厌氧氨氧化工艺及其污泥颗粒化的试验研究

厌氧氨氧化工艺及其污泥颗粒化的试验研究（精选13篇）

篇1：厌氧氨氧化工艺及其污泥颗粒化的试验研究

厌氧氨氧化及其工艺的研究现状

厌氧氨氧化工艺是生物脱氮领域里不断发展起来的新工艺,具有自身的优势,有很好的发展前景.通过介绍厌氧氨氧化的.发展,进而谈到对厌氧氨氧化菌的研究.重点介绍了目前已开发出的三种厌氧氨氧化工艺:两相SHARON-ANAMMOX工艺、OLAND工艺、CANON工艺.

作 者：马从安 张树德 MA Cong-an ZHANG Shu-de  作者单位：河北理工大学,建筑工程学院,河北唐山,063009 刊 名：河北理工大学学报(自然科学版) 英文刊名：JOURNAL OF HEBEI INSTITUTE OF TECHNOLOGY(NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)： 30(3) 分类号：X703 关键词：厌氧氨氧化   生物脱氮   SHARON-ANAMMOX   OLAND   CANON  

 

篇2：厌氧氨氧化工艺及其污泥颗粒化的试验研究

接种不同普通活性污泥培养厌氧氨氧化污泥的研究

摘要：采用厌氧氨氧化反应器(ASBR).分别以普通厌氧活性污泥、混合污泥、好氧活性污泥为种泥,通过对氨氮,N02-N等指标监测、分析及污泥颜色的.观察,研究采用不同普通活性污泥为种泥启动ASBR的可行性及差异.结果表明.ASBR反应器A和B成功启动.C因反应器故障,启动失败.采用厌氧活性污泥为接种污泥(反应器A),当进水N的容积负荷为kg/(m3・d)时.氨氮平均去除率为14.4%.p(NO;-N:p(NH4+-N)变化量为1.24.采用混合污泥为接种污泥(反应器B).N的容积负荷于前者相同时,氨氮去除率平均29.7%,p(N02-N):p(NH4+N)变化量为1.27.采用混合普通活性污泥作为种泥培养厌氧氨氧化污泥优于单一厌氧普通活性污泥.作 者：韦启信    操家顺    周文理    WEI Qi-xin    CA Jia-shui    ZHOU Wen-li  作者单位：河海大学环境科学与工程学院,江苏,南京,210098 期 刊：江苏环境科技  ISTIC  Journal：JIANSU ENVIRONMENTAL SCIENCE AND TECHNOLOGY 年，卷(期)：, 21(4) 分类号：X2 关键词：厌氧氨氧化    普通活性污泥    ASBR   

篇3：厌氧氨氧化工艺及其污泥颗粒化的试验研究

关键词：厌氧氨氧化,污水处理,脱氮,影响因素

一直以来,大部分污水均是以降解COD和去除SS为主要的处理目标,未对N、P等营养物质的去除作全面考虑。从化学需氧量的去除向氮盐去除的转变问题是中国当前环境问题的主要矛盾。N、P等营养物质是造成水体富营养化重要因素,特别是水中NH3-N是造成水体缺氧性恶化的罪魁祸首。近几年来,NH3-N污染迅速加剧,成为许多水体和流域的超标最显著的污染物。截至“十一五”末期,中国城镇生活污水处理厂的排污量占排污总量的50%上,生活污水NH3-N的排放量占NH3-N排放总量的70% 以上。在“十二五”阶段,氨氮已继COD、二氧化硫之后成为污染物总量减排的重要控制指标。水体氮素的高效控制成为保障水质与水生态安全的重要节点[1]。

传统的脱氮工艺主要为是硝化-反硝化脱氮,且需要外加碳源(如甲醇),这样不但增加了额外设施和处理成本,还会造成出水的COD升高,难以保证低碳源废水脱氮效率。因此,如何降低成本和提高总氮去除率成为处理低碳源污水所面临的主要问题。近年来,随着新的生物脱氮途径的发现,厌氧氨氧化技术作为高效低耗的生物脱氮工艺之一渐渐进入人们的视线,在实践应用方面也取得了相当的进展。

1 厌氧氨氧化的反应机理及其优点

厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation,ANAMMOX),指在厌氧条件下通过厌氧氨氧化菌的作用,以亚硝酸氮为电子受体,氨氮为电子供体,将亚硝酸氮和氨氮同时转化为N2的过程。厌氧氨氧化过程是一个产能反应,理论上可以提供微生物生长所需要的能量。M.Strous 等根据化学计量和物料衡算估计厌氧氨氧化总的反应方程式[2]如下:

NH+4+1.32NO-2+0.066HCO-3+0.13H+→1.02N2+

0.26NO-3+0.066CH2O0.5N0.15+2.03H2O

从反应方程式可以看出NH+4和NO-2反应比为1:1.32,并消耗0.13个H+。Anammox工艺由荷兰Delft技术大学Kluyver 生物技术实验室研究开发,其主要优点为:

(1)反应只消耗CO2和HCO-3,无需外加有机碳源作为电子供体,在节约成本的同时,不产生二次污染。

(2)只需在进水环节将NH3-N氧化为亚硝酸氮,且无需把水中NH3-N全部进行氧化,这样节省了供氧动力消耗。

(3)反应过程中几乎无N2O的产生,解决了传统硝化—反硝化工艺中产生的温室气体的问题。

(4)Anammox过程中产泥量少。

2 影响厌氧氨氧化进行的主要因素

2.1 碳源

厌氧氨氧化菌属化能自养的专性厌氧菌,生长缓慢,当存在有机物时,异养菌增殖较快,从而抑制厌氧氨氧化活性。但对于有机物含量较低而含氨较高的废水,采用Anammox 工艺仍具有很好的处理效果,甚至在含苯酚330 mg/L 的条件下仍具有较高的活性和氨去除率。碳源是影响Anammox反应的重要因素。张杰等[3]深入探讨了废水中不同类型的碳源对厌氧氨氧化反应的影响,得出以下结论:①一定范围内IC浓度的提高(IC界限值≤55.7 mg/L),将利于厌氧氨氧化菌的生长,当进一步提高IC 浓度时,厌氧氨氧化反应速率将会降低。②TOC的存在将会降低厌氧氨氧化菌的活性,且浓度越高其抑制作用越强,短时间内该抑制作用是可逆的。③TOC浓度越高,厌氧氨氧化反应器中亚硝酸盐消耗量越大。杜兵等证实:在以有机生活污水为模拟废水的二级反应器中,难降解有机物对利用厌氧氨氧化菌实现高NH3-N、低碳氮比废水高效生物脱氮没有太大影响。吴立波等[4]人的研究表明,在同一含量下,按照抑制作用由强到弱排列为:甲醇>乙酸钠>葡萄糖。但三者对厌氧氨氧化的抑制机理有所不同。

2.2 溶解氧

氧对厌氧氨氧化活性有抑制作用。Strous等[2]采用间歇曝气的方式运行厌氧氨氧化反应器,结果表明,在好氧条件下没有氨的氧化,只有在缺氧条件下才具有厌氧氨氧化活性,但氧对厌氧氨氧化活性的抑制作用是可逆的。随后进一步研究了厌氧氨氧化菌对氧的敏感程度,即使是微氧条件(<0.5%空气饱和度)仍能完全抑制厌氧氨氧化活性。将厌氧氨氧化技术应用于废水脱氮时,需设置一个前置的短程硝化反应器,这就不可避免地会在进水中引入氧。在稳定运行的厌氧氨氧化反应器中通常都存在一定数量的好氧菌,能够为厌氧氨氧化菌解除氧毒,使得该技术的开发应用有了可靠的保障。

