張 哲,張 姚,劉清華,劉 超,王亞宜*

連續(xù)/間歇曝氣MBBR-亞硝化工藝性能及N2O釋放特性

張 哲1,張 姚1,劉清華1,劉 超2,王亞宜1*

(1.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海污染控制與生態(tài)安全研究院,上海 200092；2.上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)院有限公司,上海 200092)

采用移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBR),利用載體固定化氨氧化菌(AOB),分別以連續(xù)曝氣和間歇曝氣方式長期平行運(yùn)行兩套MBBR亞硝化反應(yīng)器(RC和RI反應(yīng)器),分析對比不同曝氣方式下亞硝化工藝性能和強(qiáng)溫室氣體(N2O和NO)釋放特性.結(jié)果表明:兩種曝氣方式均能實(shí)現(xiàn)亞硝化工藝,但RI出水NO2--N平均濃度較RC高20%左右,且出水NO2--N和NO3--N濃度波動(dòng)性更小,因此間歇曝氣條件下具有更好的亞硝化效果,更易形成穩(wěn)定的亞硝化體系.在線測定兩種體系N2O和NO釋放特性可知,RC比RI減少NO釋放量約87.3%,增加N2O釋放量約57.5%.16S rDNA高通量測序結(jié)果表明,為AOB主要菌屬,相對豐度最高分別為8%和10.06%,最低分別為2.19%和2.26%.間歇曝氣方式下反應(yīng)器可獲得更高的AOB相對豐度.

亞硝化；移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器；曝氣方式；氨氧化菌

亞硝化,即短程硝化,是指在有氧條件下利用氨氧化菌(AOB)將氨氮(NH4+-N)氧化為亞硝酸鹽氮(NO2--N)的過程.實(shí)現(xiàn)亞硝化的關(guān)鍵在于將硝化反應(yīng)控制在氨氧化階段,避免進(jìn)一步氧化生成硝酸鹽氮(NO3--N).在實(shí)際運(yùn)行時(shí),亞硝化的控制要點(diǎn)主要包括溫度、游離氨和游離亞硝酸、溶解氧(DO)及抑制劑等[1].其中,DO是實(shí)現(xiàn)亞硝化的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)[2]. Brockmann等[3]和Wu等[4]研究認(rèn)為DO甚至是控制亞硝化最關(guān)鍵的因素.Regmi等[5]也認(rèn)為僅通過控制曝氣方式和DO來實(shí)現(xiàn)主流短程硝化是最佳可行的.因此,合理控制亞硝化工藝中的DO濃度顯得尤為重要.相關(guān)研究表明,AOB和NOB對DO的半飽和系數(shù)分別為0.2~0.5,0.34~2.5mg/L,AOB對DO的親和力較NOB強(qiáng)[6].因此,低DO環(huán)境有利于篩除NOB而使AOB成為優(yōu)勢菌種,從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的亞硝化[3]. Canziani等[7]通過控制DO濃度在0.2~0.5mg/L,實(shí)現(xiàn)了進(jìn)水NH4+-N轉(zhuǎn)化為NO2--N比率超過90%; Slieker等[8]研究了低DO條件下AOB和NOB競爭情況,結(jié)果表明在NH4+-N充足條件下,NH4+-N可完全轉(zhuǎn)化為NO2--N,未發(fā)現(xiàn)NOB的增殖,而在NH4+-N受限的條件下,NH4+-N則會(huì)完全轉(zhuǎn)化為NO3--N.故可通過連續(xù)低氧曝氣,將體系DO控制在低DO水平(如0.5mg/L左右),充分發(fā)揮AOB在低DO條件下的生態(tài)適應(yīng)性,抑制NOB的生長,使AOB成為系統(tǒng)中的優(yōu)勢菌屬,達(dá)到NO2--N積累效果.另外,也有研究表明,由于AOB能夠適應(yīng)DO的周期性波動(dòng),而NOB則會(huì)在高低DO交替過程中失去活性優(yōu)勢遭到淘汰,所以可通過控制DO高低水平的交替運(yùn)行來實(shí)現(xiàn)亞硝化.基于此,間歇曝氣(缺氧好氧交替運(yùn)行)被視為實(shí)現(xiàn)亞硝化的有效手段[9].Gabarró等[10]在SBR中通過間歇曝氣成功運(yùn)行部分亞硝化,并為后段厭氧氨氧化提供適宜的進(jìn)水水質(zhì);Ge等[11]通過在連續(xù)進(jìn)水反應(yīng)器中適當(dāng)交替缺氧/好氧條件,實(shí)現(xiàn)城市廢水的完全亞硝化,從而將進(jìn)水中NH4+-N完全轉(zhuǎn)化為NO2--N.

