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厭氧氨氧化菌一直被認(rèn)為是嚴(yán)格的化能自養(yǎng)型xijun,有機(jī)物的添加必然對(duì)厭氧氨氧化系統(tǒng)帶來不可忽視的影響。因此,進(jìn)水中有機(jī)物對(duì)厭氧氨氧化的影響一直是研究者的熱點(diǎn)。
1、 有機(jī)碳源對(duì)厭氧氨氧化菌的阻止作用 隨著進(jìn)水中有機(jī)物濃度的上升,水中的異養(yǎng)反硝化菌(heterotrophic denitrification bacteria,HDB)將與厭氧氨氧化菌競(jìng)爭(zhēng)底物,從而使厭氧氨氧化菌在高COD下難以取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),氨氮去除率下降。N. Chamchoi等研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)進(jìn)水COD>300 mg/L時(shí),厭氧氨氧化菌活性受到明顯阻止。W等通過研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)進(jìn)水COD從480 mg/L提升至720 mg/L時(shí),比厭氧氨氧化活性(specific anammox activity,SAA)從0.39 kgNH4+-N/(kgVSS·d)下降至0.19 kgNH4+-N/(kgVSS·d);同時(shí)在厭氧氨氧化系統(tǒng)中,隨著COD的上升,系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)菌群從厭氧氨氧化菌向反硝化xijun轉(zhuǎn)變,厭氧氨氧化菌的主要種群也發(fā)生了改變。D等通過高通量測(cè)序證明了厭氧氨氧化菌的主要種群從“Ca. Brocadia sinica”變?yōu)榱恕癈a. Jettenia caeni”和“Ca. Kuenenia stuttgartiensis(K. stuttgartiensis)”。這與L. Russ等發(fā)現(xiàn)的“K. stuttgartiensis”能夠耐受較高的有機(jī)物濃度的結(jié)果相吻合。
2、有機(jī)碳源對(duì)厭氧氨氧化菌的刺激作用 厭氧氨氧化菌在有機(jī)物添加后仍能占主導(dǎo)地位,并能通過新陳代謝作用與異養(yǎng)反硝化菌共同去除有機(jī)物和硝酸鹽。這一般發(fā)生在進(jìn)水C/N較低的厭氧氨氧化系統(tǒng)中。在早期的研究中研究者發(fā)現(xiàn),厭氧氨氧化菌能通過氧化小分子有機(jī)酸為CO2后,再利用CO2合成細(xì)胞自身營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的方式代謝部分有機(jī)碳。W等研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)COD≤480 mg/L時(shí),厭氧氨氧化系統(tǒng)的脫氮效率基本不受影響,厭氧氨氧化菌的活性反而有所上升。研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過一段時(shí)間的適應(yīng)期(50 d)后,丙酸鹽對(duì)厭氧氨氧化反應(yīng)系統(tǒng)的性能有一定的提升作用,在反應(yīng)系統(tǒng)中丙酸鹽被氧化為CO2。張少輝向厭氧氨氧化穩(wěn)定運(yùn)行的上流式厭氧生物膜反應(yīng)器的進(jìn)水中投加1.16 mmol/L的乙酸鹽,并進(jìn)行了長(zhǎng)周期運(yùn)行,發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過一段時(shí)間的馴化后總氮去除效率反而上升;在相同的進(jìn)水負(fù)荷下,氮去除率從投加前的75%上升至81%。劉金苓等投加葡萄糖的批次試驗(yàn)也獲得了與之相似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。Xiaoli Huang等研究認(rèn)為,在較低有機(jī)物濃度(乙酸鹽≤120 mg/L, 丙酸鹽≤200 mg/L)的環(huán)境下,厭氧氨氧化反應(yīng)系統(tǒng)不會(huì)受到較大的影響,并能保持良好的脫氮性能。
3 、不同有機(jī)碳源對(duì)厭氧氨氧化系統(tǒng)效能的影響 不同的有機(jī)碳源對(duì)厭氧氨氧化系統(tǒng)的影響往往是不同的。作為常見的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),低濃度的糖類會(huì)對(duì)厭氧氨氧化有一定的刺激作用。一定情況下葡萄糖可以作為厭氧氨氧化反應(yīng)的惟一碳源。但糖的組成越復(fù)雜,厭氧氨氧化菌的利用效率就越低。以甲酸鹽、乙酸鹽、檸檬酸鹽為的小分子有機(jī)酸鹽可以被厭氧氨氧化菌作為電子供體還原NO3-,其中以乙酸鹽為電子供體時(shí)反應(yīng)速率很高。而實(shí)際的長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)表明,厭氧氨氧化系統(tǒng)往往對(duì)丙酸鹽的適應(yīng)性比較強(qiáng)。但上述物質(zhì)的濃度超過一定限值時(shí),厭氧氨氧化菌的活性會(huì)受到阻止。研究發(fā)現(xiàn),厭氧氨氧化系統(tǒng)中加入苯酚等物質(zhì)時(shí),厭氧氨氧化菌的活性會(huì)受到強(qiáng)烈阻止。楊朋兵等的研究表明,當(dāng)苯酚質(zhì)量濃度>300 mg/L時(shí),氮去除率可從99%下降至55%。醇類一般被認(rèn)為對(duì)厭氧氨氧化具有強(qiáng)烈的阻止作用,厭氧氨氧化體內(nèi)的羥氨氧化還原酶(hydroxylami-neoxidoreductase,HAO)會(huì)將醇類轉(zhuǎn)化為對(duì)菌體有毒性的有機(jī)物質(zhì),例如甲醛。甲醛可以通過部分蛋白的結(jié)合使關(guān)鍵酶失活,從而使細(xì)胞死亡。醇類特別是甲醇,在較低濃度時(shí)就會(huì)不可逆地阻止厭氧氨氧化反應(yīng),在D等的研究中,當(dāng)甲醇濃度達(dá)到0.5 mmol/L時(shí),厭氧氨氧化反應(yīng)活性不可逆地降低了約30%。
總的來說,有機(jī)物的添加視情況不同會(huì)對(duì)厭氧氨氧化系統(tǒng)帶來如下影響:
(1)刺激作用。低濃度及結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的有機(jī)物,比如糖類和小分子有機(jī)酸的添加可刺激某些AAOB菌種的有機(jī)物代謝特性,從而增強(qiáng)厭氧氨氧化菌的活性,降低出水NO3--N濃度,提高氮去除效率。
(2)競(jìng)爭(zhēng)阻止作用。隨著有機(jī)物添加濃度的升高,與厭氧氨氧化菌競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)基質(zhì)的反硝化菌就會(huì)大量繁殖,與厭氧氨氧化菌競(jìng)爭(zhēng)NO2-,從而阻止厭氧氨氧化菌的活性;通過降低有機(jī)物濃度,此類阻止作用一般可以恢復(fù)。
(3)有機(jī)毒性阻止。以醇類為的物質(zhì)進(jìn)入?yún)捬醢毖趸到y(tǒng),在HAO酶的作用下會(huì)造成甲醛積累,從而破壞菌體的活性,從根本上阻止了厭氧氨氧化去除氮的效率,阻止作用強(qiáng)且不可恢復(fù)。