2.3 磷酸盐和亚硝酸盐

高浓度的磷酸盐(PO3-4)和亚硝酸盐(NO-2)对厌氧氨氧化菌活性有抑制作用。因此在厌氧氨氧化菌的研究中,通常采用碳酸盐作为pH缓冲液,而不是采用磷酸盐缓冲液。NO-2是一种“三致”物质,在进行废水脱氮处理时,可作为出水水质的主要控制指标,尽量降低其在系统中的浓度,从而可消除其对厌氧氨氧化菌的抑制作用。不同的菌种对这些物质的耐受力不同,NO-2浓度高于10 mmol/L时即对Broeadia Anammoxidans产生抑制作用[5],加入5 mmol/L以上的PO3-4完全抑制其活性,但1 mmol/L的PO3-4对其活性无影响[6]。

2.4 温度

温度主要体现在对厌氧氨氧化菌活性的影响[7],一般来讲,厌氧氨氧化菌处于最适温度时,生物活性最稳定。李小霞等[8]的研究表明,Anammox反应适宜的温度范围为30~35 ℃。

2.5 光

厌氧氨氧化菌属光敏性微生物,光能抑制其活性,降低30%~50%的氨去除率。试验研究中通常将厌氧氨氧化试验装置置于黑暗中进行,在实际应用中,可将反应器设计成封闭型,以减少光对其处理能力的影响。

2.6 pH

Anammox反应是一个产碱反应,因而随反应进行pH 逐渐升高,控制反应的pH 至关重要。郑平等[9]通过低进水pH冲击对高负荷(总氮负荷9.3~27.7 kg/(m3·d))Anammox反应器效能影响的研究,得出结论:低pH对反应器效能的直接影响比游离亚硝酸毒性造成的影响大。张树德[10]等以生物滤池为反应器,考察了厌氧氨氧化滤池的pH值与基质去除的变化规律。研究表明,pH值随滤层的加深而变化,在pH=7.58时,变化趋势较缓慢;pH>7.58时,pH值变化幅度较大,NH+4-N和NO-2-N的平均去除负荷较高;而pH<7.58时,pH值先下降后上升,NH+4-N和NO-2-N的平均去除负荷较低。在pH=7.98时去除负荷达到最大。

2.7 HRT

反应器选取合适的HRT至关重要。吴立波等[4]的研究表明,通过调节HRT发现,当HRT>8 h时,NH+4-N和NO-2-N的去除率都在80%以上。陆天友[11]等证实:系统HRT过短会导致含氮污染物去除不完全,HRT过长则污泥可能已经解体,认为取HRT为10 d是合理的。

2.8 盐度

盐度是影响基质去除率的重要因素。郑平等[9]考察了厌氧氨氧化反应器处理高盐度、高浓度含氮废水的可行性,结果表明:①高盐度显著抑制厌氧氨氧化菌活性,而且这种抑制具有可逆性。②合理驯化可赋予厌氧氨氧化反应器处理高盐度含氨废水的潜能,但在高盐度条件下长期运行,反应器容易失稳。

2.9 基质浓度(有机物浓度)

基质浓度直接制约Anammox反应的去除效果。王俊安等[12]的研究表明,在一定浓度范围内,氨氮和亚硝态氮浓度的提高,有利于提高Anammox生物滤池对总氮的去除负荷,而无法保证对总氮的去除率。唐崇俭等[13]研究发现,上流式中试厌氧氨氧化反应器可在进水亚硝酸盐浓度为(380.4±18.3)mg/L 稳定运行,继续提升至(480.5±21.9)mg/L时,反应器性能恶化。郑平等[12]证实采用低基质浓度启动不设出水回流操作模式的去除效果明显优于高基质浓度启动设置出水回流的操作模式。

2.10 抑制剂

Anammox 反应的抑制剂包括亚硝态氮、氨氮和磷酸盐等。唐崇俭等[12]的研究表明:①NO-2N毒性显著强于NH+4-N,在进水NO-2-N浓度较高或者进水NO-2-N/NH+4-N 相对较高的条件下,反应器性能易因基质抑制而失稳;②NH+4-N可通过游离氨抑制厌氧氨氧化,触发反应器性能恶化。王俊安等[13]考察磷酸盐浓度对厌氧氨氧化效能的影响时得出,磷酸盐对Anammox 存在一定的可逆性抑制作用。当进水TP大于10 mg/L 时,产生抑制作用。

2.11 反应器构造

反应器的选择首先要考虑是否具有高效生物截留能力,其次是造价、运行稳定性和操作费用,因此不同反应器和同一反应器在不同条件下去除效果不同。李秀芬等[14]指出用高径比为4.6的升流式ASBR能够有效地解决微生物流失和污泥沉降性等问题,进而缩短Anammox反应器启动时间。

3 存在问题与展望

综上所述,可以看出生物脱氮技术,具有处理成本低、易于操作、无二次污染的优势,而且随着生物脱氮机理一些新突破和发展,生物脱氮技术未来发展优势将更加明显,具有广阔的前景。就目前来说,在以下几个方向上仍有着一定的探索空间:

(1)中国幅员辽阔,不同地区的地域和气候条件差异较大,高纬度地区的季节更替明显,温差变化较大,寒冷地区冬季,生物脱氮处理工艺在低气温、低水温的情况下,普遍处理效率较低,难以满足废水处理达标排放要求。因此如何保证低温条件下生物脱氮工艺稳定高效去除效果尤为重要,需要研究人员进一步针对低温特性开展更加深入的生物脱氮技术与工艺研究。

(2)与传统的生物脱氮工艺相比,生物脱氮新技术在降低操作难度和运行成本方面更具有其独特优势,但新型生物脱氮技术研究仍大多还处于起步阶段,在大规模工程应用方面稍显不足。但是由于其较传统生物脱氮的优势,必将成为未来废水生物脱氮的重要途径,因此,还需要进一步开展新型生物脱氮技术的规模化和应用化研究。

篇4：浅谈厌氧氨氧化及其工艺的研究

关键词厌氧氨氧化；SHARON／ANAMMOX；OLAND；前景

中图分类号X703.1文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)041-0191-01

目前，随着工农业生产的发展和人民生活水平的提高，含氮化合物的排放量急剧增加，引起了严重的水体环境污染和水质富营养化问题，许多湖泊水体已不能发挥其正常功能进而影响了工农业和渔业生产。近年来，国内外学者一直在寻找一种低能耗、高效率的新型生物脱氮技术。就目前情况而言，厌氧氨氧化由于是自养的微生物过程、不需要外加碳源以及反硝化、污泥产率低，成为国内外学者研究的热点问题。

1厌氧氨氧化原理

厌氧氨氧化反应是由奥地利理论化学家Engelbert Broda在1977年根据反应的自由能计算而提出的。后来在荷兰Delft技术大学一个中试规模的反硝化流化床中发现了ANAMMOX工艺。厌氧氨氧化是指在厌氧或缺氧条件下，微生物直接以NH4+作为电子供体，以NO3-或NO2-作为电子受体，将NH4+、NO3-或NO2-转变成N2的生物氧化过程。反应方程式如下：

NH4++0.85O2→0.435N2+0.13N03-+1.3H2O+1.4H+ （1）

ANAMMOX工艺在发生反硝化反应时不需外加碳源。因为反应所产生的吉布斯自由能能够维持自养细菌的生长，这一现象是摩德尔等对使用硫化物作电子供体的流化床反应器中自养菌反硝化运行工况进行仔细观测和研究发现的。