以上研究表明連續(xù)低氧曝氣和間歇曝氣均可實(shí)現(xiàn)亞硝化.但上述研究分別在不同體系中進(jìn)行,僅通過NH4+-N、NO2--N及NO3--N轉(zhuǎn)化及去除率來評判亞硝化的實(shí)現(xiàn)與否,并未得出相同體系下兩種曝氣方式中哪一種更占優(yōu)勢.本試驗(yàn)以連續(xù)/間歇曝氣方式同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)MBBR-AOB生物膜反應(yīng)器,用NH4+-N、NO2--N及NO3--N轉(zhuǎn)化及去除速率、N2O及NO釋放量和微生物種群結(jié)構(gòu)特征等指標(biāo)系統(tǒng)分析兩種曝氣方式的優(yōu)劣,為亞硝化工藝的實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)使用兩套移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBR),分別命名為RC和RI,其中RC采用連續(xù)曝氣方式(continuous aeration)供氧,RI采用間歇曝氣方式(intermittent aeration)供氧(好氧20min/缺氧15min).反應(yīng)器內(nèi)徑15cm,高度30cm,超高6cm,有效容積6L,設(shè)有水浴控制反應(yīng)器、蠕動(dòng)泵、環(huán)形曝氣軟管及攪拌裝置.控制進(jìn)水流速為(0.55±0.2)L/h,水力停留時(shí)間(HRT)為(12±4)h.

1.2 試驗(yàn)材料和用水

RC和RI填料取自已成功運(yùn)行180d的小試MBBR反應(yīng)器.填料型號為k2型輕質(zhì)填料,材質(zhì)為聚乙烯,單個(gè)表面積為0.0026m2.

試驗(yàn)用水為人工配置的廢水.其主要成分如下(g/L): NH4HCO3/NH4Cl (按需配制), NaHCO3(按需配制, NH4+:HCO3-=1:2,物質(zhì)的量之比)、KH2PO40.025、CaCl20.3、MgSO4·7H2O0.3、FeSO4·7H2O0.00625、Na2EDTA0.00625和微量元素濃縮液1.5mL/L[12].其中,微量元素濃縮液包括(g/L):H3BO30.014、CoCl2·2H2O0.24、CuSO4·5H2O0.25、ZnSO4·7H2O0.43、MnCl2·4H2O0.99、NiCl2·6H2O0.19、NaMoO4·2H2O0.22、Na2WO4·2H2O0.050、Na2SeO4·10H2O0.21、EDTA15[6].

1.3 反應(yīng)器運(yùn)行條件及運(yùn)行參數(shù)

RC和RI兩套MBBR裝置共長期運(yùn)行約160d.根據(jù)反應(yīng)器進(jìn)出水水質(zhì)及處理效果,可將其大致分為3個(gè)階段,各階段運(yùn)行條件及運(yùn)行參數(shù)如表1所示.

1.4 指標(biāo)測定與計(jì)算方法

NH4+-N、NO2--N和NO3--N采用離子色譜法(ICS-5000+);pH 值、水溫、DO 濃度均使用 WTW 在線監(jiān)測儀;N2O、NO分別選用N2O在線氣體分析儀(ABB AO2020Uras26)和NO在線分析儀(2B Technologies ML410)監(jiān)測.

