ANAMMOX是近年來興起的具有較好經(jīng)濟(jì)效能和較高脫氮效能的生物脫氮工藝，與傳統(tǒng)的脫氮工藝相比具有需氧量低、 運(yùn)行費(fèi)用低和不需外加碳源等優(yōu)點(diǎn)，從產(chǎn)生至今受到了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注[1, 2, 3]，其在垃圾滲濾液[4, 5]、 蝕刻液廢水[6]、 豬場廢水[7, 8]、 城鎮(zhèn)污水[9]、 污泥消化液上清液[10]等高氨氮廢水中得到了廣泛研究.
煉油、 煉焦、 石油化工等行業(yè)生產(chǎn)廢水是一類低C/N比、 高氨氮的工業(yè)廢水，用傳統(tǒng)工藝處理成本較高且很難達(dá)標(biāo)，而用ANAMMOX工藝就能夠很好地解決這類問題. 但苯酚作為一種常見的有機(jī)物是該類廢水中不可避免的成分，會對微生物產(chǎn)生抑制作用[11, 12, 13]，若要用厭氧氨氧化工藝處理該類廢水，需要研究苯酚對ANAMMOX菌的影響. 目前雖然有研究者在小試的條件下將ANAMMOX工藝應(yīng)用于焦化廢水等含苯酚廢水處理[14, 15]，但關(guān)于苯酚對ANAMMOX菌的影響的相關(guān)報道較少.
本文研究了不同濃度的苯酚對ANAMMOX污泥脫氮效能及污泥形態(tài)的影響并對其影響過程進(jìn)行初步探究，以期為ANAMMOX工藝應(yīng)用于高氨氮含酚廢水提供一些借鑒.
1 材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及運(yùn)行條件
實(shí)驗(yàn)運(yùn)行裝置采用100 mL和250 mL規(guī)格的血清瓶，螺旋蓋密封. 裝置運(yùn)行條件： 血清瓶放在恒溫氣浴振蕩箱中，溫度為33℃恒定; 轉(zhuǎn)速為125 r ·min-1; 進(jìn)水pH值為7.8-8.2，通過0.25mol ·L-1的HCl調(diào)節(jié)控制; 進(jìn)出水方式為全進(jìn)全出. 反應(yīng)前用高純氮?dú)鈱ρb置曝氣30 min，將水中的溶解氧除去.
1.2 接種污泥來源與實(shí)驗(yàn)廢水
接種的污泥是實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)定運(yùn)行4 a的具有較高活性的ANAMMOX顆粒污泥，顏色為紅色，MLVSS/MLSS為0.42.
實(shí)驗(yàn)廢水采用模擬廢水，主要成分為NH4Cl(NH4+-N 100 mg ·L-1)、 NaNO2(NO2--N 130 mg ·L-1)、 NaHCO3 2 000 mg ·L-1、 KH2PO4 27 mg ·L-1、 CaCl2 ·2H2O 136 mg ·L-1、 MgSO4 ·7H2O 200 mg ·L-1. 微量元素濃縮液Ⅰ成分為: EDTA 5 000 mg ·L-1，F(xiàn)eSO4 5 000 mg ·L-1; 微量元素濃縮液Ⅱ成分為: EDTA 5 000 mg ·L-1，ZnSO4 ·7H2O 430 mg ·L-1，CoCl2 ·6H2O 240 mg ·L-1，MnCl2·4H2O 990 mg ·L-1，NaMoO4 ·2H2O 220 mg ·L-1，NiCl2 ·6H2O 190 mg ·L-1，NaSeO4 ·10H2O 210 mg ·L-1，H3BO4 14 mg ·L-1. 其中微量元素Ⅰ投加量為1 mL ·L-1，微量元素Ⅱ投加量為1.25 mL ·L-1. 苯酚儲備液濃度為50 g ·L-1.
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
1.3.1 短期內(nèi)苯酚對厭氧氨氧化污泥脫氮效能的影響
為使接種污泥的脫氮性能相近，提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度，將含水的ANAMMOX污泥進(jìn)行泥水分離，然后將分離后的顆粒污泥等分為18份，每份約2 g，分別置于18個100 mL的血清瓶中. 32℃恒溫氣浴振蕩器連續(xù)培養(yǎng)15 h之后，根據(jù)脫氮效能將18個瓶子由高到低排列，采用取平均數(shù)法，將脫氮效能最好的4個和最差的4個去掉，選用中間去除效果接近的10個(去除率差值不大于5%)，以進(jìn)一步保證污泥得到等分.
