于鹏飞

(凌源市应急供水建设管理处，辽宁 朝阳 102500)

1 实验材料与方法

1.1 研究对象

本研究实验所需的底泥均来自辽宁省凌源市大凌河支流白塔子河，该河水动力条件较差，是典型的城市黑臭水体，且污水从排污口不断纳入水体。底泥的基本理化性质：底泥铁含量为19.68～21.41g/kg，底泥AVS含量为122.74～133.24μmol/g。

1.2 研究方法

(1)

表1 厌氧氨氧化潜力培养实验组所添加基质

2 硫化物对黑臭河道底泥厌氧氨氧化潜力的影响

2.1 硫化物对底泥厌氧氨氧化潜力的影响

根据氨氮浓度变化，将添加亚硝酸盐和铵盐底泥厌氧氨氧化潜力培养组的培养周期分为5个阶段，1～53d氨氮释放阶段，53～95d氨氮削减初期，95～141d氨氮削减加快阶段；141～181d厌氧氨氧化启动阶段，以及181～211d厌氧氨氧化响应阶段；不同阶段氨氮的削减率变化见表2。

表2 厌氧氨氧化培养组不同阶段氨氮平均削减率单位：%

厌氧氨氧化培养组的不同运行阶段，只添加亚硝酸盐培养组的培养周期分为3个阶段[9]：1～53d氨氮释放阶段，53～181d亚硝氮还原阶段和81～211d对硫化物的响应阶段。该周期以亚硝酸盐还原过程为主导，表明底泥反硝化活性较高；添加铵盐、添加铵盐和亚硝酸盐的灭菌底泥对照培养组中，1～95d为底泥氨氮释放阶段，95～181d为氨氮削减阶段、181～211d为对硫化物的响应阶段。由于底泥对氨氮的吸附作用导致只添加铵盐的对照培养组的氨氮出现了一定程度的削减。另外，底泥中氨氧化古菌和部分耐高温细菌的作用会导致添加亚硝酸盐和铵盐培养组中氨氮、亚硝氮出现一定程度的削减。

硫化物对培养底泥厌氧氨氧化潜力的影响，如图1所示，可以看出，在181～211d厌氧氨氧化对硫化物的响应阶段，每个培养周期结束时硫酸盐的平均浓度为225.85mg/L，每个培养周期氨氮平均削减率为22.09%，亚硝酸盐的还原率达97.83%，即亚硝酸还原的贡献明显超过厌氧氨氧化过程，表明培养体系内反硝化过程仍占有重要地位，其中亚硝酸盐还原过程以硫自养反硝化为主。与第Ⅱ和第Ⅲ阶段氨氮的削减率相比，对硫化物的响应阶段明显降低，一方面由于厌氧氨氧化与硫自养反硝化过程竞争电子受体，另一方面硫化物明显抑制了厌氧氨氧化过程。

图1 硫化物对培养底泥厌氧氨氧化潜力的影响

2.2 碳氮比调控下硫化物对底泥厌氧氨氧化潜力的影响

碳氮比调控下(C/N为8)在不同阶段氨氮的削减率变化见表3。在第181d向反应体系加入50mg/L硫化物后明显抑制了厌氧氨氧化过程，氨氮削减率降至约29.34%。

表3 各阶段氨氮平均削减率 单位：%

碳氮比调控下硫化物对培养底泥厌氧氨氧化潜力的影响，如图2所示，可以看出，在81～211d厌氧氨氧化对硫化物的响应阶段，硫酸盐的平均浓度为114.59mg/L，氨氮平均削减率约29.64%，亚硝酸盐的还原率即可达到99.75%，该阶段氨氮的削减率远远低于亚硝酸盐的削减率，表明反硝化过程在培养体系内占主导地位。而碳氮比的高低对硫化物对厌氧氨氧化的抑制作用较小。由于碳氮比调控在一定程度上抑制了硫自养反硝化过程，导致厌氧氨氧化和硫自养反硝化的竞争作用减弱，使得低碳氮比调控组的氨氮的平均削减率略低于碳氮比调控组。

图2 碳氮比调控下硫化物对培养底泥厌氧氨氧化潜力的影响

2.3 硫化物对底泥硝酸盐还原型厌氧氨氧化潜力的影响

底泥硝酸盐还原型厌氧氨氧化潜力不同阶段氨氮的削减率变化见表4。在第181d向反应体系加入50mg/L硫化物后明显抑制了厌氧氨氧化过程，氨氮削减率降至约13.10%。

表4 各阶段氨氮平均削减率 单位：%

硫化物对培养底泥硝酸盐还原型厌氧氨氧化潜力的影响，如图3所示，可以看出，在81～211d厌氧氨氧化对硫化物的响应阶段，硫酸盐的平均浓度为236.15mg/L，氨氮均削减率约13.23%，硝酸盐的还原率可达到98.68%。硫化物明显抑制了厌氧氨氧化过程，导致该阶段氨氮的削减率远远低于亚硝酸盐的削减率，表明反硝化过程在培养体系内仍占主导地位。另外，由于亚硝酸盐作为电子受体比硝酸盐更有利于厌氧氨氧化过程，导致亚硝酸盐还原型厌氧氨氧化培养组(22.09%)氨氮的平均削减率明显高于硝酸盐还原型厌氧氨氧化培养组(13.10%)。

图3 硫化物对培养底泥硝酸盐还原型厌氧氨氧化潜力的影响

2.4 硫化物对底泥厌氧氨氧化潜力影响的评定分析

表5 硫化物对底泥培养组值变化的影响

对于厌氧氨氧化和反硝化共存体系，电子平衡分析方法能具体评定体系中不同过程的反应速率，而化学计量分析方法只能从生成物质和反应消耗比值作基本判断推测，且该判断依据较为粗略。硫化物对底泥培养组潜在厌氧氨氧化速率的影响见表6，可以看出，各厌氧氨氧化培养组的电子平衡分析方法与化学计量分析评定结果基本一致。根据厌氧氨氧化反应的电子流向平衡计算反应速率，添加硫化物后各底泥培养组的潜在的厌氧氨氧化反应速率PAANAMMOX相差较小，由于在反应体系中反硝化过程为主导使得本文实验中的反应速率明显高于文献[5]。根据硫自养反硝化过程的电子平衡分析可得，非碳氮比调控下PASAD高于PAANAMMOX，而碳氮比调控下PAANAMMOX高于PASAD，表明碳氮比调控对ANAMMOX过程有利，但不利于硫自养反硝化。

表6 硫化物对底泥培养组潜在厌氧氨氧化速率的影响

3 结语