污水處理技術(shù)之Anammox厭氧氨氧化+MBR膜生物反應(yīng)器1+12？

IWA公眾的許多文章都提到厭氧氨氧化菌在污水脫氮中的優(yōu)勢。然而，厭氧氨氧化菌的生長速度很慢(世代倍增時間一般為15-30天)。如何實現(xiàn)厭氧氨氧化快速的啟動，并在反應(yīng)器中富集和保留厭氧氨氧化細(xì)菌快速是系統(tǒng)成功運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一。膜生物反應(yīng)器在分離水力停留時間和SRT方面具有天然優(yōu)勢。荷蘭和羅馬尼亞團(tuán)隊利用膜生物反應(yīng)器富集培養(yǎng)厭氧氨氧化細(xì)菌，其設(shè)計為以后的相關(guān)研究提供了參考。

MBR反應(yīng)器由荷蘭和羅馬尼亞研究團(tuán)隊設(shè)計，用于厭氧氨氧化細(xì)菌的富集和培養(yǎng)。欲了解更多信息，請參考文章膜生物反應(yīng)器:A作為游離細(xì)胞培養(yǎng)混合氧化物細(xì)菌的新工具。此外，大連理工大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)的團(tuán)隊也對厭氧氨氧化細(xì)菌的富集培養(yǎng)進(jìn)行了大量的研究?？蓞⒖计湟寻l(fā)表的文章《生物反應(yīng)器與序批式反應(yīng)器在厭氧氨氧化啟動過程中的比較來自公約活性污泥》在以往研究的基礎(chǔ)上，日本名古屋大學(xué)的一個科研團(tuán)隊(Takanori Awata等人)對生物反應(yīng)器與厭氧氨氧化的結(jié)合進(jìn)行了更深入的探索。他們在2015年發(fā)表了一篇名為《水科學(xué)技術(shù)》的文章，希望通過實驗驗證厭氧氨氧化菌是否能在低溫下保持活性，以及膜生物反應(yīng)器是否能有效保留生物質(zhì)。

實驗背景

溫度是影響厭氧氨氧化反應(yīng)性能的關(guān)鍵因素之一。厭氧氨氧化細(xì)菌是一類細(xì)菌的總稱。許多研究者對不同種類厭氧氨氧化細(xì)菌的生理特性進(jìn)行了相關(guān)研究。例如，研究發(fā)現(xiàn)，氧化鐵皮石斛、口吃鐵皮石斛和鐵皮石斛的理想溫度分別為20-43℃、25-37℃和25-45℃。

在實際工程應(yīng)用中，一些研究人員研究了厭氧氨氧化細(xì)菌在低溫環(huán)境中的性能，但他們的結(jié)論并不一致:一些研究表明厭氧氨氧化細(xì)菌能夠適應(yīng)低溫，而另一些研究表明低溫會由于亞硝酸鹽氮富集引起的毒性而對細(xì)菌產(chǎn)生不可逆的抑制作用。還有研究表明，雖然總的來說脫氮率仍能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，但當(dāng)溫度下降時，脫氮率將達(dá)到降低。此外，一些研究人員研究了來自海洋的厭氧氨氧化細(xì)菌，并表示每種細(xì)菌都有自己內(nèi)部z適宜的溫度，而這些海洋厭氧氨氧化細(xì)菌似乎比淡水細(xì)菌更喜歡相對較低的溫度。

在這種背景下，日本名古屋大學(xué)的科研團(tuán)隊決定結(jié)合溫度敏感性和膜生物反應(yīng)器(MBR)進(jìn)行實驗，探索厭氧氨氧化細(xì)菌是否能在低溫下保持良好的活性而不損失。由

實驗方法

溫度是影響厭氧氨氧化反應(yīng)性能的關(guān)鍵因素之一。厭氧氨氧化細(xì)菌是一類細(xì)菌的總稱。許多研究者對不同種類厭氧氨氧化細(xì)菌的生理特性進(jìn)行了相關(guān)研究。例如，研究發(fā)現(xiàn)，氧化鐵皮石斛、口吃鐵皮石斛和鐵皮石斛的理想溫度分別為20-43℃、25-37℃和25-45℃。

研究人員每月清洗一次薄膜。接種污泥取自上流式反應(yīng)器，其中以“中華念珠菌”為優(yōu)勢菌株。每兩周去除一次生物質(zhì)，以保持MLSS濃度在8000毫克/升，SRT濃度在88天左右。

溫度變化設(shè)置在下表中，在35℃和15℃之間切換，共六個階段。在15℃時，研究人員將使用降低硝酸鹽氮濃度來防止其抑制厭氧氨氧化活性。此外，他們還向反應(yīng)器中加入氮氣(600毫升/分鐘)并使其循環(huán)，并將酸堿度控制在6.5至7.5之間。

實驗結(jié)果

溫度是影響厭氧氨氧化反應(yīng)性能的關(guān)鍵因素之一。厭氧氨氧化細(xì)菌是一類細(xì)菌的總稱。許多研究者對不同種類厭氧氨氧化細(xì)菌的生理特性進(jìn)行了相關(guān)研究。例如，研究發(fā)現(xiàn)，氧化鐵皮石斛、口吃鐵皮石斛和鐵皮石斛的理想溫度分別為20-43℃、25-37℃和25-45℃。

上圖顯示研究人員選擇的菌株不能在短時間內(nèi)適應(yīng)溫度的快速變化，但這也不同于一些文獻(xiàn)中得出的結(jié)論，即低溫會對厭氧氨氧化細(xì)菌造成不可逆的損傷

研究人員還提到了實驗本身的一些局限性，例如切換時間短。他們認(rèn)為本實驗中使用的厭氧氨氧化細(xì)菌需要較長的過渡時間來適應(yīng)溫度變化，其他細(xì)菌在測試時可能會得到不同的結(jié)果，所以他們也考慮在這一點上做一個對照實驗。

另一方面，研究人員使用熒光原位雜交(FISH)和16S-rRNA分子生物學(xué)方法進(jìn)行分析份樣品。結(jié)果表明，厭氧氨氧化細(xì)菌群落的主要種群沒有隨著溫度的變化而發(fā)生顯著變化，這是因為厭氧氨氧化生物量可以完全保留在膜生物反應(yīng)器中。

35℃(a)和15℃(b)溫度條件下的厭氧氨氧化細(xì)菌生物量FISH圖(右下角尺寸為10 μm)

結(jié)論展望

雖然實驗中選擇的厭氧氨氧化細(xì)菌不能適應(yīng)溫度急劇下降的環(huán)境，但在回到理想溫度后，它可以在快速恢復(fù)活性，這也是本研究的一大亮點。未來，名古屋大學(xué)的研究人員將考慮使用降溫的方法進(jìn)行進(jìn)一步的實驗，以驗證厭氧氨氧化菌的數(shù)量和種群組成在相對長期的運(yùn)行環(huán)境中是否會發(fā)生變化。