1）存在的问题。厌氧氨氧化工艺启动缓慢，世界上第一座生产性装置的启动时间长达3.5年，过长的启动时间是其工程应用的重大障碍。

厌氧氨氧化菌为自养菌，以CO2为碳源，无需有机物，因此厌氧氨氧化工艺适于处理C/N值较低的含氮废水。在大多数的实际废水中，有机物往往与氨氮共存，不利于厌氧氨氧化菌的生长。厌氧氨氧化的基质为氨和亚硝酸盐，均具毒性，尤以亚硝酸盐毒性更大。厌氧氨氧化工艺的运行稳定性是其工程应用必须解决的重大难题。

2）解决的方法。研究证明，厌氧氨氧化工艺的启动过程依次呈现菌体自溶、活性迟滞、活性提高和活性稳定等4个阶段。为此可采取如下控制对策：①在菌体自溶阶段，消除接种物中的残留有机物，控制反硝化所致的pH过高；②在活性迟滞阶段，将进水基质浓度控制在较低水平，避免基质的毒害作用；③在活性稳定阶段，兼顾高效眭和稳定性，将容积负荷控制在最高容积潜能的70％左右，避免反应器负荷过载。研究发现，投加少量（体积比为2％）实验室培育的高活性厌氧氨氧化污泥，可有效缩短中试厌氧氨氧化反应器的启动时间。

2厌氧氨氧化技术与传统生物脱氮技术的比较

与传统的硝化反硝化工艺或同时硝化反硝化工艺相比，氨的厌氧氧化具有不少突出的优点：①无需外加有机物作电子供体，既可节省费用，又可防止二次污染；②硝化反应每氧化lmol NH4+需耗氧2mol氧，而在厌氧氨氧化反应中，每氧化1mol NH4+只需0.75mol氧，耗氧下降了62.5%（不考虑细胞合成时），所以可使耗氧能耗大为降低；③传统的硝化反应氧化1mol NH4+可产生2H+，反硝化还原1molNH3-将产生1mol OH-而氨厌氧氧化的生物产酸量大为下降，产碱量降至为零，可以节省可观的中和试剂。

3厌氧氨氧化工艺应用现状

目前对厌氧氨氧化开展的研究较多集中于理论方面，实际用于工业规模的运行装置还不多见。目前主要有荷兰Dem工业大学提出的SHARON/ANAMMOX工艺及氧限制自养硝化反硝化OLAND工艺等。

1）SHARON/ANAMMOX工艺。该工艺是荷兰Delft大学2001年开发的一种新型的脱氮工艺。基本原理是在高温和极短的泥龄条件下将氨的氧化过程控制在亚硝化阶段，然后利用缺氧条件下将氨的氧化过程控制在亚硝化阶段，然后利用缺氧条件进行反硝化。不需要污泥停留，只需要简单的连续流搅拌反应器。无污泥停留，则水力停留时间（HRT）等于污泥停留时间（SRT），控制HRT就可以控制SRT，因此可以通过HRT达到冲洗硝化菌，积累氨氧化菌的作用。

SHARON工艺的生化反应方程式为：

NH4++HCO3-+0.75O2→0.5NH4++0.5NO2-+CO2+1.5H2O （2）

ANAMMOX反应方程式为：

NH4++NH2-→N2↑+2H2O（3）

2）OLAND工艺。OLAND工艺是1998年由比利时根特大学微生物生态实验室开发研制的，是部分硝化与厌氧氨氧化相耦联的生物脱氮反应系统。该工艺的关键是控制D0值，使消化过程仅进行NH4+到氧化NO2-为阶段，由于缺乏电子受体，由NH4+氧化产生NO2-与剩余的NH4+形成N2。

OLAND工艺化学反应方程式：

0.5NH4++0.75O2→0.5NO2-+0.5H2O+H+ （4）

0.5NH4++0.5NO2-→0.5N2+H2O （5）

NH4++0.75O2→0.5N2+1.5H2O+H+（6）

该工艺氧耗量小，比传统的硝化/反硝化工艺节省供氧62.5%，不需外加碳源，对总氮的去除效率相当高。但目前存在的问题是在混合菌群体连续运行难以对氧和污泥的pH值进行良好的控制OLAND工艺是在低氧浓度下实现亚硝酸盐积累，但是对悬浮系统低氧下活性污泥易解体和发生丝状膨胀，因此处理效果有待于进一步研究。

4发展前景

厌氧氨氧化工艺可实现对氨氮和亚硝态氮的同时去除，具有很高的工程应用价值。在荷蘭、丹麦、日本等国，该工艺已成功用于消化污泥压滤液、马铃薯加工废水以及渗滤液等废水的脱氮处理。但是，厌氧氨氧化菌生长缓慢，细胞产率低，对环境条件敏感，导致厌氧氨氧化工艺的工程应用推进缓慢。

目前，厌氧氨氧化工艺在国外仅限处理污泥上清液，在国内尚处在试验阶段。鉴于厌氧氨氧化工艺的优点，节约碳源，节约能源，尤其是与SHARON工艺的结合是实现自氧脱氮的有效途径，使高氨氮、高碳源废水处理更加有效，成本更低。因此，这种新的工艺是今后的重点研究方向，但这方面在国内已经开始了研究工作，加强不同学科之间的交叉与合作，从工程应用、生态及微生物学等方面进行研究，使得对厌氧氨氧化的研究有所突破，使其研究和应用在废水处理领域中占有重要的地位。

参考文献

[1]国家环保局.生物脱氮技术[M].北京:中国环境科学出版社,1992.

[2]张树德,曹目凭.厌氧氨氧化脱氮新技术及特点[J].河北理工学院学报,2006,28(4):130-134.

[3]Broad E. Two kinds of lithotrphs missing in nature.Z. Allg. Microbiol,17:491-493.

[4]叶建锋.废水生物脱氮处理新技术[M].北京:化学工业出版社,2006,90-96.

[5]王绍文,罗志腾,钱雷.高浓度有机废水处理技术与工程应用[M].北京:冶金工业出版社,2003.

[6]唐受印,戴友芝.废水处理水热氧化技术[M].北京:化学工业出版社,2002.

[7]唐崇俭,郑平,陈建伟,等.中试厌氧氨氧化反应器的启动与调控[J].生物工程学报,2009,25(3):406-412.

篇5：厌氧氨氧化工艺及其污泥颗粒化的试验研究

SBR作为厌氧氨氧化前置工艺的研究

摘要：SHARON工艺的半亚硝化技术已经很成熟,但较低的工艺负荷限制了它的应用.SBR工艺亚硝化负荷虽高,但是如何在SBR中实现半亚硝化,使其与厌氧氨氧化联用的研究仍鲜见报道.本试验进行了一些基础研究,提出了“以DO为控制参数,进出水按比例混合”和“以pH为控制参数,用碱度控制出水比例”2种半亚硝化方法.从试验的结果看,2种方法各有优缺点,前者的`能耗较大,后者的操作比较繁琐,不过二者均可实现适宜的出水比例.作 者：王舜和 Wang Shunhe 作者单位：天津市市政工程设计研究院,天津,300051期 刊：环境工程 ISTICPKU Journal：ENVIRONMENTAL ENGINEERING年，卷(期)：,(z1)分类号：X7关键词：厌氧氨氧化 短程硝化 碱度 半亚硝化

篇6：厌氧氨氧化工艺及其污泥颗粒化的试验研究

以高氨氮模拟废水为研究对象,对影响亚硝化-厌氧氨氧化组合工艺脱氮效果的几个因素(DO、pH、碱度、有机物浓度、NH4+-N/NO2--N值)进行了考察,以期获得组合工艺的最佳运行方式.研究结果表明,在亚硝化温度为23～26℃,HRT=1 d,进水NH4+-N、TN浓度分别为350、420 mg/L,△NH4+-N/△NO2--N值为0.8～1.33的.条件下,组合工艺对NH4+-N、TN的最高去除率分别为99.9%、90.8%,平均去除率分别为96%、76.1%.组合工艺的脱氮效率严重受限于亚硝化系统出水的NH4+-N/NO2--N值及其稳定性.

