保存温度及时间对厌氧氨氧化污泥活性的影响李祥

中国环境科学2011,31(1)：56~61ChinaEnvironmentalScience保存温度及时间对厌氧氨氧化污泥活性的影响李祥1,郑宇慧1,黄勇1*,袁怡1,2(1.苏州科技学院环境科学与工程学院,江苏苏州215011；2.同济大学环境科学与工程学院,上海200092)摘要：通过改变保存温度和时间,研究了厌氧氨氧化污泥活性的变化规律以及污泥活性恢复能力.结果表明,保存温度、时间对厌氧氨氧化污泥活性影响显著.常温(15±2)℃、低温(5±2)℃对厌氧氨氧化污泥活性影响较小,而中温(30±2)℃、冷冻(-20±2)℃都会使其活性大幅降低,甚至消失.在保存的前30d厌氧氨氧化污泥活性迅速下降,然后趋于缓慢.根据衰减指数模型推出常温状态下衰减指数为0.0324,相对于其他温度最小.并根据保存温度、时间对其影响的特点提出了合适的保存方法,使得厌氧氨氧化污泥的活性能够在较短时间内得到恢复.关键词：厌氧氨氧化污泥；保存温度；保存时间；影响；活性恢复中图分类号：X703.5文献标识码：A文章编号：1000-6923(2011)01-0056-06EffectofpreservationtemperatureandtimeonANAMMOXsludgeactivity.LIXiang1,ZHENGYu-hui1,HUANGYong1*,YUANYi1,2(1.SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,SuzhouUniversityofScienceandTechnology,Suzhou2150l1,China；2.CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China).ChinaEnvironmentalScience,2011,31(1)：56~61Abstract：VariationoftheactivityoftheANAMMOXbacteriaanditsrecoverywereinvestigatedbypreservingtheANAMMOXsludgeunderdifferenttemperatureandtime.ThepreservingtemperatureandtimehadobviouseffectontheactivityoftheANAMMOXbacteria.Theeffectofnormaltemperature(15±2)℃andlowtemperature(5±2)℃ontheactivitywaslittle,theactivitysharplydecreased,orevenlost,undermoderatetemperature(30±2)℃andfreezing(-20±2)℃temperature.Therapidreductionoftheactivitywasobservedbefore30d,andthenitkeptconstantrelativelyuntiltheend.Accordingtodampedexponentialmodel,thedampedexponentialwas0.0324undernormaltemperature,indicatingthatitwaslessthanthatunderothertemperatures.Thepaperalsolistspreservingwaysaccordingtotheimpactofthepreservingtemperatureandtime,tomakesurethesludgeactivityrecoveryinveryshorttime.Keyword：ANAMMOXsludge；preservationtemperature；preservationtime；affection；activityrecovery厌氧氨氧化技术的脱氮效能远远高于传统的脱氮技术,因此在近十年得到了快速的发展[1].但是厌氧氨氧化菌是中温菌、世代时间(11d)、细胞产率低、体积小、易流失,对环境条件敏感,导致厌氧氨氧化微生物很难快速富集.因此成功启动一个具有高脱氮效能的厌氧氨氧化反应器至少需要一年多的时间[2-3].因此人们开始考虑通过接种部分厌氧氨氧化污泥来缩短反应器的启动时间,从而实现这种高脱氮效能的工艺推广.目前在荷兰、日本已经成功启动了几座工程化的厌氧氨氧化反应器[4-11].对于一个即将投入生产的厌氧氨氧化反应器需要接种的污泥量相当大,而目前仅有的几座厌氧氨氧化反应器又相距甚远.这需要对厌氧氨氧化污泥在运输过程中进行一段时间的保存.此外,一个具有高活性厌氧氨氧化反应器在运行过程中可能因某些因素而停止运行.如何处理该污泥使其保持较高的活性,以便再启动时不影响研究变得非常重要.本试验针对这些问题,对由实验室培养的高活性厌氧氨氧化污泥进行保存.研究不同保存温度与不同保存时间在短期内对厌氧氨氧化污泥活性的影响.寻求最佳保存温度,以便日后为厌氧收稿日期：2010-05-12基金项目：江苏省环境科学与工程重点实验室开放课题(ZD081202);苏州科技学院重点学科建设项目(AO030702)*责任作者,教授,[e-mail]1期李祥等：保存温度及时间对厌氧氨氧化污泥活性的影响57氨氧化污泥保存提供参考.1材料与方法1.1接种污泥高活性的厌氧氨氧化污泥,红色,氮去除速率(以N计)为4.2kg/(m3·d).在整个过程中厌氧氨氧化效果较好.出水NH4+-N、NO2--N的去除率均保持在98%以上.1.2实验装置及运行实验装置如图1所示.实验装置选用序批式厌氧反应器,有效容积为100mL.整个装置的接口处均用硅胶密封,内置直径7cm的方形纤维膜,以减少微生物流失.