氨氮對(duì)厭氧氨氧化過程的抑制規(guī)律及調(diào)控策略

袁 硯,周 正,林 興,王 凡,李 祥*,顧澄偉,朱 亮(1.蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215002；2.蘇州科技大學(xué)環(huán)境生物技術(shù)研究所,江蘇 蘇州 215002)

氨氮對(duì)厭氧氨氧化過程的抑制規(guī)律及調(diào)控策略

袁 硯1,2,周 正1,2,林 興1,2,王 凡1,2,李 祥1,2*,顧澄偉1,2,朱 亮1,2(1.蘇州科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 蘇州 215002；2.蘇州科技大學(xué)環(huán)境生物技術(shù)研究所,江蘇 蘇州 215002)

氨氮是厭氧氨氧菌主要基質(zhì)之一,但常常因濃度過高而產(chǎn)生脫氮速率不穩(wěn)定,甚至微生物活性抑制的現(xiàn)象.為了有效避免氨氮對(duì)厭氧氨氧化菌活性的抑制,從抑制物形態(tài)、主要影響因素和抑制規(guī)律探討了氨氮對(duì)厭氧氨氧化菌活性的影響及調(diào)控.結(jié)果表明,溫度、pH值變化對(duì)氨氮、游離氨的形態(tài)及濃度變化產(chǎn)生重要影響.在恒定進(jìn)水氨氮濃度500mg/L的情況下,將抑制狀態(tài)下的pH值從7.9下降到7.3,經(jīng)過44h運(yùn)行厭氧氨氧化菌活性獲得恢復(fù).在不同進(jìn)水氨氮濃度下,FA對(duì)厭氧氨氧菌活性的半抑制濃度不一樣.半抑制濃度與抑制時(shí)間存在一定的曲線關(guān)系(y=732.38x-0.89).因此,恒定氨氮濃度的條件下,可以通過改變pH值避免FA對(duì)厭氧氨氧化菌活性的影響.在不同進(jìn)水氨氮濃度下,除了考慮降低pH值,還可以通過縮短HRT來避免FA對(duì)厭氧氨氧化菌活性的影響.

厭氧氨氧化；游離氨；半抑制濃度；控制策略

由于厭氧氨氧化反應(yīng)在廢水生物脫氮過程中顯現(xiàn)出高效的脫氮效能和廉價(jià)的處理成本,而受到研究者廣泛關(guān)注.近二十年來,研究者們對(duì)厭氧氨氧化反應(yīng)及其功能微生物進(jìn)行了大量而又深入的研究.結(jié)果表明,厭氧氨氧化反應(yīng)廣泛存在于自然界中,包括:海洋[1]、河流[2-3]、湖泊[4]、濕地[5]等等.只要環(huán)境適宜,接種不同性質(zhì)的活性污泥(普通活性污泥[6]、甲烷化污泥[7]、海洋底泥[8-9]等)均能成功馴化出以厭氧氨氧化反應(yīng)為主導(dǎo)的厭氧氨氧化污泥.但是研究者在富集培養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn),厭氧氨氧化菌倍增時(shí)間較長(zhǎng),生長(zhǎng)環(huán)境嚴(yán)格[10],導(dǎo)致厭氧氨氧化菌的馴化時(shí)間較長(zhǎng),嚴(yán)重制約著其工程化的運(yùn)用[11].為了盡可能地縮短馴化時(shí)間,研究者對(duì)厭氧氨氧化菌反應(yīng)機(jī)理及生長(zhǎng)因子(溫度[12-13]、pH[14]、DO[15-16]等等)進(jìn)行了大量研究,尋求較短時(shí)間內(nèi)盡快地富集更多厭氧氨氧化菌的控制參數(shù),以便快速提高 NH4+-N與NO2--N反應(yīng)速率.