作 者：卢俊平杜兵 孙艳玲 刘寅 司亚安 LU Jun-ping DU Bing SUN Yan-ling LIU Yin SI Ya-an  作者单位：卢俊平,LU Jun-ping(内蒙古农业大学,水利与土木建筑工程学院,内蒙古,呼和浩特,010018)

杜兵,孙艳玲,刘寅,司亚安,DU Bing,SUN Yan-ling,LIU Yin,SI Ya-an(北京市环境保护科学研究院,北京,100037)

刊 名：中国给水排水  ISTIC PKU英文刊名：CHINA WATER & WASTEWATER 年，卷(期)： 22(15) 分类号：X703.1 关键词：亚硝化   厌氧氨氧化   生物脱氮  

篇7：厌氧氨氧化和其他工艺的耦合反应

摘要：基于厌氧氨氧化的`脱氮工艺是生物脱氮领域的热点,介绍了厌氧氨氧化分别与亚硝化工艺的耦合、与硝化反应的耦合及与异养反硝化的耦合工艺,从理论、动力学及生物学上提出厌氧氨氧化与自养反硝化工艺耦合的设想及发展方向.作 者：佟迪    张旭    田文婷    张文文    于海华  作者单位：佟迪(沈阳路路通市政工程有限公司,辽宁,沈阳,110012)

张旭(东北大学设计研究院,辽宁,沈阳,110014)

田文婷,张文文,于海华(沈阳建筑大学,市政与环境工程学院,辽宁,沈阳,100168)

篇8：厌氧氨氧化工艺及其污泥颗粒化的试验研究

关键词：厌氧氨氧化菌,脱氮机理,污水处理

1 引言

1.1 厌氧氨氧化菌概述

1932年, Allgeier等研究发现位于美国的Mendota湖的低质在发酵过程中会产生氮气, 但是并未对机理有明确阐述;1965年, 日本学者Koyama等研究发现Kizakiko湖低质中所产生的氮气是由氨氮直接发酵而形成的;1977年, Broda等基于热力学反应的自由能等进行了计算和推测, 认为在自然界中存在着能够进行厌氧氨氧化作用的反硝化氨氧化菌。1995年Mulde等在荷兰某酵母生产企业的污水处理系统中对高氨废水进行处理时发现了Aammox细菌的存在, 指出厌氧氨氧化菌在厌氧条件下以羟胺等作为中间产物, 可以实现将亚硝酸盐和氨氮氧化还原转化形成氮气[1]。随后大量的学者对厌氧氨氧化菌开展了深入研究, 发现Aammox细菌在淡水湖泊、厌氧水体、温泉以及海洋水体和沉积物等多种自然环境中广泛存在。

1.2 厌氧氨氧化菌的生理生化特点

Anammox细菌的世代周期约为10天, 其生长较为缓慢, 菌体呈球菌状, 直径很小, 对光、氧气等等较为敏感。对厌氧氨氧化菌进行富集培养时, 其污泥颜色会由棕色转变成深红色, 但目前尚未获得该细菌的纯培养菌株[2]。

Anammox细菌与其他细菌相比较而言具有明显不同的一些生理生化特点, 具体如下:第一, 该细菌的脂质呈环形阶梯状, 是一种独特的梯形膜脂质, 目前仅在该细菌中发现存在有这种梯形膜脂质, 其组成成分主要为酯-脂肪酸、醚-脂肪酸两类脂肪酸;第二, 该细菌具有厌氧氨氧化体, 这是一种非常独特的细胞结构, 是进行厌氧氨氧化作用以及能量代谢的场所, 在厌氧氨氧化体的膜上附着进行氧化还原反应所需的酶。

2 厌氧氨氧化菌脱氮机理在污水处理中的应用

厌氧氨氧化菌的存在能够将氨氮氧化还原成为氮气的过程大大缩短, 有效减少了在脱氮过程中对物质和能量的损耗。

2.1 ANAMMOX工艺及其反应机理

厌氧氨氧化工艺是指以NO2-作为氧化剂, 将NH4+-N氧化为氮气, 也可以是以NH4+-N作为还原剂将NO2-还原为氮气的一种生物脱氮反应[3]。目前国内外许多学者对厌氧氨氧化的反应机理开展了大量的研究, 其中主要研究内容包括反应过程中氮素转化途径、主要的中间产物以及参与反应的酶等方面。据报道, 厌氧氨氧化脱氮技术在实验室不同的反应器中的应用方面均已经获得良好的运行效果, 例如上流式反应器、混合床SBR反应器等, 但与此同时在应用的过程中也存在很多问题, 例如由于Anammox细菌生长较为缓慢从而致使反应器启动时间和响应时间过长。

国内外许多学者通过N示踪试验对厌氧条件下的氨氧化机理开展了大量的研究, 结果显示可能的厌氧氨氧化菌脱氮机理如下:Anammox细菌将NO2-作为氧化剂, 以羟胺、联氨等作为中间产物从而实现了对NH4+-N的转化、脱除。此外, 有研究发现, Anammox细菌消耗底物 (NH4+-N和NO2-) 的比例为1:1.32, 这其中多出的亚硝酸盐在厌氧条件下被氧化成硝酸盐, 氧化还原过程中所产生的电子用于CO2的合成, 具体反应式如下:

2.2 SHANON-ANAMMOX工艺及其反应机理

由上述反应式中可知:在厌氧氨氧化过程中进行氧化还原反应的反应底物NH4+-N和NO2-的比例大致相等, 因此在高NH4+-N、低NO2-的污水处理前期过程中必须将部分NH4+-N转化为NO2-, 即所谓的硝化阶段, 从而有效保证厌氧氨氧化过程中的反应底物比例保持大致相等。SHARON-ANAMMOX工艺正是为适应这种需要而产生的, 其机理大致如下:在大约一半的氨氮被氧化之后, 由于p H的降低、溶氧受限等会抑制剩余氨氮继续氧化, 从而SHARON反应器就能够成功使厌氧氨氧化所需要的反应底物保持大致相等的浓度比。其反应式如下:

NH4++1.5O2→NO2-+2H++H2O

2.3 厌氧氨氧化技术在污水处理领域的发展趋势

厌氧氨氧化脱氮技术在污水处理的应用中相对于传统的硝化-反硝化脱氮技术来说, 表现出明显的优势, 因而该技术在污水处理中具有极其广阔的发展应用前景。ANAMMOX反应底物为NH4+和NO2-, 但是实际上在污水中的氮素大部分以有机氮、氨氮的形态存在, 很少存在有亚硝态氮, 因此如何为厌氧氨氧化反应提供稳定的NO2-来源成为厌氧氨氧化技术在污水处理的应用中必须解决的主要问题, 也是该技术未来研究和应用的发展趋势。目前, 许多研究者为了解决这一问题, 基于厌氧氨氧化技术开发出了许多类型的脱氮工艺, 例如亚硝化-厌氧氨氧化工艺、硫酸型厌氧氨氧化工艺等。这些为数众多的新型工艺的研究与应用极大地促进了ANAMMOX技术在污水处理领域的应用, 最终实现对污水的低能耗处理。

参考文献

[1]王惠, 刘研萍, 陶莹, 刘新春.厌氧氨氧化菌脱氮机理及其在污水处理中的应用[J].生态学报, 2011, (07) :2019-2028.

