厭氧氨氧化耦合反硝化-亞硝化工藝的研究.pdf

1、近年來(lái)，水污染已經(jīng)成為制約可持續(xù)發(fā)展的重要因素，嚴(yán)重影響了生態(tài)平衡和人類(lèi)健康。2015年新提出的“水十條”中首次提出了深化污染物排放總量控制，將對(duì)水環(huán)境質(zhì)量有突出影響的總氮，納入流域、區(qū)域污染物排放總量控制約束性指標(biāo)體系。厭氧氨氧化(anammox)工藝是近年來(lái)新興起的一種新型的生物脫氮技術(shù)，具有工藝流程短、操作簡(jiǎn)單、整個(gè)過(guò)程中無(wú)氧化亞氮(N2O)生成、不需要曝氣和外加碳源等優(yōu)點(diǎn)。但是厭氧氨氧化工藝總氮去除率理論最大值僅88％，仍有一部

2、分以硝態(tài)氮形式存在的氮素不能被去除。厭氧氨氧化耦合反硝化工藝(SAD)可以同時(shí)去除氨氮、亞硝態(tài)氮、厭氧氨氧化過(guò)程中產(chǎn)生的硝態(tài)氮和一部分的有機(jī)物，能獲得更高的總氮去除率。
　　厭氧氨氧化反應(yīng)以氨氮為電子供體，以亞硝酸鹽為電子受體，而廢水中往往只含有氨氮，亞硝態(tài)氮的含量通常較少，單純應(yīng)用厭氧氨氧化工藝處理該類(lèi)廢水需要額外投加亞硝酸鹽，使得處理成本升高。厭氧氨氧化耦合亞硝化，使硝化反應(yīng)停留在亞硝態(tài)氮階段，將一半的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝態(tài)氮，繼而

3、剩余的氨氮與生成的亞硝態(tài)氮發(fā)生厭氧氨氧化反應(yīng)，該過(guò)程中減少了硝態(tài)氮的生成，降低了曝氣成本，且不需要額外投入亞硝酸鹽，同時(shí)減少了N2O的生成量。
　　本論文采用浸沒(méi)式厭氧膜生物反應(yīng)器（SAMBR）快速啟動(dòng)厭氧氨氧化耦合反硝化工藝（SAD）。向其中一個(gè)反應(yīng)器中添加活性炭，作為生物載體，以期減少反應(yīng)器內(nèi)膜污染，增強(qiáng)對(duì)氮素、COD的處理效果，同時(shí)微生物可以附著生長(zhǎng)，有利于反硝化菌的生長(zhǎng)。利用新型的序批式生物過(guò)濾反應(yīng)器(SBBGR)進(jìn)行厭氧

4、氨氧化耦合亞硝化工藝(SNAP)的研究。反應(yīng)器設(shè)置填料層和曝氣層使得好氧區(qū)和厭氧區(qū)得到有效的分區(qū)，這樣好氧菌和厭氧菌就能夠分區(qū)生長(zhǎng)，不同生長(zhǎng)環(huán)境的微生物能夠在同一反應(yīng)器中共存。污泥附著在隔板下層的填料上還可以有效地減少污泥流失，實(shí)現(xiàn)污泥的有效截留，更快地實(shí)現(xiàn)SNAP工藝的啟動(dòng)。
　　論文主要結(jié)論如下:
　　(1)啟動(dòng)階段低氮素負(fù)荷下的厭氧氨氧化工藝中厭氧氨氧化菌數(shù)量較少、活性較弱，對(duì)有機(jī)物濃度比較敏感，100 mg/L的CO

5、D濃度就會(huì)對(duì)厭氧氨氧化菌產(chǎn)生抑制作用，但這種抑制是可逆的，當(dāng)將COD濃度降至50 mg/L時(shí)，厭氧氨氧化菌活性恢復(fù)。
　　(2)在有機(jī)物存在的情況下，反硝化菌能夠利用厭氧氨氧化反應(yīng)生成的硝氮進(jìn)行反硝化作用。108d時(shí)，三個(gè)反應(yīng)器均完成厭氧氨氧化工藝的啟動(dòng)。對(duì)照組硝氮產(chǎn)量/氨氮去除量一直維持在0.25-0.27范圍內(nèi)，有機(jī)物參與的反應(yīng)器中的這個(gè)比值在0.2左右，甚至有時(shí)低于0.2。
　　(3)有機(jī)物的加入打破了厭氧氨氧化菌作為

6、優(yōu)勢(shì)菌的地位，在有機(jī)物的參與下反硝化菌數(shù)量增加了，且有活性炭存在的情況下，數(shù)量增長(zhǎng)更快。第120d時(shí)的qPCR結(jié)果可以看出，反應(yīng)器A內(nèi)厭氧氨氧化菌基因片段的拷貝數(shù)(4.39×109copies/mL)明顯高于其他兩個(gè)反應(yīng)器(3.19×109copies/mL、3.28×109copies/mL)，反硝化菌的數(shù)量由大到小依次為反應(yīng)器C、反應(yīng)器B、反應(yīng)器A。厭氧氨氧化菌所屬的浮霉菌門(mén)（Planctomycetes）在反應(yīng)器A中所占的百分比(

7、40％)遠(yuǎn)高于其他兩個(gè)反應(yīng)器（分別為22.5％和11.6％）。
　　(4)SNAP工藝中一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，DO、pH和氮素轉(zhuǎn)化規(guī)律呈周期性變化，好氧階段以AOB菌為主發(fā)揮作用，而厭氧階段以厭氧氨氧化菌為主發(fā)揮作用。
　　(5)中層污泥由于受到水力剪切力的影響較小，微生物容易附著在填料上生長(zhǎng)，微生物豐度和多樣性都高于其他地方。中層污泥微生物的OUTs數(shù)比其他兩層多了500個(gè)左右，ACE、Chao1和Shannon指數(shù)也高于其他兩