Improving nutrients removal of Anaerobic-Anoxic-Oxic process via inhibiting partial anaerobic mixture with nitrite in side-stream tanks: Role of nitric oxide  

通過旁流池中亞硝酸鹽抑制部分厭氧混合液提升厭氧-缺氧-好氧工藝營養(yǎng)物去除：一氧化氮的作用  

來源：Bioresource Technology, Volume 382, 2023, Article 129207  

《生物資源技術(shù)》，第382卷，2023年，文章編號129207  

 

摘要內(nèi)容  

摘要研究通過旁流亞硝酸鹽增強(qiáng)策略提升A2/O工藝脫氮除磷效率。在A2/O工藝厭氧段后設(shè)置旁流池，將部分混合液（流量5%進(jìn)水）與亞硝酸鹽（初始NO??-N=10或20mg/L）反應(yīng)3小時。當(dāng)旁流池初始NO??-N=20mg/L時，系統(tǒng)總氮(TN)和總磷(TP)去除率從72%和48%提升至90%和89%。旁流池中檢測到2.23mg/L一氧化氮(NO)，導(dǎo)致亞硝酸鹽氧化菌(NOB)Nitrospira豐度從6.13%降至1.13%，氨氧化菌(AOB)Nitrosomonas豐度從0.98%升至2.04%；反硝化聚磷菌(DPAOs)Pseudomonas和Acinetobacter豐度從0.81%/0.74%增至6.69%/5.48%。NO是旁流亞硝酸鹽策略提升A2/O工藝性能的關(guān)鍵因子。  

 

研究目的  

解決傳統(tǒng)A2/O工藝在低碳源條件下脫氮除磷效率低的問題，探究旁流亞硝酸鹽策略對連續(xù)流系統(tǒng)的強(qiáng)化機(jī)制，重點(diǎn)闡明NO在抑制NOB和優(yōu)化微生物群落中的作用。  

 

研究思路  

系統(tǒng)構(gòu)建：在A2/O工藝厭氧段后增設(shè)旁流池（1.5L），分流5%厭氧混合液，添加NO??-N（10或20mg/L）反應(yīng)3小時后返回缺氧段（圖1）。  

 

 

對比實(shí)驗(yàn)：  

 

工藝A：旁流池添加10mg NO??-N/L（階段II:22-36天）  

 

工藝B：旁流池添加20mg NO??-N/L（階段II:22-36天；階段IV:52-66天），中間停運(yùn)驗(yàn)證可逆性（階段III:37-51天）  

監(jiān)測指標(biāo)：進(jìn)出水NH??-N、NO??-N、NO??-N、PO?3?-P；旁流池動態(tài)監(jiān)測NO、FNA（圖4）；微生物群落分析（圖5）  

 

 

機(jī)制解析：通過NO實(shí)時監(jiān)測與微生物群落關(guān)聯(lián)，揭示NO介導(dǎo)的NOB抑制與DPAOs富集機(jī)制。  

 

測量數(shù)據(jù)及其研究意義  

水質(zhì)指標(biāo)（圖2-3）  

 

 

 

數(shù)據(jù)：工藝B階段II出水NO??-N=4.28±0.38mg/L（對照13.79±0.81mg/L），PO?3?-P=0.54±0.15mg/L（對照2.59±0.22mg/L）  

 

意義：20mg/L NO??-N使TN/TP去除率提升至90%/89%，亞硝酸鹽積累率(NAR)達(dá)55%，證實(shí)旁流策略顯著提升連續(xù)流系統(tǒng)性能  

旁流池動態(tài)參數(shù)（圖4）  

 

數(shù)據(jù)：20mg/L NO??-N組NO峰值2.23mg/L（10mg/L組僅0.03mg/L），F(xiàn)NA濃度0.02-0.05mg/L  

 

意義：高NO??-N誘導(dǎo)產(chǎn)生高濃度NO，其抑制效應(yīng)強(qiáng)于FNA，是NOB抑制主因  

微生物群落（圖5）  

 

數(shù)據(jù)：NOB(Nitrospira)豐度從6.13%降至1.13%，DPAOs(Pseudomonas/Acinetobacter)豐度從0.81%/0.74%增至6.69%/5.48%  

 

意義：NO選擇性抑制NOB并富集DPAOs，優(yōu)化脫氮除磷微生物結(jié)構(gòu)  

 

丹麥Unisense電極數(shù)據(jù)的意義  

Unisense NO-500微電極（分辨率10秒）實(shí)現(xiàn)：  

高精度動態(tài)監(jiān)測：實(shí)時捕捉旁流池NO生成動態(tài)（圖4），揭示20mg/L NO??-N下NO峰值達(dá)2.23mg/L（10mg/L組僅0.03mg/L），明確劑量效應(yīng)閾值  

 

機(jī)制解析關(guān)鍵證據(jù)：NO濃度與NOB抑制（Nitrospira豐度降5%）、DPAOs富集顯著相關(guān)，證實(shí)NO而非FNA是核心抑制因子  

 

工藝優(yōu)化依據(jù)：NO持續(xù)產(chǎn)生時間（>60分鐘）指導(dǎo)旁流池最佳水力停留時間（3小時）設(shè)計(jì)，避免NO過量累積的毒性風(fēng)險(xiǎn)  

 

結(jié)論  

旁流亞硝酸鹽策略顯著提升A2/O性能：20mg/L NO??-N使TN/TP去除率達(dá)90%/89%，NAR提升至55%  

 

NO是核心作用因子：高濃度NO（2.23mg/L）選擇性抑制NOB（豐度降5%），促進(jìn)DPAOs增殖（豐度增6倍）  

 

效果可逆：停用旁流池后性能下降（TN去除率84%→90%），重啟后恢復(fù)  

 

工程應(yīng)用：策略適用于連續(xù)流系統(tǒng)，為低碳源污水處理提供新方向