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小編導(dǎo)讀 以固定填料填充床生物膜反應(yīng)器為厭氧氨氧化反應(yīng)器,，采用低負(fù)荷培養(yǎng)法培養(yǎng)富集厭氧氨氧化菌，并研究其脫氮效能,。結(jié)果表明,，低負(fù)荷培養(yǎng)法可以在較短時(shí)間內(nèi)(40 d左右)快速啟動(dòng)厭氧氨氧化反應(yīng)器；穩(wěn)定期反應(yīng)器出水氨氮和亞硝氮去除率均接近100%,。系統(tǒng)在受到高濃度有機(jī)物和NO2--N抑制后恢復(fù)時(shí)間較短,，恢復(fù)后，出水水質(zhì)穩(wěn)定,、系統(tǒng)耐沖擊負(fù)荷強(qiáng),。上流式固定床反應(yīng)器具有高負(fù)荷和高效率的優(yōu)點(diǎn)，反應(yīng)器的基質(zhì)氮去除速率可達(dá)2.79 kg N/(m3·d),。 厭氧氨氧化(Anaerobic ammonium oxidation,，ANAMMOX）是指一類浮霉菌屬細(xì)菌在厭氧條件下以亞硝酸鹽為電子受體氧化銨鹽,，最終產(chǎn)生N2和少量硝酸鹽的過(guò)程。與傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)相比,，厭氧氨氧化反應(yīng)具有無(wú)需外加有機(jī)碳源,、污泥產(chǎn)量少、溫室氣體排放量低等優(yōu)點(diǎn),，大大地節(jié)約能源,、降低了運(yùn)行成本。厭氧氨氧化菌的發(fā)現(xiàn)給污水處理工藝的發(fā)展帶來(lái)了新的契機(jī),，成為近年來(lái)污水處理領(lǐng)域的熱點(diǎn),。 本試驗(yàn)以城市生活污水亞硝化出水為基本水質(zhì)進(jìn)行配水，通過(guò)調(diào)控進(jìn)水（pH,、NH3-N 濃度,、NO2--N濃度）、水力停留時(shí)間等條件,，研究了厭氧氨氧化的快速啟動(dòng)和脫氮效能,，考察系統(tǒng)失穩(wěn)以及失穩(wěn)后的恢復(fù)情況，并對(duì)其脫氮過(guò)程進(jìn)行了分析,。 研究采用的反應(yīng)器如圖1所示,，反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制成，有效容積1.9 L,，反應(yīng)器置于水浴中并配有溫控裝置,。填料為改性微生物膜載體，其主要成分為高密度聚乙烯,。試驗(yàn)期間,，反應(yīng)器內(nèi)溫度恒定為（32±1）℃,。進(jìn)水由蠕動(dòng)泵泵入反應(yīng)器,，基質(zhì)（氨氮和亞硝酸鹽氮）隨水流上升運(yùn)動(dòng)，由厭氧氨氧化菌轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，?jīng)由三相分離器分離,，氮?dú)鈴姆磻?yīng)器頂部的氣室溢出，出水從反應(yīng)器上部的溢流堰排出,。 試驗(yàn)原水采用實(shí)驗(yàn)室短程硝化反應(yīng)器出水,，原水水質(zhì)如表1所示，根據(jù)Anammox反應(yīng)器氨氮負(fù)荷大小,，按照比例加入氯化銨,、亞硝酸鈉獲得試驗(yàn)用水。厭氧氨氧化反應(yīng)器接種污泥為厭氧生物濾池污泥,。 COD采用密閉回流法測(cè)定,；TN采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定,；NH3-N采用納氏試劑分光光度法測(cè)定；NO2--N采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法測(cè)定,；NO3--N采用紫外分光光度法測(cè)定,。 厭氧氨氧化菌普遍存在于自然界，接種普通污泥可以成功啟動(dòng)ANAMMOX反應(yīng)器,，但是為了縮短反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間,，本試驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行的厭氧生物濾池的污泥進(jìn)行接種?？紤]到厭氧氨氧化接種污泥中厭氧氨氧化菌數(shù)量較少且活性較低,，啟動(dòng)階段，在低基質(zhì)濃度高上升流速的培養(yǎng)條件下,，富集厭氧氨氧化菌群數(shù)量并提高其活性,。