表1 反應(yīng)器運(yùn)行條件及運(yùn)行參數(shù)

氨氧化速率計(jì)算:亞硝化生物膜系統(tǒng)中功能微生物主要為氨氧化菌(AOB),其活性在一定程度上可通過其對NH4+-N的氧化降解速率來表征,以AOR(ammonia oxidation rate,單位mg N/(L·h))表示.首先,配制150mg/L左右的NH4+-N廢水,所加藥品及微量元素如前述.其次,將所配廢水加至反應(yīng)器中,連續(xù)曝氣約3h,每隔20min從反應(yīng)器中取一次樣,測定其NH4+-N濃度.最后,對NH4+-N隨時(shí)間變化的曲線進(jìn)行線性擬合,所得斜率即為AOR.

1.5 高通量16S rDNA測序

1.5.1 樣品采集與保存 定期從反應(yīng)器中隨機(jī)取3個(gè)填料,用高溫消毒后的鑷子將生物膜從填料上刮落至離心管中,隨后分裝為4份,每份約2mL.將離心管按順序編號,存放于-20℃冰箱保存.

1.5.2 DNA提取與PCR擴(kuò)增 采用E.Z.N.A.?soil試劑盒(Omega Bio-tek, Norcross, GA, U.S.)提取樣品中細(xì)菌基因組DNA;以338F(5’-ACTCCTAC- GGGAGGCAGCAG-3’)和806R(5’-GGACTACH- VGGGTWTCTAAT-3’)為特征引物對V3~V4可變區(qū)進(jìn)行PCR擴(kuò)增.

1.5.3 Illumina Miseq測序 使用2%瓊脂糖凝膠回收PCR產(chǎn)物,使用AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒(AXYGEN公司)切膠回收PCR產(chǎn)物,Tris_HCl洗脫; 2%瓊脂糖電泳檢測.采用QuantiFluor?-ST (Promega, USA)進(jìn)行檢測定量.根據(jù)Illumina MiSeq平臺(Illumina, San Diego,USA)標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程構(gòu)建PE 2*300的文庫.

1.5.4 數(shù)據(jù)分析處理 原始測序序列使用Trimmomatic軟件質(zhì)控,FLASH軟件拼接.采用UPARSE軟件(version 7.1) 根據(jù)97%的相似度進(jìn)行OTU聚類;使用UCHIME軟件剔除嵌合體.利用RDP classifier對每條序列進(jìn)行物種分類注釋,比對Silva數(shù)據(jù)庫(SSU123),設(shè)置比對閾值為70%.分類完成后,采用I-Sanger生信云平臺統(tǒng)計(jì)各物種門、屬比例并繪制相關(guān)柱狀圖.

2 結(jié)果與討論

2.1 MBBR-AOB運(yùn)行性能

由圖1和圖2可知,RC和RI反應(yīng)器亞硝化效果良好,RI出水NO3--N波動(dòng)較小,亞硝化效果更優(yōu),兩者出水NO2--N/NH4+-N在1.2左右,均能滿足后續(xù)厭氧氨氧化進(jìn)水水質(zhì)要求.

在反應(yīng)器運(yùn)行前期,RC和RI出水NO3--N一直維持在(10±5)mgN/L左右,NO2--N積累率為(95±5)%,表明兩者亞硝化效果良好,未出現(xiàn)NOB過度生長情況(圖1,2).