對剩余的10個血清瓶進(jìn)行序號標(biāo)記并加入不同濃度的苯酚溶液，使其濃度分別為0、 100、 200、 300、 400、 500、 600、 700、 800和1 000 mg ·L-1. 經(jīng)過15 h培養(yǎng)反應(yīng)后，測定進(jìn)、 出水pH、 NH4+-N、 NO2--N、 NO3--N和苯酚值，評估苯酚濃度對ANAMMOX污泥脫氮性能的影響. 以上實(shí)驗(yàn)重復(fù)2次.
1.3.2 長期內(nèi)苯酚對厭氧氨氧化污泥脫氮效能的影響
采用相同的方法選取性狀相似的污泥約2 g裝于250 mL的血清瓶中進(jìn)行長期影響實(shí)驗(yàn). 初始運(yùn)行周期設(shè)定為1 d，等脫氮效能穩(wěn)定后逐步提高進(jìn)水苯酚濃度,直至出現(xiàn)脫氮效能明顯下降，當(dāng)ANAMMOX污泥脫氮效能處于穩(wěn)定抑制狀態(tài)后，停止投加苯酚，研究其恢復(fù)情況來判斷抑制的可逆性.
1.4 分析方法
方法均參照文獻(xiàn)[16]. NH4+-N:納氏試劑分光光度法; NO2--N: N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法; NO3--N： 紫外分光光度法; pH:哈納pH211型酸度計; 苯酚： 4-氨基安替比林直接光度法; MLSS 和MLVSS: 重量法; TN： 實(shí)驗(yàn)環(huán)境為無機(jī)環(huán)境，因此以NH4+-N、 NO2--N和NO3--N三者之和表示TN.
2 結(jié)果與討論
2.1 短期內(nèi)苯酚對厭氧氨氧化污泥脫氮效能的影響
保持進(jìn)水NH4+-N濃度100 mg ·L-1、 NO2--N濃度130 mg ·L-1左右,經(jīng)過15 h反應(yīng)后,結(jié)果如圖 1所示，隨著水中苯酚濃度的增加，出水NH4+-N、 NO2--N濃度出現(xiàn)明顯的變化. 不加苯酚的作為對照，其出水NH4+-N、 NO2--N濃度分別為22.67 mg ·L-1、 62.60 mg ·L-1，NH4+-N的去除率為78.1%，TN去除率為56.7%. 當(dāng)進(jìn)水苯酚濃度為100 mg ·L-1時出水NH4+-N、 NO2--N濃度分別為65.7 mg ·L-1、 93.11 mg ·L-1，NH4+-N的去除率為34.3%，TN的去除率為24.8%，ANAMMOX污泥活性受到抑制. 隨著苯酚濃度增加其抑制更加明顯，當(dāng)苯酚濃度大于600 mg ·L-1時，ANAMMOX污泥活性受到嚴(yán)重抑制，出水NH4+-N、 NO2--N濃度分別在90 mg ·L-1、 118 mg ·L-1左右，NH4+-N、 TN的去除率分別只有6%、 10%左右. 但此時TN去除率高于NH4+-N去除率，說明體系中TN的損失不僅僅由ANAMMOX反應(yīng)引起的，還存在其他途徑，而從圖 1中可知體系中苯酚有降解，因此推測TN的損失與苯酚的降解有關(guān)，體系中可能存在著某種降解苯酚的微生物.
