（环境工程专业论文）厌氧氨氧化无纺滤布生物膜反应器的研究.pdf

苏州科技学院硕十学位论文摘要 摘要 厌氧氨氧化是自养微生物催化的新型脱氮反应，亚硝氮接受电子将氨氮氧化为氮 气。本论文通过厌氧氨氧化研究进展的概括分析，提出解决进水溶解氧的抑制是厌氧 氨氧化活性提高的关键，认为无纺滤布作为载体的生物膜反应器能够形成适合厌氧氨 氧化菌所需的厌氧环境。因此，采用容积1 0 0 m l 及2 5 l 无纺滤布生物膜反应器，温 度3 4 4 2 ，p h 值7 8 5 ，分别研究了钙磷比、亚硝氮对厌氧氨氧化活性的影响； 反应器间歇运行的降解规律以及反应器的快速启动。研究结果如下： 1 进水钙磷比影响厌氧氨氧化活性。k h 2 p 0 4 = 5 0 m g l ，c a p = 7 有利于厌氧氨氧化活 性的正常发挥；c 棚= 5 不利于亚硝氮稳定去除；低c 胛( c a p = 0 5 ，1 ) 导致氨氮去 除率一直偏低，亚硝氮去除率呈下降趋势。 2 反应器内亚硝氮浓度为9 8m g n l 。抑制厌氧氨氧化活性。亚硝氮抑制具有可逆 性，维持较低亚硝氮浓度( 2 5 5 0m g - n l 。1 ) 能够恢复反应活性；但是，7 2 m g - n l 1 亚硝氮导致氨氮、亚硝氮去除率大幅下降，不利于厌氧氨氧化活性的恢复。 3 生物膜反应器间歇运行，进水亚硝氮、氨氮浓度比值约为1 3 。基质降解过程主要 分为两个阶段：速度上升期和速度下降期，反应前期( 约为0 2 0 m i n ) 降解速度很 慢。一阶指数衰减模型可以很好拟合2 0 m i n 以后亚硝氮、氨氮的浓度时间曲线，速 度模拟结果表明，亚硝氮降解速度始终高于氨氮降解速度，但二者比值逐渐变小，反 应后期生成硝态氮的浓度高于亚硝氮浓度，硝态氮充当氨氮厌氧氧化的另一电子受 体，导致亚硝氮与氨氮的降解速度比值降低。 4 进水基质浓度及水力停留时间的选择会显著影响反应器氮容积去除负荷。同一进 水基质浓度，当亚硝氮浓度降至5 7m g n l ，后续反应的降解速度较慢，继续延 长反应时间会较大幅度降低氮容积去除负荷；当反应进行至亚硝氮出水浓度为5 7 m g - n l ，亚硝氮进水浓度7 5m g n l 、6 5m g - n l 。1 的氮容积去除负荷是进水浓度 4 5m g n l 、3 5m g n l 。1 的氮容积去除负荷1 3 倍。 5 接种硝化污泥启动厌氧氨氧化生物膜反应器，进水溶解氧1 5 3 。0m g - n l 1 ，1 1 4 d 时氮容积去除负荷达到1 1 1 埏n m d 一，无纺滤布生物膜系统能够减弱溶解氧对厌 氧氨氧化菌的抑制。启动过程中反应器低温条件下停止运行，重新启动后厌氧氨氧化 活性迅速提升。 关键词：厌氧氨氧化；无纺滤布生物膜反应器；进水钙磷比；亚硝氮抑制；一阶指数 衰减模型；快速启动 a b s t r a c t a n a e r o b i ca m m o l l i 眦o x i d a t i o n ( a n a m m o x ) i san o v e ln i 仃o g e n r e m o v a l lp r o c e s s ， i i lw h i c ha m m o n i 啪i so x i d i z e d 锄a e r o b i c a l l yt on 2b ya l l t o t r o p l l i cb a c t e d au s i n g n i t r i t ea st h ee l e c t r o na c c e p t o r b a s e do na n a l y s i so ft h ee x i s t i n gr e s e a r c hr e s u l t so n a n a m m o x ，i tw a sc o n s i d e r e dt h a ts o l v i n gt h ep r o b l e mo fi n l l i t i o no fi n n u e n td i s s o l v e d o x y g e nw a se s s e n t i a lt oi r n p r o v ea 1 1 a i i 珊o xb a c t e r i aa c t i v 时锄d 、a sb e l i e v e dt h a t b i o - f i l mr e a c t o r su t i l i z i n gn o n 、阳v e nf a b r i cc a m e r sc o u l df o m 觚a e r o b i cc o n d i t i o n s u i 协b l ef o ra i 】a m m o xb a c t e r i a i nt h i st h e s i s ，t w ob i o f i l m r e a c t o r su t i l i z i n g n o n - w o v e nf a b r i cc a r r i e r sw i t hv o l 啪eo f10 0 m l ， 2 