NH4+-N是廢水中主要的氮素形態(tài),也是厭氧氨氧化菌的主要基質(zhì),但是過高的濃度又會(huì)對(duì)反應(yīng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,甚至?xí)?duì)生物活性產(chǎn)生完全抑制[14,17].一旦厭氧氨氧化菌活性受到抑制,一般需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能夠得到恢復(fù).雖有眾多研究者發(fā)現(xiàn)并報(bào)道了過高 NH4+-N對(duì)厭氧氨氧化菌產(chǎn)生的抑制現(xiàn)象,但是產(chǎn)生抑制時(shí)對(duì)應(yīng)的NH4+-N值相差甚大[17].同時(shí)很少考慮溫度、pH值等運(yùn)行參數(shù)與之聯(lián)系,導(dǎo)致能夠參考和利用的信息很少.因此本文在眾多研究者所報(bào)道現(xiàn)象的基礎(chǔ)之上,剖析NH4+-N對(duì)厭氧氨氧化菌生化反應(yīng)過程影響及調(diào)控策略.旨在為今后厭氧氨氧化菌富集及高NH4+-N濃度下厭氧氨氧化反應(yīng)穩(wěn)定運(yùn)行的控制參數(shù)選擇及穩(wěn)定運(yùn)行提供一點(diǎn)參考.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置與控制條件

圖1 微生物培養(yǎng)裝置Fig.1 A microorganism culture device

實(shí)驗(yàn)裝置采用內(nèi)徑16cm、有效體積4L的細(xì)胞培養(yǎng)罐(INFORS Labfors 3),由圓柱型玻璃制成,如圖1所示.反應(yīng)器外設(shè)有水浴夾套,通過控制循環(huán)水的溫度將反應(yīng)控制在(32±1)℃.反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置DO和ORP電極(METTLER 4800)用于監(jiān)測(cè)反應(yīng)器內(nèi)的溶解氧環(huán)境;設(shè)置 pH 電極(METTLER 405)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)過程中pH的變化,在必要的情況下,通過控制系統(tǒng)自動(dòng)添加稀HCl(1mol/L)或 NaOH溶液(1mol/L)調(diào)節(jié)反應(yīng)器內(nèi)的 pH環(huán)境.反應(yīng)器頂端設(shè)有攪拌裝置,通過控制攪拌速度使得泥水充分混合,有利于反應(yīng)完全.

1.2 接種污泥

接種污泥為經(jīng)過 10a培養(yǎng)的厭氧氨氧化顆粒污泥,外觀為鮮艷的紅色,厭氧氨氧化特征明顯.每次實(shí)驗(yàn)的厭氧氨氧化污泥接種量為120mL(量筒內(nèi)10min沉淀后的體積).厭氧氨氧化污泥接種入反應(yīng)器前經(jīng)過超純水清洗3次.

1.3 模擬營(yíng)養(yǎng)液

營(yíng)養(yǎng)液的主要成分為NH4+-N(由NH4HCO3按需配制)、NO2--N (由 NaNO2按需配制)、KH2PO427mg/L、 CaCl2·2H2O 92mg/L、MgCl2·7H2O 16.5mg/L,微 量 元 素 濃 縮 液1.25mL/L.微量元素濃縮液組分為:EDTA 5000mg/L, ZnSO4·7H2O 430mg/L, CoCl2·6H2O 240mg/L, CuSO4·5H2O 250mg/L, NaMoO4·2H2O 220mg/L, NiCl2·6H2O 190mg/L, NaSeO4·10H2O 210mg/L, H3BO414mg/L.

1.4 測(cè)定方法

分析方法參見《水和廢水檢測(cè)分析方法》[18]. NH4+-N:納氏試劑分光光度法;NO2--N 和NO3--N:戴安ICS-900/AS23離子色譜; pH值和ORP由在線監(jiān)測(cè)探頭測(cè)定.

1.5 批式實(shí)驗(yàn)方法

將等量的厭氧氨氧化污泥(120mL)分別接種入多組細(xì)胞培養(yǎng)罐,控制反應(yīng)器的進(jìn)水亞硝酸鹽濃度為 100mg/L,不同進(jìn)水氨氮濃度(500,1000, 1500,2000,3000,4000,5000mg/L).同時(shí)控制反應(yīng)器內(nèi)pH值8.0,溫度(32±1)℃,探討不同進(jìn)水氨氮濃度下,厭氧氨氧化菌活性的抑制情況.