圖 1 短期內(nèi)厭氧氨氧化污泥脫氮效能隨苯酚濃度的變化
李祥等[17]在做Cu離子對ANAMMOX的影響時把過程分為3個階段： 活性刺激階段、 穩(wěn)定階段和抑制階段. 而本實(shí)驗(yàn)在做苯酚對ANAMMOX污泥活性影響時，隨著苯酚的加入，NH4+-N和NO2--N的去除率一直呈現(xiàn)下降趨勢，并沒有出現(xiàn)活性刺激階段和穩(wěn)定階段，只有1個階段，即抑制階段. 分析原因可能是因?yàn)椴糠治⒘恐亟饘偈俏⑸锞S持生命活動所需的營養(yǎng)物質(zhì)，也是酶的活化劑，少量加入時可以促進(jìn)微生物生長[18]. 彭廈等[19]在研究鐵離子對ANAMMOX反應(yīng)器脫氮效能影響時表明，當(dāng)進(jìn)水鐵離子濃度由0.04 mmol ·L-1提高到0.06 mmol ·L-1時，NH4+-N的去除率明顯升高，并達(dá)到相對穩(wěn)定狀態(tài); 當(dāng)進(jìn)水鐵離子濃度提升為0.08 mmol ·L-1時，NH4+-N的去除率進(jìn)一步提高. 而鐵離子也正是ANAMMOX反應(yīng)所需的微量元素之一. 但本實(shí)驗(yàn)中所加的苯酚在工業(yè)上常用作抑菌劑，主要通過使微生物細(xì)胞內(nèi)的原生質(zhì)蛋白發(fā)生凝固或變性而起到殺菌作用，通常0.2%苯酚即有抑菌作用，苯酚濃度大于1%時能殺死一般細(xì)菌. 本實(shí)驗(yàn)所加苯酚濃度為100-1 000 mg ·L-1(含量在0.01%-0.1%之間)，加入后不會立即殺死微生物，所以可以長期觀察苯酚對微生物的影響. 郁丹等[20]研究表明，在厭氧反應(yīng)中加入100 mg ·L-1苯酚時就對反應(yīng)產(chǎn)生了影響，當(dāng)反應(yīng)器中的苯酚濃度大于400 mg ·L-1時，苯酚已經(jīng)對厭氧顆粒污泥表現(xiàn)出一定的毒性. 本實(shí)驗(yàn)中當(dāng)進(jìn)水苯酚含量為100 mg ·L-1時，NH4+-N和TN的去除率均低于未加苯酚的的50%，表明苯酚在短期內(nèi)對ANAMMOX菌的活性產(chǎn)生了嚴(yán)重的抑制; 而當(dāng)苯酚濃度大于600 mg ·L-1時，ANAMMOX菌處于完全抑制狀態(tài). Yang等[21]在研究苯酚和Cu離子聯(lián)合對ANAMMOX污泥活性影響時表明，兩者聯(lián)合的毒性主要依賴于苯酚濃度，當(dāng)苯酚濃度為75 mg ·L-1時，污泥活性保留百分比只有48.7%，此時抑制率已經(jīng)超過一半. 綜上，苯酚對厭氧污泥存在毒性，本實(shí)驗(yàn)在研究苯酚對ANAMMOX污泥活性短期影響時只存在抑制階段.
2.2 長期內(nèi)苯酚對厭氧氨氧化污泥脫氮效能的影響
長期實(shí)驗(yàn)苯酚濃度采用從低濃度開始逐漸增加的方式進(jìn)行，保持進(jìn)水NH4+-N濃度100 mg ·L-1、 NO2--N濃度130 mg ·L-1左右不變，結(jié)果如圖 2所示. 反應(yīng)運(yùn)行初期(0-28 d)，當(dāng)進(jìn)水苯酚濃度由 60 mg ·L-1 逐步升高到100 mg ·L-1 時，ANAMMOX污泥對 NH4+-N、 NO2--N的去除率起初有所下降，但運(yùn)行穩(wěn)定后又逐漸提高，基本保持在99%以上，NO3--N生成量呈現(xiàn)穩(wěn)定趨勢. 這與短期結(jié)果不同，說明低濃度苯酚對ANAMMOX菌有一個馴化的過程，當(dāng)反應(yīng)周期延長，ANAMMOX污泥逐漸適應(yīng)了苯酚的環(huán)境，其抑制被減弱. 以后苯酚濃度以100 mg ·L-1為一個梯度，每提升一個梯度，NH4+-N、 TN的去除率都會出現(xiàn)先下降后上升的趨勢. 但隨著梯度的增加，抑制更加明顯，穩(wěn)定后的NH4+-N最終去除率都會比上一個階段低. 當(dāng)苯酚濃度提升至1 000 mg ·L-1時，NH4+-N的最終去除率降低到10%以下，TN的去除率也只有27%左右，此時ANAMMOX污泥受到了嚴(yán)重的抑制. 