5 lr e s p e c t i v e l yw e r en e e d e dt o i n v e s t i g a t e t l l ee 虢c to fi n n u e n tc a po n 锄a j t l n l o x a c t i v i t ) r ， n i t r i t ei n h i b i t i o n c o n c e m r a t i o n ， b i o - d e 伊a d a t i o nm l eo f1 1 i t r i t ea r l da m m o n i 啪a i l dr 印i ds t a n u po f a n 觚蚰o xr e a c t o ra tt h et e m p e r a n 鹏o f3 4 4 2 a j l dp hv a l u eo f7 8 5 t h em a i n r e s u l t sw e r ep r e s e m e da sf o l l o w s ： 1 w h e ni n f l u e n tk h 2 p 0 4c o n c e n t r a t i o n 、a s5 0 m l ， t h ec a pm a s sr a t i oo f7w a s b e t t e rf o rl l i 曲a i m m o xa c t i v i t ) rc o m p a r e dt ol o wr a t i o so fo 5 ， 1w h i c hc o u l dc a u s e l o wa l n m o n i 啪r e m o v a lr a t ea i l d1 1 i 仃i t er e m o v a lr a t et e n dt od e c l i n e a n dt h ec a p m a s sr a t i oo f5w a sn o tg o o df o rs t a b l el o n g t i m e1 1 i t r i t er e m o v a l 2 t h ea n a m m o x p r o c e s s 、) i r a si n l l i b i t e db yi l i t r i t ec o n c e n t r a t i o no f 9 8m g n l 。1i n t l l er e a c t o ra 1 1 dt h e1 1 i t r i t ei n l l i b i t i o n 、v a sr e v e r s i b l e a tt h ep e r i o do fa i l a m m o xa c t i v 坶 r e s t o r a t i o nb yd e c r e a s i n gi l i t r i t ec o n c e n t r a t i o n s ，m t r i t ec o n c e n 廿a t i o no f7 2m g - n l 1 c a u s e dl a 玛e s c a l e d r o pi n n i t r i t ea 1 1 da m m o l l i u mr e m o v a la j l d 、v h e nm a i n t a i l l i n g n i t r i t ec o n c e n t r a t i o no f2 5 5 0m g - n l ，i tw o u l db ep o s s i b l et 0r e a c ht 1 1 es 锄e a i l a j i u i l o xa c t i v 时a sb e f o r ei n 王1 i b i t i o n 3 t h e r ew e r en e a r l y 如的d i a e r e n tp h a s e si nt t l ep r o c e s so fi l i t r i t e 锄da r n m o n i u m d e g r a d a t i o nw h e nr e a c t o rw 嬲p e 怕册e di i lt h ef o mo fb a t c hn o ww i t l li n i t i a l n 0 2 - n n h 4 + 一no f1 3o rs o ：m ei i l c r e a s eo fd e 酉a d a t i o nv e l o c i 锣a n dt h ed e c r e a s eo f d e g r a d a t i o nv e l o c i 够t h ed e 黟a d a t i o nv e l o c 时b e m e e not o2 0 m i n 、v a ss l o w e rt h a n a n yo t h e rp e r i o d t h ef i r s to r d e re x p o n e n t i a ld e c a ym o d e lc o u l ds i m