篇9：厌氧氨氧化工艺及其污泥颗粒化的试验研究

【关键词】厌氧氨氧化工艺；低氨氮污水；影响因素

1、引言

处理污水是我国目前环境保护以及城市建设的一项重要工作。目前，我国城市污水处理厂存在着碳源不足、有机物偏低等情况，使得获取的脱氮效率不能够得到保证。而根据此种情况，人们逐渐开发了许多更为高效、新型的脱氮工艺。其中，厌氧氨氧化是其中最为经济、最为有效的一种脱氮途径，在我国目前得到了较大范围的应用。而为了能够使这种方式能够获得更好的污水处理效果，就需要我们对其处理效果的影响因素进行更为深入的研究。

2、影响因素的研究

在本试验中，我们使用的是下向流生物膜滤池，其高度为2m，内径为7cm，并使用高度为1.6m的页岩颗粒作为其填料。之后，我们将该城市中某污水处理厂的二沉池出水作为我们的试验原水，在此基础上以不同的方式对其进行试验。

2.1底物影响

在厌氧氨氧化反应中，其是以亚硝酸盐氮以及氨氮作为反应基质。根据以往经验我们可以了解到，当这两种材料自身浓度达到一定程度时，其就会对厌氧氨氧化的过程产生一个抑制的作用。当然，这个研究结果是仅对于高氨氮污水处理的，在此基础上，为了能够对同等情况下低氨氮污水的处理效果进行试验，我们在保证进水氨氮不变的情况下陆续向水中投入一定量的亚硝酸盐，并观察投入之后的结果。

经过一定的观察，我们可以发现当进水NO2--N浓度升高时，其对于污水中氨氮元素的去除速率也随之增大，而当NO2--N值处于118mg/L时，其对于水中氨氮的去除效率则会达到最高，并且会在继续加入NO2--N后出现了去除速率下降的情况。由此可知，当污水中NO2--N浓度较低时，我们通过NO2--N浓度增加的方式能够有效的促进我们的厌氧氨氧化过程，而当NO2--N浓度过高时，则会对厌氧氨氧化过程产生一定的抑制作用。

2.2碳的影响

我们使用厌氧氨氧化技术的最主要原因，就是能够在无需消耗大量碳源的情况下完成消除氮的目的。但是在我们实际对城市污水进行处理的过程中，还是不能够完全脱离碳的存在。在这种情况下，就需要我们能够对污水中有机碳以及无机碳这两种方式对于厌氧氨氧化反应所能够产生的影响进行把握，并以此来帮助我们更好的提升处理效率。

2.2.1无机碳影响

通过我们向池中污水无机碳的投入，我们可以发现当进水无机碳浓度逐渐提升时，系统对于氨氮的去除速度也会随之提升，并且会到达一个处理的最高值；而当我们继续向水中加大无机碳浓度时，对于氨氮的去除速率则会呈现出一个下降的趋势。通过此点，我们则可以了解到在我们向水中适当的增加无机碳浓度时，能够较好的促进污水中厌氧氨氧化菌的生长，并在这个过程中使其同其它厌氧氨氧化菌的竞争基质能力得到了增强，并最终出现了去除速率逐渐下降的情况。即一定含量的无机碳能够帮助我们获得更好的氨氮去除效率，但是过高浓度却会对污水中厌氧氨氧化菌的生长产生一定的不利影响。

2.2.2有机碳影响

对于有机碳来说，我们在保持进水氨氮浓度保持恒定的情况下将其中加入无机碳。当无机碳浓度升高的同时，整个系统对于氨氮的去除效率反而会随之下降。这种情况的存在则表明，污水中有机物浓度也会对我们的厌氧氨氧化反应产生较大的影响，这是因为厌氧氨氧化菌本身就属于一种化能自养的专性厌氧菌，当其中存在一定浓度的有机物时，那么就会使系统中异养菌增殖速度远远超过厌氧氨氧化菌，并因此对厌氧氨氧化菌的活性产生了一定的抑制作用，并使其所具有的脱氨效率也随之降低，另一方面，这种异养菌的存在也会同无水肿的厌氧氨氧化菌同时竞争NO2--N，而这也会对污水处理效果产生较大的负面影响。

2.3温度影响

在大部分化学反应中，温度都是对微生物、细菌代谢以及生长情况具有影响的一项重要条件，而在厌氧氨氧化工艺中，随着我们对其温度的提升则可以看到其对于氨氮的去除效率也得到了提升，且随着污水温度的变化，厌氧氨氧化池中所具有的容积负荷率也会产生一定的变化：当污水温度提升时，其所具有的容积负荷率也会随之提升。从这一系列效果中我们则可以了解到，厌氧氨氧化反应对于温度具有非常敏感的特点，且当温度较高时更利于反应的进行，对于污水的处理效果也就更好。

2.4pH影响

pH对于厌氧氨氧化反应所具有的影响也是我们需要重点考虑的一部分。而在具体应用中，其对于我们污水处理所具有的影响主要表现对基质以及细菌的影响上，且污水中亚硝酸盐以及氨氮的分配情况也会对处理效果產生一定的影响。而为了能够更好的研究厌氧氨氧化过程中pH的变化情况，我们对系统滤池pH值进行了一系列的检测。

检测发现，随着系统中厌氧氨氧化反应的进行，系统中pH的沿程也随之增加，并当厌氧氨氧化反应结束之后系统中的pH变化情况则趋于平稳。从这里我们则可以了解到，虽然系统中厌氧氨氧化菌所具有的异化作用不会对整个系统的pH值产生影响，但其中所存在的自养生物却会根据固定二氧化碳的应用使周围环境变为一种碱性的形态。正是基于此点，在我们实际开展厌氧氨氧化过程时，也需要能够对其中pH值进行良好的控制，以保证反应的更好运行。

3、结束语

在上文中，我们对于厌氧氨氧化工艺处理低氨氮污水的影响因素进行了一定的分析与研究，而在实际处理的过程中，也需要我们能够对各类因素的最优效果进行控制，以保证反应的高效运行。

参考文献

[1]唐崇俭，郑平，汪彩华，张吉强，陈建伟，丁爽.高负荷厌氧氨氧化EGSB反应器的运行及其颗粒污泥的ECP特性[J].化工学报，2010（03）：101-102.

[2]陈建伟，郑平，唐崇俭，余燚.低pH对高负荷厌氧氨氧化反应器性能的影响[J].高校化学工程学报，2010（02）：320-324.

篇10：低浓度氨氮废水的厌氧氨氧化研究

采用污泥混合接种的`方法,利用UASB反应器进行厌氧氨氧化菌混培物的培养与驯化,反应器连续运行了210 d.当含氮模拟废水进水NH3-N浓度和NO2--N浓度分别为3～5 mmol/L和4～6 mmol/L时,其最大去除率分别达68.0%和95.1%.扫描电镜结果表明,厌氧氨氧化菌混培物以形状不规则的短杆菌为主.

