工业废水及生活污水生物去氮技术分析

乙酸钠浓度不同，SAA存在一定差别(图 3)，系统的SAA分别为1.77、1.69、2.13、2.21、2.08和1.30  mg˙(g˙h)-1.当乙酸钠浓度为200 mg˙L-1时，最大比氨氧化速率下降了0.47  mg˙(g˙h)-1，此时ANAMMOX菌活性被高浓度乙酸钠抑制，并最终导致TN的去除率下降.实验结果显示，一定浓度的乙酸钠促进了ANAMMOX，随着投加乙酸钠浓度的增加，反硝化反应不断加强从而抑制了ANANMMOX反应.

如图  5(e)所示，NO2--N与NH4+-N去除量的比值先降低后升高，逐渐接近理论值1.32最后又偏离理论值;而NO3--N与NH4+-N的比值也有类似的趋势.随着有机物浓度的提高NO2--N与NH4+-N的比值先降低的过程渐渐缩短最后大于理论值1.32，相反NO3--N与NH4+-N的比值降低的过程却不断延长最后小于理论值0.26.结合系统的脱氮过程，NH4+-N的降解速率在开始2  h内最快，随着反应的进行速率逐渐降低;相反地NO2--N的降解速率在开始的2  h内比较缓慢然后才逐渐加快.可能的原因是系统中进行ANAMMOX的同时还发生了异养反硝化反应,  反硝化菌以NO3--N进行反硝化生成NO2--N补充了ANAMMOX过程的电子受体，从而促进了ANAMMOX反应.

有研究表明乙酸盐是可被ANAMMOX菌利用的有机物，可引发ANAMMOX菌与反硝化菌之间的互生促进作用.张少辉等[24]通过连续流实验和血清瓶批次实验研究了乙酸盐条件下的ANAMMOX菌代谢特性，发现乙酸盐与NH4+-N的比值对ANAMMOX过程影响显著：C/N较低时，乙酸盐能够同时促进ANAMMOX和反硝化;C/N较高时，乙酸盐强化反硝化过程明显.田文婷等[25]比较了5个不同C/N条件下的脱氮效果，结果发现，C/N为0.58时脱氮效果最佳.赖杨岚等[26]也发现，C/N为0.64，TN去除率达到最高.本实验在乙酸钠浓度为120  mg˙L-1，相当于C/N质量比为0.6时，两种过程共同作用效果最佳，NH4+-N、NO2--N和TN的去除率分别为96%，100%和93%.乙酸钠浓度的提高不但未抑制ANAMMOX反应的进行，反而促进了其对NH4+-N的去除，且在一定范围内浓度越高促进作用越明显.

2.2.3 蔗糖作用下厌氧氨氧化脱氮过程

蔗糖对ANAMMOX系统脱氮过程的影响如图 6所示.从中可知，蔗糖对系统脱氮性能有一定的促进作用，当蔗糖浓度低于120  mg˙L-1时，NH4+-N、NO2--N和TN的降解速率都呈上升趋势，去除率分别保持在99%、98%和80%左右.当蔗糖浓度在200  mg˙L-1时，NH4+-N、NO2--N和TN的降解速率开始下降，此时，ANAMMOX菌活性开始出现抑制，系统脱氮性能也开始降低.随着蔗糖浓度的提高，反应器中NO3--N的浓度不断减少，NO2--N与NH4+-N的比值也低于理论值，反硝化反应逐渐增强.

图 6 蔗糖作用下厌氧氨氧化脱氮过程

从图 6(e)、6(f)中可以看出当蔗糖浓度大于40  mg˙L-1时，NO2--N与NH4+-N去除量的比值先升高后降低最后接近理论值，而NO3--N生成量与NH4+-N去除量的比值正好相反先降低后升高然后逐渐接近于理论值，而且NO2--N与NH4+-N的比值先升高或NO3--N与NH4+-N的比值先降低的过程随着蔗糖浓度的升高逐渐变短.这一过程与之前葡萄糖和乙酸钠不同，可能是因为蔗糖更容易被反硝化菌代谢.随着反应的进行，系统中有机物被消耗，反硝化作用受到抑制，NO2--N去除量/NH4+-N去除量与NO3--N产生量/NH4+-N去除量的值逐渐接近理论值.

2.2.4 柠檬酸三钠作用下厌氧氨氧化脱氮过程

图 7所示为柠檬酸三钠对ANAMMOX系统脱氮过程的影响.柠檬酸三钠作为有机碳源时系统能稳定运行.柠檬酸三钠浓度小于200  mg˙L-1时，其对系统脱氮性能几乎不产生影响.当柠檬酸三钠浓度为120 mg˙L-1时，出水TN浓度只有4.36  mg˙L-1，TN去除率达到最高的95%.当柠檬酸三钠浓度为200  mg˙L-1时系统脱氮性能下降，此时，NH4+-N、NO2--N和TN的去除率虽然没有明显变化，但可以看出NH4+-N、NO2--N和TN的去除速率明显下降.