運(yùn)行過(guò)程中，進(jìn)水pH值為7.1±0.1,，水力停留時(shí)間為6.5h,，回流比約為15。 厭氧氨氧化系統(tǒng)啟動(dòng)階段氮素變化如圖2,、圖3所示,。前20 d，因?yàn)檫M(jìn)水濃度較低（NH3-N濃度約為35.53 mg/L,，NO2--N濃度約為36.62 mg/L）,，污泥具有一定的適應(yīng)性，但NH3-N和NO2--N的去除率僅為26.58%和37.36%,，系統(tǒng)出水COD去除量明顯,，僅有少量的硝酸鹽氮生成，系統(tǒng)反硝化作用較強(qiáng),。隨后逐步提高系統(tǒng)的進(jìn)水總氮濃度,，進(jìn)水總氮負(fù)荷由開(kāi)始的0.5 kg N/(m3·d)增加至第90 d的3.58 kg N/(m3· d)，主要目的是增強(qiáng)反應(yīng)系統(tǒng)的厭氧氨氧化能力,。 自30 d起,，反應(yīng)器的厭氧氨氧化活性開(kāi)始顯現(xiàn)，氨氮和亞硝酸鹽氮的去除量,、硝酸鹽氮的生成量均有增加,，NH3-N和NO2--N的去除率提升到85.21%和85.95%。第40 d開(kāi)始,，提高進(jìn)水TN負(fù)荷,，進(jìn)水NH3-N濃度約為82.5 mg/L，NO2--N濃度為100.6 mg/L,，而系統(tǒng)△NO2--N/△NH3-N和△NO3--N/△NH3-N分別為1.31和0.37,，則認(rèn)為厭氧氨氧化系統(tǒng)成功啟動(dòng),。第65 d時(shí)，逐步提高進(jìn)水氨氮和亞硝酸鹽氮濃度,，由于反應(yīng)器中厭氧氨氧化活性趨于穩(wěn)定,，出水亞硝酸鹽氮和氨氮濃度快速下降并處于較低水平，NH3-N＜0.9 mg/L,，去除率高達(dá)99.3%,；NO2—N＜3.0 mg/L，去除率高達(dá)97.7%,。與前期相比,，TN去除率也有了大幅度提升，而產(chǎn)生的硝酸鹽氮也有了明顯的提高,，厭氧氨氧化系統(tǒng)TN去除率達(dá)到80%,，系統(tǒng)容積氮去除負(fù)荷從初期的0.2 kg N/(m3·d)上升到2.79 kg N/(m3·d)，TN去除率高達(dá)83.5%,，略低于理論值,。 厭氧氨氧化菌是一種生長(zhǎng)極其緩慢的化能自養(yǎng)菌，對(duì)外界條件的變化極其敏感,。因此,，在厭氧氨氧化工藝長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中需要嚴(yán)格地控制反應(yīng)條件，如果出現(xiàn)脫氮性能惡化,，需要及時(shí)調(diào)控,，否則可能導(dǎo)致反應(yīng)系統(tǒng)崩潰。試驗(yàn)中,，考察了加入亞硝化垃圾滲濾液出水運(yùn)行時(shí)工藝失穩(wěn)的情況,。 自90 d起，加入稀釋了10倍的亞硝化垃圾滲濾液出水,，垃圾滲濾液水質(zhì)如表2所示,，進(jìn)水氨氮為45 mg/L，亞硝酸鹽氮60 mg/L,，以此濃度運(yùn)行了10 d,，結(jié)果如圖4、圖5所示,。氨氮去除率在95%，亞硝酸鹽氨的去除率達(dá)到98%,，系統(tǒng)出水TN＜150 mg/L,。從第100 d起，加大了摻入進(jìn)水的濃度,，氨氮濃度高達(dá)450 mg/L,，亞硝酸鹽氮濃度為360 mg/L,，當(dāng)天氨氮去除率下降到30%，亞硝酸鹽氮還保持較高的去除率,。經(jīng)過(guò)約8 d的運(yùn)行,，氨氮去除率下降到20%，亞硝酸鹽氮的去除率僅約30%,。Lotti等研究表明當(dāng)NO2--N濃度為400 mg/L時(shí),，厭氧氨氧化活性降低50%。Chamchoi 等發(fā)現(xiàn)在UASB連續(xù)流中,，當(dāng)COD濃度＞300mg/L時(shí)會(huì)抑制AnAOB的活性,。因此可以認(rèn)為高濃度有機(jī)物和NO2--N對(duì)厭氧氨氧化菌產(chǎn)生了抑制作用，最終導(dǎo)致厭氧氨氧化系統(tǒng)崩潰,。 系統(tǒng)恢復(fù)時(shí),，必須及時(shí)用清水從反應(yīng)器內(nèi)洗出殘余基質(zhì)，以緩解高濃度NO2--N對(duì)系統(tǒng)的抑制作用,，再通過(guò)降低進(jìn)水負(fù)荷,，使反應(yīng)器性能逐漸恢復(fù)。