在反應(yīng)器運(yùn)行中期,RC中NH4+-N去除率、總氮去除率均有所提高,可能原因是反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)了其他消耗氮素的反應(yīng).為了降低反應(yīng)體系總氮損失,于第82d進(jìn)行填料及反應(yīng)器清洗,以去除反應(yīng)器內(nèi)未隨著水流排出的脫落生物膜.清洗后,NH4+-N去除率及NO2--N轉(zhuǎn)化率明顯回升,且總氮去除率由30%突然降至3%,表明短暫清洗可降低總氮損失.這可能與脫氮微生物在清洗過程中被淘洗有關(guān).值得注意的是,隨著運(yùn)行時(shí)間增加,總氮去除率慢慢升高甚至高于原來水平.出水NH4+-N、NO2--N濃度逐漸降低, NO3--N濃度逐漸升高,因此, NO2--N轉(zhuǎn)化率持續(xù)降低,到第108d,已跌至62%.推測造成該現(xiàn)象的原因可能是系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生了厭氧氨氧化反應(yīng).之后對微生物的種群結(jié)構(gòu)分析也表明了該時(shí)期厭氧氨氧化菌相對豐度較高.第102d生物膜出現(xiàn)大量集中脫落現(xiàn)象,脫落前期由于生物膜迅速老化,同時(shí)有較多厭氧氨氧化菌的存在,導(dǎo)致反應(yīng)器性能持續(xù)降低.因此,于第102d再次清洗填料及反應(yīng)器,反應(yīng)器清洗后,亞硝化效果逐漸恢復(fù)(圖1).對于RI系統(tǒng),由于生物膜開始老化,體系內(nèi)出現(xiàn)厭氧氨氧化菌及異養(yǎng)菌的滋生,造成出水NH4+-N及NO2--N持續(xù)降低.第82d,生物膜出現(xiàn)集中脫落,為快速恢復(fù)亞硝化效果,從第83d起,延長水力停留時(shí)間.第102d,將填料及反應(yīng)器清洗后,出水NH4+-N、NO2--N及NO3--N濃度逐漸穩(wěn)定,體系效果開始變好(圖2).

圖2 間歇曝氣下反應(yīng)器NH4+-N、NO2--N、NO3--N濃度及其去除率變化

在反應(yīng)器運(yùn)行后期,RC和RI反應(yīng)器亞硝化效果良好,出水NO2--N/NH4+-N滿足后續(xù)厭氧氨氧化進(jìn)水水質(zhì)要求(圖1,2).

因此,以連續(xù)曝氣及間歇曝氣長期運(yùn)行MBBR-AOB反應(yīng)器均能實(shí)現(xiàn)亞硝化工藝.但RI的出水NO2--N平均濃度要比RC高出20%左右,且出水NO2--N和NO3--N波動(dòng)性更小,故間歇曝氣下具有更好的亞硝化效果,體系對外界環(huán)境變化的應(yīng)對能力更強(qiáng),更易形成穩(wěn)定的亞硝化體系.Chen等[13]也指出,在間歇曝氣下, AOB能夠在好氧環(huán)境中產(chǎn)生更多能量從而修補(bǔ)其在缺氧條件下受到的損傷, 快速增殖;在交替的好氧/缺氧環(huán)境中,降低快速生長的異養(yǎng)微生物對氧的競爭力,使AOB能夠更好地利用少量的DO.

2.2 氨氧化速率變化

由圖3可知,AOR在RC和RI中的變化規(guī)律與反應(yīng)器出水NH4+-N及NO2--N濃度變化基本一致,且隨著運(yùn)行時(shí)間的增加,AOR逐漸升高.RI中AOR從運(yùn)行初期的7.79mg N/(L·h)增加到后期的15.6mg N/(L·h),增加了100%.RC中AOR則從運(yùn)行初期的5.04mg N/(L·h)增加到后期的19.5mg N/(L·h),增加了287%.盡管運(yùn)行后期RC的AOR要高于RI,但是其出水NO2--N濃度始終要低于RI,表明該體系內(nèi)生物膜填料內(nèi)部缺氧區(qū)中可能發(fā)生了厭氧氨氧化反應(yīng).之后的微生物種群結(jié)構(gòu)分析也表明,在該體系后期,已出現(xiàn)較高豐度的厭氧氨氧化菌.值得注意的是,在第48d時(shí),微生物種群結(jié)構(gòu)分析表明此時(shí)RI中AOB以及厭氧氨氧化菌的相對豐度均小于RC,但RI中的AOR卻高于RC,很可能是RI中AOB活性高于RC.這也符合Chen等[13]的結(jié)論.

