硫化物對黑臭河道底泥厭氧氨氧化潛力的影響

于鵬飛

(凌源市應(yīng)急供水建設(shè)管理處，遼寧 朝陽 102500)

1 實驗材料與方法

1.1 研究對象

本研究實驗所需的底泥均來自遼寧省凌源市大凌河支流白塔子河，該河水動力條件較差，是典型的城市黑臭水體，且污水從排污口不斷納入水體。底泥的基本理化性質(zhì)：底泥鐵含量為19.68～21.41g/kg，底泥AVS含量為122.74～133.24μmol/g。

1.2 研究方法

(1)

表1 厭氧氨氧化潛力培養(yǎng)實驗組所添加基質(zhì)

2 硫化物對黑臭河道底泥厭氧氨氧化潛力的影響

2.1 硫化物對底泥厭氧氨氧化潛力的影響

根據(jù)氨氮濃度變化，將添加亞硝酸鹽和銨鹽底泥厭氧氨氧化潛力培養(yǎng)組的培養(yǎng)周期分為5個階段，1～53d氨氮釋放階段，53～95d氨氮削減初期，95～141d氨氮削減加快階段；141～181d厭氧氨氧化啟動階段，以及181～211d厭氧氨氧化響應(yīng)階段；不同階段氨氮的削減率變化見表2。

表2 厭氧氨氧化培養(yǎng)組不同階段氨氮平均削減率單位：%

厭氧氨氧化培養(yǎng)組的不同運行階段，只添加亞硝酸鹽培養(yǎng)組的培養(yǎng)周期分為3個階段[9]：1～53d氨氮釋放階段，53～181d亞硝氮還原階段和81～211d對硫化物的響應(yīng)階段。該周期以亞硝酸鹽還原過程為主導(dǎo)，表明底泥反硝化活性較高；添加銨鹽、添加銨鹽和亞硝酸鹽的滅菌底泥對照培養(yǎng)組中，1～95d為底泥氨氮釋放階段，95～181d為氨氮削減階段、181～211d為對硫化物的響應(yīng)階段。由于底泥對氨氮的吸附作用導(dǎo)致只添加銨鹽的對照培養(yǎng)組的氨氮出現(xiàn)了一定程度的削減。另外，底泥中氨氧化古菌和部分耐高溫細菌的作用會導(dǎo)致添加亞硝酸鹽和銨鹽培養(yǎng)組中氨氮、亞硝氮出現(xiàn)一定程度的削減。

硫化物對培養(yǎng)底泥厭氧氨氧化潛力的影響，如圖1所示，可以看出，在181～211d厭氧氨氧化對硫化物的響應(yīng)階段，每個培養(yǎng)周期結(jié)束時硫酸鹽的平均濃度為225.85mg/L，每個培養(yǎng)周期氨氮平均削減率為22.09%，亞硝酸鹽的還原率達97.83%，即亞硝酸還原的貢獻明顯超過厭氧氨氧化過程，表明培養(yǎng)體系內(nèi)反硝化過程仍占有重要地位，其中亞硝酸鹽還原過程以硫自養(yǎng)反硝化為主。與第Ⅱ和第Ⅲ階段氨氮的削減率相比，對硫化物的響應(yīng)階段明顯降低，一方面由于厭氧氨氧化與硫自養(yǎng)反硝化過程競爭電子受體，另一方面硫化物明顯抑制了厭氧氨氧化過程。

圖1 硫化物對培養(yǎng)底泥厭氧氨氧化潛力的影響

2.2 碳氮比調(diào)控下硫化物對底泥厭氧氨氧化潛力的影響

碳氮比調(diào)控下(C/N為8)在不同階段氨氮的削減率變化見表3。在第181d向反應(yīng)體系加入50mg/L硫化物后明顯抑制了厭氧氨氧化過程，氨氮削減率降至約29.34%。

