热灭活亚硝酸盐氧化还原酶快速构建IFAS-PN/A系统实现垃圾渗滤液高效脱氮

本研究创新性地通过热灭活亚硝酸盐氧化还原酶(NXR)快速(仅2天)构建集成固定膜活性污泥部分亚硝化-厌氧氨氧化(IFAS-PN/A)系统，在22-28°C条件下处理成熟垃圾渗滤液240天，实现总无机氮(TIN)去除率96.89%和脱氮速率0.683 kg N/(m3·d)。研究揭示了热处理、生物毒性和微生物拮抗协同作用促使亚硝酸盐氧化菌(NOB)快速淘洗，以及厌氧氨氧化菌(AnAOB)在生物膜中的富集规律(17.83%)，为垃圾渗滤液处理提供了高效工程化解决方案。

　　

Highlight

本研究采用通过热处理快速建立的IFAS-PN/A系统，在22-28°C条件下成功处理成熟垃圾渗滤液。长污泥龄(30-35天)有效保留絮状污泥，确保为AnAOB提供充足亚硝酸盐，实现TIN去除率96.89%和脱氮速率(NRR)0.683 kg N/(m³·d)。微生物群落分析显示NOB被快速淘洗，AnAOB在生物膜中富集达17.83%，优势菌属从Candidatus Brocadia转变为Candidatus Kuenenia(占比17.12%)。

实验装置与运行流程

研究使用有效容积4L的序批式反应器(SBR)，填充50%的K3生物膜载体(AnoxKaldnes?，比表面积500 m²/m³)。通过机械搅拌器维持污泥和载体悬浮。该SBR通过热处理建立，前期已运行176天处理合成废水。

IFAS-PN/A系统长期运行表现

系统性能如图1所示。通过逐步提高渗滤液比例(I-III阶段)和缩短水力停留时间(HRT)(IVb-c阶段)强化氮负荷(NLR)。值得注意的是，IVa阶段NLR设计与III阶段相当。

在I阶段(1-49天)，投加渗滤液初期10天内出水NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度显著波动，TIN去除效率下降。

IFAS-PN/A系统NOB完全淘洗的机制

本研究中，IFAS/PNA系统通过热处理建立后，从第92天起在絮状污泥和生物膜中几乎检测不到NOB相关菌属、硝酸盐还原酶(NUR)和NXR活性(图2b、3b和6a)。可能原因包括：

首先，Nitrotoga的NXR酶活性可能被选择性抑制。其次，渗滤液中高浓度游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)产生生物毒性。第三，AnAOB与NOB对基质的竞争产生微生物拮抗作用。

结论

通过热处理快速建立的IFAS-PN/A系统成功在22-28°C处理成熟垃圾渗滤液。长SRT(30-35天)有效保留絮状污泥，确保为AnAOB提供充足亚硝酸盐，实现TIN去除率96.89%和NRR 0.683 kg N/(m³·d)。微生物分析显示NOB被快速淘洗，AnAOB在生物膜富集达17.83%，优势菌属为Candidatus Kuenenia(17.12%)。