u l a t e 、v e l l d e g r a d a t i o np r o c e s s e so f1 1 i t r i t e 柚da m m o m 啪a r e r2 0 m i n s i m u l a t i o nr e s u l t s d 锄o n s t r a t e dt h a td e g r a d a t i o nv e l o c i t yo fi l i t r i t ew a sa l w a y sf a s t e rt h a no fa m m o n i u m h o w e v e r ，t h er a t i oo fn i t r i t ea n da m m o n i 啪d e g r a d a t i o nr a t ed e c l i n e dw i t ht i m e ， w l l i c hc o u l db ee x p l a i n e db yt h eh y p o t h e s i st h a t1 1 i t r a t ep r o d u c e dc a l lr e a c tw i t hp a n o fa m m o n i u m i i m a s t e rd l s s e r t a t l o no fs u z h o uu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n d7 r e c h n o l o g y a b s t r a c t 4 1 1 1 f l u e n ts u b s t r a t ec o n c e n 昀t i o n sa 1 1 dh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m ea 旋c ts i g i l i f i c a l l t l v t 1 1 ev o l u m el o a d i n go fi l i 讯) g e nr e m o v a l w h e n1 1 i t r i t ec o n c e n t r a t i o n 、 ，a sd e c r e a s e d t o 5 7m g - n l ，d e g r a d a t i o nr a t eo fn i t r i t ea 1 1 da 枷m o m u mb e c 锄ev e r vs l o w ，t h u s e x t e n d i n gr e a c t i o nt i m e 、 ，o u l d r e d u c er e a c t o r s c a p a c i 够 o fn i t r o g e nr e m o v a l c o n 衍0 1 1 i n gh r tt om a k ee f m l u e n ti l i t r i t er e a c ht h ev a j u e sa b o v e ，t h en i t r o g e n r e m o v a ll o a d 埘t hi n i t i a l1 1 i t r i t ec o n c e n t r a t i o n7 5m g - n l 、6 5m g - n l 1 、v a s1 3m o r e t 1 1 a nt h a tw i t hi i l i t i a ln i t r i t ec o n c e n t r a t i o n4 5m g n l 、3 5m g n l 5 nt o o k1 1 4d a y st or e a c ht h el l i 曲e s tv o l u m el o a d i n go f1 1 1 k g - n r n 3 d 1f o r r e m o v a ln i t l 0 9 e nw h e ni n o c u l a t e d 谢t hn i t r i 矽i n gb a c t e r i ai nt h eb i o 疗l mr e a c t o r u t i l i z i n gn o n - 、v e n f a b r i cc 枷e r sw i l i c hc o u l dw e a k e n o x y g e ni n h i b i t o n t o a i l a i t l l l l o xb a c t 甜a d u r i n gt h ep r o c e s so fr e a c t o rs t a r t u p ， a n a m m o xa c t i v 卸c o u l db e e n h a n c e db yal a 唱es c a l e 甜t e rs h u t d o 、na tl o w t e m p e r a t u r es i m i l a rt ow i m e rr o o m t e m p e r a _ t u r e k e