固定化細胞進行部份硝化與厭氧氨氧化程序之可行性評估

由於厭氧氨氧化菌與厭氧氨氧化代謝途徑的最新發現,開啟了廢水自營性生物除氮程序的全新發展。如部份硝化程序、厭氧氨氧化程序,以及結合部份硝化與厭氧氨氧化之程序,比起傳統的硝化/脫硝程序,僅需較少之氧氣供給與不需額外添加碳源,但參予自營性生物除氮程序的厭氧氨氧化菌,為一相當特殊且極難培養之微生物,成為現今應用在實際廢水除氮上的一大問題。本研究之目的,係評估細菌固定化技術對提升部份硝化與厭氧氨氧化程序穩定性之可行性。首先從內湖污水處理廠取回活性污泥,馴養出研究所需之氨氧化菌與厭氧氨氧化菌,再進行氨氧化菌與厭氧氨氧化菌之固定化細胞製作及活化,以批次試驗探討固定化細胞應用於部份硝化與厭氧氨氧化程序之反應特性,最後再以螢光原位雜交法追蹤固定化細胞之菌相結構。研究結果顯示,固定化氨氧化菌可以在25天內活化成功,在初始氨氮濃度為10~600 mg-N/L的培養下,固定化氨氧化菌氧化氨氮的反應屬於零階反應,且不同初始氨氮濃度(10~600 mg-N/L)不影響固定化氨氧化菌的反應速率;更重要的是固定化氨氧化菌操作在溶氧濃度0.05~2.0 mg-O2/L,如此大範圍的溶氧條件下,皆可穩定的維持部份硝化作用,極具溶氧控制較為彈性之優勢。由上述成果可知固定化細胞可成功的應用於部份硝化程序。從本土活性污泥馴養得到厭氧氨氧化菌需要費時100日之久,且推測馴養期間,需先經過厭氧生物分解與脫硝作用兩個階段。本研究的懸浮厭氧氨氧化菌在初始氨氮、亞硝酸鹽氮濃度為15~60 mg-N/L之培養下,擁有之比活性(Specific activity) 0.89~3.33 mg-N/g-VSS‧hr ,且在初始亞硝酸鹽氮濃度比上初始氨氮濃度之比值在1.5時,懸浮厭氧氨氧化菌擁有較佳之比活性。然而,固定化細胞製作之過程亦可能對厭氧氨氧化菌造成傷害,活化馴養固定化厭氧氨氧化菌已經長達160日之久,系統中仍未見厭氧氨氧化之表現。

作者:吳祚樟