然而，NO2--N和NO3--N的變化趨勢與NH4+-N不太一樣，雖然也是先下降后升高，但當(dāng)苯酚濃度大于200 mg ·L-1時，反應(yīng)穩(wěn)定后出水NO2--N和NO3--N均為0 mg ·L-1，NO2--N的其去除率達(dá)到了100%，生成的NO3--N也被完全降解. 當(dāng)苯酚濃度為400 mg ·L-1后期時，NO2--N的去除率始終保持在100%，產(chǎn)物中沒有檢測到NO3--N. Zhu等[22]研究了厭氧反應(yīng)器中苯酚和硝酸鹽的同步去除情況，將苯酚作為唯一電子供體，硝酸鹽作為唯一電子受體. 研究結(jié)果表明，經(jīng)過110 d的馴化后，當(dāng)進(jìn)水苯酚和硝酸鹽分別為600 mg ·L-1和430 mg ·L-1，HRT為20.75 h，出水苯酚和硝酸鹽的去除率分別為95.5%和96.75%. 其結(jié)果表明，苯酚可以與硝酸鹽發(fā)生反硝化反應(yīng)，導(dǎo)致硝態(tài)氮的減少. 本實(shí)驗(yàn)中出水NO2--N和NO3--N減少正是由于苯酚的加入導(dǎo)致了反應(yīng)體系內(nèi)發(fā)生了反硝化反應(yīng)導(dǎo)致的. 當(dāng)苯酚濃度提高至1 000 mg ·L-1時，NO2--N的去除率再次受到影響，其去除率降為46.5%，出水也可以檢測到有NO3--N的生成，說明高濃度苯酚對反硝化反應(yīng)也會產(chǎn)生影響. 在反應(yīng)器運(yùn)行至95 d時，將進(jìn)出苯酚濃度降為0 mg ·L-1，觀察ANAMMOX污泥恢復(fù)情況. 經(jīng)過18 d的恢復(fù)培養(yǎng)，NH4+-N的去除率逐步回升至99%以上，而NO2--N的去除率基本穩(wěn)定在64%-65%之間，此時NH4+-N與NO2--N之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系發(fā)生了變化.長期結(jié)果說明高濃度苯酚對ANAMMOX菌產(chǎn)生了嚴(yán)重的抑制，且短期內(nèi)很難恢復(fù)到原來的狀態(tài).
圖 2 長期實(shí)驗(yàn)苯酚濃度對厭氧氨氧化脫氮效能的影響
2.3 苯酚對厭氧氨氧化污泥形態(tài)影響及恢復(fù)實(shí)驗(yàn)
剛開始接種的ANAMMOX污泥，如圖 3(a)所示，顏色呈紅色. Strous等[23]研究表明，氨氧化細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)含有大量血紅素，當(dāng)污泥顏色較紅時表明ANAMMOX污泥活性很好. 隨著苯酚的加入，反應(yīng)到46 d后，反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)絮狀物，污泥體積和顏色開始發(fā)生變化，紅色的污泥表層開始變?yōu)楹谏鯛�，如圖 3(b)所示，此時苯酚對污泥產(chǎn)生了抑制[14]. 隨著苯酚濃度的增加，黑色絮狀向內(nèi)擴(kuò)增，表層的絮狀開始脫落，到第94 d，污泥只有核心的一點(diǎn)還呈現(xiàn)顆粒狀，但顏色仍為紅色，說明此時ANAMMOX污泥仍然具有活性，如圖 3(c)所示. 第95 d停止投加苯酚，改為加常規(guī)的營養(yǎng)液，經(jīng)過18 d的修復(fù)后，污泥表層的黑色絮體逐漸變?yōu)榧t色，污泥顏色部分恢復(fù),如圖 3(d)所示. 此時NH4+-N的去除率得到恢復(fù)，但污泥量減少，部分微生物死亡，由于ANAMMOX菌時代周期較長(11 d)，所以短期恢復(fù)無法使微生物量快速增加. 整個過程中，隨著NH4+-N去除率的變化污泥顏色會發(fā)生變化，因此可以將污泥的顏色作為視覺上評判ANAMMOX污泥活性受抑制程度的一個依據(jù). 然而恢復(fù)后ρ(NO2--N)去除/ρ(NH4+-N)去除/ρ(NO3--N)生成平均值為1 ∶0.86 ∶0.2，與氨氧化理論化學(xué)計量比為1 ∶1.32 ∶0.26有很大差別. 猜測原因可能是當(dāng)苯酚存在時反硝化細(xì)菌和ANAMMOX細(xì)菌競爭NO2--N，從而使ANAMMOX細(xì)菌在利用較少NO2--N時就可以發(fā)生反應(yīng)，或者有新的微生物如自養(yǎng)細(xì)菌生成，可以直接降解NH4+-N. 但具體原因需要進(jìn)一步去研究.
