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污泥处理技术

1 引言

  厌氧生物处理技术因具有高有机负荷、低能耗及产能等优点而被逐渐广泛地应用到各类高浓度有机废水的治理中.然而,废水的来源各异,且含有多种对厌氧微生物有害的成分,其中,亚硝氮、硝氮、氨氮是厌氧处理过程中可能遇到的难题之一.亚硝氮、硝氮和氨氮进入厌氧段可能存在很多情况,如基于短程反硝化的厌氧产甲烷同时反硝化的提出和污水处理系统中好氧池污水回流脱氮等情况均会带来亚硝酸盐;果胶加工、炸药与金属制造及肥料应用的废水处理,以及厌氧产甲烷同时反硝化工艺的提出等都有可能带来一定浓度的硝酸盐;一些畜禽废物或食品加工废水的处理,以及含有较多如尿素和蛋白质等氨氮成分的废水处理等均会导致氨氮含量过高.

  目前,针对这3种含氮无机化合物(亚硝氮、硝氮和氨氮)对厌氧微生物活性影响的研究多集中于对产甲烷活性和产甲烷菌的影响分析,而对厌氧细菌群落的急性影响研究还相对较少,仅有的研究也多偏向于氨氮部分,且缺乏这3种含氮无机化合物对厌氧细菌群落抑制作用的对比研究.复杂有机物的厌氧消化过程由一系列不同的微生物共同进行,主要包括发酵细菌,同型产乙酸细菌、产氢产乙酸菌及产甲烷菌.在厌氧群落中各类微生物之间协调互动,任何一类微生物受到抑制都将对整个系统造成影响.据对厌氧塘细菌和古生菌群落的定量PCR分析显示,厌氧  微生物中细菌的数量超过古生菌数量3个数量级以上,厌氧细菌群落在厌氧微生物群落结构中占很大比重,因此,研究这3种含氮无机化合物对厌氧细菌群落的影响具有重要意义.

  磷脂脂肪酸(PLFA)法可以通过磷脂脂肪酸图谱对微生物群落进行快速有效的定量分析,且具备样品易保存、脂肪酸成分不易受影响、实验条件要求低、操作简便等优点.PLFA为甲基化活性污泥中提取磷脂后得到的脂肪酸产物,具有属的特异性,某一类PLFA总会出现在同一类群微生物中,且仅存在于活体细胞中.脂肪酸通常的命名格式为X:Y wZ(c/t),其中,X为总碳数,Y表示双键数,w表示甲基末端,Z是距离甲基的距离,c表示顺式,t表示反式,其他字符如a和i分别表示支链的反异构和异构,10Me表示一个甲基团在距分子末端第10个碳原子上,环丙烷脂肪酸用cy表示.微生物细菌种群结构可以通过微生物各类群的特征脂肪酸的相对含量表示,磷脂脂肪酸生物标记可反映厌氧细菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、放线菌和真菌等的相对含量.据相关报道可知,厌氧微生物群落中厌氧细菌优势种群多为革兰氏阳性、革兰氏阴性.多种支链脂肪酸可以表征革兰氏阳性菌,单不饱和脂肪酸和环丙烷脂肪酸可以用来指示革兰氏阴性菌,一些特定的磷脂脂肪酸(如18:1 w7c、15:0 a、15:0 i、16:0 i、17:0 i、19:0 cy等)则可用于表征厌氧细菌.因此,本文利用微生物磷脂脂肪酸(PLFA)的变化表征细菌微生物群落结构,以期为抑制物质对厌氧微生物活性及细菌群落的急性影响作进一步的解释,并为含这3种无机氮化合物的工业废水的厌氧处理提供理论依据.

  2 材料与方法

  2.1 厌氧颗粒污泥

  厌氧颗粒污泥取自某制药集团的工业UASB反应器.污泥呈黑色,粒径为1.0~2.5 mm,湿污泥VSS/SS值为0.83.污泥经淘洗后,加入葡萄糖人工配水在中温(35 ℃)下进行间歇培养,经1个月驯化稳定后进行实验.

  2.2 人工配水和无机氮化合物贮备液

  人工配水(mg · L-1):葡萄糖2500,NH4Cl 280,NaHCO3 5000,K2HPO4 250,CaCl2 · 2H2O 10,MgCl2 · 6H2O 100,MgSO4 · 7H2O 100,酵母膏100,微量元素浓缩液(1 mL.

  NaNO2(40 g · L-1,以N计)、NaNO3(40 g · L-1,以N计)和NH4Cl(50 g · L-1,以N计)贮备液由NaNO2(分析纯)、NaNO3(分析纯)和NH4Cl(分析纯)分别溶解于去离子水配制.

  2.3 实验方法

  在100 mL血清瓶中加入60 mL配水,pH稳定在7.3±0.3,分别向3组血清瓶中加入一定量的NaNO2、NaNO3和NH4Cl贮备液,具体抑制物质及浓度情况见表 1.加入40 mL厌氧颗粒污泥,使用高纯氮气吹脱约5 min去除血清瓶中的溶解氧,密封后置于35 ℃恒温水浴振荡器中进行培养,每个浓度梯度设3个平行.


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