抗生素-金属离子联合作用对一体式厌氧氨氧化功能菌群抑制机理与防控策略

ANAMMOX bacteria, growing with a low rate, were highly sensitive to different environmental conditions, and the ANAMMOX technology has been applied in many different high-ammonia nitrogen wastewater treatment processes. Moreover, much of residual antibiotic and metal irons in high-ammonia nitrogen ferment pharmaceutical wastewater will inhibit this kind of bacteria. In order to apply this technology in pharmaceutical wastewater treatment, it is necessary to study the inhibition mechanism of the antibiotic-metal combination effect and the control strategy on ANAMMOX process..Chlortetracycline and Penicillin wastewater are selected as the objective wastewater since both of the two antibiotics are widely produced and used all over the world. In this study, the discharge of chlortetracycline, penicillin and metal ions in pharmaceutical wastewater will be listed to verify their transformation and fate. Single factor and multi-factor cross analysis of the antibiotic and heavy metals on the inhibition of ANAMMOX flora and the denitrification efficiency will be investigated to determine the priority control list and inhibited threshold. Varies denitrification models will be also built on the inhibitors of anammox system. The study will also analysis the change of the microbial community under the action of multi factors, to reveal the inhibition mechanism of antibiotic and heavy metals. At last, the prevention methods of the inhibition, such as control of temperature and pH, substrate concentration and load, sludge acclimatization and auxiliary agent addition, will be developed in order to achieve the optimal condition on the application of ANAMMOX technology in the treatment of real ammonium-rich pharmaceutical wastewater.

当前，厌氧氨氧化工艺已应用于多种高氨氮工业废水的脱氮处理中，然而由于高氨氮发酵类制药废水中残留抗生素及金属离子对厌氧氨氧化 菌的抑制作用，阻碍了厌氧氨氧化工艺在制药废水中的广泛应用。因此，深入开展抗生素-金属离子对厌氧氨氧化脱氮系统细菌和工艺过程的抑制机理及防控策略研究非常迫切。. 本项目选取全球产量最大的高氨氮抗生素（金霉素、青霉素）废水为研究对象，揭示废水中抗生素类（金霉素、青霉素）和金属离子的残留现状；考察单因子及多因子联合作用对一体式厌氧氨氧化多功能菌群和工艺脱氮效能影响，确定抑制阈值及优控清单；建立多因子作用下厌氧氨氧化脱氮数学模型；分析单因子和多因子长期作用下微生物群落演替变化关系，揭示一体式厌氧氨氧化系统受抑制机制；开发多因素作用下厌氧氨氧化工艺稳定运行的控制策略。

厌氧氨氧化是一种新型的生物脱氮工艺，即在缺氧条件下以亚硝酸盐作为电子受体将氨氮直转化为氮气的生物过程。该工艺因具有高效节能等优势被称为目前最具前景的生物脱氮工艺。然而，厌氧氨氧化菌为化能自养型细菌，生长速率低、倍增时间长、细胞产率低、对环境条件极为敏感，这使得Anammox工艺启动慢、易失稳、难恢复。尤其是实际废水成分复杂，其致毒性物质易对厌氧氨氧化菌造成活性抑制或发生严重的污泥解体。.针对以上技术难点，本课题提出4个方面的内容并开展了相关的技术研发：厌氧氨氧化菌培养及活性强化技术、厌氧氨氧化脱毒增效机制及方法、厌氧氨氧化调控技术开发，最后将上述技术成功应用在厌氧氨氧化自养耦合脱氮技术的中试研究中。本课题研究工作的主要内容和创新点主要表现在以下几个方面：.（1）开发了厌氧氨氧化快速激活与活性促进的方法，解决了Anammox工艺出水总氮偏高的问题。通过添加适当浓度的微量元素促进系统内功能微生物的活性及选择优化微生物群落结构，从而增强一体式厌氧氨氧化系统脱氮效能。且N2H4的添加也能提高Anammox活性，并能够实现系统内NH4+、NO3-、NH4+和NO的同步去除。.（2）开发了厌氧氨氧化菌种高效保藏策略及受损菌种活性的快速恢复策略，该方法具有较高的菌种活性保留率。.（3）金霉素、苯酚与盐度对CANON工艺具有累积毒性，抑制率随着暴露时间和抑制物浓度的增加而增加。金霉素可造成不可逆的抑制效果，通过添加铁离子方式减缓抑制作用。此外，通过投加相容性物质甜菜碱的方法缓解盐度对菌种的抑制效果。.（4）开发了短程硝化-厌氧氨氧化-反硝化耦合脱氮系统、硫源自养反硝化耦合厌氧氨氧化系统及N2H4强化自养脱氮系统总氮脱除的方法策略，为厌氧氨氧化工艺总氮达标技术提供技术支撑。.（5）开展了一系列厌氧氨氧化自养耦合脱氮技术示范，在实际制药、稀土、大豆蛋白、煤化工等特种工业废水处理中进行了中试应用研究，结果证明该技术对不同高氨氮实际工业废水具有高效的除污效能且可产生良好的经济效益。