不同浓度磺胺甲恶唑对短程硝化和厌氧氨氧化处理效果的影响.pdf
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1、基金项目院 安徽省自然科学基金项目渊2108095ME186袁 圆008085QE264冤曰 安徽省高校省级自然科学研究重点项目渊KJ2020A0467冤许婧员袁圆袁 李卫华员袁圆渊1.安徽建筑大学 环境与能源工程学院袁 合肥230601曰2.环境污染控制与废弃物资源化利用安徽省重点实验室袁 合肥230601冤抗生素已被广泛使用袁 并存在于多种废水中遥目前袁 在城市生活污水尧 抗生素生产废水和医疗废水中已检测到不同浓度水平的抗生素咱1-2暂遥 抗生素的过度使用对人类健康和环境的影响日益增加咱3暂袁因此袁 研究抗生素污染对污水生物处理系统的影响具有重要的现实意义遥摘要院 为了对比研究抗生素对不同
2、污泥系统的影响效果袁 考察了抗生素磺胺甲恶唑渊杂酝载冤对短程硝化反应器和厌氧氨氧化反应器运行效果的影响袁 结果表明袁 当磺胺甲恶唑质量浓度为 园援圆 皂早辕蕴 时袁 对 2 种工艺的影响较小曰 当磺胺甲恶唑质量浓度为 圆援园 皂早辕蕴 时袁 短程硝化工艺氨氮去除率短暂上升袁 厌氧氨氧化工艺在受到冲击后氨氮去除率有短暂下降袁 后由于系统对低浓度磺胺甲恶唑的适应性整体脱氮性能恢复曰 当磺胺甲恶唑质量浓度为远援园 皂早辕蕴 时袁 短程硝化工艺保持较好的脱氮性能袁 同时对磺胺甲恶唑也有较好的去除效果袁 但厌氧氨氧化工艺处理效能受到抑制袁 氨氮的去除效果变差遥关键词院 磺胺甲恶唑曰 短程硝化曰 厌氧氨氧
3、化曰 生物脱氮曰 胞外聚合物中图分类号院 载苑03.1曰 X787文献标志码院 粤文章编号院摇员园园怨原圆源缘缘渊圆园23冤园4原园园13原园6Effect of sulfamethoxazole with different concentrations on treatmenteffects of short-cut nitrification and anaerobic ammonia oxidation载哉 允蚤灶早员袁圆袁 蕴陨 宰藻蚤澡怎葬员袁圆渊1.School of Environmental and Energy Engineering,Anhui Jianzhu Unive
4、rsity,Hefei 230601,China;2.Anhui ProvincialKey Laboratory of Environmental pollution Control and Resource Reuse,Hefei 230601,China冤Abstract院In order to compare the impact effect of antiobiotics on different sludge systems,the influenceof antibiotic sulfamethoxazole渊杂酝载冤 on the operation effect of sh
5、ort-cut nitrification reactor and anaerobic am鄄monia oxidation reactor was investigated,the results showed that,when the mass concentration of sulfamethoxa鄄zole was 0.2 mg/L,it had less effect on the two processes,when the mass concentration was 2.0 mg/L,the re鄄moval rate of ammonia nitrogen by shor