控制参数:温度(32±2)℃(由恒温振荡器控制,震荡速度维持在110r/min),进水pH值通过0.1mol/LHCl调节控制在7.2±0.2.反应器遮光放置.每次进出水体积为100mL.由于纤维膜的添加,该SBR运行过程中无沉淀期,每周期内进出水各2min,其余为搅拌期.氮气吹脱口取样口氮气吹脱出气口取样时氮气进气口恒温振荡器纤维膜固定架图1厌氧氨氧化反应装置Fig.1ANAMMOXreactor1.3实验模拟废水采用人工配制废水,NH4Cl(按需配制),NaNO2(按需配制),NaHCO31g/L,KHCO31g/L,KH2PO427mg/L,CaCl2·2H2O136mg/L,MgSO4·7H2O20mg/L,微量元素Ⅰ1mL/L和微量元素Ⅱ1.25mL/L.微量元素浓缩液组分为:ⅠEDTA5000mg/L,FeSO45000mg/L;微量元素浓缩液Ⅱ组分为(mg/L):EDTA5000,ZnSO4·7H2O430,CoCl2·6H2O240,MnCl2·4H2O990,CuSO4·5H2O250,NaMoO4·2H2O220,NiCl2·6H2O190,NaSeO4·10H2O210,H3BO414.原水配制后通过高纯氮气进行30min的吹脱,以去除水中的DO.1.4实验方法1.4.1厌氧氨氧化污泥保存及其活性测定将厌氧氨氧化污泥平均分装于15个反应器内,其中3个反应器不保存,立即测定该状态下厌氧氨氧化去除效果,测得氮去除速率分别为0.108,0.107,0.107kg/(m3·d),故认为接种入反应器后的厌氧氨氧化污泥活性为0.107kg/(m3·d).其余12个反应器同时置于4个不同等级的温度,中温:(30±2)℃;常温(15±2)℃;低温:(5±2)℃;冷冻:(-20±2)℃下保存15,30,45d.编号及保存条件见表1.表1保存温度和时间Table1Preservationtemperatureandtime时间(d)中温常温低温冷冻15A1B1C1D130A2B2C2D245A3B3C3D31.4.2污泥活性恢复整个活性恢复期间,进水NH4+-N、NO2--N浓度分别为100,130mg/L,固定不变.通过缩短水力停留时间(HRT)对其进行氮去除速率的提高.初始HRT设定为24h,当基质去除率达到80%以上,且其脱氮效能稳定后再将HRT缩短为12h.整个实验恢复的运行时间大约300h.1.5分析方法测定方法均按照标准方法[12].NH4+-N采用纳氏分光光度法测定;NO2--N采用N-(1奈基)-乙二胺分光光度法测定;NO3--N采用紫外分光光度法;pH值采用哈纳pH211型酸度计测定.2结果与讨论2.1厌氧氨氧化污泥在不同温度、时间保存后的剩余活性将保存在不同温度下并达到保存时间的厌氧氨氧化污泥取出,进行氮去除速率测定,以表征厌氧氨氧化污泥活性的变化,得到结果如表2所示.根据测得的活性绘制其下降趋势如(图2).在中温环境下保存15d后的厌氧氨氧化58中国环境科学31卷污泥为黑色,带有臭味.由表2可知,此时的氮去除速率为0.047kg/(m3·d),厌氧氨氧化污泥活性下降56%,并且随着保存时间的延长其活性下降显著.保存45d后测得氮去除速率仅剩0.0072kg/(m3·d),厌氧氨氧化污泥活性下降了93%.这是因为该温度下厌氧氨氧化细菌新陈代谢仍比较旺盛[13],微生物在没有营养基质的情况下利用自身体内的物质维持生命活动.最终导致细菌逐步解体,有机物腐烂产生H2S,所以污泥颜色变黑并发出臭味.表2保存后的厌氧氨氧化污泥氮去除速率及下降幅度Table2TheremovaloftotalnitrogenbyANAMMOXsludgeanditsdeclinationafterpreservation中温常温低温冷冻保存时间(d)氮去除速率[kg/(m3·d)]降幅(%)氮去除速率[kg/(m3·d)]降幅(%)氮去除速率[kg/(m3·d)]降幅(%)氮去除速率[kg/(m3·d)]降幅(%)150.047560.089150.052510.004096300.014870.043590.028730.001699450.0072930.028730.015860100注:降幅=(保存前氮去除速率-保存后氮去除速率)/保存前氮去除速率15202530354045-0.04-0.020.000.020.040.060.08-20-100102030总氮去除速率(kg/(m3.d))保存温度(℃)保存时间(d)总氮去除率[kg/(m3⋅d)]0图2不同保存温度、时间后厌氧氨氧化污泥活性下降趋势Fig.2ThereductionofANAMMOXactivityafterdifferentpreservationtemperatureandtime经过常温保存的厌氧氨氧化污泥活性保持的相对较好.保存15d后测得氮去除效率为0.089kg/(m3·d),只下降了15%,此时厌氧氨氧化污泥为红色.保存45d后测得氮去除速率下降了59%,可见在该温度下45d内其活性比中温存在时下降幅度较小.此时污泥颜色变为灰色,说明仍然有一小部分厌氧氨氧化细菌具有很强的新陈代谢.由图2可以推测,随着时间的不断延长该状态下保存的污泥也将会出现黑色.在低温中保存的厌氧氨氧化污泥活性下降比较快.15d后氮去除速率下降至0.052kg/(m3·d),下降幅度为51%.随着保存时间的延长其活性下降幅度并未减缓.经过45d后污泥颜色变化不大,但是氮去除速率下降至0.15kg/(m3·d),此时反应器内厌氧氨氧化污泥活性仅次于常温保存.说明虽然大幅降温使得厌氧氨氧化新陈代谢速度下降,厌氧氨氧化污泥保持很好的颜色.但是厌氧氨氧化细菌活性随着时间的保存时间的延长仍会出现明显的下降现象.在冰冻保存的厌氧氨氧化污泥随着保存时间的延长,其污泥颜色一直保持鲜艳的红色.但是厌氧氨氧化活性下降最快.保存15d后测定氮去除速率下降幅度达到96%,厌氧氨氧化细菌存活率基本为零.同时在活性测定过程中发现出水为浅红色