圖3 連續(xù)/間歇曝氣長期運(yùn)行下AOR變化

2.3 反應(yīng)器運(yùn)行后期N2O與NO釋放特性

如圖4所示,在線監(jiān)測觀察到RI的N2O釋放量瞬時(shí)高達(dá)116.4×10-6,遠(yuǎn)高于RC中的71.89×10-6.這是由于上一缺氧段中產(chǎn)生的N2O溶于液相中,當(dāng)曝氣開始時(shí),氣體從液相轉(zhuǎn)到氣相,形成氣體突增釋放現(xiàn)象.且亞硝化反應(yīng)器從缺氧突然轉(zhuǎn)化為好氧時(shí),AOB比其他好氧菌可更快恢復(fù)活性,因此其N2O生成速率變大,造成釋放量突然增加.Castro-Barros等[14]研究曝氣方式對一段式顆粒污泥反應(yīng)器部分亞硝化厭氧氨氧化排放N2O的影響時(shí)也發(fā)現(xiàn),當(dāng)反應(yīng)器由缺氧轉(zhuǎn)變?yōu)楹醚鯐r(shí),N2O大量形成.另外,該測定周期內(nèi),由于RI中的缺氧段基本不產(chǎn)生N2O,因此N2O的平均釋放量50.2×10-6,明顯低于RC中的79.1×10-6.如圖5所示,在線監(jiān)測到開始時(shí)NO瞬時(shí)釋放量RI遠(yuǎn)高于RC,這是因?yàn)镹O主要由AOB產(chǎn)生,其與體系內(nèi)NO2--N濃度密切相關(guān),在反應(yīng)器運(yùn)行后期,RI的出水NO2--N濃度高于RC.Chuang等[15]研究表明,亞硝化反應(yīng)器中,NO2--N濃度越高,產(chǎn)生的N2O和NO也越多.該測定周期內(nèi),RI中NO平均釋放量為3587.5×10-9,明顯高于RC中的450.9×10-9.

圖4 兩種曝氣方式下N2O釋放量

圖5 兩種曝氣方式下NO釋放量

根據(jù)N2O及NO的釋放濃度,計(jì)算其釋放量及釋放因子,結(jié)果如表2所示.

由表2可知,對于N2O釋放量和釋放因子,RC系統(tǒng)獲得兩值均比RI高約57.5%;對于NO釋放量和釋放因子,RC系統(tǒng)獲得兩值均比RI低出約87.3%.總體而言,RI的N2O釋放因子和RC的NO釋放因子略低于現(xiàn)有研究[14,16].Kampschreur等[17]研究發(fā)現(xiàn),亞硝化反應(yīng)器中NO和N2O釋放因子分別為0.2%和1.7%,厭氧氨氧化反應(yīng)器中兩者分別為0.003%和0.6%.故NO和N2O主要來源于亞硝化過程,并認(rèn)為AOB的反硝化作用是引起硝化反應(yīng)器NO和N2O排放的最可能原因.另外,Okabe等[18]研究部分硝化過程及anammox過程中N2O排放路徑時(shí)發(fā)現(xiàn),anammox中N2O主要來自于反硝化,故盡管本體系中含有較多厭氧氨氧化菌,但其對N2O釋放貢獻(xiàn)并不大.因此,以間歇曝氣方式運(yùn)行亞硝化反應(yīng)器有利于減少N2O釋放,而以連續(xù)曝氣方式運(yùn)行亞硝化反應(yīng)器有利于減少NO釋放.