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度、pH值變化對(duì)水中 NH4+、游離氨(Free Ammonium,FA)濃度變化的影響

水中 FA濃度的計(jì)算過程如式(1)所示[19],濃度變化除了與所處環(huán)境的 NH4+-N濃度有關(guān),同時(shí)還與環(huán)境中溫度、pH值變化密切關(guān)聯(lián).在含有200mg/LNH4+-N的水環(huán)境中,pH的變化對(duì)FA濃度變化產(chǎn)生巨大的影響(如圖2A所示).當(dāng)pH為6.5時(shí),FA的濃度為 0.73mg/L;而當(dāng) pH上升到10.5時(shí),FA的濃度為235.09mg/L.由此可見,在固定NH4+-N濃度的水環(huán)境中,pH對(duì)FA濃度的影響幅度相差近百倍,變化范圍主要集中在 pH值為6.5～10.5.厭氧氨氧化反應(yīng)是一個(gè)消耗H+,產(chǎn)生OH-的過程,pH值在厭氧氨氧化反應(yīng)過程中隨著底物的消耗一直處于不斷上升的狀態(tài)[20].一旦控制不好,將會(huì)造成厭氧氨氧化過程中 NH4+、FA濃度的巨大波動(dòng).溫度對(duì)FA的影響趨勢(shì)與pH相同,但變化幅度較小.在其他條件不變的條件下,當(dāng)溫度從20℃上升到40℃時(shí), FA濃度的變化幅度僅相差3倍左右.因此溫度和pH值對(duì)水環(huán)境中NH4+、FA的濃度變化起著重要作用,其中pH對(duì)FA的影響明顯高于溫度和NH4+-N濃度.因此研究 NH4+-N濃度對(duì)厭氧氨氧化菌活性影響時(shí),必須考慮到當(dāng)時(shí)環(huán)境中pH值的變化.

式中:CFA為FA的濃度,mg/L;CtNH3為總NH4+-N濃度,mg/L; T為溫度,℃.

2.2 NH4+-N存在形態(tài)及濃度對(duì)厭氧氨氧化反應(yīng)的影響及解決方法

FA對(duì)傳統(tǒng)的生物脫氮反應(yīng)(亞硝化反應(yīng)、硝化反應(yīng))的影響已經(jīng)得到研究者的廣泛認(rèn)同,并且通過控制環(huán)境中FA濃度可以很好地實(shí)現(xiàn)亞硝化和硝化過程分離[21].厭氧氨氧化作為一個(gè)新型的生物脫氮反應(yīng),NH4+-N存在形態(tài)及濃度對(duì)厭氧氨氧化反應(yīng)的影響也受到廣泛關(guān)注.Cema等[22]和 Dapena等[23]通過研究發(fā)現(xiàn),對(duì)厭氧氨氧化菌產(chǎn)生抑制的物質(zhì)不是離子態(tài)的 NH4+,而是NH4+所形成的FA.隨后,Jung等[24]發(fā)現(xiàn)當(dāng)進(jìn)水中FA濃度達(dá)到1.7mg/L就會(huì)對(duì)厭氧氨氧化過程產(chǎn)生抑制,當(dāng)FA濃度達(dá)到32mg/L時(shí)厭氧氨氧化反應(yīng)將會(huì)完全終止.

圖2 溫度、pH對(duì)FA濃度的影響(A、溫度32℃,NH4+-N濃度 200mg/L;B、pH值8,NH4+-N濃度 200mg/L)Fig.2 Effect of temperature, pH on the concentration of FA (A,the temperature 32℃,the concentration of NH4+-N was 200mg/L; B, pH was 8; the concentration of NH4+-N was 200mg/L)

圖3 相同F(xiàn)A濃度下NH4+-N濃度與pH值變化關(guān)系Fig.3 The relationship between the change of concentration of NH4+-N and pH under the same concentration of FA