6、t-cut nitrification process briefly increased.Anaerobic ammonia oxidationprocess had a brief decrease in ammonia nitrogen removal rate after shock,and then,its total denitrification per鄄formance was recovered due to the system adaptation on low concentration SMX.When the mass concentration ofSMX was
7、 6.0 mg/L,short-cut nitrification process maintained good denitrification performance and had good re鄄moval effect on SMX also.However,the performance of anaerobic ammonia oxidation process was inhibited,andthe removal effect of ammonia nitrogen became worse.Keywords院 sulfamethoxazole;short-cut nitr
8、ification;anaerobic ammonia oxidation;biological denitrifica鄄tion;extracellular polymeric substances不同浓度磺胺甲恶唑对短程硝化和厌氧氨氧化处理效果的影响工业用水与废水陨晕阅哉杂栽砸陨粤蕴 宰粤栽耘砸 驭 宰粤杂栽耘宰粤栽耘砸灾燥造援54晕燥援4Aug.袁 2023废水处理及回用窑 13 窑工业用水与废水陨晕阅哉杂栽砸陨粤蕴 宰粤栽耘砸 驭 宰粤杂栽耘宰粤栽耘砸灾燥造援54晕燥援4Aug.袁 2023109678451212567433渊a冤 SBR 反应器渊b冤 ASBR 反应器1 搅拌机 2
9、 水浴出水口 3 水浴进水口 4 搅拌叶 5 进水口6 取样口 7 出水口 8 曝气入口 9 流量计 10 空气泵图 1试验装置示意Fig.1Test device项目pH 值籽渊NH4+-N冤辕渊皂早 窑 蕴原员冤籽渊NO2-N冤辕渊皂早 窑 蕴原员冤籽渊NO3-N冤辕渊皂早 窑 蕴原员冤玉号8.0 依 0.37000域号7 87092.40表 1反应器进水水质指标Tab.1Influent water characteristics of reactor短程硝化工艺和厌氧氨氧化工艺咱4暂在含抗生素高氮素废水处理中的应用已越来越受到人们的关注遥 在硝化过程中抗生素的去除是协同代谢生物降解的作
10、用袁 但磺胺甲恶唑渊SMX冤的浓度影响了细菌的生长繁殖咱5暂遥 在厌氧氨氧化体系中袁 已有多项研究探讨了 SMX 对处理高浓度氮的厌氧氨氧化过程的影响袁 但得出的结论并不完全一致咱6原8暂遥本研究通过在厌氧氨氧化工艺和短程硝化工艺中投加不同浓度的 SMX袁 考察了 2 种工艺在不同SMX 浓度下的脱氮性能袁 比较了 2 种工艺去除不同浓度抗生素的能力袁 以期促进短程硝化工艺和厌氧氨氧化工艺在含抗生素的高氨氮废水处理中的应用遥员材料和方法员援员试验装置试验装置分别为 1 套 杂月砸 短程硝化反应器和 1套 粤杂月砸 厌氧氨氧化反应器袁 对应编号为玉号和域号袁 如图 员 所示遥 有效容积均为 源
