硫化物對黑臭河道底泥厭氧氨氧化潛力的影響

于鵬飛

(凌源市應急供水建設管理處，遼寧 朝陽 102500)

1 實驗材料與方法

1.1 研究對象

本研究實驗所需的底泥均來自遼寧省凌源市大凌河支流白塔子河，該河水動力條件較差，是典型的城市黑臭水體，且污水從排污口不斷納入水體。底泥的基本理化性質：底泥鐵含量為19.68～21.41g/kg，底泥AVS含量為122.74～133.24μmol/g。

1.2 研究方法

(1)

表1 厭氧氨氧化潛力培養實驗組所添加基質

2 硫化物對黑臭河道底泥厭氧氨氧化潛力的影響

2.1 硫化物對底泥厭氧氨氧化潛力的影響

根據氨氮濃度變化，將添加亞硝酸鹽和銨鹽底泥厭氧氨氧化潛力培養組的培養周期分為5個階段，1～53d氨氮釋放階段，53～95d氨氮削減初期，95～141d氨氮削減加快階段；141～181d厭氧氨氧化啟動階段，以及181～211d厭氧氨氧化響應階段；不同階段氨氮的削減率變化見表2。

表2 厭氧氨氧化培養組不同階段氨氮平均削減率單位：%

厭氧氨氧化培養組的不同運行階段，只添加亞硝酸鹽培養組的培養周期分為3個階段[9]：1～53d氨氮釋放階段，53～181d亞硝氮還原階段和81～211d對硫化物的響應階段。該周期以亞硝酸鹽還原過程為主導，表明底泥反硝化活性較高；添加銨鹽、添加銨鹽和亞硝酸鹽的滅菌底泥對照培養組中，1～95d為底泥氨氮釋放階段，95～181d為氨氮削減階段、181～211d為對硫化物的響應階段。由于底泥對氨氮的吸附作用導致只添加銨鹽的對照培養組的氨氮出現了一定程度的削減。另外，底泥中氨氧化古菌和部分耐高溫細菌的作用會導致添加亞硝酸鹽和銨鹽培養組中氨氮、亞硝氮出現一定程度的削減。

硫化物對培養底泥厭氧氨氧化潛力的影響，如圖1所示，可以看出，在181～211d厭氧氨氧化對硫化物的響應階段，每個培養周期結束時硫酸鹽的平均濃度為225.85mg/L，每個培養周期氨氮平均削減率為22.09%，亞硝酸鹽的還原率達97.83%，即亞硝酸還原的貢獻明顯超過厭氧氨氧化過程，表明培養體系內反硝化過程仍占有重要地位，其中亞硝酸鹽還原過程以硫自養反硝化為主。與第Ⅱ和第Ⅲ階段氨氮的削減率相比，對硫化物的響應階段明顯降低，一方面由于厭氧氨氧化與硫自養反硝化過程競爭電子受體，另一方面硫化物明顯抑制了厭氧氨氧化過程。

圖1 硫化物對培養底泥厭氧氨氧化潛力的影響

2.2 碳氮比調控下硫化物對底泥厭氧氨氧化潛力的影響

碳氮比調控下(C/N為8)在不同階段氨氮的削減率變化見表3。在第181d向反應體系加入50mg/L硫化物后明顯抑制了厭氧氨氧化過程，氨氮削減率降至約29.34%。

表3 各階段氨氮平均削減率 單位：%

碳氮比調控下硫化物對培養底泥厭氧氨氧化潛力的影響，如圖2所示，可以看出，在81～211d厭氧氨氧化對硫化物的響應階段，硫酸鹽的平均濃度為114.59mg/L，氨氮平均削減率約29.64%，亞硝酸鹽的還原率即可達到99.75%，該階段氨氮的削減率遠遠低于亞硝酸鹽的削減率，表明反硝化過程在培養體系內占主導地位。而碳氮比的高低對硫化物對厭氧氨氧化的抑制作用較小。由于碳氮比調控在一定程度上抑制了硫自養反硝化過程，導致厭氧氨氧化和硫自養反硝化的競爭作用減弱，使得低碳氮比調控組的氨氮的平均削減率略低于碳氮比調控組。

圖2 碳氮比調控下硫化物對培養底泥厭氧氨氧化潛力的影響

2.3 硫化物對底泥硝酸鹽還原型厭氧氨氧化潛力的影響

底泥硝酸鹽還原型厭氧氨氧化潛力不同階段氨氮的削減率變化見表4。在第181d向反應體系加入50mg/L硫化物后明顯抑制了厭氧氨氧化過程，氨氮削減率降至約13.10%。

表4 各階段氨氮平均削減率 單位：%

硫化物對培養底泥硝酸鹽還原型厭氧氨氧化潛力的影響，如圖3所示，可以看出，在81～211d厭氧氨氧化對硫化物的響應階段，硫酸鹽的平均濃度為236.15mg/L，氨氮均削減率約13.23%，硝酸鹽的還原率可達到98.68%。硫化物明顯抑制了厭氧氨氧化過程，導致該階段氨氮的削減率遠遠低于亞硝酸鹽的削減率，表明反硝化過程在培養體系內仍占主導地位。另外，由于亞硝酸鹽作為電子受體比硝酸鹽更有利于厭氧氨氧化過程，導致亞硝酸鹽還原型厭氧氨氧化培養組(22.09%)氨氮的平均削減率明顯高于硝酸鹽還原型厭氧氨氧化培養組(13.10%)。

圖3 硫化物對培養底泥硝酸鹽還原型厭氧氨氧化潛力的影響

2.4 硫化物對底泥厭氧氨氧化潛力影響的評定分析

表5 硫化物對底泥培養組值變化的影響

對于厭氧氨氧化和反硝化共存體系，電子平衡分析方法能具體評定體系中不同過程的反應速率，而化學計量分析方法只能從生成物質和反應消耗比值作基本判斷推測，且該判斷依據較為粗略。硫化物對底泥培養組潛在厭氧氨氧化速率的影響見表6，可以看出，各厭氧氨氧化培養組的電子平衡分析方法與化學計量分析評定結果基本一致。根據厭氧氨氧化反應的電子流向平衡計算反應速率，添加硫化物后各底泥培養組的潛在的厭氧氨氧化反應速率PAANAMMOX相差較小，由于在反應體系中反硝化過程為主導使得本文實驗中的反應速率明顯高于文獻[5]。根據硫自養反硝化過程的電子平衡分析可得，非碳氮比調控下PASAD高于PAANAMMOX，而碳氮比調控下PAANAMMOX高于PASAD，表明碳氮比調控對ANAMMOX過程有利，但不利于硫自養反硝化。

表6 硫化物對底泥培養組潛在厭氧氨氧化速率的影響

3 結語