依據(jù) Jung等[24]和 Jaroszynski等[25]的有關(guān)FA對(duì)厭氧氨氧化菌活性影響的研究結(jié)果,以 pH值為變量,NH4+-N濃度為因變量,繪制出FA濃度2mg/L(設(shè)定為出現(xiàn)抑制時(shí)濃度)和 35mg/L(設(shè)定為完全抑制濃度)的pH值與NH4+-N濃度的關(guān)系圖,如圖 3所示.由圖 3可以看出,在不同的進(jìn)水NH4+-N濃度下,當(dāng)FA值小于2mg/L,即處于區(qū)域(A)時(shí),厭氧氨氧化菌最適宜;而當(dāng) FA值大于2mg/L而小于 35mg/L,即處于區(qū)域(B)時(shí),厭氧氨氧化菌活性開始出現(xiàn)抑制,并隨著 FA濃度的增加甚至產(chǎn)生完全抑制;而當(dāng)FA值大于35mg/L,即處于區(qū)域(C)時(shí),厭氧氨氧化菌將不適應(yīng)此時(shí)的FA環(huán)境.并且從圖 3中可以看出,在同樣的進(jìn)水NH4+-N濃度下,不同的pH值環(huán)境可以將厭氧氨氧化菌對(duì) FA的適應(yīng)性控制在不同的區(qū)域.同樣甚至在較低的 NH4+-N濃度下也會(huì)產(chǎn)生抑制厭氧氨氧化菌活性的 FA濃度.同時(shí)也說明在保證pH值處于厭氧氨氧化菌活性范圍內(nèi),可以通過調(diào)控pH值環(huán)境來避免FA對(duì)厭氧氨氧化的影響.

為了探討高NH4+-N濃度下,通過調(diào)節(jié)pH能否避免 FA對(duì)厭氧氨氧化菌活性的抑制.設(shè)定進(jìn)水NH4+-N濃度500mg/L,NO2--N濃度100mg/L,反應(yīng)器內(nèi)pH值恒定在7.9.研究了反應(yīng)器內(nèi)厭氧氨氧化菌活性變化,如圖 4所示.隨著進(jìn)水NH4+-N濃度的提高,NO2--N開始不斷積累.當(dāng)反應(yīng)器運(yùn)行至 68h時(shí),出水 NH4+-N濃度達(dá)到472mg/L,而NO2--N濃度累積到79.45mg/L,此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)FA達(dá)到33.34mg/L,說明反應(yīng)器內(nèi)厭氧氨氧化菌活性產(chǎn)生了抑制.其他條件不變,當(dāng)反應(yīng)器運(yùn)行至72h,僅將反應(yīng)器內(nèi)的pH值下降到7.3,此時(shí)反應(yīng)器內(nèi)的 FA 濃度下降到 8.6mg/L, NH4+-N和NO2--N濃度也開始出現(xiàn)下降.當(dāng)反應(yīng)器運(yùn)行至116h時(shí),出水NH4+-N和NO2--N濃度分別為418.9mg/L和10mg/L,說明通過pH值的調(diào)控使得 FA濃度下降后,厭氧氨氧化菌的活性可以得到了恢復(fù).因此通過 pH的調(diào)控可以實(shí)現(xiàn)厭氧氨氧化處理高NH4+-N濃度廢水.

圖4 FA對(duì)厭氧氨氧化反應(yīng)器脫氮的影響及pH調(diào)控Fig.4 effect of FA on nitrogen removal and pH regulate in anammox reactor

2.3 NH4+-N對(duì)厭氧氨氧化反應(yīng)的抑制規(guī)律及相應(yīng)解決方法

目前,在厭氧氨氧化污泥富集培養(yǎng)過程中,可以通過縮短HRT和提高基質(zhì)濃度的方式提高反應(yīng)器氮容積負(fù)荷.研究者在采用后者富集培養(yǎng)微生物時(shí)發(fā)現(xiàn)基質(zhì)濃度過高而導(dǎo)致厭氧氨氧化菌活性受到抑制現(xiàn)象[26].Jaroszynski等[25]通過實(shí)驗(yàn)表明當(dāng)FA濃度達(dá)到2mg/L時(shí)就會(huì)對(duì)厭氧氨氧化菌活性產(chǎn)生影響.Fernández等[27]發(fā)現(xiàn)當(dāng)環(huán)境中FA濃度突然達(dá)到38mg/L時(shí),厭氧氨氧化菌活性僅被抑制 50%;而將長(zhǎng)期處于 FA濃度為 35～40mg/L的環(huán)境時(shí),厭氧氨氧化反應(yīng)會(huì)變的極不穩(wěn)定,反應(yīng)速率甚至可能降到 0mg/L.Niu等[28]通過重復(fù)的抑制和恢復(fù)實(shí)驗(yàn)表明FA對(duì)厭氧氨氧化菌活性的半抑制濃度為 16～20mg/L.因此,眾多研究者所報(bào)道的抑制值不一樣,范圍太大,并將其原因歸咎于生物活性的不同.但是很少有研究者在研究過程中考慮到 pH、溫度等環(huán)境變化對(duì) FA濃度的影響,研究過程并未做到環(huán)境因子的恒定.也未對(duì)抑制規(guī)律進(jìn)一步闡述,因此無法供其他研究者參考.