图 7 柠檬酸三钠作用下厌氧氨氧化脱氮过程

反应开始时系统中NH4+-N降解速率相对较高，同时NO2--N与NH4+-N比值低于理论值1.32[图  7(e)]，这是因为柠檬酸三钠促进了ANAMMOX反应.从图 3中也可以看出柠檬酸三钠浓度小于80  mg˙L-1时，系统中SAA是逐渐升高的过程.当柠檬酸三钠浓度大于80  mg˙L-1时，系统中的NO3--N累积量逐渐减少，NO3--N与NH4+-N的比值也低于理论值0.26，此时系统中反硝化反应增强并抑制ANAMMOX菌的活性，SAA开始下降.  Kartal等揭示了在小分子有机酸存在条件下ANAMMOX的代谢途径具有多样性.本实验所用ANAMMOX菌在乙酸钠存在时活性最大上升了26.1%，而柠檬酸三钠存在时活性最大上升了9.1%.

2.3 有机碳源对厌氧氨氧化系统脱氮效能(NRR)的影响

反应中不同种类、不同浓度的有机物与容积基质氮去除速率的关系如图 8所示.低浓度葡萄糖(20  mg˙L-1)对系统NRR影响较小;随着葡萄糖浓度逐渐增加，系统NRR迅速下降，当葡萄糖浓度为200 mg˙L-1时NRR只有0.17  kg˙(m3˙d)-1，下降了72.9%，葡萄糖对系统脱氮效能影响较大.系统对乙酸钠有一段时间的适应期，在此期间系统的NRR基本维持在0.60  kg˙(m3˙d)-1;当乙酸钠浓度为40 mg˙L-1时，NRR达到最大的0.69  kg˙(m3˙d)-1，提高了13.2%，此阶段乙酸钠促进ANAMMOX系统的脱氮效能.蔗糖对系统脱氮效能的影响比较明显，当蔗糖浓度为120  mg˙L-1时，系统NRR达到最大的0.78 kg˙(m3˙d)-1，较空白提高了30.7%;继续增加蔗糖浓度时，系统NRR开始下降，蔗糖浓度为200  mg˙L-1时，NRR仅有0.48 kg˙(m3˙d)-1.柠檬酸三钠对系统脱氮效能影响相对较小，当柠檬酸三钠浓度为20  mg˙L-1时有一定程度的促进，NRR从0.79 kg˙(m3˙d)-1增加到0.80  kg˙(m3˙d)-1;随着柠檬酸三钠浓度的上升系统NRR趋于平缓，稳定在0.7 kg˙(m3˙d)-1左右.从图  8中可以看出不同有机物对系统的脱氮效能的影响：葡萄糖 > 蔗糖 > 乙酸钠 > 柠檬酸三钠.

图 8 有机物对厌氧氨氧化脱氮效能的影响

2.4 有机碳源作用下厌氧氨氧化系统pH的变化

图  9给出了不同有机物作用下ANAMMOX过程中的pH值变化曲线.不依赖于有机物种类，随着反应的进行，系统pH值不断上升.随着葡萄糖浓度的增加，ANAMMOX被抑制，反应器中pH值的增量逐渐减小.投加柠檬酸三钠的反应器中pH值增量几乎不变，有机物对ANAMMOX影响较小.而有机物浓度高于120  mg˙L-1时，投加乙酸钠和蔗糖的反应器中pH值迅速升高.乙酸钠和蔗糖浓度达到200  mg˙L-1时，反应器出水pH值分别高达8.5和8.8，这是由于ANAMMOX与反硝化共同作用的结果.此时，反应器中ANAMMOX过程出现抑制现象.

图 9 不同有机物作用下厌氧氨氧化系统pH值的变化曲线

ANAMMOX及异养反硝化过程都是耗酸反应，最终导致pH值升高.当系统反应结束时，pH值变化曲线出现折点a[图 9(b)]，a点恰好为图  5(a)、5(b)中NH4+-N和NO2--N消耗殆尽的点.而在此之前，pH值变化曲线上出现了一个拐点b，此点出现时NO3--N累积量减少[图  5(c)]，系统内反硝化是以亚硝酸盐为电子受体，由于亚硝酸盐型反硝化速度比硝酸盐型反硝化要快，所以此阶段pH值升高速度较前阶段变快，使pH值变化曲线斜率增加.  ANAMMOX反应的最适pH值范围为7.8~8.1，高pH值条件下，反应器中游离氨浓度的增加会抑制ANAMMOX菌的活性.具体参见污水宝商城资料或http://www.dowater.com更多相关技术文档。

3 结论

(1) 当葡萄糖浓度为200 mg˙L-1时，厌氧氨氧化活性下降84.2%;当乙酸钠浓度低于120  mg˙L-1时不但不会抑制厌氧氨氧化菌的活性，还在一定程度上促进了厌氧氨氧化反应的进行;蔗糖对厌氧氨氧化的促进作用与乙酸钠类似，当浓度为80  mg˙L-1时，最大比厌氧氨氧化速率提高了25.0%;柠檬酸三钠对厌氧氨氧化反应几乎没有影响.

(2)  有机碳源对厌氧氨氧化的促进作用由大到小为：蔗糖>乙酸钠>柠檬酸三钠>葡萄糖.有机碳源作用下，厌氧氨氧化反应可协同反硝化反应去除系统中的硝态氮，提高了系统总氮的去除率.