垃圾渗滤液中有机物种类对厌氧氨氧化系统脱氮的影响及菌群协同竞争机制研究

Anaerobic Ammonium Oxidation (Anammox) is suitable for the treatment of landfill leachate, however, the stability of the Anammox process is affected by the types of influent organics, particularly given differences in microbial communities and the microbial metabolism of carbon and nitrogen. There are many types of organics found in landfill leachate, and further study is required to better understand the effect of diverse organics on microbial communities, particularly the mechanisms of synergy-competition among nitrogen removal functional microorganisms. In this project, based on a stable Anammox system treating landfill leachate, different organic substances were applied to assess the variations of microbial community and illuminate the mechanisms of synergy-competition among functional microorganisms, with a focus on nitrogen removal performance, microbial community and metabolic-level changes. Acetate and phenylacetic acid were used to represent typical degradable organics in the landfill leachate, while fulvic acid and humic acid were used to represent refractory organics. This project will help promote higher stability of the Anammox system through improving our understanding of the response of diverse organics to treatment of landfill leachate, and provide guidance for the practical application and operational optimization of the Anammox wastewater treatment process.

厌氧氨氧化工艺适用于垃圾渗滤液等高氨氮废水的脱氮处理，但进水中的有机物会改变厌氧氨氧化系统中微生物的种群结构以及脱氮功能菌群的碳氮代谢过程，从而影响工艺的稳定运行。垃圾渗滤液中有机物种类较多，不同有机物对微生物种群的影响尚不明确，且各脱氮功能菌群在不同有机物条件下的协同竞争机制也待深入研究。因此，本项目在前期稳定处理垃圾渗滤液的厌氧氨氧化系统的基础上，拟选用垃圾渗滤液中典型的易生物降解有机物乙酸和苯乙酸，以及典型的难生物降解有机物富里酸和腐殖酸，从脱氮效果、微生物种群结构以及微生物代谢的角度，揭示垃圾渗滤液不同有机物条件下厌氧氨氧化系统中的微生物种群结构的变化规律，并阐明各脱氮功能菌群的协同竞争机制。本项目研究有助于深入了解垃圾渗滤液中有机物对厌氧氨氧化系统的影响，对于提高系统的脱氮稳定性具有重要意义，同时为厌氧氨氧化工艺在污水处理的实际应用和优化运行提供理论指导。

厌氧氨氧化由于脱氮效率高、无需有机碳源等优势成为当前备注瞩目的脱氮新工艺，并已逐渐应用于高氨氮废水的脱氮处理研究上。在处理实际废水的过程中，有机物是影响厌氧氨氧化系统稳定性的最重要因素之一，且不同种类的有机物也会对厌氧氨氧化系统产生不同的影响。因此，本研究以厌氧氨氧化生物膜系统为研究对象，选取垃圾渗滤液中常见的易生物降解有机物（乙酸钠和丙酸钠）和难生物降解有机物（腐殖酸），探究了不同种类有机物对厌氧氨氧化生物膜系统的影响。当原水中存在乙酸钠时，在低浓度乙酸钠条件下(< 240±10 mg/L)，厌氧氨氧化系统的总氮去除率最高能达到96%，而当乙酸钠浓度升高到350±20 mg/L，总氮去除率下降到83%。乙酸钠的存在能够促进厌氧氨氧化菌在生物膜的富集，且适宜浓度的乙酸钠能够提高厌氧氨氧化关键酶的丰度，有利于厌氧氨氧化和反硝化的协同作用。当原水中存在丙酸钠时，丙酸钠会优先参与到硝态氮的短程反硝化反应中，这与乙酸钠有所不同。当丙酸钠浓度较低时（30 mg/L），丙酸钠完全参与NO3--N的短程反硝化，此时对厌氧氨氧化菌抑制较小；当丙酸钠浓度增加到60 mg/L，会部分参与NO3--N的短程反硝化和全程反硝化，由于存在NO2--N的竞争关系，严重抑制了厌氧氨氧化菌的活性。此外，丙酸钠对厌氧氨氧化生物膜系统内微生物的种群结构及功能基因分布影响较大。当原水中存在高浓度腐殖酸时，不同浓度腐殖酸（100~1000 mg/L）对厌氧氨氧化均未产生明显的抑制，但会对系统中的微生物种群结构产生影响。本项目从宏观和微观的角度，深入阐明了不同种类有机物对厌氧氨氧化系统的影响及功能菌群间的相互作用机制，为厌氧氨氧化工艺在污水处理的实际应用和优化运行提供理论指导。