圖5 不同氨氮濃度對(duì)厭氧氨氧化菌活性的影響Fig.5 Effect of different ammonium on Anammox activity

在進(jìn)水pH值8.0,溫度32℃的條件下研究了高 NH4+-N對(duì)厭氧氨氧化活性的抑制,設(shè)定進(jìn)水NO2--N恒定在 104mg/L, NH4+-N初始濃度2000mg/L,如圖5所示.經(jīng)過9h的運(yùn)行,反應(yīng)器內(nèi)FA濃度150mg/L,出水NO2--N上升到50mg/L以上.說明厭氧氨氧化菌活性受到抑制.在運(yùn)行的10h,將進(jìn)水氨氮濃度下降到1000mg/L,隨著反應(yīng)器內(nèi) FA的逐步下降,出水亞硝氮出現(xiàn)明顯的下降.但是隨著反應(yīng)器持續(xù)運(yùn)行至15h時(shí),出水亞硝酸鹽開始逐步上升,最終又上升到 50mg/L.在反應(yīng)器運(yùn)行的 21h,將進(jìn)水氨氮濃度下降到500mg/L,出水亞硝酸鹽同樣出現(xiàn)下降的現(xiàn)象,最低下降到18.2mg/L,但是隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),反應(yīng)器內(nèi)的亞硝酸鹽仍然有上升趨勢(shì).說明 FA對(duì)厭氧氨氧化菌活性的抑制并沒有一個(gè)固定的值.

圖6 不同NH4+-N濃度下FA半抑制濃度與抑制時(shí)間的關(guān)系(C為進(jìn)水NH4+-N濃度)Fig.6 relation of half maximal inhibitory concentration of FA to inhibitory time under different NH4+-N concentrations

為此,本實(shí)驗(yàn)在控制溫度,pH值恒定的條件下,采用等量、等性能的厭氧氨氧化污泥,并且以半抑制濃度為參考指標(biāo),研究了不同 NH4+-N濃度對(duì)厭氧氨氧化菌活性的影響.當(dāng)厭氧氨氧化菌活性達(dá)到半抑制時(shí)所對(duì)應(yīng)的FA濃度和所需要的時(shí)間(簡(jiǎn)稱“抑制時(shí)間”)存在明顯差異.隨著進(jìn)水NH4+-N濃度的增加,出現(xiàn)相同抑制效果時(shí),存在半抑制濃度增大而抑制時(shí)間縮短的現(xiàn)象.為此,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合后發(fā)現(xiàn),抑制濃度和出現(xiàn)抑制的時(shí)間存在一定的曲線關(guān)系:y=732.38x-0.89,R2=0.99,如圖5所知.因此在利用提高NH4+-N濃度方式提高反應(yīng)器脫氮效能或者利用厭氧氨氧化處理高NH4+-N廢水時(shí),遇到水質(zhì)波動(dòng)較大的情況,除了通過降低pH值的方法降低反應(yīng)器內(nèi)的FA,同時(shí)可考慮相應(yīng)縮短高 NH4+-N濃度與厭氧氨氧化菌的接觸時(shí)間,避免厭氧氨氧化菌活性的抑制.

3 結(jié)論

3.1 pH值和溫度是影響水中NH4+-N和FA形態(tài)和濃度的重要影響因素,但是 pH值的影響大于溫度.

3.2 在恒定進(jìn)水NH4+-N濃度500mg/L的條件下,將pH值從7.9降低到7.3,可以避免FA對(duì)厭氧氨氧化菌活性的影響.因此通過 pH調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)高含氨廢水的厭氧氨氧化脫氮處理.