y w o r d s ：a n a m m o x ； b i o f i l mr e a c t o ru t i l i z i n gn o n w o v e nf a b r i c c a 币e r s ； i n f l u e mm a s sr a t i oo fc a p ； n i t r i t ei n l l i b i t i o n ； f i r s to r d e re x p o n e n t i a ld e c a ym o d e l ； r a p i ds t a r t u p i 苏州科技学院学位论文独创性声明和使用授权书 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 墨密一日期：峥厶月上曼日 学位论文使用授权书 苏州科技学院、国家图书馆等国家有关部门或机构有权保留本人所送交论文的复 印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人完全了解苏州科技学院关于收集、保 存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学 校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用 影印、缩印、数字化或其他复制手段保存汇编学位论文；同意学校在不以赢利为目的 的前提下，用不同方式在不同媒体上公布论文的部分或全部内容。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名：翌疸日期：逍年厶月二蔓日 指导教师签名：雄日期：矗鲤孚年丘月与日 苏州科技学院硕十学位论文 第章绪论 第一章绪论 治理被污染的水环境和防止水资源进一步被污染，是我国当前迫切需要解决的问 题。近年来，虽然我国污水处理率不断提高，但是由氮、磷污染引起的水体富营养化 问题不仅没有解决，而且有日益严重的趋势。污水处理的主要矛盾已由有机污染物的 去除转变为氮、磷污染物的去除。随着排放标准的日趋严格，废水中氨氮的去除日益 引起人们的关注。 在废水脱氮技术的研究、开发和应用中，出现了一大批行之有效的处理工艺，构 成了废水脱氮处理的技术体系。这些废水脱氮技术可分为物化法和生物法两大类。物 化法主要有空气吹脱法、选择性离子交换法、折点氯化法、磷酸氨镁沉淀法等；生物 法是目前应用最广的废水脱氮技术，通常由硝化工艺和反硝化工艺组成【。 传统生物脱氮方法包含两个步骤：好氧硝化( 将n h 4 + - n 转化为n 0 2 。- n 和n 0 3 + - n ) 和缺氧反硝化( 将n 0 2 。- n 和n 0 3 。n 转化为n 2 ) ，参与这一过程的硝化细菌主要是 自养菌，它们能从n h 4 + - n 和n 0 2 n 的氧化过程中获取能量而生长繁殖。反硝化细 菌则是异养菌，在反应过程中必须提供有机碳源。然而，生活污水c n 比降低，很 多废水( 污泥消化液、垃圾渗滤液和一些工业废水) 缺少足够的有机碳源，为了能实 现较完全的反硝化过程，必须额外添加甲醇等物质作为有机碳源，这大大增加了生物 脱氮处理工艺的成本。 近十年来，在氮素污染同趋严重以及治污费用不堪重负的双重压力下，许多国家 加大了对生物脱氮的研究力度，在理论和技术上都取得了重大进展，厌氧氨氧化是其 中一种很有前途的新型脱氮技术。厌氧氨氧化( a i l a e r o b i ca 瑚m o l l i 啪o x i d a t i o n ， a n a m m o x ) 通过一种自养菌在严格缺氧条件下将n h 4 + n 、n 0 2 一- n 转化为n 2 ， n h 4 + n 为电子供体，n 0 2 一- n 为电子受体。与传统硝化反硝化工艺相比较，厌氧氨 氧化具有以下优势：不需要外加有机碳源作为电子供体，节省4 0 运行费用，同 时防止因碳源反应不充分而形成二次污染；由于前置反应只需将一半n h 4 + - n 氧化 为n 0 2 一_ n ，节省6 2 5 供氧量；厌氧氨氧化菌生长缓慢，污泥产量少，节省8 0 污泥处理费用：厌氧氨氧化工艺的总氮去除负荷达9 5 蚝n m 一d 一，远远高于传统 硝化反硝化工艺( 0 1 6 0 2 3k g n m 弓d d ) ，可以减少反应器体积，节省工程投资。 据报道，厌氧氨氧化工艺处理费用为o 7 5 欧元k g - n ，远远低于传统生物脱氮工艺的 费用( 2 5 欧元娃n ) 。厌氧氨氧化为实现高效率、低能耗生物脱氮提供了新的研 究方向【2 3 ，4 t5 1 。 苏州科技学院硕十学何论文第二：章厌氧氦氧化研究进展及试验研究内容的提山 第二章厌氧氨氧化研究进展及试验研究内容的提出 2 1 厌氧氨氧化的发现 2 0 世纪8 0 年代末，荷兰d e l r 工业大学开始研究三级生物处理系统，工艺流程 如图2 1 所示。