作 者：张龙 肖文德 Zhang Long Xiao Wende  作者单位：张龙,Zhang Long(华东理工大学,资源与环境工程学院,上海,200237)

肖文德,Xiao Wende(华东理工大学,资源与环境工程学院,上海,200237;华东理工大学,化工学院,上海,200237)

篇11：厌氧氨氧化工艺及其污泥颗粒化的试验研究

摘要：立足于国内外处理高氨低碳废水相关工艺的`最新研究成果,以厌氧氨氧化工艺实现养殖废水的处理.在厌氧SBR反应器中,以厌氧反硝化泥作为接种污泥进行厌氧氨氧化研究[1,2],在低负荷条件下,采用厌氧氨氧化工艺处理实际猪场废水,近2个月的时间启动厌氧氨氧化反应器,氨氮去除率有稳定提高趋势.验证了利用厌氧氨氧化工艺处理类似养殖废水的高氨氮废水的可能性.作 者：何占飞    付永胜    荀方飞    汪则灵    HE Zhan-fei    FU Yong-sheng    XUN Fang-fei    WANG Ze-ling  作者单位：西南交通大学,环境科学与工程学院,四川,成都,610031 期 刊：水资源与水工程学报  ISTIC  Journal：JOURNAL OF WATER RESOURCES AND WATER ENGINEERING 年，卷(期)：2008, 19(2) 分类号：X703 关键词：废水处理    厌氧氨氧化    生物脱氮    碳氮比   

★ 低质量浓度废水厌氧生物处理的动力学模拟及工程实践

★ 新型废水厌氧处理工艺--内循环厌氧反应器

★ 百欧仕EGSB厌氧处理PTA废水工程实例分析

★ 电化学方法处理校园废水COD的研究

★ 微电解处理农药废水试验研究论文

★ 硫化黑工艺母液--大苏打废水的处理研究

★ 光催化氧化法处理高聚物废水的研究

★ Fenton试剂处理选矿废水的试验研究

★ 厨余垃圾厌氧消化技术研究

篇12：厌氧氨氧化工艺及其污泥颗粒化的试验研究

关键词：厌氧氨氧化,低氨氮浓度废水

1 引言

目前比较成熟的脱氮工艺为传统硝化-反硝化工艺,在这个基础上人们不断对生物脱氮技术进行研究,提出许多可行的脱氮工艺。其中厌氧氨氧化是最有前途的一种脱氮途径。厌氧氨氧化工艺(ANAMMOX,anaerobic ammonium oxidation)是由荷兰Delft技术大学开发的[1]。1995年,荷兰Delft技术大学的Mulder等人在处理工业废水的中试反硝化流化床中观察到了氨氮和亚硝酸盐氮成比例去除,并伴随着N2生成的现象,将其命名为厌氧氨氧化。Van de Graaf等[2]提出在厌氧氨氧化过程中NO2-是关键的电子受体。厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation,Anammox)的基本原理是在厌氧或缺氧的条件下,微生物直接以NH+4-N为电子供体,以NO-2-N为电子受体,将NH+4-N、NO-2-N转变成N2的生物氧化过程[3]。

厌氧氨氧化工艺常常用来处理高氨氮浓度的废水,比如垃圾渗滤液、污泥消化液等,但是随着人们生活水平的提高,城市污水的C/N值的降低,同时污水处理厂出水水质标准提高,依靠传统脱氮工艺,难以保证脱氮效率。Kuypers[4]等人在黑海中发现厌氧氨氧化菌能够高效地消耗从黑海表层区域进入到下层厌氧区的无机氮,从而说明在氨氮浓度极低的条件下,厌氧氨氧化反应也能顺利进行,在这一可行性分析之下,人们用不同的反应器对低浓度条件下厌氧氨氧化反应进行了研究。

2 SBR反应器

操家顺[4]等采用特制的HHU-2T型往复式水浴恒温振荡器,在SBR反应器中,以好氧硝化污泥和厌氧污泥作为接种污泥进行混合培养,为了使厌氧氨氧化工艺运用于城市污水处理中,试验进水氨氮浓度一般维持在12 mg/L,由于氨氮浓度很低,厌氧氨氧化的富集时间较高浓度氨氮条件下(一般为100 d左右)更长,约5个多月才完成了反应器的启动,但成功启动后氨氮和亚硝氮的去除率均达到90%以上,高于多数高氨氮条件下启动的厌氧氨氧化反应器的去除效率。在此基础上,研究了pH值、温度及化学需氧量(COD)对厌氧氨氧化反应过程的影响,并确定各因素的最佳控制范围。研究结果表明:在低质量浓度氨氮(NH2+-N～12 mg/L)条件下,厌氧氨氧化反应pH值为7.5～8.0、温度为30～35℃、COD为0～50 mg/L时反应达到最佳状态。

3 下向流生物膜滤池反应器

随着厌氧氨氧化反应器在低浓度条件下启动成功,张树德[5]、李捷[6]等采用下向流生物膜滤池,采用厌氧氨氧化工艺处理二沉池原水,研究发现试验过程中,氨氮、亚氮的消耗量及硝态氮的生成量三者之间的关系为m(△NH4-N):m(△NO3-N):m(△NO3-N)=1:(1～1.5):(0.17～0.27),由此知道滤池中氨氮的去除主要依赖于厌氧氨氧化菌的作用,该工艺不仅适用于处理高氨氮废水,也可用于城市生活污水深度处理中,作为废水生物处理的最后一道工序。

4 CANON工艺反应器

郝晓地[7,8]等提出生物膜内CANON工艺的实施依赖于其间微生物(亚硝化细菌、硝化细菌、厌氧氨氧化细菌)的竞争,这三种细菌相互竞争氧和亚硝酸盐氮,由于亚硝化细菌与硝化细菌对氧的亲和性不同以及传质限制等因素,亚硝酸盐氮在生物膜表层聚集是有可能的,当氧向生物膜内扩散并被消耗后,出现厌氧层,厌氧氨氧化菌就有可能生长,随着未被硝化的氨氮与亚硝化后的亚硝酸盐氮扩散到厌氧层,ANAMMOX反应便发生了。

南开大学环境工程实验室[9]采用厌氧上流式固定床生物膜反应器(UFB),对亚硝化和厌氧氨氧化所在CANON反应器的启动进行了研究。根据郝晓地等的理论认识,试验过程中首先在厌氧条件下,以氨氮和亚氮为进水基质,使载体富集厌氧氨氧化生物膜,然后当氨氮、亚氮的消耗量和硝氮的生成量之比达到1:1.32:0.26[10]的变化区间时,认为厌氧氨氧化菌挂膜成功,此后在微曝气的条件下,使进水不含亚氮基质,开始亚硝化菌和厌氧氨氧化菌的同时富集培养,试验过程变化如图1所示。

从图1可以看出,在由厌氧氨氧化向CANON转化的过程中,随着进水亚氮的逐渐减少甚至为零时,始终存在着氮损失,说明在进水没有亚氮的情况下,厌氧氨氧化反应仍在进行,这是因为微曝气条件下促进了亚硝化菌的生长,从而为厌氧氨氧化反应提供所需要的亚氮。

5 UASB反应器

张龙[11]等人采用污泥混合接种的方法,利用UASB反应器进行厌氧氨氧化菌混培物的培养与驯化,反应器连续运行了210 d。当含氮模拟废水进水的NH3-N浓度和NO2-N浓度分别为3～5 mmol/L和4～6 mmol/L时,其最大去除率分别达68.0%和95.1%。扫描电镜结果表明,厌氧氨氧化菌混培物以形状不规则的短杆菌为主。