3.3 不同進(jìn)水NH4+-N濃度下,厭氧氨氧化菌活性達(dá)到半抑制狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的FA濃度和時(shí)間不同,并呈現(xiàn)良好的曲線關(guān)系.因此當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)氨氮濃度增高時(shí),除了通過降低pH值避免FA對(duì)厭氧氨氧化活性的影響,還需要縮短厭氧氨氧化污泥與基質(zhì)的接觸時(shí)間.

[1]Han Ping, Gu Ji-Dong. Further Analysis of Anammox Bacterial Community Structures Along an Anthropogenic Nitrogen-Input Gradient from the Riparian Sediments of the Pearl River Delta to the Deep-Ocean Sediments of the South China Sea [J]. Geomicrobiology Journal, 2015,32(9):789-798.

[2]Wang S Y, Zhu G B, Peng Y Z, et al. Anammox Bacterial Abundance, Activity, and Contribution in Riparian Sediments of the Pearl River Estuary [J]. Environmental Science Technology, 2012,46(16):8834-8832.

[3]Osaka T, Kimura Y, Otsubo Y, et al. Temperature dependence for anammox bacteria enriched from freshwater sediments [J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2012,114(4):429-434.

[4]沈李東,胡寶蘭,鄭 平,等.西湖底泥中厭氧氨氧化菌的分子生物學(xué)檢測(cè) [J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2011,31(8):1609-1015.

[5]HumbertS, Zopfi J, Tarnawski S. Abundance of anammox bacteria in different wetland soils [J]. Environmental Microbiology Reports, 2012,4(5):484-490.

[6]Ding Z J, Ventorino V, Panico A, et al. Enrichment of Anammox Biomass from Different Seeding Sludge: Process Strategy and Microbial Diversity [J]. Water Air Soil Pollution, 2017,228(1): 108-119.

[7]Ni S Q, Meng J. Performance and inhibition recovery of anammox reactors seeded with different types of sludge [J]. Water Science Technology, 2015,63(4):710-718.

[8]Nakajima J, Sakka M, Kimura T, et al. Enrichment of anammox bacteria from marine environment for the construction of abioremediation reactor [J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2008,77(5):1159–1166.

[9]kawagoshi Y, Nakamura Y, Kawashima H, et al. Enrichment culture of marine anaerobic ammonium oxidation (anammox) bacteria from sediment of sea-based waste disposal site [J]. Journal of bioscience and bioengineering, 2009,107(1):61- 63.

[10]胡勇有,雒懷慶,陳 柱.厭氧氨氧化菌的培養(yǎng)與馴化 [J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2002,30(11):160-163.

[11]郝曉地,仇付國(guó),van der Star WRL,等.厭氧氨氧化技術(shù)工程化的全球現(xiàn)狀及展望 [J]. 中國(guó)給水排水, 2007,30(18):15-19.

[12]Jung J Y, Kang S H, Chung Y C, et al. Factors affecting the activity of Anammox bacteria during start up in the continuous culture reactor [J]. Water Science Technology, 2007,55(1):459-468.

[13]Jaroszynski L W, Cicek N, Sparling, et al. Impact of free ammonia on anammox rates (anoxic ammonium oxidation) in a moving bed biofilm reactor [J]. Chemosphere, 2012,88(2):188-195.

[14]李 祥,黃 勇,袁 怡.生物膜反應(yīng)器厭氧氨氧化脫氮效能研究 [J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2010,33(11):133-137.

[15]李 祥,黃 勇,鄭宇慧,等.溫度對(duì)厭氧氨氧化反應(yīng)器脫氮效能穩(wěn)定性的影響 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2012,33(4):1288- 1292.

[16]Awata T, Tanabe K, Kindaichi T, et al. Influence of temperature and salinity on microbial structure of marine anammox bacteria [J]. Water Science Technology, 2012,66(5):958-964.

[17]He S L, Zhang Y L, Niu Q G, et al. Operation stability and recovery performance in an Anammox EGSB reactor after pH shock [J]. Ecological Engineering, 2016,90:50-56.

[18]李 祥,黃 勇,袁 怡.DO在厭氧序批式生物膜反應(yīng)器中對(duì)氨氧化反應(yīng)啟動(dòng)的影響 [J]. 環(huán)境污染與防治, 2009,31(10):43-47.

[19]Cema G, Piaza E, Trela J, et al. Dissolved oxygen as a factor influencing nitrogen removal rates in a one-stage system with partial nitritation and Anammox process [J]. Water Science Technology, 2011,64(5):1009-1015.