第一级为上流式厌氧污泥床( u a s b ) 反应器，有机物在该反应器中 转化为c h 4 和c 0 2 ，s 0 4 玉还原为s 厶；第二级为生物脱氮流化床反应器，它以u a s b 反应器出水中的有机物和硫化物作为电子供体，以硝化反应器回流液中的硝酸盐作为 电子受体，进行反硝化脱氮；第三级为硝化反应器，用于氧化氨氮和残留有机物，硝 化反应器的部分出水回流至生物脱氮流化床反应器，提供硝酸盐。 图2 1 三级生物处理系统 在运行三级生物处理系统期间，m u l d e r 【6 】等人发现，生物脱氮流化床反应器除了 进行传统的反硝化反应外，还进行着某个未知的使氨氮消失的反应。进一步观察发现， 除了氨不明去向外，也有一半以上的硝酸盐和亚硝酸盐不明去向( 表2 1 ) 。 2 苏州科技学院硕+ 学伊论文 第二章厌氧氦氧化研究进展及试验研究内容的提出 表2 1 厌氧氨氧化发生前后生物脱氮反应器的性能 在生物脱氮流化床反应器内发现氨氮和硝酸盐氮同时失踪以后，为了印证这个发 现，m u l d e r 等人进一步做了分批培养试验。试验证明，氨氮确实与硝酸盐氮同时转 化；硝酸盐氮耗尽时，氨氮转化也停止；添加硝酸盐氮后，氨氮转化继续进行。伴随 氨氮和硝酸盐氮的转化，累计产气量增加；转化停止时，累计产气量保持不变。气体 的主要成分是n 2 。至此，m u l d e r 等人认为，生物脱氮流化床反应器中的氨氮和硝酸 盐氮转化是按照b r o d a 所预言的方式反应，并将其成为厌氧氨氧化。后来的一系列氮 标记实验结果表明，厌氧氨氧化的电子受体更可能是亚硝酸氮，而不是硝酸氮。 2 2 厌氧氨氧化菌的分离、鉴定及种类 2 2 1 厌氧氨氧化菌的分离 为了从富集培养物中分离厌氧氨氧化菌，先后采用了系列稀释分离、平板划线分 离、显微单细胞分离等多种方法，但均以失败而告终。以这些方法获得的分离培养物 没有一种能够进行厌氧氨氧化反应。分析以上经典细菌分离技术不能奏效的原因，主 要是所采用的分离培养条件不适于富集培养条件。但就厌氧氨氧化菌而言，要消除这 两种条件的差别十分困难，甚至根本不可能。试验证明，厌氧氨氧化菌富集培养物只 有在细胞密度高达1 0 1 0 个m l 以上时，才能显现出厌氧氨氧化活性。然而，经典细 菌分离技术则必须先把聚集的混杂细菌分散成单个细菌，再利用单个细菌的繁殖能力 获得纯培养物。由于单个厌氧氨氧化菌细胞没有繁殖能力，因此经典细菌分离技术不 适用于厌氧氨氧化菌的分离l lj 。 反复尝试失败后，终于采用梯度密度离心技术，成功地纯化了厌氧氨氧化菌。这 种方法的操作步骤是：首先，用超声波温和破碎厌氧氨氧化菌富集培养物，将菌群分 苏州科技学院硕+ 学伊论文 第二章厌氧氩氧化研究进展及试验研究内容的提出 散成单个菌体；接着，离心去除残留的聚集体( 生物膜或絮体碎片) ；最后，将分散 的细胞进行p e r c o l l 梯度密度离心。厌氧氨氧化菌沉淀于离心管下层，形成一个深红 色的条带。经过优化后，采用这种技术获得的细胞悬液可达到很高的纯度，每2 0 0 8 0 0 个细胞中只含一个污染细胞l 7 。 2 2 2 厌氧氨氧化菌的鉴定及种类 为了确定分离细胞在细菌谱系中的身份，对其1 6 sr i a 进行了序列测定( 全长 1 4 5 3 b p ，以e c o l i 的编号方法，所测序列的位置为7 1 3 9 0 ) 。将测得序列与数据库 中其他细菌的1 6 sr i 矾a 序列进行对比发现，厌氧氨氧化菌属于分支很深的浮霉细菌。 与之亲缘关系最近的序列是一个从海洋雪团状聚集物中扩增的1 6 sr r n a 序列( 同源 性8 0 2 ) ，与其他浮霉细菌1 6 sr i a 序列的同源性为7 4 7 7 。根据1 6 sr i a 谱系分析，目前确定了四个种属厌氧氨氧化菌( c 口，z 讲如f 淞b 厂d c 口西口，c 口，2 讲如f z l s 彳九口聊聊锨州d 6 螂，c 册西如f 掰s 缸理行p ，z 砌，c 册刃幽f 螂口，f 刀幽d ) 。按其生活环境的 盐度分为淡水厌氧氨氧化菌和海水厌氧氨氧化菌；按营养类型分为自养氨氧化菌和异 养氨氧化菌( 如表2 2 所示) 。 表2 2 厌氧氨氧化发生前后生物脱氮反应器的性鲥阳 呼吸营养类 盐度厌氧氨氧化菌种类 类型型 c n n d i d n l u sb r o c q d i 口a n n m m o x i d n n s 白养 c d n d i a n t t l sk u e n e n i qs t t l “g a r n e n s i s 淡水 c n n d i d a t l l sa n n m m o x g l o b u sp r o p i o n c u s 异养 c n n d i d n t t 堪b r o c c l d i n 加i g i d n n n n e r o b i cc n m o n i t l m o x i d i z i n gp l n n c t o m y c e t e 厌氧 c q h e n v i r o n - i c a n d i d q t 札s s c a l i n d t l ns o r o c i n i i 自养 c n n d i d n t m ss c n t i n d 髓aw n g n e r i 海水 c n n d i d n t h ss c a l i n d u nb r o d d e 异养 n i t r o s o m o n a se u r o p a e a 好氧 n i f r o s o m o n n se u t r o p h n 4 苏州科技学院硕十学伊论文 第| i 幸厌氧氨氧化研究进展及试验研究内容的提出 2 3 厌氧氨氧化菌的富集培养 2 3 1 反硝化污泥作为接种泥源 、d eg r a a f ( 9 】等人对原有的富集培养基进行了改进，以h c 0 3 。