工业废水及生活污水生物去氮技术分析-北极星水处理网

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厌氧氨氧化技术因其无需外加有机碳源、污泥产量低和无需曝气，能大大减少污水处理的运行成本而受到广泛关注. ANAMMOX虽然是一种高效、节能的生物脱氮技术，却因为是自可养型生物而易受有机物影响.因此，ANAMMOX工艺多用来处理低碳氮比废水.在有机物浓度较高时，ANAMMOX难以与快速增长的异养菌竞争，从而导致反应器脱氮效能下降.目前，关于厌氧氨氧化反应研究大多停留在实验室条件下的小试实验阶段，并且多通过人工配水来完成.但实际上，工业废水或生活污水中几乎都含有不同浓度和种类的有机物.

目前，国内外就有机碳源对厌氧氨氧化代谢的影响做了大量的研究，主要存在两种观点：一种认为低浓度有机物存在时可促进厌氧氨氧化菌的活性，但有机物浓度高时，厌氧氨氧化菌活性大大降低;另外一种观点认为，有机物存在下，厌氧氨氧化菌与反硝化菌竞争并优先利用有机碳源，代谢途径表现多样化. Yang等研究发现随着COD负荷提高，当进水氨氮(NH4+-N)和亚硝酸盐(NO2--N)浓度分别为189 mg˙L-1和85 mg˙L-1时，ANAMMOX反应在COD浓度高于237 mg˙L-1时完全停止. Sabumon等亦发现在COD存在情况下，反硝化反应更强于ANAMMOX，从而抑制ANAMMOX的活性. COD的添加会抑制ANAMMOX活性，当进水NH4+-N和NO2--N浓度均为70 mg˙L-1时，2 050.75 mg˙L-1和4 101.5 mg˙L-1的乙酸盐会引起ANAMMOX活性分别抑制了22%和77%.相反地，有研究在添加乙酸盐、丙酸盐和葡萄糖(浓度均为1 mmol˙L-1)的批试实验中发现ANAMMOX活性的增加，而在连续流实验中，ANAMMOX活性却降低. Chamchoi等通过碳氮比对ANAMMOX的影响研究发现，在进水NH4+-N和NO2--N浓度分别为40 mg˙L-1和50 mg˙L-1时，随着碳氮比从0.9升高到2.0，ANAMMOX活性逐渐降低.在实际工程应用中，为使厌氧氨氧化菌的生长不受异养菌的影响，往往在其进水前设置好氧消化工序将废水中的有机物去除，然而，实际中污水成分复杂使工艺运行不稳定导致有机物去除效果差，使得厌氧氨氧化系统容易受到有机物的影响.因此，有必要系统地考察有机物对厌氧氨氧化系统脱氮过程的影响.

本研究采用ASBR反应器，选取葡萄糖、蔗糖、乙酸钠、柠檬酸三钠这4种常见有机物，从NH4+-N、NO2--N、硝酸盐氮(NO3--N)和总氮(TN)等的去除探讨了不同浓度和种类的有机碳源短期变化对厌氧氨氧化菌的活性的影响和系统脱氮情况，以期为厌氧氨氧化工艺的实际应用提供理论和技术支持.

1 材料与方法

1.1 实验装置与方法

本实验使用的装置为有效容积为1.0 L的玻璃瓶，外置黑布，瓶口橡胶塞上开两孔，分别用于搅拌和取样(图 1).为保证系统的密封性，取样采用注射器进行抽取.反应器配置搅拌装置维持转速为80 r˙min-1.反应装置放在恒温水浴锅中，温度设为35℃.本实验的水力停留时间为8 h，每隔0.5 h取一次样进行水质分析，进水pH控制在7.5左右.

1.2 接种污泥与实验用水

实验用泥为稳定运行300余天的厌氧氨氧化活性污泥，污泥外观呈红色，大部分呈细小颗粒状(d < 0.2 mm).污泥沉降性能良好，其对亚硝酸盐氮和氨氮的去除率都达到99%以上.实验过程污泥浓度(MLVSS)保持在750 mg˙L-1左右.实验用水采用人工配水，模拟废水水质：NaHCO3 1.5 g˙L-1，KH2PO4 0.02 g˙L-1，MgSO4˙7H2O 0.3 g˙L-1，CaCl2˙2H2O 0.056 g˙L-1，微量元素Ⅰ、Ⅱ各1 mL˙L-1. NH4Cl、NaNO2、有机物按需投加.其中微量元素Ⅰ：EDTA 5 g˙L-1，FeSO45 g˙L-1;微量元素Ⅱ：EDTA 5 g˙L-1，ZnSO4˙4H2O 430 mg˙L-1，MnCl2˙4H2O 990 mg˙L-1，H3BO4 14 mg˙L-1，CuSO4˙5H2O 250 mg˙L-1，Na2Mo4˙2H2O 220 mg˙L-1，Na2SeO4˙10H2O 210 mg˙L-1，NiCl2˙6H2O 190 mg˙L-1.

实验进水NH4+-N和NO2--N浓度分别为80 mg˙L-1和120 mg˙L-1.考察4种有机物葡萄糖、蔗糖、乙酸钠、柠檬酸三钠在COD浓度梯度0、20、40、80、120、200 mg˙L-1时对厌氧氨氧化反应的影响.

1.3 最大比厌氧氨氧化速率的确定

由于实验过程没有氧气，因此以氨氮降解速率评价厌氧氨氧化活性.反应开始后定时取样，根据氨氮浓度变化曲线确定其降解速率最快区间，得出最大斜率，再与系统中的污泥浓度X之比即得氨氮的最大比反应速率Vmax[mg˙(g˙h)-1].

1.4 测定项目和方法

氨氮采用纳氏试剂分光光度法;亚硝酸盐采用N-1-萘基-乙二胺光度法;硝酸盐采用紫外分光光度法[16];VSS采用重量法测定;pH值的测定采用玻璃电极法.总氮采用式(1)进行计算：

容积基质氮去除率[volume substrate nitrogen removal rate，NRR，kg˙(m3˙d)-1]采用式(2)进行计算：

2 结果与讨论

2.1 不同有机物对厌氧氨氧化脱氮的影响

图 2为不同有机物浓度在0~200 mg˙L-1范围内，系统NH4+-N、NO2--N、NO3--N和TN的变化曲线.当葡萄糖浓度达到120 mg˙L-1时出水NH4+-N和NO2--N分别为48.42 mg˙L-1和62.56 mg˙L-1，去除率不足50%，同时造成总氮的去除率下降41%左右，并没有出现ANAMMOX菌与异养反硝化菌的竞争关系.这可能是由于反应器中反硝化菌的本底含量较少.而对于其他3种有机物，浓度为120 mg˙L-1条件下，NH4+-N和NO2--N仍有很高的去除率(86%和94%).但是，由于异养反硝化菌的存在，NO3--N的累积量明显减少，导致TN去除率的提高.当有机物浓度提高到200 mg˙L-1时，结果显示，投加乙酸钠时，系统NH4+-N的去除率从约100%降到58%，有机物的存在抑制了ANAMMOX菌的活性导致NH4+-N的去除率下降.而NO2--N和NO3--N的去除并未受到影响.

图 2 不同有机物厌氧氨氧化系统NH4+-N、NO2--N、NO3--N和TN的变化曲线

原标题：工业废水及生活污水生物去氮技术分析

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