從第115 d起,，改變反應(yīng)器水力停留時(shí)間為13 h,，并使用系統(tǒng)崩潰前水質(zhì)進(jìn)行恢復(fù)，經(jīng)過(guò)約15 d的運(yùn)行,，氨氮去除率達(dá)到95%,，亞硝酸鹽去除率＞90%，去除負(fù)荷也從90 d時(shí)的0.5kg N/（m3·d）,，恢復(fù)到系統(tǒng)崩潰前水平,，系統(tǒng)得以恢復(fù)。之后的100 d,，逐步提高配水TN負(fù)荷,，當(dāng)進(jìn)水NH3-N和NO2--N高達(dá)350 mg/L和380 mg/L的情況時(shí)，出水濃度均＜10 mg/L,，TN去除率高達(dá)81.2%,。 在厭氧氨氧化反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中，伴隨著NH3-N和NO2--N的去除,，有少量NO3--N生成,，氨氮的去除量、亞硝酸鹽氮的去除量,、硝酸鹽氮的理論生成量之比為1：1.32：0.26,。如圖6所示，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行前期氨氮和亞硝酸鹽氮的去除量沒(méi)有明顯的規(guī)律,，且波動(dòng)較大,。運(yùn)行40 d后,，△NO3--N/△NH4+-N均值為1.15，△NO2--N/△NH4+-N為0.23,，均低于理論值,。原因可能為本試驗(yàn)中進(jìn)水CODCr為60.6 mg/L，出水CODCr為48.4 mg/L,，在反應(yīng)器中CODCr去除量均值為12.2 mg/L,，這說(shuō)明發(fā)生了異養(yǎng)反硝化作用，即厭氧氨氧化生產(chǎn)的NO3--N會(huì)被反硝化菌還原為NO2--N,，繼而再與水中NH3-N發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng),，這就會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)器表現(xiàn)出來(lái)的△NO2--N/△NH3-N，△NO3--N/△NH3-N均變小,。 當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)失穩(wěn)后,，厭氧氨氧化反應(yīng)計(jì)量學(xué)關(guān)系立即被打破，如圖7所示,，第90~115 d,，△NO2--N/△NH3-N和△NO3--N/△NH3-N的波動(dòng)較大且沒(méi)有規(guī)律，系統(tǒng)恢復(fù)后,，直至第135 d,，△NO2--N/△NH3-N和△NO3--N/△NH3-N才接近系統(tǒng)失穩(wěn)前的數(shù)值，此時(shí)△NO2--N/△NH3-N和△NO3--N/△NH3-N分別為1.09和0.27,。 （1） 通過(guò)接種厭氧生物濾池污泥,，在低基質(zhì)濃度、高上升流速的培養(yǎng)條件下,，反應(yīng)器啟動(dòng)40 d后,，總氮去除率達(dá)到70.5%，實(shí)現(xiàn)了厭氧氨氧化反應(yīng)器的快速啟動(dòng),。 （2）高負(fù)荷運(yùn)行的厭氧氨氧化反應(yīng)器中,，氨氮的去除率均值為98.8%，亞硝酸鹽氮的去除率高達(dá)96.6%,。系統(tǒng)容積負(fù)荷從初期的0.2 kg N/(m3·d)上升到3.52 kg N/(m3·d),，TN去除率高達(dá)83.5%。 （3）系統(tǒng)受到高濃度有機(jī)物和NO2--N抑制后,，系統(tǒng)穩(wěn)定性遭到破壞,；使用低濃度廢水進(jìn)行恢復(fù)，經(jīng)過(guò)15 d的恢復(fù)到穩(wěn)定前水平,，厭氧氨氧化反應(yīng)器可以高效去除污水中的 NO2--N和NH3-N,，并且濃度均可以控制在較低水平。 （4） 厭氧氨氧化反應(yīng)器表現(xiàn)出來(lái)的△NO2--N/△NH3-N和△NO3--N/△NH3-N分別為1.09和0.27,；除了反應(yīng)了厭氧氨氧化反應(yīng)特性,，同時(shí)也包含了可能存在的反硝化反應(yīng)和硝化反應(yīng)。
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