圖 3 苯酚濃度對厭氧氨氧化活性污泥形態(tài)的影響
2.4 苯酚作為有機(jī)碳源誘發(fā)體系內(nèi)反硝化反應(yīng)
長期實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)苯酚濃度大于200 mg ·L-1時，體系中NH4+-N的去除率在下降，ANAMMOX菌的能力在減弱，而NO2--N的去除率不但沒有下降反而升高，甚至達(dá)100%，說明反應(yīng)體系中存在著可以降解NO2--N的反應(yīng). Toh等[24]在用ANAMMOX工藝處理焦化廢水的研究中證實(shí)了ANAMMOX體系中存在反硝化菌，而賴楊嵐等[25]研究結(jié)果進(jìn)一步表明，ANAMMOX菌能與反硝化菌共存，反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)ANAMMOX與反硝化的協(xié)同作用. 因此在ANAMMOX體系中加入苯酚有可能發(fā)生以苯酚為有機(jī)碳源的反硝化反應(yīng)，猜測NO2--N的過量去除與苯酚有關(guān). 本實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)體系中NO2--N的減少量與苯酚的降解量如圖 4(a)所示，隨著苯酚濃度的增加，體系中苯酚的降解量在增大，而此時NO2--N的去除量也相應(yīng)增大，說明NO2--N的過量去除確實(shí)是由于苯酚導(dǎo)致的，且苯酚作為有機(jī)碳源參與了反應(yīng)，也就是反硝化反應(yīng). 當(dāng)苯酚濃度高于500 mg ·L-1時，由于體系中基質(zhì)(NO2--N和NO3--N)有限，所以苯酚的降解量處于平穩(wěn)狀態(tài)，此時反硝化菌的能力也達(dá)到穩(wěn)定.
圖 4 苯酚誘發(fā)體系內(nèi)反硝化反應(yīng)
劉常敬等[26] 的研究證實(shí)了此觀點(diǎn)，他們在研究苯酚對ANAMMOX工藝耦合反硝化時發(fā)現(xiàn)，在ANAMMOX體系中加入苯酚可以耦合反硝化反應(yīng)，當(dāng)苯酚濃度為 0.2 mmol ·L-1(18.82 mg ·L-1)時，耦合反硝化效果最好,此時消耗的NH4+-N、 NO2--N與生成的NO3--N之比為1 ∶1.52 ∶0.11，系統(tǒng)中NO2--N與NO3--N都相應(yīng)減少. 本實(shí)驗(yàn)中苯酚對NH4+-N、 NO2--N和NO3--N三者轉(zhuǎn)化比影響見圖 4(b)，當(dāng)進(jìn)水苯酚濃度低于100 mg ·L-1時，反應(yīng)器內(nèi)ρ(NO2--N)去除/ρ(NH4+-N)去除平均值為1.265，低于理論值; ρ(NO3--N)生成/ρ(NH4+-N)去除平均值為0.18，低于理論值，表明此時系統(tǒng)中NH4+-N轉(zhuǎn)化處于被抑制階段，這與Yang等[21]研究結(jié)果相近. 而當(dāng)加入苯酚濃度大于200 mg ·L-1時，ρ(NO2--N)去除/ρ(NH4+-N)去除逐步提高至1.32并持續(xù)升高，最高時達(dá)到14.66，表明系統(tǒng)中出現(xiàn)明顯的反硝化反應(yīng)，其所占比例在逐漸提高.