取代p 0 4 3 。作为酸 碱缓冲剂，以亚硝酸盐取代硝酸盐作为电子受体，为后来的研究工作铺平了道路。当 以脱氮流化床反应器中的生物颗粒污泥作为接种物，并以经过改进的无机盐培养基来 启动和运行厌氧氨氧化反应器时，试验取得了成功。随着反应器运行过程的推进，性 能不断得到改善。当进水氨氮浓度为4 2 0 m g l 时，容积氨负荷达到3 1k g n r n 3 d 1 。 在运行过程中，培养物的颜色逐渐从黄棕色转变成红色。观察发现，在载体( 砂粒) 表面形成一层新的红色生物膜大约需要2 3 个月。 z l m 一1 0 】等以反硝化污泥为接种污泥，经过1 0 0 d 左右的运行，培育出了具有厌氧 氨氧化活性的生物膜，反应器容积总氮负荷达到0 1 4k g - n m 一d 。 t s u s l l i m a 【l l 】等采用反硝化污泥启动厌氧氨氧化反应器，运行性能良好，控制 h r t = 1 4 h 时容积总氮去除负荷为6 2 蝇n m 一d 一，容积总氮负荷为9 4k g n m 。3 d - 1 。 以该反应器的污泥启动另一反应器，在h i 卅0 2 4 h 时容积总氮去除负荷为2 6 k g n m 一d - l ，容积总氮负荷为5 8 5 k g n m 3 d 一。其研究表明，在污染负荷增大的过程 中，宜将进水n h 4 + n n 0 2 一- n 控制在1 1 5 1 2 5 。 曹雨佳【1 2 】等接种反硝化污泥，在模拟废水的p h 值为7 6 7 9 、温度为3 2 的条 件下，运行1 7 0 d 后成功启动了厌氧氨氧化反应器。稳定运行阶段，总氮容积负荷为 0 1 1k g - n m 一d ，总氮的平均去除率为8 1 5 7 。 张蕾【l3 】等接种反硝化污泥，用模拟废水可成功启动厌氧氨氧化反应器；运行至 1 4 4 d 时，容积总氮去除负荷达到3 0 2k g - n m 一d 一。动力学分析表明，这种反应器的 最大容积总氮去除负荷可达1 2 7 7k g - n m 一d 1 ，具有很大的脱氮潜能。 2 3 2 硝化污泥作为接种泥源 z h e n 一1 4 】等先培养高活性的硝化污泥，将其作为接种污泥，5 1 d 成功启动了厌氧 氨氧化反应器，在h i 汀= 3 0 2 h 时容积总氮去除负荷可达2 1 2 蚝n m 3 d 1 。杜兵1 1 5 j 等 通过接种硝化污泥，成功启动了推流固定化生物反应器，容积总氮去除负荷为1 9 6 蚝n m 一d 。 袁怡【1 5 】等采用2 5 l s b r 反应器( 充水比1 3 ) ，接种二沉池的污泥进行亚硝化反 应后，在厌氧条件下进行厌氧氨氧化菌的富集培养，1 8 0 天后将进水浓度逐步提高到 氨氮、亚硝氮浓度分别为3 6 0 m g l 、4 0 0 m g l 1 ，总氮容积去除负荷最高达到o 2 7 4 k g n n 1 。d 。 苏州科技学院硕十何论文笫二二章厌氧氨氧化研究进展及试验研究内容的提 曹雨佳【1 2 】等接种硝化污泥，在模拟废水的p h 值为7 6 7 9 、温度为3 2 的条件 下，运行1 7 6 d 后成功启动了厌氧氨氧化反应器。稳定运行阶段，总氮容积负荷为0 1 4 7 埏n m 。3 d ，总氮的平均去除率为8 4 8 1 。 马富引1 6 】等采用先培养自养型硝化生物膜再启动厌氧氨氧化反应器的方法，可在 1 1 0 d 内成功启动厌氧氨氧化反应器，2 0 0 d 时反应器对n h 4 + - n 和n 0 2 一n 的去除负荷 分别达到o 5 2 6k g n m 一d 1 和o 5 3 6k g - n m 3 d 一。 2 3 3 厌氧颗粒污泥作为接种泥源 2 0 0 4 年i i i l a i o 【l o 】等以处理啤酒废水的厌氧产甲烷颗粒污泥成功启动了厌氧氨氧化 反应器，研究表明厌氧颗粒污泥可用作厌氧氨氧化菌的附着载体。在其表面形成厌氧 氨氧化菌生物膜，并逐步转化成厌氧氨氧化颗粒污泥。采用f i s h 技术探测显示，厌 氧氨氧化菌主要分布在颗粒污泥内部。小试启动历时1 7 3 d ，反应器容积总氮去除负荷 为2 8 7 k g n m 3 d ；中试以少量实验室培养的厌氧氨氧化颗粒污泥和大量产甲烷颗粒 污泥启动，历时3 5 个月，总氮去除负荷最高达6 3 9k n m 。3 d 。袁怡l l5 j 接种处理啤 酒废水u a s b 中的颗粒污泥，反应器间歇运行，充水比1 3 ，第2 1 0 d 反应器运行周期缩 至1 d ( 水力停留时间为3 d ) ，系统稳定运行后把原水浓度逐步提高到氨氮3 6 0 m l 和 亚硝氮4 0 0 m g l ，总氮负荷达到o 2 7k g n m 3 d 。