搜索
第１７卷第１期去全与环堍学板Ｖｏｌ．１７Ｎｏ．１２０１７年２月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳａｆｅｔｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＦｅｂ．，２０１７文章编号：１００９￣６０９４（２０１７）０１＞０２６７＊０６化反应来说，反应过程延长并增加能量消耗。因此现有的研ａｓｆ＊＝±ｖ－ｔａｓａｖ究多数是通过对短程硝化菌和亚硝酸盐氧化菌生存条件差异１Ｋ：５虫度起户对挺Ｔ王帕化２／Ｂ性（如温度、溶解氧浓度、ｐＨ值、游离氨（ｆａ）浓度等）控制，使活性的影响＃短程硝化菌成为优势菌种，最终实现亚硝酸盐的累积［２］。孙洪伟等［３］考察不同浓度ＦＡ对短程硝化过程的影响，发现当唐欣，乔森，周集体ＦＡ质量浓度为Ｉ３．４ｍ＆／Ｌ时，亚硝酸盐累积率升高到（大连理工大学环境学院，工业生态与环境工程教育部９９．５０％，硝酸盐累积率降至〇．５３％。丁文川等⑷试验证明重点实验室，辽宁大连１１６０２４）＾溶解氧从１．２ｔｎｇ／Ｌ降至０＿５ｍｇ／Ｌ时，亚硝酸盐累积量从６０％增加到１００％，总氮去除率提高到８０％以上。摘要：为提髙短程硝化反硝化脱氮效率，采用低强度超声对短程硝近年来，很多研究表明低强度超声（＜２Ｗ／ｃｍ２）［５：ｉ不仅化反应进行强化，通过对比氨氧化率和亚硝酸盐生产量，考察低强度不会破坏微生物细胞完整性，还会增强细胞膜和细胞壁通透超声对短程硝化污泥活性影响。首先，通过对超声能量的优化试验，性，促进基质传递，提高微生物酶活性，加快反应速率［６＿７］，因发现低强度超声能够提升短程硝化污泥反应速率，且超声能量为此超声技术被广泛运用于微生物反应过程中。Ｚｈｅｎｇ等１８１对４３．２〇ｋｊ时氣氧化率和亚硝酸盐生成量最大；然后考察超声能量与污同步硝化反硝化过程施加强度为〇．〇２７Ｗ／ｃｍ２超声，时间为泥浓度的关系。结果翻：１）在相同超声能量（４３．２０ｋｊ）条件下，随２ｈ，发现氣氣去除效率提高７２．８％。丁驰等［９］在低温条件下利用低强度起声强化浸没式膜生物反应器（ＳＭＢＲ）脱氮效率不断提髙；２）保持污泥浓度恒定，增加超声能量，发现在４３．２〇Ｕ由■—丄时短程硝化污泥活性最好，第氧化速率比对照组提髙２５．４２％，继续率’发现超尸波解除了低温对硝化作用的抑制’氨氮去除率由增加能量后去除速率开始下降，願是适宜的能量会增加微生物细胞６５．９４％提升到８４，０１％。多数研究考察低强度超声对生物壁和细胞膜晒透性，加快基质传递和反应速率，提髙微生物活性，但活性影响，重点是对超声强度及超声时间这２个变量分别优当所施加能量超出其所能承受范围，则会对微生物内部产生损害，降化，寻求最佳超声条件，促使爾生物活性最大，提高脱氮效率，低其活性；３）考察超声能量对胞外聚合物浓度和酶活性影响，在而未见文献报道将这２个变量合二为一，变为超声能量，对其４３．２〇ｋｊ条件下，多糖、蛋白质和胞外聚合物（ＥＰＳ）浓度分别提高了进行优化及探究超声能量与污泥浓度之间的关系。Ｉ８．３２％、２６．５４％和２２．〇５％，氨单加氧酶活性增加Ｉ９．８２％。研究表本文主要通过短程硝化污泥反应速率变化，考察超声能明，由于低强度超声作用加快胞外聚合物分泌，增加生物酶活性，进而量与污泥浓度的关系并且进一步探究超声对微生物活性影响促进了短程硝化污泥反应速率。作用机理。试验过程中首先针对超声功率和时间进行优化，选择最佳超声能量；然后重点研究污泥浓度与超声能量之丨司Ａ的关系，并且通过对短程硝化污泥胞外聚合物及氨单加氧酶Ｄ０Ｉ：１０．１３６３７／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－６０９４．