11、蕴袁 反应器进水是具有一定浓度 SMX 的实验室模拟废水遥 试验开始时短程硝化反应器和厌氧氨氧化反应器已运行稳定袁 其中短程硝化反应器溶解氧质量浓度控制在园援缘 皂早辕蕴 左右遥员援圆模拟废水模拟废水以渊晕匀源冤圆杂韵源为原料袁 短程硝化工艺渊玉号反应器冤废水具体组成为 猿猿园 皂早辕蕴 渊晕匀源冤圆杂韵源尧员 圆园园 皂早辕蕴 晕葬匀悦韵猿尧 圆缘 皂早辕蕴 运匀圆孕韵源尧 猿园 皂早辕蕴酝早杂韵源窑 苑匀圆韵尧 员远园 皂早辕蕴 悦葬悦造圆窑 圆匀圆韵曰 微量元素原液渊员 皂蕴辕蕴冤遥厌氧氨氧化工艺渊域号反应器冤废水具体组成为猿猿园 皂早辕蕴 渊晕匀源冤圆杂韵源尧 源缘远 皂早辕蕴 晕葬晕
12、韵圆尧 缘园园 皂早辕蕴运匀悦韵猿尧 圆愿 皂早辕蕴 运匀圆孕韵源尧 猿园园 皂早辕蕴 酝早杂韵源窑 苑匀圆韵尧员远园 皂早辕蕴 悦葬悦造圆窑 圆匀圆韵曰 微量元素原液渊员 皂蕴辕蕴冤遥反应器进水水质指标如表 1 所示遥员援猿试验方法为了探究了不同浓度 SMX 对生物处理过程的影响袁 以及对抗生素的去除效果遥 在试验初期选择SMX 质量浓度为 园援圆 皂早辕蕴袁 并逐步提升至较高水平遥 整个试验分为 猿 个阶段院 淤第 1 阶段添加 园援圆皂早辕蕴 SMX渊第 员 员缘 天冤曰 于第 2 阶段添加 圆援园 皂早辕蕴 SMX渊第 员远 猿园 天冤曰 盂第 3 阶段添加 远援园 皂早辕蕴SMX渊第
13、 猿员 源缘 天冤遥玉号反应器以 远 澡 为 1 个运行周期袁 时控开关自动控制遥 运行时间设置为进水 员缘 皂蚤灶袁 曝气搅拌圆员园 皂蚤灶袁 沉淀 远园 皂蚤灶袁 出水 员缘 皂蚤灶袁 闲置 远园 皂蚤灶遥水温恒定在渊猿园 依 园援缘冤 益遥 在曝气时以 圆园园 则辕皂蚤灶 连续搅拌袁 同时通过曝气泵将反应区内溶解氧保持在园援缘 皂早辕蕴 左右遥 域号反应器以 远 澡 为 1 个运行周期袁 保持恒定温度渊猿圆 依 园援缘冤 益袁 反应器上部设有搅拌器以 圆园园 则辕皂蚤灶 连续搅拌袁 反应器整体密闭无曝气遥 每个周期运行时间设置为进水 员园 皂蚤灶袁 搅拌圆怨园 皂蚤灶袁 沉淀 缘园 皂蚤
14、灶袁 出水 员园 皂蚤灶遥每天对 2 套反应器进出水 晕匀源垣原晕尧 晕韵圆原原晕尧晕韵猿原原晕 和 SMX 浓度进行检测遥 每阶段结束前袁 玉号反应器取曝气末期泥水混合物袁 域号反应器取搅拌末期泥水混合物袁 测定胞外聚合物渊耘孕杂冤遥 考察对 SMX 的去除效果袁 比较 SMX 浓度对 2 套反应器脱氮性能的影响袁 以及通过胞外聚合物的含量推断抗生素对微生物的影响遥员援源分析方法酝蕴灾杂杂 采用称重法袁 晕匀源垣原晕 采用纳氏试剂分光光度法袁 晕韵圆原原晕 采用 晕原渊员原萘基冤原乙二胺分光光度法袁 晕韵猿原原晕 采用氨基磺酸紫外分光光度法袁胞外聚合物渊耘孕杂冤中的蛋白质和多糖分别采用考马斯
15、亮蓝法和蒽酮原硫酸比色法对提取的样品进行测定袁 SMX 采用高效液相色谱仪检测遥窑 14 窑圆结果与讨论圆援员短程硝化和厌氧氨氧化对 SMX 的去除效果在运行稳定的好氧和厌氧反应器中袁 分阶段投加 3 种不同浓度的 杂酝载袁 其对反应器运行的影响以及在不同生化反应阶段的去除率如图 圆 所示遥由图 圆 可以看出袁 在第 1 阶段袁 玉号反应器SMX 平均去除率在 猿援源豫 左右袁 域号反应器整体去除率接近 员园园豫遥 在第 2 阶段袁 提高 SMX 浓度能刺激短程硝化快速响应袁 彻底去除 SMX曰 域号反应器 SMX 平均去除率也较高袁 达 愿员援员缘豫袁 但需要一段时间适应遥 第 3 阶段袁
16、玉号反应器依旧具有较好的去除率袁 而域号反应器由于 SMX 的浓度提高袁对污泥的毒害作用加重袁 导致去除率直线下降遥值得注意的是袁 玉号反应器在 圆援园 皂早辕蕴 的浓度下短暂适应后去除率逐渐升高袁 这与第 1 阶段磺胺甲恶唑几乎没有下降的情况完全不同遥 从结果来看袁 磺胺甲恶唑的去除需要一个启动过程袁 有一个阈值浓度遥 一旦超过这个阈值浓度袁 如第 2 阶段暴露于高浓度的 SMX 后袁 微生物就能够有效地利用SMX袁 从而在第 3 阶段中将其完全去除遥 这与 再葬灶等咱9暂提出的理论相似院 SMX 降解时可能存在一个阈值袁 可以诱导功能菌如氨氧化菌渊粤韵月冤启动生物降解过程袁 该启动过程可能