既然體系中存在反硝化反應(yīng)，那么系統(tǒng)中TN的損失是由ANAMMOX反應(yīng)造成的還是由反硝化反應(yīng)造成的，或者說由二者共同造成的呢. 如果是二者共同的結(jié)果，那二者之間所占比例又如何. 以ANAMMOX理論計量比(1 ∶1.32 ∶0.26)計算ANAMMOX反應(yīng)和反硝化反應(yīng)對體系TN去除的貢獻(xiàn)如圖 4(c)所示. 計算說明如下.
體系進(jìn)水NH4+-N為100mg ·L-1，NO2--N為130mg ·L-1，反應(yīng)容積V為250 mL，進(jìn)水TN為：
TN=(100+130)mg ·L-1·0.25 L
體系中NH4+-N的去除是由ANAMMOX反應(yīng)引起的，因此以NH4+-N的去除量作為ANAMMOX菌的去除能力. 而ANAMMOX反應(yīng)每當(dāng)消耗1 mg NH4+-N時，相應(yīng)會消耗1.32 mg NO2--N，同時生成0.26 mg NO3--N. 用NH4+-N去除率計算體系中NH4+-N去除量：
NH4+-N去除量=NH4+-N去除率 ·(100 mg ·L-1 ·0.25 L)
因此，ANAMMOX反應(yīng)消耗體系中的TN為：
TN=NH4+-N去除率 ·100 ·(1+1.32-0.26) mg ·L-1 ·0.25 L
ANAMMOX反應(yīng)對TN的貢獻(xiàn)(A)則為：
A=[NH4+-N去除率 ·100 ·(1+1.32-0.26) mg ·L-1 ·0.25 L] ·[(100+130)mg ·L-1 ·0.25 L]-1
反硝化對TN的貢獻(xiàn)(B)則為：
B=TN的去除率-ANAMMOX的貢獻(xiàn)
當(dāng)苯酚濃度≤300 mg ·L-1時，ANAMMOX反應(yīng)對TN去除占80%以上，反硝化反應(yīng)對TN去除占比低于15%，體系內(nèi)仍以ANAMMOX反應(yīng)為主導(dǎo)，但ANAMMOX貢獻(xiàn)率在不斷降低，反硝化貢獻(xiàn)率在不斷增加; 當(dāng)苯酚濃度達(dá)到400 mg ·L-1時，二者比例達(dá)到對等，分別為37%和36%，此時反硝化細(xì)菌開始與氨氧化細(xì)菌形成競爭局面. 隨后反硝化反應(yīng)在體系中所占比例超過了ANAMMOX，當(dāng)苯酚濃度為500 mg ·L-1時，出水NH4+-N繼續(xù)升高，但NO2--N和NO3--N仍為0 mg ·L-1，且苯酚的降解量處于平穩(wěn)狀態(tài)，說明反硝化菌能夠利用的基質(zhì)不足，導(dǎo)致苯酚的降解量維持在穩(wěn)定階段，此時反硝化菌能力達(dá)到穩(wěn)定，ANAMMOX反應(yīng)和反硝化反應(yīng)對氮去除分別占18%和45%，此時ANAMMOX菌受到了嚴(yán)重的抑制，體系中反硝化細(xì)菌適應(yīng)了苯酚環(huán)境，并且已成為優(yōu)勢菌種，TN的去除基本由反硝化實(shí)現(xiàn)，反硝化反應(yīng)在體系中占據(jù)主導(dǎo)地位.
