聲強(qiáng)化的EDTA清洗能夠弱化銅在泥液兩相的分配系數(shù)（從5.8mg-1SS分別降至3.41mg-1SS和0.45L·mg-lSS），導(dǎo)致銅在顆粒污泥中的空間和形態(tài)重分配。
　　(3)論證了EDTA清洗結(jié)合Ca2+調(diào)控修復(fù)策略的可行性。采用2 mM EDTA振蕩清洗（液固體積比為10）210 min后，SAA增加74.7％且Cu一次清洗去除率達(dá)到80.5％。EDTA存在時，顆粒污泥中

5、Cu的解吸為非均質(zhì)擴(kuò)散（兩步解吸）過程。清洗后的顆粒污泥可在20 d左右將內(nèi)化的Cu(14.7％)洗出反應(yīng)器。此后，添加82mg·L-1Ca2+能促進(jìn)厭氧氨氧化菌(AnAOB)的增殖（比生長速率從0.018d-1增加為0.054d-l）。反應(yīng)器總氮容積去除負(fù)荷(NRR)和顆粒特性能夠在90d時恢復(fù)到原始水平。
　　(4)驗證了超聲強(qiáng)化EDTA清洗修復(fù)策略的可行性。低強(qiáng)度超聲（頻率28kHz，時間1.9min，強(qiáng)度0.7w·cm-2