低基質(zhì)亞硝化與厭氧氨氧化脫氮效能及微生物特性研究.pdf

1、亞硝化（PN）與厭氧氨氧化（ANAMMOX）組合工藝的開(kāi)發(fā)，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)生物脫氮工藝的不足，并且其容積效能遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的生物脫氮工藝，被視為最具可持續(xù)發(fā)展意義的新型生物脫氮工藝。目前亞硝化和厭氧氨氧化工藝的研究處理對(duì)象主要是污泥消化上清液和垃圾滲濾液等高溫高氨氮廢水上，而對(duì)于常溫低氨氮的城市生活污水處理的研究并不多見(jiàn)。為了深化PN-ANAMMOX工藝的理論研究，使PN-ANAMMOX工藝廣泛地應(yīng)用于城市污水廠，本研究以實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的亞硝化

2、反應(yīng)器和厭氧氨氧化反應(yīng)器為對(duì)象，從亞硝化反應(yīng)器的啟動(dòng)策略，穩(wěn)定亞硝化的影響因素、不同溫度下厭氧氨氧化反應(yīng)器的脫氮效能、不同溫度下厭氧氨氧化反應(yīng)器微生物群落結(jié)構(gòu)特征及演替規(guī)律、常溫下厭氧氨氧化反應(yīng)器的影響因素、PN-ANAMMOX工藝處理實(shí)際生活污水的探索等方面開(kāi)展了研究。
　　亞硝化反應(yīng)器可采用多種反應(yīng)器形式，本研究開(kāi)展了連續(xù)攪拌反應(yīng)器（CSTR）和移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（MBBR）的亞硝化試驗(yàn)，比較兩種形式的反應(yīng)器在常溫低氨氮階段的

3、亞硝化效果。結(jié)果表明CSTR反應(yīng)器比MBBR反應(yīng)器更容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的亞硝化。這是由于CSTR反應(yīng)器是完全混合式的，反應(yīng)器內(nèi)NOB的活性可以持續(xù)全面地被高游離氨和低溶解氧所抑制，并且可以通過(guò)人工排泥將某些可能適應(yīng)高游離氨環(huán)境的NOB洗脫掉，但是在MBBR反應(yīng)器中，少量適應(yīng)高游離氨的環(huán)境的NOB卻能夠和其他微生物在載體表面附著形成生物膜，因此很難被單獨(dú)洗脫。另外通過(guò)將 CSTR反應(yīng)器投加的堿度類(lèi)型從單獨(dú)的NaHCO3轉(zhuǎn)為NaHCO3和NaOH

4、聯(lián)合投加，在獲得較好亞硝化效果的同時(shí)可以減少約60％的原料成本。與單獨(dú)投加 NaHCO3相比，NaOH的加入可以更為強(qiáng)烈地抑制 NOB的活性，即使存在短時(shí)間的高濃度溶解氧或高 pH值的沖擊，反應(yīng)器亞硝化效果也能夠快速恢復(fù)。
　　考慮到嘗試將厭氧氨氧化工藝應(yīng)用于城市生活污水處理中，本研究進(jìn)行了中溫條件下厭氧氨氧化反應(yīng)器的啟動(dòng)和常低溫低基質(zhì)條件下厭氧氨氧化反應(yīng)器的運(yùn)行試驗(yàn)。33±1℃水溫下，在100天內(nèi)成功啟動(dòng)了厭氧氨氧化反應(yīng)器，在進(jìn)

5、水氨氮和亞硝態(tài)氮濃度都為73 mg/L的情況下，總氮去除率為88.3±6.5%。在20±2℃，HRT1.5 h，進(jìn)水氨氮和亞硝態(tài)氮濃度分別為29 mg/L、41mg/L時(shí)，反應(yīng)器平均總氮去除負(fù)荷達(dá)到1.00 g/(L·d)，平均總氮去除率為87.6%，出水（NH4++NO2-）濃度為0.08±0.08 mg/L，出水總氮濃度為5.3~12.1 mg/L。在15±1℃和10±1℃水溫下，厭氧氨氧化濾池依然表現(xiàn)出很高的脫氮效能，平均總氮去除

6、率分別為82.5%、73.0%。
　　本研究考察了20±2℃水溫時(shí)厭氧氨氧化反應(yīng)器脫氮效能的影響因素，結(jié)果表明當(dāng)進(jìn)水堿度≤350 mg/L時(shí)，堿度的變化對(duì)厭氧氨氧化菌活性的影響較大，在反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，控制進(jìn)水堿度/氨氮比值≥1.2，可使反應(yīng)器總氮去除率保持在80%以上。另外由于本研究厭氧氨氧化生物反應(yīng)器進(jìn)水中一直含有0.6~1.5 mg/L的溶解氧，在考察溶解氧濃度對(duì)反應(yīng)器脫氮效能影響時(shí)，發(fā)現(xiàn)其對(duì)高濃度溶解氧有很強(qiáng)的抵抗能力，當(dāng)

7、進(jìn)水溶解氧濃度≤3.0 mg/L時(shí)，反應(yīng)器總氮去除率可以保持較高的水平。
　　本研究對(duì)不同運(yùn)行溫度下的厭氧氨氧化反應(yīng)器內(nèi)的微生物群落特征進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在進(jìn)水基質(zhì)不含有機(jī)碳源的情況下，反應(yīng)器內(nèi)仍鑒定出了大量不同的菌屬。其中厭氧氨氧化菌（Candidatus Brocadia屬和Candidatus Jettenia屬）、反硝化菌和硝化細(xì)菌共生于反應(yīng)器，但AOB和NOB菌屬較為單一。同時(shí)檢測(cè)到相對(duì)比例較多的Dokdonella屬好

8、氧異養(yǎng)菌和Gallionella屬好氧自養(yǎng)菌，它們的存在促進(jìn)了生物膜微環(huán)境的穩(wěn)定，這也是常溫低溶解氧低氨氮基質(zhì)進(jìn)水的厭氧氨氧化濾柱穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。在較低運(yùn)行溫度（15±1℃）時(shí)，厭氧氨氧化菌的活性有所降低，但是反應(yīng)器內(nèi)Denitratisoma屬反硝化菌在脫氮過(guò)程中發(fā)揮了重要作用，使得厭氧氨氧化濾柱在15±1℃甚至10±1℃也有很好的脫氮效能。
　　基于以上研究結(jié)果，本研究利用高負(fù)荷生物濾池處理實(shí)際生活污水獲得低COD、高氨氮的二