２０１７．０１．０５１活性考察更进－步寻求超尸目目量影响微生物活性的原因。〇＾１试验方法与材料随着经济和社会的不断发展，大量含氮废水被排放到环＿境中。传统脱氮工艺存在能耗大、管理困难、经济花费多等缺试验过程中所用短程硝化污泥来自本实验室反应器，氨点，针对这些不足人们不断研发新型脱氮工艺。短程硝化反１＿７ｋｇＭ／（ｍ３’ｄ）ｇ硝化作为新型脱氮工艺，．因能耗低、经济高效，而被广泛运用。水’其主要组分叫則３为〇．５６４３ｗ（氨？■质量浓度为此工艺主要利用短程硝化菌和反硝化菌的共同作用，在好氧丨〇〇？ｇ／Ｌ）’ＮａＣｌ２为１．０ｇ／Ｌ’ＭｇＳ〇４＿７＆０为０．０５ｇ／Ｌ，条件下首先进行硝化反应，短程硝嫌１Ｍ氧作为电子受体，将ＫＨ２Ｐ〇４为ａｃ）７ＷＡ为５？秘０４．７Ｈ２〇为９八氨氮转化为亚硝酸盐，然后在反硝化污泥作用下，以各种有机乙二胺四乙酸（ＥＤＴＡ）为０．１Ａ，微量元素溶液为１？２５基质作为电子供体，亚硝酸盐作为电子受体，将亚硝酸盐转化ｍｉｙＬ，其中ＺｎＳ〇４＿呵０为〇．２７八⑷２？叫〇为〇．１５为氮气，跳过中间亚硝酸盐被氧化为硝酸盐的步骤，从而达ＳＪ■４Ｈ２（）力ａ６２Ｗ力ａ１６八脱氮的目的⑴。反应过程如下：ＮａＭｏ０４．２Ｈ２０为０．１４ｇ／Ｌ，ＮｉＣＩ２．６Ｈ２０为０．１２ｇ／Ｌ’ＮＨ；＋１．５０２＿——＞－Ｎ０２＂＋Ｈ２０＋２Ｈ＋ＮａＳｅ０４？１０Ｈ２Ｏ为０．１３ｇ／Ｌ，Ｈ３Ｂ０４为０．００９ｇ／Ｌ，２ＮＯ；＋ＣＨ２ＯＨ——Ｋ３Ｎ２＋Ｈ２０＋Ｃ０２＋２０Ｈ－ＮａＷ０４．２Ｈ２０为０？０５ｇ／Ｌ，ＥＤＴＡ为９．３８ｇ／Ｌ［１０］。由反应式看出，为保证短程硝化反硝化工艺的顺利进行，＾＿＿关键是加快硝化反应过程，实现亚麵盐的快速生成。酿化污泥从反应器中取ｔｉｉ后用清洗液清＇冼３次，硝化过程中不仅有短程硝化麵存在，也有亚硝酸盐氧化》目的是去除残留氮素，避免对试验干扰。将清洗过的污泥离的存在，会将亚硝酸盐转化为硝酸盐，产生的硝酸盐对于反硝以１００００ｒ／ｍｉｎ，１０ｍｉｎ），弃去上清液。称取６ｇ，放人２５０ｍＬ锥形瓶中，然后向锥形瓶中加人１〇〇ｍＬ培养基。培养基＊收稿日期．２０１５－０２－１１中氨氮质量浓度为１〇〇ｍｇ／Ｌ。ｐＨ值控制在７．５￣８．０，ＤＯ质作者简介：脈，硕士研究生，从事环境微生物学研究；乔森（通信量浓度为１，５￣２ｍｇ／Ｌ’将含有污泥和培养基的锥形瓶放于作者），副教授，博士，从事水处理技术研究，ＫＱ－２００ＤＢ超声清洗仪中，加以超声处理后取出，放于水浴ｍａｉｌ．ｄｌｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。摇床中。摇床温度为（３５±１）ｔ，转速为１３〇ｒ／ｍｉｎ，反应时基金项目：国家自然科学基金项目（２１３７７０１４）间为４ｈ，ｌｈ取１次样品并且调节ｐＨ值到７．５￣８．０。将样２６７Ｖｄ．１７Ｎｏ．１去全与坏境学板第１７卷第１期品滤过０．２２ｊｊｕｎ孔径过滤器，分析ＮＨ４＋－Ｎ、Ｎ０２－－Ｎ、得出短程硝化菌平均相对丰度为９１．３３％，结果见图１。此试ＮＯ，－－Ｎ浓度。验结果ｉＥＢ月扣；ｉＳ试；验中利《的±￥菌群力Ｓ程１．３试验装置２．２超声条件优化ＫＱ－２００ＤＢ超声清洗仪用于对短程硝化反应体系进行在低强度超声处理短程硝化污泥过程中，超声功率和超超声处理。此仪器超声频率固定为２５ｋＨｚ，超声功率可设置声暴露时间是２个重要的因素，它们影响短程硝化过程中短范围为４０￣１５０Ｗ，超声时间可设置范围为１￣９９ｍｉｎ。试验程硝化污泥活性，因此试验首先对超声条件进行优化。