孟凡[12]能等人用UASB反应器研究了混合污泥接种的厌氧氨氧化处理污泥脱水液的启动问题。采用UASB反应器,接种由好氧颗粒污泥、厌氧颗粒污泥、氧化沟活性污泥及短程硝化活性污泥组成的混合污泥,以污泥脱水液经短程硝化处理后水质为进水,在温度为(30±0.2)℃,pH值为7.3～7.9,初期进水氨氮、亚硝氮容积负荷分别为0.07,0.10 kg/(m3·d)条件下,经过24 d运行,氨氮和亚硝氮得到稳定同步去除,186 d时TN去除负荷达0.99 kg/(m3·d)。启动初期氨氮、亚硝氮进水浓度分别为20,30 mg/L,二者浓度随去除量增加而逐级增加,最高分别达到157 216 mg/L;启动过程中,系统受到O2抑制以及O2和亚硝氮基质的连续抑制,分别经过了约10 d和30 d才得以恢复。厌氧氨氧化(ANAMMOX)反应与反硝化反应可以共存于系统中,产气量与总氮去除呈正比关系,可及时地指示系统运行状态,对气体成分检测,氮气含量在99.8%。在稳定期ANAMMOX反应呈pH值升高而碱度略有降低。接种混合污泥、低基质负荷会启动ANAMMOX,可在30 d内实现稳定的氨氮和亚硝氮同步去除,180 d左右启动成功。

6 结语

综上所言,可以看出厌氧氨氧化反应不仅适用于处理高氨氮浓度的废水,而且在低氨氮浓度条件下同样能适用,厌氧氨氧化反应需要基质中同时含有氨氮和亚氮,南开大学环境工程实验室中的研究说明,亚硝化和厌氧氨氧化可以在CANON反应器中同时实现,节省了占地面积和基建投资,并对城市污水的深度处理具有一定的指导意义。但目前厌氧氨氧化工艺这些应用研究还都处于起步阶段,仍有许多问题需要去解决。例如:如何实现亚硝酸盐在适宜浓度范围内的积累,如何控制硝化出水中NO2--N/NH4+-N以满足后续厌氧氨氧化反应的需要;厌氧氨氧化工艺是生物脱氮工艺,并不能去除有机物,但有机物会对其产生较大影响,如何克服这种抑制作用;厌氧氨氧化菌倍增时间长,提高其扩增速度,促进其大量繁殖,并有效持留。这些难题对于ANAMMOX工艺的实际应用具有重要的现实意义,值得进一步探究。

参考文献

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[3]Tal Y,Watts J E M,Schreier H J.Anaerobic Ammo-nia-oxidizing Bacteria and Related Activity in Baltimore Inner Harbor Sedi2ment[J].Applied and Environmental Microbiology.2005,71(4):1816～1821

[4]周凌,操家顺,蔡娟,许明.低浓度氨氮条件下厌氧氨氧化反应器的启动研究[J].给水排水,2006,32(11):34～37

[5]张树德,李捷,尹文选,熊必永,等.ANAMMOX工艺在生活污水深度处理中的应用研究.给水排水,2005,31(6):12～17

[6]李捷,熊必永,张杰.生活污水脱氮新技术.哈尔滨工业大学学报,2007,39(4):561～565

[7]Xiaodi Hao.Heijnen,Joseph J,Van Loosdrecht,Mark C.M.Model-based evaluation of temperature and inflow variations on a partial nitrifica-tion-ANAMMOX biofilm process.Water Research,36(19):4839～4849

[8]Xiaodi Hao,Joseph J.Heijnen,Mark C.M.van Loos-drecht.Sensitivity Analysis of a Biofilm Model Describing a One-Stage Completely Autotrophic Nitrogen Removal.Biotechnology and Bioengi-neering,2002,77(3):266～277

[9]彭新红.厌氧氨氧化在低氨氮浓度下的应用研究:[硕士学位论文].天津:南开大学,2005

[10]D.Paredes,P.K.,T.S.A.Mbwette,F.Stange,R.A.Müller,H.Kser.New Aspects of MicrobialNitrogen Transformations in the Context of Wastewater Treatment–A Review.Engineering in Life Science,2007,1(7):13～25

[11]张龙,肖文德.低浓度氨氮废水的厌氧氨氧化研究.化工环保,2005,25(4):267～270

篇13：厌氧氨氧化工艺及其污泥颗粒化的试验研究

本研究拟利用煤直接液化高浓度废水经预处理、多级生化后的反渗透浓缩含氮高盐出水, 利用Anammox技术高效脱氮, 为后续盐提质环节去除杂质, 进而实现零排放提供技术保障。同时, 深入探讨Anammox菌的生物学特性和脱氮性能, 为Anammox工艺在处理此类废水提供可行性研究和工程实践参数依据。

1 材料与方法

1.1 实验装置

实验采用一上流式螺旋圆柱腔体作为Anammox反应器见图1。

此上流式厌氧固定床螺旋反应器主体结构采用双层透明有机玻璃制成, 反应器高37 cm, 高与内径之比 (H/R) 为4.6, 外径20.5 cm, 有效容积5.2 L。取样口设置于距离底部分别为10cm (取样口1) , 20cm (取样口2) , 30 cm (取样口3) 和40 cm (出水口) 的地方。通过水浴加热, 使反应器内温度控制在 (31±2) ℃。实验种泥取自古川研究室5.8 L上流式固定床反应器中培养的Anammox颗粒污泥, 在本实验开始之前, 污泥在冰箱中保存, 起始种泥量为8g/L。

1.2 实验用水

本实验进水采用实际废水配合人工合成废水, 原水水样取自神华鄂尔多斯煤直接液化项目高浓度废水经预处理、多级生化后的反渗透浓缩出水, 主要成分及体积为: (NH4) 2SO4400 mg/L, COD 40 mg/L, 盐浓度20g/L (主要包括Na Cl, Ca SO4, Ca Cl, Na2SO4) , 为培养完成厌氧氨氧化反应所需必要元素, 人工添加Na NO20-400 mg/L, KHCO32 g/L, KH2PO454 mg/L, Fe SO4·7H2O9 mg/L, EDTA 5 mg/L, 微量元素1 m L/L (Cu SO4·5H2O 0.25, Zn⁃SO4·7H2O 0.43, Co Cl2·6H2O 0.24, Mn Cl2·4H2O 0.99, Na Mo O4·2H2O 0.22, Ni Cl2·6H2O 0.19, Na Se O40.11, H3BO30.014) 。

1.3 操作条件及分析方法

鉴于厌氧氨氧化细菌特性, 本实验在厌氧、避光、条件下进行。控制反应器温度为31±2℃。光照对于氨氮的去除效果具有明显的副作用, 因此利用黑色乙烯基薄塑料围布覆盖以创造避光环境。通过水浴加热, 进水经曝气蠕动泵作用下进入反应器中。NH4-N采用改进的邻苯基苯酚比色法测定 (1) , NO2-N采用分光光度法测定, NO3-N采用紫外分光 (ultraviolet spectropho⁃tometric screening) 法测定。实验所用的蠕动泵、p H仪、DO测定仪型号分别为ROLLER PUMP RP-2000、METTLED TOLEDO320 PH Meter、p H/DO meter D-55。使用光学显微镜 (ECLIPSE E600, 日本尼康株式会社) 对Anammox微生物的外观形态进行观察。

1.4 DNA提取、聚合酶链式反应 (PCR) 、变性梯度凝胶电泳 (DGGE) 及测序

将反应器的污泥样品进行DNA提取及细菌通用引物扩增.采用日本WAKO公司环境样品DNA提取试剂盒提取说明, 16rs DNA通过芬兰FINNZYMES公司的高保真聚合酶进行扩增, PCR是通过以下的热循环参数进行:98℃下进行30秒初始变性, 重复25次循环, 分别为变性98℃下10秒, 退火51℃30秒, 延伸72℃20秒, 最后, 通过72℃5分钟的最终拉伸。扩增产物经1%琼脂糖凝胶, 使用美国Promega公司的向导SV凝胶和PCR清理系统对这些片段进行切除和纯化。

