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CANONプロセスを用いた潮流式湿地システムからの窒素除去に及ぼす季節的な温度変化の影響
[Effects of seasonal temperature variation on nitrogen removal from a tidal flow constructed wetland system with CANON process].
PMID: 32530251 DOI: 10.13287/j.1001-9332.202005.034.
抄録
本研究では、完全自己栄養的窒素除去法（CANON法）を用いた潮汐流構築型湿地（TFCW）において、季節的な温度変化が処理性能と窒素転換の基礎となるメカニズムに及ぼす影響を調査した。温度の違いにより、CANON法を用いたTFCWの窒素変換経路と窒素除去性能に周期的な変化が生じたが、これは主にシステム内の窒素除去のための支配的な細菌群集の変化によるものであった。温度が20.0℃以上になると、TFCWの窒素変換とそれに関連する微生物の特性に大きな影響を与え、CANONプロセスが窒素除去の主要経路であることがわかった。温度が20.0℃以下に低下すると、アナモックス菌の量と活性は異なる程度に減少した。9.3-20.0℃では、亜硝酸酸化細菌(NOB)の増殖と活性の増加により、CANONプロセスから硝化・脱窒プロセスがTFCWの主要な全窒素(TN)除去経路となり、システムのTN除去効率は34.8%±13.0%に低下した。また、2.2〜9.0℃の温度範囲では、低温で抑制されたアナモックス菌がNOBや脱窒剤と比較して優位性を発揮し、TFCWの窒素除去は再びキャノンプロセスに依存することがわかった。これに対応して、本システムの窒素除去率は54.8%±4.8%であった。本研究は、キャノンプロセスを用いたTFCWの最適化とその工学的応用につながるものであった。
We investigated the effects of seasonal temperature variation on the treatment perfor-mance and underlying mechanisms of nitrogen transformation in a tidal flow constructed wetland (TFCW) with the complete autotrophic nitrogen removal over nitrite (CANON) process. Different temperatures resulted in periodical variations in nitrogen transformation pathways and removal performance of the TFCW with CANON process, which was mainly due to the changes of dominant bacterial communities for nitrogen removal in the system. When temperature was higher than 20.0 ℃, nitrogen transformation and associated microbial characteristics in the TFCW were significantly affected, and the CANON process remained to be the principal pathway for nitrogen removal. The abundance and activity of anammox bacteria experienced different degrees of reduction when temperature dropped below 20.0 ℃. At the temperature of 9.3-20.0 ℃, the proliferation and increased activities of nitrite oxidizing bacteria (NOB) made the nitrification/denitrification process instead of the CANON process became the primary total nitrogen (TN) removal route in the TFCW, and the TN removal efficiency of the system declined to 34.8%±13.0%. Under the temperature range of 2.2-9.0 ℃, anammox bacteria, which was inhibited at the low temperatures, presented competitive advantage in comparison with NOB and denitrifiers, resulting that nitrogen removal in the TFCW relied on the CANON process again. Correspondingly, nitrogen removal rate of the system was 54.8%±4.8%. This study was conductive to the optimization of the TFCW with CANON process, as well as its engineering application.
探究了温度的季节性变化对基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)型潮汐流人工湿地(TFCW)脱氮性能及其微生物特性的影响。CANON型TFCW中的脱氮微生物群落在温度的季节性变化下会发生不同程度的改变,其脱氮途径及性能随之会出现周期的波動。填料层温度在20。0 ℃以上时对TFCW脱氮性能及其中的优势脱氮菌群无显著影响,CANON作用是系统脱氮的主要途径。当填料层温度低于20。0 ℃时,厌氧氨氧化菌丰度与活性显著降低,在9.3~20.0 ℃时，亚硝酸盐氧化菌(NOB)的增殖及其活性的提高使TFCW中脱氮的主要途径由CANON作用演替为硝化・反硝化作用,系统对总氮(TN)的去除率仅为(34．8±13.0)%;在2.2~9.0 ℃时,TFCW中的厌氧氨氧化菌在受到抑制的同时仍保持着对NOB和反硝化菌群的相对竞争优势，系统脱氮重新依赖于CANON作用,其对TN的去除率为(54.8±4.8)%。该研究可为CANON型TFCW工艺的优化及工程化应用参考提供。
探究了温度的季节性变化对基于亚硝化的全程自养脱氮(CANON)型潮汐流人工湿地(TFCW)脱氮性能及其微生物特性的影响。CANON型TFCW中的脱氮微生物群落在温度的季节性变化下会发生不同程度的改变,其脱氮途径及性能随之会出现周期性的波动。填料层温度在20.0 ℃以上时对TFCW脱氮性能及其中的优势脱氮菌群无显著影响,CANON作用是系统脱氮的主要途径。当填料层温度低于20.0 ℃时,厌氧氨氧化菌丰度与活性显著降低,在9.3~20.0 ℃时,亚硝酸盐氧化菌(NOB)的增殖及其活性的提高使TFCW中脱氮的主要途径由CANON作用演替为硝化/反硝化作用,系统对总氮(TN)的去除率仅为(34.8±13.0)%;在2.2~9.0 ℃时,TFCW中的厌氧氨氧化菌在受到抑制的同时仍保持着对NOB和反硝化菌群的相对竞争优势,系统脱氮重新依赖于CANON作用,其对TN的去除率为(54.8±4.8)%。该研究可为CANON型TFCW工艺的优化及工程化应用提供参考。.