表2 不同曝氣方式下N2O、NO的釋放量及釋放因子

2.4 微生物種群結(jié)構(gòu)分析

在運(yùn)行第1,48,86,124,160d,分別從反應(yīng)器中取樣,進(jìn)行16S rRNA高通量測序分析.RC中樣品分別標(biāo)記為C1、C2、C3、C4和C5,RI中樣品分別標(biāo)記為I1、I2、I3、I4和I5.圖6顯示了16S rDNA高通量測序結(jié)果在“門”分類水平的豐度對比,其中C5和I5樣品中變形菌門(Proteobacteria)豐度分別達(dá)到42.37%和37.84%,說明Proteobacteria(AOB屬于該門)在系統(tǒng)中占優(yōu)勢地位.在RC和RI中, Proteobacteria豐度均出現(xiàn)下降趨勢,主要是因?yàn)樵谌〉?個(gè)樣品前后發(fā)生了生物膜脫落.由圖6可知,本試驗(yàn)兩個(gè)MBBR亞硝化體系中也發(fā)現(xiàn)了較多浮霉菌門(Planctomycetes), Planctomycetes的微生物主要存在于水生環(huán)境中,具有獨(dú)特的細(xì)胞結(jié)構(gòu),目前發(fā)現(xiàn)的厭氧氨氧化菌都屬于該門.生物膜樣品中還檢測出較高豐度的綠彎菌門(Chloroflexi)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和酸桿菌門(Acidobacteria). Chloroflexi包含一種常見的絲狀菌,在生物膜系統(tǒng)中擔(dān)任骨架或載體.另外,在其他研究的脫氮體系中也發(fā)現(xiàn)了較高豐度的Bacteroidetes和Acidobacteria[19].

圖6 各生物膜樣品在“門”分類水平上的種群分布

上圖為連續(xù)曝氣,下圖為間歇曝氣

圖7為不同曝氣方式下微生物群落結(jié)構(gòu)在“屬”分類水平上的變化.其中與脫氮直接相關(guān)的菌屬為、Kuenenia、Brocadia、和.

為本體系中唯一的AOB菌群.Bin等[20]認(rèn)為,隨著顆粒或生物膜的形成,AOB的多樣性隨著工藝條件施加的選擇壓力而下降,而由于具有快速適應(yīng)沉降洗滌作用的能力而保留下來.因此本系統(tǒng)中AOB菌屬主要為.RC的5個(gè)生物膜樣品中,相對豐度分別為22.93%, 2.54%,2.19%,3.73%和8%. RI的5個(gè)生物膜樣品中,其相對豐度分別為22.93%, 2.26%, 2.59%, 4.22%和10.06%.除了第一個(gè)樣品外,其他樣品豐度均在2%~10%之間.另外,RI中的相對豐度均高于RC,因此RI中NO2--N濃度高于RC.Kuenenia和Brocadia均為厭氧氨氧化細(xì)菌,在本試驗(yàn)中兩者逐漸成為優(yōu)勢菌種,在RC中,兩種菌的總豐度從0.87%逐漸增加至26.46%.在RI中,兩種菌的總豐度從0.87%逐漸增加至20.46%,然后又降至17.6%.可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)為生物膜體系,且兩個(gè)反應(yīng)器中DO均較低,造成填料內(nèi)部呈厭氧環(huán)境.另外,體系內(nèi)AOB將部分NH4+-N轉(zhuǎn)化為NO2--N,在連續(xù)流進(jìn)水情況下,反應(yīng)器中始終存在較高濃度的NH4+-N和NO2--N,這為厭氧氨氧化提供了基質(zhì),因此兩個(gè)反應(yīng)器中厭氧氨氧氧化細(xì)菌相對豐度有所升高.這也使得本系統(tǒng)中發(fā)生了總氮損失,且隨著運(yùn)行時(shí)間的增長,兩個(gè)反應(yīng)器中總氮損失持續(xù)增高.Bassin等[21]追蹤在不同操作條件下MBBR中異養(yǎng)菌和硝化細(xì)菌的動(dòng)態(tài)變化發(fā)現(xiàn),始終是AOB的唯一菌屬,且FISH測試時(shí)也發(fā)現(xiàn)了部分厭氧氨氧化菌.為一種反硝化細(xì)菌,其在RC中相對豐度均不足1%,而RI中樣本I3~I5中則均大于1%,且I4中相對豐度達(dá)到了12.23%.這主要是因?yàn)镽I運(yùn)行中缺氧環(huán)境時(shí)間相對較長,因此反硝化菌豐度較高.為硝化桿菌,其在兩個(gè)體系中豐度均不足1%,故系統(tǒng)中NO3--N濃度很低,亞硝化效果控制良好.這一結(jié)果也與趙詩惠等[22]的研究結(jié)果相吻合.