纯化的片段分别连接到p Bluescript II KS+Eco RV位点 (Stratagene公司, 美国) 。使用构建的质粒, 对E.coli DH10B进行转化。随机选择插入白菌落, 并用碱性裂解法提取质粒。

用3130xl遗传分析仪和Big Dye终结者v3.1循环测序试剂盒测定核苷酸序列 (Applied Biosystems, 美国) 。在本研究中, 序列的测定使用NCBI网站比对搜索在NR数据库的序列比较工具 (BLAST) 。

2 结果与讨论

2.1 反应器运行效果

反应器共运行226天, 根据操作策略的变化, 将反应器运行过程分为三个阶段。

阶段一:进水负荷逐步提高

反应器启动阶段, 因厌氧氨氧化污泥长期在冰箱存放, 故采用低浓度启动法。反应开始的前两个月内, 逐步提高进水氨氮与亚硝氮浓度以考查该系统对高浓度含氮废水的处理能力。在前45天内, 通过改变稀释倍数来控制总氮浓度, 稀释倍数从8倍稀释, 逐步提高到2倍稀释, 进水总氮浓度从100 mg/L提高至400 mg/L, 保持HRT稳定在5.4h, 调节进水p H值使其始终保持在7.2±0.1, Anammox系统表现出良好的处理能力, 出水的亚硝氮浓度以及总氮去除率分别维持在15mg/L以内和86%以上。在反应器启动的第45至74天, 继续保持进水总氮浓度不变, 逐渐缩短HRT至4h, Anammox系统仍有相对稳定的运行效果, 总氮去除率仍维持在80%以上。同时观测到COD的去除, 在阶段一的全过程。COD的去除率始终保持在100%, 即出水为检测到COD。

阶段二:处理效果下降

反应器运行到第75天开始, 为考验反应器抗冲击负荷及恢复能力, 直接采用未经稀释的原水做为反应器进水, 从而提高总氮浓度至820 mg/L (氨氮、亚硝氮分别为400 mg/L和420 mg/L) , 但Anammox反应器处理效果逐渐变差, 出水亚硝氮迅速升高至132 mg/L, 总氮去除率也相应下降至30%以下。考虑到高浓度亚硝氮对Anammox菌的抑制作用, 因此实验从第90天起延长进水HRT至5h。此后, 反应器运行逐步进入稳定状态, 总氮去除率仍维持在80%以上。全过程中, 出水始终伴随着COD, 表明在出水氨氮累计的情况下, COD去除效率产生波动。

阶段三:稳定运行

反应器运行第106天至第226天, 反应器在进水氨氮、亚硝氮浓度分别为400mg/L和420mg/L条件下稳定运行, 总氮负荷为3.9 kg-N/m3/day, 总氮去除率可维持在85%以上, 脱氮效果良好。同时观测到COD的去除效果明显。厌氧氨氧化反应的化学计量关系 (NH4+-N浓度:NO2--N浓度:NO3--N浓度) 为1:1.32:0.26, 在本试验各阶段化学计量关系约为1:1.18:0.23, 接近厌氧氨氧化反应的报道值。稳定运行阶段着COD去除效率始终保持在95%, 显示了氨氮去除和COD去除的正向比例关系。

2.2 高盐浓度下DNA的迁移转化

本研究应用16s r RNA技术, 对反应器内的主要种群进行了分析, 在经过了226天的驯化培养后, Candidatus Kuenenia stutt⁃gartiensis为典型的淡水型厌氧氨氧化菌, KU2菌株在高盐分条件下, 数量急剧减少, 由其菌株的由占比75%下降到39%, 而OUT2包含An Sal-04 (AB434256) 、An DHS-2 (AB430333) 和Un⁃cultured bacterium clone Ge64 (FJ710714) 菌株却显著增加, 由其菌株的由占比0%上升到15%, 表明细菌结构在外界条件改变下的自适应性。Liu et al.指出此类菌株属于Candidate division OP10, 被认为在高盐条件下, 比其他菌株具有更大的适应性。Kartal et al., (2) 指出, 淡水种群类Candidatus Kuenenia stutt⁃gartiensi可在盐浓度为30 g/L仍保持anammox反应活性。对于反应器运行第76天出现的反应效果的突然恶化, 很可能是淡水厌氧氨氧化污泥驯化过程中的一个临界点, 这是因为淡水厌氧氨氧化菌为非嗜盐菌, 而该盐度则是整个驯化过程中第一次超出非嗜盐菌最佳生长盐浓度的分界点 (3) 。

2.3 反应器稳定运行分析

许多学者已经论证了Anammox可在高盐度条件下稳定运行, Dapena-Mora (4) 成功应用Anammox处理在盐度10g/L条件下, 处理污泥脱水液, NRR达到0.3 kg-N/m3/day;Kartal等 (5) 操作SBR反应器, 成功应用Anammox处理在盐度30g/L条件下, 处理污泥脱水液, NRR达到1 kg-N/m3/day。同时, Dapena-Mora指出, 由于盐浓度增加带来的水密度的增加, 从而导致污泥上浮造成部分外流, 影响处理效果。

对比本实验研究, 经多级处理后的反渗透浓水, 在不同浓度下, 配合添加不同浓度亚硝氮, 以实现厌氧氨氧化合适的氨氮和亚硝氮比率。在盐度20g/L、COD 40mg/L条件下, NRR达到3.9 kg-N/m3/day。取得较高负荷主要原因有如下几个方面:第一, 本研究足量无机碳源的添加 (Na2CO32g/L) 为Anammox细菌适应高盐度进水提供了有效缓冲。Yang et al. (6) 研究表明足量无际碳源可加速羟胺的分解, 进而可以促进肼的积累, 有效的提升Anammox反应速率。Strous et al. (7) 研究表明, 羟胺、肼是Anammox反应的动态中间产物。通过添加肼可有效提高反应效果, 提高总氮去除率。p H为6.7-8.3可使Anammox菌具有较高活性, 而Anammox反应为耗酸反应, 足量无机碳可提供有效的p H缓冲, 保证细菌的活性。第二, DNA测试结果表明OTU1在高盐环境下, 种群数量减少, 取而代之的是OTU2数量的增加, 表明在此系列菌株在高盐分条件下的适应性。第三:较高的起始种泥浓度为实验的稳定运行提供了良好的基础, 高浓度的起始种泥 (SAA 0.8g-N) 为适应高盐度提供了充足保障。第四, 实验过程中出水的SS均不超过10 mg/L, 表明螺旋结构具有很好的生物滞留性, 有效防止了污泥的大量流失, 确保反应器内有足够的污泥量参与反应。

3 结语

通过添加足量无机碳源, 运用上流式厌氧固定床螺旋反应器处理高盐分、高氮反渗透膜浓缩液。实验结果表明, 在总氮浓度820 mg/L (亚硝氮420mg/L) 和盐分为20 g/L下, Anammox菌并未受到抑制, 反应器稳定运行226。DNA研究结果表明, OUT2包含An Sal-04 (AB434256) 、An DHS-2 (AB430333) 和Un⁃cultured bacterium clone Ge64 (FJ710714) 菌株却显著增加, 表明此系列菌株对高盐分条件下的适应性。实验表明, 用Anammox处理反渗透膜浓缩液中的氨氮技术可行, 实验中的运行参数可为实际工程提供运行参数依据。

参考文献

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