[20]Lotti T, van der Star W R L, Kleerebezem R, et al. The effect of nitrite inhibition on the anammox process [J]. Water Research, 2012,46(8):2559-2569.

[21]國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法 [M]. 4版.中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 2002.

[22]Anthonisen A C, Loehr R C, Prakasam T B S, et al. Inhibition of nitrification by ammonia and nitrous acid [J]. Journal of Water Pollution Control Federation, 1976,48(5):835-852.

[23]van der Star W R, Dijkema C, Waard P, et al. An intracellular pH gradient in the anammox bacterium Kuenenia stuttgartiensis as evaluated by 31P NMR [J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2010,86(1):311-317.

[24]Kim J H, Guo X J, Park H S. Comparison study of the effects of temperature and free ammonia concentration on nitrification and nitrite accumulation [J]. Process Biochemistry, 2008,43(2):154-160.

[25]Cema G, PlazaE, Surmacz-Gorska J, et al. Study onevaluation of kinetic parameters for Anammox process [J]. In: IWA 2005 Proceed-ing Specialty Conference, 2005. Krakow, Poland, September 18-21.

[26]Dapena-Mora A, Fernadez I, Campos JL, et al. Evaluation of activity and inhibition effects on Anammox process by batch tests based on the nitrogen gas production [J]. Enzyme & Microbial Technology, 2006,40(4):859-865.

[27]Fernández I, Dosta J, Fajardo C, et al. Short and long-term effects of ammonium and nitrite on the Anammox process [J]. Journal of Environmental Management, 2012,95:170-174.

[28]Niu Q G, He S L, Zhang Y L, et al. Process stability and the recovery control associated with inhibition factors in a UASB-anammox reactor with a long-term operation [J]. Bioresource Technology, 2016,203:132-141.

Inhibiting regularity and control strategy of NH4+-N on ANAMMOX Process.

YUAN Yan1,2, ZHOU Zheng1,2, LIN Xin1,2, WANG Fan1,2, LI Xiang1,2*, GU Chen-wei1,2, ZHU Liang1,2(1.School of Environmental Science and Engineering, Suzhou University of Science and Technology, Suzhou 2150l1, China). China Environmental Science, 2017,37(9)：3309～3314

NH4+-N was one of the important substrate for ANAMMOX bacteria. But instable nitrogen removal process often occurred and microbial activity even had inhibited by using ANAMMOX bacteria, because of high substrate concentration. In order to effectively avoid NH4+-N inhibition to anammox bacteria activity, the effect of NH4+-N on the activity of anammox bacteria was analysis by inhibitor morphology, main influence factors and inhibiting regularity. The results showed that temperature and pH were important impact on morphology and concentration changes between NH4+-N and FA. The ANAMMOX activity was recovered after 44h operation when the pH was decreased from 7.9 to 7.3under the influent concentration of NH4+-N was fixed at 500mg/L. Half maximal inhibitory concentration (IC50) of FA on ANAMMOX was different when the influent concentration of NH4+-N was variety. IC50of FA and inhibitory time under different NH4+-N concentrations have relationship (y=732.38x-0.89). Thus, we avoided the effect of FA on activity of anammox bacteria by changing the pH when the influent concentration of NH4+-N was constant. Besides pH decreased, HRT can also be shortened to avoid the effect of FA on activity of ANAMMOX bacteria, when the influent concentration of NH4+-N was fluctuate.

Anammox；free ammonium；half maximal inhibitory concentration；control Strategy

X703.1

A

1000-6923(2017)09-3309-06

2017-01-09

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFC0401103);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51478284,51408387);江蘇省特色優(yōu)勢(shì)學(xué)科二期項(xiàng)目;江蘇省水處理技術(shù)與材料協(xié)同創(chuàng)新中心項(xiàng)目;蘇州市分離凈化材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(SZS201512)

* 責(zé)任作者, 實(shí)驗(yàn)師, lixiang@mail.usts.edu.cn

袁 硯(1983-),女,四川瀘州人,碩士,實(shí)驗(yàn)師,主要研究方向?yàn)閺U水脫氮處理理論及新工藝.發(fā)表論文10余篇.