唐崇俭【2 】等研究了以某造纸厂废水 处理站的厌氧颗粒污泥作为接种污泥启动厌氧氨氧化反应器，经过5 0 5 5 d 的运行， 反应器内出现了稳定的厌氧氨氧化现象，经1 6 9 d 的运行，在h r t 为3 6 h 的条件下容积 总氮去除负荷已达4 4 9k g n m 。d 1 。 采用厌氧颗粒污泥作为接种污泥，厌氧氨氧化菌的含量相对较低，完成启动的时 间相对较长。鼬e l i n g 等提出了强化“污泥流失”以启动厌氧氨氧化反应器的策略，在启 动初期采用强化“污泥流失”的策略，可在相对较短的时间( 1 3 5 d ) 内实现厌氧氨氧化， 所得污泥的比基质去除率也较高 1 9 0m g n ( g t s s d ) 。采取强化“污泥流失”策略， 可将不适合厌氧氨氧化生境的杂菌淘汰出反应器，加速厌氧氨氧化反应器的启动。t o h 等则在启动初期添加反硝化抑制剂( 如氯霉素等) ，以消除反硝化对厌氧氨氧化启动过 程的不良影响1 2 。 2 4 厌氧氨氧化菌的环境因子 2 4 1 温度 温度是影响微生物酶促反应的主要因素之一，温度升高反应速度加快，但每种微 生物都存在一个温度耐受极限，超过极限值反应速度会急剧下降，控制微生物反应的 最适温度有利于维持高效稳定的反应速度。 6 苏州科技学院硕十学位论文第二章厌氧氦氧化研究进展及试验研究内容的提出 郑平1 1 7 j 研究温度对a n a m m o x 的影响，当温度从15 升至3 0 ，反应速度逐渐 提高；升至3 5 时，反应速度反而下降，并认为最适温度约为3 0 左右。 杨洋【l s j 在p h = 8 2 、起始n h 4 + n 和n 0 2 一n 浓度均为2 0 0 m g l 、污泥浓度( v s s ) 约为1 6 l 的试验条件下，控制反应温度为3 0 3 5 时，a n a m m o x 反应速度最高； 温度升至4 0 时，反应活性明显下降，反应最适温度为3 0 3 5 。 叶建锋【1 9 】在p h = 7 5 、进水n h 4 + - n 及n 0 2 一n 浓度均为7 5 m l 的模拟有机废 水试验条件下，温度从1 0 升至3 l ，a n a m m o x 反应速度逐步提高；温度继续升高， 反应速度下降，反应最适温度为3 1 左右。 j d o s t a l 2 0 j 在p h = 7 8 、进水n h 4 + _ n 及n 0 2 一- n 浓度均为1 5 0 m g l ，温度从1 5 升至4 0 ，a n a m m o x 反应速度呈指数形式增加；温度4 5 时反应速度下降，沉淀出 水为橙红色，这可能与细胞在高温下破裂释放出细胞色素c 有关，细胞色素c 是厌氧 氨氧化体的重要组成部分。 目| j 国内外大部分研究a n 舭吼o x 的温度条件控制在3 0 4 0 ，但是c e m a 【2 i j 在温度为1 7 运行a n a m m o x 生物转盘，氮平均去除负荷为0 。5k g _ n m d 1 ；i s a k a 吲 考察低温条件下a n a i n m o x 的长期稳定性，2 0 2 2 时a n 锄m o x 生物滤池可保持稳 定的氮去除效能，氮转化效率为8 1k g n m 。3 d - 1 。j d o s t a l 2 0 j 认为小幅度降温更有利于 a n a m m o x 低温条件的启动运行，氮去除率随温度变化曲线较平稳，研究中厌氧氨氧 化s b r 在温度为1 8 时的氮去除负荷为o 3 埏_ n m 一d ，此时n 0 2 一n 与n h 4 + n 消 耗量之比由3 0 时的1 3 8 士o 0 1 降低到1 0 5 士o 0 l ；当温度降到1 5 时氮去除负荷仅 为o 0 2k g n m 一d - 1 ，此时反应器内n 0 2 一n 开始累积；r y s g a a r d 【2 3 】研究一种海洋 a n a m m o x 菌，发现温度2 3 0 均可发现厌氧氨氧化活性，最适温度为1 2 。 2 4 2p h p h 对酶活力的影响主要表现在以下几个方面：( 1 ) 改变底物分子和酶分子的带 电状态，从而影响酶和底物的结合；( 2 ) 过高、过低的p h 都会影响酶的稳定性，进 而使酶遭到不可逆的破坏；( 3 ) 过高或过低的p h 还可影响培养基中基质的离子化作 用，从而间接影响微生物【2 4 1 。 杨洋【1 8 j 在温度3 0 、起始n h 4 + n 及n 0 2 一_ n 浓度均为2 0 0 m g l 、污泥浓度约为 1 6 0 0m g l 试验条件下，当p h 值为8 3 时，污泥的厌氧氨氧化活性最大；当p h 值小 于8 3 时，污泥的活性略有下降，而当p h 值大于8 3 时，其活性下降幅度较大，p h 值为7 0 和9 0 时的厌氧氨氧化速度分别为p h = 8 3 时的7 7 和6 6 ，最适p h 值为 7 5 8 3 。 