表3 各階段氨氮平均削減率 單位：%

碳氮比調(diào)控下硫化物對培養(yǎng)底泥厭氧氨氧化潛力的影響，如圖2所示，可以看出，在81～211d厭氧氨氧化對硫化物的響應(yīng)階段，硫酸鹽的平均濃度為114.59mg/L，氨氮平均削減率約29.64%，亞硝酸鹽的還原率即可達到99.75%，該階段氨氮的削減率遠遠低于亞硝酸鹽的削減率，表明反硝化過程在培養(yǎng)體系內(nèi)占主導(dǎo)地位。而碳氮比的高低對硫化物對厭氧氨氧化的抑制作用較小。由于碳氮比調(diào)控在一定程度上抑制了硫自養(yǎng)反硝化過程，導(dǎo)致厭氧氨氧化和硫自養(yǎng)反硝化的競爭作用減弱，使得低碳氮比調(diào)控組的氨氮的平均削減率略低于碳氮比調(diào)控組。

圖2 碳氮比調(diào)控下硫化物對培養(yǎng)底泥厭氧氨氧化潛力的影響

2.3 硫化物對底泥硝酸鹽還原型厭氧氨氧化潛力的影響

底泥硝酸鹽還原型厭氧氨氧化潛力不同階段氨氮的削減率變化見表4。在第181d向反應(yīng)體系加入50mg/L硫化物后明顯抑制了厭氧氨氧化過程，氨氮削減率降至約13.10%。

表4 各階段氨氮平均削減率 單位：%

硫化物對培養(yǎng)底泥硝酸鹽還原型厭氧氨氧化潛力的影響，如圖3所示，可以看出，在81～211d厭氧氨氧化對硫化物的響應(yīng)階段，硫酸鹽的平均濃度為236.15mg/L，氨氮均削減率約13.23%，硝酸鹽的還原率可達到98.68%。硫化物明顯抑制了厭氧氨氧化過程，導(dǎo)致該階段氨氮的削減率遠遠低于亞硝酸鹽的削減率，表明反硝化過程在培養(yǎng)體系內(nèi)仍占主導(dǎo)地位。另外，由于亞硝酸鹽作為電子受體比硝酸鹽更有利于厭氧氨氧化過程，導(dǎo)致亞硝酸鹽還原型厭氧氨氧化培養(yǎng)組(22.09%)氨氮的平均削減率明顯高于硝酸鹽還原型厭氧氨氧化培養(yǎng)組(13.10%)。

圖3 硫化物對培養(yǎng)底泥硝酸鹽還原型厭氧氨氧化潛力的影響

2.4 硫化物對底泥厭氧氨氧化潛力影響的評定分析

表5 硫化物對底泥培養(yǎng)組值變化的影響

對于厭氧氨氧化和反硝化共存體系，電子平衡分析方法能具體評定體系中不同過程的反應(yīng)速率，而化學(xué)計量分析方法只能從生成物質(zhì)和反應(yīng)消耗比值作基本判斷推測，且該判斷依據(jù)較為粗略。硫化物對底泥培養(yǎng)組潛在厭氧氨氧化速率的影響見表6，可以看出，各厭氧氨氧化培養(yǎng)組的電子平衡分析方法與化學(xué)計量分析評定結(jié)果基本一致。根據(jù)厭氧氨氧化反應(yīng)的電子流向平衡計算反應(yīng)速率，添加硫化物后各底泥培養(yǎng)組的潛在的厭氧氨氧化反應(yīng)速率PAANAMMOX相差較小，由于在反應(yīng)體系中反硝化過程為主導(dǎo)使得本文實驗中的反應(yīng)速率明顯高于文獻[5]。根據(jù)硫自養(yǎng)反硝化過程的電子平衡分析可得，非碳氮比調(diào)控下PASAD高于PAANAMMOX，而碳氮比調(diào)控下PAANAMMOX高于PASAD，表明碳氮比調(diào)控對ANAMMOX過程有利，但不利于硫自養(yǎng)反硝化。

表6 硫化物對底泥培養(yǎng)組潛在厭氧氨氧化速率的影響

3 結(jié)語