2.5 苯酚對厭氧氨氧化活性污泥的有效半抑制濃度
短期內(nèi)苯酚對ANAMMOX污泥活性影響研究表明，隨著苯酚濃度的增加，ANAMMOX污泥活性受到的抑制程度在逐漸增大并達(dá)到穩(wěn)定，穩(wěn)定時NH4+-N的去除率低于10%. 由線性擬合計算得出苯酚對ANAMMOX活性污泥的有效半抑制濃度(IC50)為83.6 mg ·L-1. 此值低于了苯酚初始投加量100 mg ·L-1，因此實(shí)驗(yàn)一開始設(shè)置的苯酚濃度范圍過于大，計算得出的IC50準(zhǔn)確性需進(jìn)行驗(yàn)證. 故縮短苯酚濃度范圍，重新做了低范圍內(nèi)苯酚的短期實(shí)驗(yàn). 污泥選取及方法與上一次相同，恒溫氣浴培養(yǎng)15 h. 其擬合曲線如圖 5所示，通過線性擬合計算得出IC50為71.57 mg ·L-1. 因此取71.57 mg ·L-1作為短期實(shí)驗(yàn)的IC50.
圖 5 短期內(nèi)厭氧氨氧化污泥脫氮效能隨低濃度苯酚變化的擬合曲線
由圖 2(b)可知，當(dāng)苯酚濃度為300 mg ·L-1時，NH4+-N的去除率由99%降低至55%，與Pereira等[27]長期實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果相近. Yang等[28]利用活性(以N/VSS計)為(12.4±3.1) mg ·(g ·h)-1的ANAMMOX顆粒污泥研究苯酚對污泥活性影響，短期實(shí)驗(yàn)得到苯酚的IC50為 678.2 mg ·L-1. 這與本實(shí)驗(yàn)的結(jié)論有很大出入，分析原因可能有以下2點(diǎn)： ①Yang等的擬合方程采用非競爭性抑制曲線進(jìn)行擬合，表明該抑制下苯酚不會參與反應(yīng)，但本實(shí)驗(yàn)中苯酚在體系中參與了反應(yīng); ②污泥活性不同，Yang等ANAMMOX污泥活性比本課題組高，因此其承受抑制能力較強(qiáng)一些.
常規(guī)焦化廢水中苯酚含量在50-2 000 mg ·L-1之間，經(jīng)過脫酚處理后可低于200 mg ·L-1 [29]. 因此，采用工藝前應(yīng)先測定一下廢水中苯酚含量，若含量低于200 mg ·L-1時則可直接運(yùn)用ANAMMOX工藝; 或者將將ANAMMOX工藝用在脫酚后的處理工藝. 但對于高濃度含苯酚廢水，可將苯酚作為反硝化反應(yīng)的有機(jī)碳源，并與馴化后的厭氧污泥進(jìn)行厭氧處理工藝聯(lián)用.具體參見污水寶商城資料或http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
3 結(jié)論
(1) 短期結(jié)果表明，苯酚對ANAMMOX污泥具有抑制作用，隨著苯酚濃度的增加，ANAMMOX脫氮效能逐漸降低. 當(dāng)苯酚濃度大于600 mg ·L-1時，TN去除率下降并穩(wěn)定在10%左右，說明抑制達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài). 短期實(shí)驗(yàn)擬合得到苯酚對ANAMMOX半抑制有效濃度(IC50)為71.57 mg ·L-1.
(2) 長期實(shí)驗(yàn)表明，低濃度苯酚對ANAMMOX體系中微生物對有一個馴化的過程，當(dāng)加入苯酚濃度小于100 mg ·L-1時，NH4+-N的去除率先下降，反應(yīng)后都能穩(wěn)定在99%以上. 當(dāng)苯酚濃度大于400 mg ·L-1時，NH4+-N的去除率明顯下降，ANAMMOX污泥脫氮效能受到了嚴(yán)重抑制.
(3) 苯酚的加入誘發(fā)了ANAMMOX體系中發(fā)生反硝化，隨著苯酚濃度的增加，反硝化所占相對比例也在增大. 但高濃度苯酚(1 000 mg ·L-1)對反硝化細(xì)菌同樣具有抑制作用.
(4) 苯酚對ANAMMOX污泥抑制明顯，導(dǎo)致部分污泥死亡，經(jīng)過18 d恢復(fù)后氮素之間的轉(zhuǎn)化計量式發(fā)生改變，ρ(NH4+-N)去除/ρ(NO2--N)去除/ρ(NO3--N)生成為1 ∶0.86 ∶0.2.（來源及作者：蘇州科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 楊朋兵 李祥 黃勇 朱亮 崔劍虹 徐杉杉）
