多途徑強化厭氧氨氧化工藝及其生物顆粒特性研究.pdf

1、厭氧氨氧化(ANaerobic AMmonium OXidation，ANAMMOX)工藝是高效、經濟、節能的新型生物脫氮技術。該工藝是微生物學和環境工程領域的重大發現，自問世以來就受到了高度關注。然而，該工藝的實際應用亟需解決污泥難以富集培養，易受外部條件影響等難題。本文通過反應器操作優化、碳源投加優化和物理場強化等多途徑強化厭氧氨氧化反應工藝運行性能，并對反應器內顆粒污泥特性進行了系統研究，主要研究結果如下:
　　 (1)優

2、化了厭氧折流板反應器(ABR)的操作方式。ABR反應器進水方式的不同，導致反應器呈現出不同運行效能。當采取單側進水方法操作時，第一格室效能決定反應器整體去除效能，為反應器內部主降解基質區域。在此條件下，反應器往往出現前格室基質過載后格室基質缺乏，無法充分發揮整體反應器運行潛能。相比與單側進水模式，在分區進水操作下，前格基質過載現象有效緩解，而后格室微生物活性，生物量及污泥顆?；M程顯著加強。在低濃度高流量的運行條件下，單側進水操作方式致

3、使反應器四格室去除效能分別為反應器的總體去除效能的84.3％、8.6％、3.7％和3.3％;而在分區進水操作反應器中，各格室效能分別為該反應器總體去除效能的40.3％、30.4％、19.1％和10.3％。穩定性試驗顯示，在遭受短時高濃度基質負載后（2.0倍及3.0倍基質沖擊），兩類反應器都能在較短的時間內便可恢復到擬穩態運行水平;而在1.5倍基質濃度沖擊下，分區進水反應器恢復時間則遠遠小于單側進水反應器。
　　 (2)解析了AN

4、AMMOX折流板反應器的運行穩定性。ANAMMOX折流板反應器運行性能穩定，抗沖擊能力較強。1.50倍的基質過載并未導致反應器的運行效能惡化。雖然負荷沖擊導致反應器短時總氮去除率下降，但是反應器總氮去除負荷卻短時提升，增幅約3％-19％。不同類型的基質負載（基質濃度負載或水力負載）會導致了成熟污泥及菌群的相位變化。通過觀察反應器波動情況發現，ANAMMOX折流板反應器更容易受短時濃度過載的影響，而對水力過載的適應力強。在整體反應器中，相

5、比反應器后格室，前格更容易受到基質過載的影響。在反應器抑制階段，pH、總氮去除率、剩余氨濃度都與游離氨濃度呈正相關關系，高游離氨濃度被認為導致ANAMMOX反應惡化的主要因素之一。試驗發現采用高斯模型可較好的模擬沖擊期及后續反應器運行趨勢。
　　 (3)優化了無機碳源投加操作。試驗發現，長期無機碳源添加維持反應器高效運行。在無機碳源投加反應器(ICAR)中，厭氧氨氧化菌(AnAOB)展現出高生物活性，整體反應器的最高總氮去除速率

6、可達21.0 kg-N m-3 d-1;而在碳源缺乏反應器(ICDR)中，其最高總氮去除速率僅為3.42 kg-N m-3 d-1，為ICAR的16.3％。通過觀察ICAR長期運行效能，HCO3-/TN(mg mg-1)為1.43時最有利于反應器效能的穩定提升;而在批次試驗中，控制HCO3-/TN(mg mg-1)比在1.20時AnAOB代謝活性最高。批次試驗顯示，當兩反應器內污泥作為測試污泥時，短時的碳源增加或去除都會導致AnAOB活

7、性降低。當微生物適應長期無機碳源添加環境后，碳源物質添加可緩解基質抑制。在碳源充足狀況下，亞硝酸氮和氨氮半抑制濃度分別為295 mg L-1NO2-N和361 mg L-1 NH4+-N;而在碳源缺乏條件下(HCO3-=120mg L-1)，亞硝酸氮和氨氮半抑制濃度則為120 mg L-1和346 mgL-1，濃度基質抑制現象加重。HCO3-/TN(mg mg-1)投加比變化會導致化學反應計量比發生變化。在長期碳源缺乏條件下，絲狀菌和球

8、狀菌可存在在同一反應器中。
　　 (4)構建了超聲強化型ANAMMOX工藝，考察了其室溫運行工況。通過響應面優化法進行超聲參數優化，結果顯示，超聲強度為影響超聲刺激效果的主要影響因素。過高或過低強度的超聲輻射都會抑制微生物活性，方程模擬發現，在超聲強度為0.7 w cm-2，超聲時間為1.9min條件下，AnAOB可達到最高活性。相比與無超聲對照組污泥，超聲后污泥脫氫酶活性提升61％。同時經超聲輻射后，AnAOB半表觀親和常數從

9、174.5mgN L-1降至168.5 mgNL-1，總氮半抑制濃度也從633.4 mgN L-1降至571.4 mgN L-1。當最優超聲輻射實施于低溫運行反應器后，超聲強化反應器(Ru)展現出優異的運行效能，當溫度為14.8℃時，反應器總氮去除速率可達到5.49 kgN m-3 d-1。低溫環境對對照組反應器(Rc)產生抑制作用，在低溫條件下，該反應器總氮去除速率僅為1.53 kgN m-3d-1。間歇超聲輻射致使Ru反應器內胞外聚