郑平【r 7 j 研究发现，温度3 0 ，当p h 值从6 0 升至7 5 时，a n a m m o x 速度逐渐提 高；但当p h 继续升至9 5 时，a n a m m o x 速度则不断下降，最适p h 在7 5 附近。 7 苏州科技学院硕十学伊论文第二审厌氧氩氧化研究进展及试验研究内容的提出 操家顺【2 5 j 在温度为2 5 士0 5 的试验条件下，进水n h 4 十- n 及n 0 2 一n 浓度均维持在 1 2m g l 左右，跟踪测试表明：当p h 从7 0 上升到9 0 时，厌氧氨氧化速度呈现先增 加后又逐渐下降的趋势，最适p h 值在7 5 8 o 之间；根据a n t o i l i o u 等人的推导，计 算求得最适p h 值为7 51 。操家顺认为p h 值对厌氧氨氧化过程的影响并非是由于溶 液中高浓度自由氨和自由亚硝酸的抑制作用导致，而是由于p h 值的变化直接或问接 改变厌氧氨氧化菌的生理活动，进而影响厌氧氨氧化反应。 此外，j d o s t a 在进水n h 4 + - n 及n 0 2 一n 浓度均为1 5 0 m g l ，温度1 5 4 0 ，控制 反应p h 为7 8 【2 0 j ；i s a l ( a 加入1 0 1 0 0 m ln h 4 + n 到反应器，n 0 2 一n 及n h 4 + n 之比为 1 3 2 ，添加盐酸调整反应器p h 为7 2 1 2 2 1 ；s t r o u s 研究s b r 反应器中厌氧氨氧化活性，维 持p h 在7 8 之剐2 6 】；b 斯o j o 研究s b r 中机械力对厌氧氨氧化污泥颗粒化的影响，控 制p h = 7 5 8 0 【2 7 】。 胡勇有【2 8 】在有机碳源存在时，厌氧氨氧化反应可在p h = 6 0 2 9 0 0 之间进行，最 适p h 值为8 o o ，此时c o d 、n h 4 + n 和n 0 2 一- n 的去除率分别为8 4 0 、6 9 9 和9 9 0 。试验结果也表明，当p h 值低于5 0 6 或高于9 0 0 时，c o d 、n 0 2 一n 基本没有去除。 厌氧氨氧化过程中的反应基质n h 4 + - n 及n 0 2 一- n 都是易产生抑制作用的物质，它们产 生抑制作用的原因可能是由于自由氨和自由亚硝酸的毒害作用。在进水n h 4 + n 及n 0 2 一- n 浓度和反应温度一定的条件下，自由氨和自由亚硝酸的平衡浓度由p h 决定。据报 道，自由氨的下限抑制浓度至少大于1 5 0 m g l ，自由亚硝酸的下限抑制浓度为0 1 2 m g l 。胡勇有通过计算发现，p h 值为1 1 时，初始自由氨浓度大于抑制浓度，是抑制 厌氧氨氧化反应的主要原因；当p h 值为5 0 6 和4 0 3 时，自由亚硝酸浓度远大于抑制浓 度，是抑制厌氧氨氧化反应的主要原因。 2 4 3 有机物 厌氧氨氧化是消耗n h 4 + n 、n 0 2 一- n 产生n 0 3 一- n 的生物反应过程，根据s 仰u s l 2 6 j 总结的计量学化学反应式： n h 4 + + 1 3 2n 0 2 一+ 0 0 6 6h c 0 3 一+ 0 1 3 旷 1 0 2n 2 + o 2 6n 0 3 一+ 0 0 6 6 c h 2 0 0 0 5 n o 1 5 + 2 0 3h 2 0 如果仅消耗1 0 0 m 班n 吖- n 理论上将产生2 6m ln 0 3 一- n ，目前城镇污水处理厂污 染物排放一级b 标准中规定总氮( 以n 计) l o o m g l 会产生完全抑制，由于异养反硝化反应可以抵消一部分n 0 2 一n 对 a m a m m o x 的抑制作用，胡勇有发现n 0 2 一- n 浓度大于2 8 0 m g l 不会明显抑制厌氧氨 氧化，n 0 2 一n 浓度为5 1 5 2 m l 时，经过8 0 hn h 4 + - n 完全去除，c o d 的去除率达 至06 2 3 。 朱静平【3 0 】研究有机碳源条件下厌氧氨氧化s b r 反应器中的主要反应时发现，稳 定运行在厌氧氨氧化状态的s b r 反应器中同时存在好氧硝化菌、异养反硝化菌和 a 瑚m m o x 菌，当c o d n 0 2 一n 约为1 7 时，c o d n h 4 + - n 为1 7 的反应器具有最佳的 厌氧氨氧化效果，c o d 去除率、n h 4 + 。n 去除率、n 0 2 一n 去除率分别为1 0 0 、8 1 7 、7 4 4 ；反应器内先是好氧硝化、厌氧氨氧化和异养反硝化反应共存，而后依次 是异养反硝化和厌氧氨氧化反应占主导地位。 b i p i nk p a t l l a k 【3 1 l 等人发现在有机物充足的环境中，比起异养反硝化菌，a 瑚m m o x 菌处于竞争劣势，可能的原因是a n a m m o x 菌活性低且生长缓慢。但是取自生活污水 处理厂的活性污泥与处理啤酒废水的厌氧颗粒污泥却能在低氨氮( n h 4 + n = 2 3 士0 3 8 m g l ) 、含有机物进水条件下维持a n a u i l o x 和异养反硝化联合作用，这为 a n a m m o x 处理低氨氮低碳源废水提供了可能性。 2 4 4n 0 2 、n 0 n 0 2