2結果與討論

2.1生物轉盤(pán)厭氧氨氧化系統脫氮效果與特性

厭氧氨氧化生物轉盤(pán)穩定運行期間，對系統進(jìn)、第33卷出水氮素轉化、去除特性及pH值變化進(jìn)行測定，如圖2、圖3所示。由圖2a,2b可知：穩定運行73d期間，進(jìn)水平均氨氮和亞硝酸鹽氮的質(zhì)量濃度分別為230mg·L——1和250mg·L——1.系統中出水質(zhì)量濃度很低，小于2mg·L——1,氨氮和亞硝酸鹽氮去除率均達到95%以上；出水中硝酸鹽氮質(zhì)量濃度略高于進(jìn)水（見(jiàn)圖2c），出水pH值略高于進(jìn)水（見(jiàn)圖2d），以上特征表明系統發(fā)生了厭氧氨氧化反應。系統總氮容積去除負荷達到0.338kg·m——3·d——1,平均總氮去除率達到了90.79%,系統具有良好的脫氮效果。

圖2系統進(jìn)、出水氮素物質(zhì)轉化及去除特性與pH值變化圖

圖3系統中各氮素物質(zhì)去除量與生成量比例變化圖

系統去除的亞硝酸鹽氮與氨氮的質(zhì)量濃度之比在1.00——1.25之間，同時(shí)系統生成的硝酸鹽氮與去除的氨氮質(zhì)量濃度之比在0.044上下波動(dòng)（見(jiàn)圖3）；這兩個(gè)比值均小于厭氧氨氧化反應化學(xué)計量式中的理論比值（式1）。據此推斷，系統中除厭氧氨氧化反應外，可能還存在反硝化反應，厭氧氨氧化過(guò)程中生成的部分副產(chǎn)物硝酸鹽氮發(fā)生了反硝化作用，轉化成為亞硝酸鹽氮或氮氣。

2.2污泥內部氮素遷移轉化特性與脫氮機理

為了進(jìn)一步驗證以上推斷，采用本課題組自制的具有高分辨率的微電極對污泥基團內部物質(zhì)濃度空間分布特征進(jìn)行檢測。

2.2.1厭氧氨氧化微生態(tài)機制分析

基質(zhì)中各物質(zhì)濃度之比分別為c（NH4+——N）/c（NO2——N）=1.0∶1.2和c（NH4+——N）/c（NO2——N）=1.0∶2.0時(shí)，顆粒污泥內部氮素遷移轉化的空間分布特征如圖4所示。

圖4顆粒污泥內部氮素空間分布規律

由圖4a可知：基質(zhì)充足時(shí)，顆粒污泥0——2500μm區域間，亞硝酸鹽氮和氨氮濃度同時(shí)降低，二者以大約1.05∶1.00的比例被消耗；伴隨著(zhù)亞硝酸鹽氮和氨氮的消耗，產(chǎn)生了少量的硝酸鹽氮，且pH值第5期王磊等：厭氧生物轉盤(pán)氨氧化系統中脫氮機理與途徑從8.08升高到8.18,具有典型的厭氧氨氧化特征。當基質(zhì)中亞硝酸鹽氮濃度過(guò)剩（見(jiàn)圖4b）時(shí)，顆粒污泥表層（0——1200μm），亞硝酸鹽氮和氨氮濃度成比例降低，硝酸鹽氮濃度升高，發(fā)生了厭氧氨氧化反應。1200μm以下區域，在氨氮消耗殆盡的前提下，亞硝酸鹽氮繼續減少，硝酸鹽氮濃度也略微減少，是典型的反硝化特征。

2.2.2顆粒污泥內部反硝化微生態(tài)機制分析

為了進(jìn)一步驗證反硝化過(guò)程的存在，將顆粒污泥分別置于只含亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮的兩種基質(zhì)中，用微電極測定其濃度空間分布規律，如圖5所示。

圖5污泥顆粒內部物質(zhì)變化規律

當基質(zhì)中只含有亞硝酸鹽氮時(shí)（見(jiàn)圖5a），亞硝酸鹽的濃度持續降低，氨氮和硝酸鹽氮的變化甚微，pH值略有增加，說(shuō)明反硝化菌以亞硝酸鹽氮為電子受體發(fā)生了內源反硝化反應；當基質(zhì)中只含硝酸鹽氮時(shí)（見(jiàn)圖5b），顆粒表層區域（0——1200μm），硝酸鹽濃度減少，亞硝酸鹽濃度略微增加，說(shuō)明此段因缺乏氨氮和亞硝酸鹽氮致使厭氧氨氧化菌活性受到抑制，發(fā)生了將硝酸鹽氮還原為亞硝酸鹽氮的反硝化。顆粒污泥內部1200μm到2500μm區域內，亞硝酸鹽氮濃度減小，硝酸鹽氮濃度變化甚微，說(shuō)明發(fā)生了反硝化反應。

整個(gè)過(guò)程中，pH值從7.99增加到8.21.研究者曾在低碳厭氧氨氧化系統中發(fā)現了厭氧氨氧化和反硝化協(xié)同脫氮的現象，原因是有機物和NOx——共同存在的條件有利于反硝化菌的生長(cháng)。本系統是無(wú)機配水，理論上不足以提供反硝化所需碳源。然而，本研究宏觀(guān)和微觀(guān)兩個(gè)層面均發(fā)現反硝化的現象，推斷碳源來(lái)自于微生物自身降解，在不利的環(huán)境條件下，厭氧氨氧化細胞水解為反硝化反應提供碳源，這可能也是厭氧氨氧化菌增殖較慢的原因。

3結論

1）無(wú)機配水厭氧氨氧化生物轉盤(pán)系統中，消耗的亞硝酸鹽氮與氨氮的質(zhì)量濃度比值維持在1.05∶1.00左右，生成的硝酸鹽氮質(zhì)量濃度與消耗的氨氮質(zhì)量濃度之比維持在0.044,均低于厭氧氨氧化反應的理論化學(xué)計量值1.31和0.22,表明除了厭氧氨氧化外還存在其他反應途徑。

2）顆粒污泥內部氮素遷移轉化微生態(tài)特性研究發(fā)現：基質(zhì)濃度充足時(shí)，顆粒內部區域主要發(fā)生厭氧氨氧化的生物脫氮途徑；氨氮濃度受限時(shí)，顆粒污泥內部同時(shí)發(fā)生厭氧氨氧化和反硝化脫氮途徑；基質(zhì)中只含有NOx——時(shí)，顆粒污泥內部發(fā)生了反硝化反應。表明系統中至少存在厭氧氨氧化和自養反硝化兩種生物脫氮途徑。