自养厌氧氨氧化颗粒污泥异养反硝化机理研究

ANAMMOX bacteria in the laboratory which cultured in inorganic environment of long-term as the object, in the backgroud of heterotrophic denitrification ability by using small molecular organic acid, anaerobic denitrification was carried out under different organic matter and the kinetic parameters (maximum specific rate of reaction Rmax) was calculated precisly. In logarithm form Rmax (LG R) measurements, the variable structure parameters is established, and the corresponding QSBR model, characteristics of different modeling methods on the level of molecular structure of organic compounds, and mechanism of anammox bacteria heterotrophic denitrifying degradation were disscused. The purpose of this project was to provid the theoretical basis and technical guidance for application of anammox for wastewater treatment process, to promote the application and development of wastewater biological nitrogen removal technology of nitrogen removal, sewage, and to nitrogen pollution problems reduce.

以实验室无机环境下长期培养的厌氧氨氧化为对象，在其具有异养反硝化小分子有机酸的基础上，开展不同有机物存在条件下，厌氧氨氧化菌亚硝酸盐氮反硝化动力学研究，求解其动力学参数（最大比反应速率rmax）。以rmax的对数形式( lg r ) 为观测量，以各种结构参数为因变量，建立相应的QSBR 模型，比较分析不同建模方法的特点，从分子结构水平上探讨有机物被厌氧氨氧化菌异养反硝化降解的主要因素和机理。从而为污水处理过程中应用厌氧氨氧化技术提供理论依据和技术指导，推动这种污水生物脱氮技术的应用和发展，实现污水的高效脱氮，减轻目前日益严重的氮素污染问题。

氮素污染是国内外环境污染的主要成分，开展经济高效的脱氮技术研究具有重要的理论价值和实际意义。厌氧氨氧化在生物脱氮领域具有显著优势：脱氮能力强、降低污水处理厂曝气能耗、降低反硝化碳源需求以及污泥处理费用低等。但是，厌氧氨氧化工业应用的主要难点在于厌氧氨氧化菌属于化能自养菌，生长缓慢，倍增时间长，细胞产率低，对环境条件敏感，培养启动过程十分缓慢。项目通过开展厌氧氨氧化污泥的反硝化机理研究，设计了一种厌氧氨氧化菌的培养基质，并开发了此基质条件下的培养方法。基于新的培养条件，厌氧氨氧化滤池在温度为25±1℃条件下，运行7d后滤池氮素去除能力即达到0.86kgN/（m3.d），。而在其他的厌氧氨氧化工艺启动研究中，虽使用人工添加的氮、磷和其他营养成分作为培养基，但是其达到相同效率的时间更长，温度更高。谭锡诚等利用载活性炭基K3填料启动厌氧氨氧化UASB时，利用人工配置基质达到相同的氮去除能力需要接近90d（谭锡诚等，厌氧氨氧化工艺的启动及微生物群落结构分析，环境工程学报，2017,11（5）：2699-2704）。汪瑶琪等利用实验室培养的低负荷厌氧氨氧化细菌作为菌源，仍是利用人工配置的多种成分作为基质，第115天时UASB反应器获得氮去除能力0.42kgN/（m3.d）（http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1895.X.20170712.1304.033.html），另外，其反应温度也高达32±1℃。综上所述，新方法可显著降低启动和运行成本，促进厌氧氨氧化的工业应用。同时，课题组在开展硝酸盐污染矿山地下生物修复研究中，获得了一株具有耐酸性的反硝化菌（铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)G16X-D），其工作pH为4.5-7.5，能有效去除酸性条件下的硝酸盐污染，为特殊水环境氮素污染修复提供了一个新的途径。