圖7 各生物膜樣品在“屬”分類水平上的種群分布

上圖為連續(xù)曝氣,下圖為間歇曝氣

3 結(jié)論

3.1 兩種曝氣方式均能實(shí)現(xiàn)亞硝化工藝,且出水基本滿足后段厭氧氨氧化進(jìn)水水質(zhì)要求(即NO2--N/ NH4+-N在1.2左右).但RI出水NO2--N平均濃度要比RC高出20%左右,出水NO2--N和NO3--N波動(dòng)性更小,故間歇曝氣下具有更好的亞硝化效果,更易形成穩(wěn)定的亞硝化體系.

3.2 RC和RI中N2O釋放因子分別為2.182%和1.385%,NO釋放因子則分別為0.006%和0.05%.因此,間歇曝氣方式有利于減少N2O釋放,連續(xù)曝氣方式有利于減少NO釋放.

3.3 穩(wěn)定運(yùn)行的RC和RI中,AOB主要為,相對豐度最高分別為8%和10.06%,最低分別為2.19%和2.26%.故以間歇曝氣方式可獲得較高的AOB相對豐度.

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MBBR-nitrification process performance and N2O emission characteristics with continuous/intermittent aeration regimes.

ZHANG Zhe1, ZHANG Yao1, LIU Qing-hua1, LIU Chao2, WANG Ya-yi1*

(1.State Key Laboratory of Pollution Control and Resources Reuse, Shanghai institute of pollution control and ecological security, College of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China；2.Shanghai Environmental Sanitary Engeering Design Institute, Shanghai 200092, China)., 2019,39(12)：5056~5062

In this study, a moving-bed Biofilm reactor (MBBR) was used to immobilize ammonia-oxidizing bacteria (AOB) on carriers. Two MBBR-AOB reactors were operated under continuous aeration (RC) and intermittent aeration (RI) in parallel. The variationsin the nitritation performance and nitrous oxide and nitric oxide emission characteristics were analyzed under different aeration regimes. The results showed that both aeration methods can achieve partial nitrification, but the average effluent concentration of NO2--N was approximately 20% higher in the RI than that in the RC; also, the degree of fluctuation of effluent NO2--N and NO3--Nwere smaller in the RI than that in the RC. Therefore, intermittent aeration mode had better nitritation performance, and it was easier to achieve a stable nitritation system. Online measurement of gaseous N2O and NO showed that RC reduced the release of NO by about 87.3% and increased the release of N2O by about 57.5%. The 16S rDNA high-throughput sequencing revealed thatwas the main AOB genus, and its highest relative abundance in the RC and RI modes was 8% and 10.06% respectively,and the lowest was 2.19% and 2.26% respectively. Our findings suggest running MBBR nitritation reactor with intermittent aeration mode couldachievea higher AOB relative abundance.

nitritation；moving-bed biofilm reactor；aeration mode；ammonia-oxidizing bacteria

X703.1

A

1000-6923(2019)12-5056-07

張 哲(1996-),男,安徽淮北人,同濟(jì)大學(xué)碩士研究生,主要從事污水生物處理理論與應(yīng)用研究.

2019-05-20

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51522809)

* 責(zé)任作者, 教授, yayi.wang@#edu.cn