参照过程中，超声功率分别设为〇、６〇Ｗ、９０Ｗ、１２０Ｗ、１５０Ｗ，超文献［１８］，选择４个超声功率，分别为６０Ｗ、９０Ｗ、１２０Ｗ、声时间设为０、２ｍｉｎ、４ｍｉｎ、６ｍｉｎ、８ｍｉｎ、１０ｍｉｎ，进彳了正交试】５０Ｗ，超尸时间都为８ｍｉｎ，每个试验条件下做３组平行试验。与对照试验（未经超声）相比，经过超声处理的短程硝化１．４分析项目及测量方法污泥氨氧化速率明显提高（图２（ａ））。随着超声功率增加，短Ｎ０２－＿Ｎ和Ｎ０３＿－Ｎ浓度测定采用离子交换色谱法（ＩＣＳ程硝化污泥活性有所增加，在超声功率为９０Ｗ条件下，氨氧化速率达到最大，与对照组相比提高２５．４２％；超声功率从９０（ＭＬＳＳ）和可挥发性悬浮固体浓度（ＭＬＶＳＳ）按标准方法测Ｗ囊增加到况Ｗ时，短麵化污泥活性并没有持续提定［＂：；溶解氧（丨）〇）浓度采用溶解氧分析仪（５５〇ａ，ｙｓｉ，美国）测定；ｐＨ值采用ｐＨ汁叩皿，梅特勒托利多，瑞士）泖］在批试试验过程中未检测到硝酸盐，氨氮完全转换为亚硝定。酸盐。亚麵盐氮浓麵超卢鱗增Ｗ增加，当超声卿增力口１５功能菌群检测到９０Ｗ时，亚硝酸盐氮质量浓丨｜为（１１６．７３±０．５６）ｍｇ／Ｌ，比对細荧光原位杂交（１？＇丨ＳＨ）技术检测试验过程中短程Ｊｉ肖照提高２４３１％；继续增加超声功＿１２０Ｗ时’亚硝酸盐＊■质？化菌群相神度。ＦＩＳＨ检测中細２种特异性探针，其中，＆浓度贿持续增加，雜呈现１＾關势，酿然比雜组尚出菌探针翻序列为５，－ＧＣＴＧＣＣＴＣＣＣＧＴＡＧＧＡＧＴ－３，，焚光染丨５．９５％；当超声功率为１５０Ｗ，亚硝酸盐氮质Ｍ浓度持续降低料为花青素３（Ｃｙ３），激发波长和发射波长分别为５７０ｎｍ和（图２（ｂ））。可见，亚硝酸盐生成量变化趋势与氨氧化速率相似’６５０ｎｍ，呈红色［１２；短程硝化菌的特征性撕細序列为５。Ｗ；ＣＧＣＣＡＴＴＧＴＡＴＴＡＣＧＴＧＴＧＡ－３，，荧光染料是花青素５丨１｜试验结果断适良的低强度超；不仅＋会破坏微１．．物（Ｃｙ５），激发波长和发射波长分别为６４６ｎｍ和６６４削，呈蓝＿结构，反而可能会通过超声辐射增加污泥比表面积和渗色［１２：。样品经过与探针染色杂交后，采用激光共聚焦显微镜透性，加快基质传递，促进细胞与基质接触机会，提高微卞物（ＦＶ１＿，奥林巴斯，Ｕ本）进行观察并照相，每个杂交样品观活性〖＞还有研究表明，低强度超声会改变细ｆ表面电察１０个不剛丽，ＩＵ魏悲力紐獅，糊歷麵ｋ，加髓生物找翻，从麵■駐＿率。但若像分析软件（ＩｒｍｇｅＰｒｏ－Ｐｌｕｓ６．０）计算其丰度。超过这－超声功率’微生物的酶活性和细胞的存活力下降’因Ｌ６微生物胞外聚合物提取及化学分析此该特定超声功雜称为“临界失活声强，可见．超声功短程硝化污酣品胞外聚合物棚鴨ＮａＱＨ方法帛对微物储重要ｆ遗较小的超＾功率无細微生物表进行提取；多糖物质浓度采用雜－ｈ２ｓｇ！１４１方法测定，以葡？及细胞产生作用力’从而不＃或微＆促进＿物活性’ｆＫｄ萄糖作为参照制作标准曲线；蛋白质浓度采用Ｂｒａｄｆｏｒｄ［⑴方生物＾危井适甘的功率不仅不会对法测定，以牛血清白蛋白为参照制作标准曲线；脱氧核糖核酸微＆她祕＊，丨＂Ｊ＾舰瓶Ｉ（ＤＮＡ）采用Ｎａｎｏ－１００超微量核算分析仪测量。销：：《專｜．，獅提取及論活性化学分析：輯＇等擊ｖＪ＇：：＇；■：：，：；；：■：：Ｕ．ｉ：Ｃ＇．Ｖ；！＼：〇－Ｉ：Ｓ＇Ｕ；＇■：〇ｍｍ？Ｉ＾＾＇？＾４，＾＞＾＞１，４；１（：），取｜：清液于４＜£１＾保存＞＇粗酶中氨竽加氧酶＇（ＡｍｍｏｎｉａＭｏｎｏｏｘｙｇｅｎａｓｅ，ＡＭＯ）活性依据Ｊｕｌｉｅｔｔｅ等１１７提出（ａ）总菌（ｂ）短程硝化菌方法测定。ａｍｏ活性通过测定单位时间里亚硝酸盐生成量表示，１１活鮮位为｜ＪＬｍｏｌ／（ＬＮＯ；－Ｎ？ｍｇ蛋白？ｍｉｎ）。２结果与讨论２．１功能菌群分布＿为使微生物分布可视化及了解目标菌群丰度，采用荧光原