ABR厌氧氨氧化反硝化协同脱氮除碳研究

北极星环保网讯:为明确厌氧氨氧化和反硝化协同脱氮除碳过程，采用ABR反应器控制进水氨氮和亚硝酸盐氮质量浓度分别为75mg/L、110mg/L，研究在不同进水COD浓度下脱氮除碳效果。结果表明，在ABR反应器的不同隔室脱氮除碳途径存在差异，低浓度COD(质量浓度<120mg>120mg/L)条件下，异养反硝化作用增强使得COD去除率可达到92%，Anammox受到限制致使总氮去除率降至70%。

厌氧氨氧化(anammox)是指在厌氧或缺氧条件下，Anammox菌以NH+4-N为电子供体，NO-2-N为电子受体，将NH+4-N和NO-2-N转化成2的生物过程，整个过程无需有机碳源，实现全程自养脱氮[1-2]。然而Anammox菌繁殖速度慢，倍增时间长(达11d)[3-4]，实际废水中有机物存在易导致异养反硝化菌与Anammox菌竞争底物，间接抑制Anammox菌生长[5-6]。

有报道称，有机物存在情况下，Anam-mox菌能够与反硝化菌存在于同一环境中，反硝化菌消耗有机物缓解了有机物对Anammox菌的抑制[7-9]，同时Anammox反应生成的NO-3-N为反硝化菌补充了反应底物[10]，两者形成较好的共存系统，但共存体系较为薄弱，易受到外界因素的干扰。

Anammox菌与反硝化菌生长条件存在差异，在同一生化环境下难以同步高效生长，因此能否在反应器不同区域形成两类菌的优势环境，为不同功能菌的生长提供合适的生长条件，将对共存体系产生积极影响。本研究采用具有相分离功能的厌氧折流板反应器(ABR)，尝试在ABR不同隔室内形成不同的微生物种群，降低有机物对厌氧氨氧化菌的抑制，并提供Anammox菌与反硝化菌共同生存的优势体系。

1材料与方法

1.1研究装置

本研究采用ABR反应器，如图1所示。反应器分为5个隔室，各隔室之间体积相同，总有效容积为6.36L。每个隔室上部设有集气橡胶导管，导管另一侧液封，保证ABR反应器的厌氧环境。为了使ABR反应器各隔室保持良好微生物的截留效应，反应器下向流与上向流之间设置宽度比为1∶4，降低上向流流速，并设置折流板倒角为45°。

整个ABR反应器外围用黑色塑料薄膜包裹以遮光，防止藻类生长，维持厌氧环境。ABR反应器置于恒温水浴缸中，温度控制在30～35℃。

图1研究装置示意

1.2接种污泥

实际废水中均存在一定浓度的有机物，有机物存在会对anammox菌产生不利影响，如果在ABR反应器中通过相分离降低厌氧氨氧化过程的有机碳源胁迫，是实现厌氧氨氧化和反硝化协同的首要因素。

拟控制进水COD、NH+4-N和NO-2-N的浓度比例，在ABR反应器前端隔室主要形成“亚硝酸盐型反硝化”过程，去除对anammox过程不利的大量有机碳源，中间“厌氧氨氧化”为主，同步去除NH+4-N和NO-2-N，后端拟形成“硝酸盐型反硝化”为主，采用剩余的有机物去除anammox生成的NO-3-N，依次构建“亚硝酸盐型反硝化—厌氧氨氧化—硝酸盐型反硝化”的阶梯式反应体系。

为了在ABR反应器不同隔室实现不同微生物种群，在ABR反应器不同隔室接种不同污泥:①第1隔室(A区)，接种某工业废水UASB反应器厌氧颗粒污泥和某城市生活污水处理厂缺氧池污泥，体积比1∶1;②第2、3、4隔室(B区)，接种实验室已培养的成熟anammox颗粒污泥;③第5隔室(C区)，接种污泥与第1隔室一致。各隔室保持污泥量一致，控制MLSS质量浓度为8.9±2.7g/L，MLVSS质量浓度为8.3±3.1g/L。

1.3反应器运行条件

实验过程采用模拟废水，控制进水NH+4-N和NO-2-N约75mg/L和110mg/L，并相应加入所需各种营养物[11]。反应器接种污泥稳定运行后，通过控制不同的进水COD浓度，整个实验过程分为5个阶段，各阶段COD质量浓度分别为40，60，80，120，180mg/L，研究不同有机物浓度下ABR反应器的脱氮除碳效果，具体运行工况见表1。整个实验过程为79d，控制反应器HRT为20h。

1.4分析方法

NH+4-N:纳氏试剂分光光度法;NO-2-N:N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法;NO-3-N:紫外分光光度法;COD:重铬酸钾快速消解法;MLSS，MLVSS采用重量法[12]。

1.5质量衡算

在各阶段稳定运行状态下，基于整个系统氮素平衡，研究氮素各种去除途径，氮素转化途径[13]可分为亚硝酸型反硝化(式1)、硝酸型反硝化(式2)、厌氧氨氧化过程(式3)。

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