17、需要某种外界刺激遥 从图 圆 可知袁 域号反应器在处理较低浓度 SMX 时具有良好的效果遥 SMX 作为一种外源性有毒有机物袁 厌氧氨氧化生物膜对低浓度的 SMX 有一定的吸附作用咱10暂遥 有研究表明袁 大量积聚在生物膜表面的胞外聚合物渊耘孕杂冤可以吸附有毒物质袁 限制其与微生物的直接接触和相互作用袁 从而减轻抑制作用咱11暂遥 但SMX 作为一种有毒性的有机物袁 在较高浓度时毒害作用加强袁 光靠吸附作用无法完全去除遥 因此袁短程硝化在脱氮过程中更适应稍高浓度渊大于 圆援园皂早辕蕴冤的 SMX 去除袁 厌氧氨氧化在脱氮过程中适合于低浓度渊小于 圆援园 皂早辕蕴冤SMX 去除遥圆援圆不同浓度
18、SMX 对反应器运行性能的影响圆援圆援员不同浓度 SMX 对出水 晕匀源垣原晕的影响玉号和域号反应器的 晕匀源垣原晕 理论进水质量浓度为 苑园援园 皂早辕蕴袁 玉号反应器进水质量浓度以混匀后浓度为准遥 不同浓度的 SMX 对出水 晕匀源垣原晕 浓度及其去除率的影响如图 猿 所示遥许婧袁 李卫华院 不同浓度磺胺甲恶唑对短程硝化和厌氧氨氧化处理效果的影响时间辕d 05101520253035404586420阶段淤100806040200进水出水去除率渊a冤 短程硝化阶段于阶段盂图 2SMX 浓度对反应器运行效果的影响Fig.2Effect of SMX concentration on reac
19、tor operation时间辕d 05101520253035404586420100806040200渊b冤 厌氧氨氧化进水出水去除率阶段淤阶段于阶段盂时间辕d 5101520253035404516012080400100806040200进水出水去除率渊a冤 短程硝化阶段淤阶段于阶段盂时间辕d 5101520253035404516012080400100806040200进水出水去除率渊b冤 厌氧氨氧化图 3SMX 浓度对出水 NH4+-N 浓度的影响Fig.3Effect of SMX concentration on NH4+-N concentrationin effluent
20、 water阶段淤阶段于阶段盂窑 15 窑工业用水与废水陨晕阅哉杂栽砸陨粤蕴 宰粤栽耘砸 驭 宰粤杂栽耘宰粤栽耘砸灾燥造援54晕燥援4Aug.袁 2023由图 猿 可见袁 第 1 阶段玉号反应器投加 SMX后袁 晕匀源垣原晕 去除率受到一定影响袁 随后逐渐适应袁出水 晕匀源垣原晕 浓度升高是短程硝化中含有的优势菌粤韵月 在降解 SMX 的过程中袁 减弱了对 晕匀源垣原晕 的氧化作用遥 短程硝化系统中存在共代谢降解抗生素袁 晕匀源垣原晕 的去除率因与 SMX 竞争而下降咱12暂遥 玉号和域号反应器出水 晕匀源垣原晕 平均质量浓度分别为怨援愿缘 和 员园援苑0 皂早辕蕴袁 总体去除效果良好遥第 2
21、 阶段提高 SMX 浓度袁 玉号反应器 晕匀源垣原晕去除率短暂上升袁 SMX 作为一种有机物袁 适当投加会促进短程硝化的处理效果袁 这与 酝燥则葬造藻泽 等咱13暂提出的少量有机物可促进短程硝化处理效果的理论一致遥 但域号反应器对毒性有机物需要一段时间适应袁 去除率显著下降之后又逐渐上升袁 SMX 浓度升高对厌氧氨氧化过程有短暂轻微的抑制作用袁 厌氧氨氧化污泥长期暴露在含 SMX 废水中袁 会对SMX 有一定的适应能力袁 当 SMX 浓度较低时袁 域号反应器具有一定的自我恢复能力遥第 3 阶段袁 玉号反应器在投加高浓度 SMX 时能迅速适应袁 由于在第 2 阶段 SMX 的降解途径被激活袁 其
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