邵和東，王淑瑩， 張亮，張樹軍，甘一萍， 楊延棟，彭永臻,(.北京工業(yè)大學(xué) 北京市水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，004；.北京城市排水集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京，000；.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱，50090)

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常溫下厭氧氨氧化組合工藝處理低C 與 N 質(zhì)量濃度比的城市污水的脫氮除磷性能

邵和東1，王淑瑩1， 張亮2，張樹軍2，甘一萍2， 楊延棟3，彭永臻1,3
(1.北京工業(yè)大學(xué) 北京市水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京，100124；2.北京城市排水集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京，100022；3.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 哈爾濱，150090)

摘要：在常溫條件下，利用序批式反應(yīng)器和序批式生物膜反應(yīng)器的組合工藝(SBR+SBBR)處理低C與N質(zhì)量濃度比(ρ(C)/ρ(N))城市污水。原水先進(jìn)入 SBR 反應(yīng)器，通過(guò)厭氧?好氧交替運(yùn)行實(shí)現(xiàn)高效除磷，其出水進(jìn)入 SBBR 反應(yīng)器進(jìn)行強(qiáng)化脫氮處理。SBBR反應(yīng)器通過(guò)接種短程硝化污泥和厭氧氨氧化生物膜，控制適宜溶解氧(DO)質(zhì)量濃度，實(shí)現(xiàn)全程自養(yǎng)脫氮。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行期間，原水COD質(zhì)量濃度為206 mg/L，總氮質(zhì)量濃度為51.52 mg/L，磷酸鹽質(zhì)量濃度為4.09 mg/L，出水的總氮和磷酸鹽質(zhì)量濃度分別為10.7 mg/L和0.17 mg/L。研究結(jié)果表明：利用該組合工藝處理低碳氮比(ρ(C)/ρ(N)=4)城市污水，不外加碳源條件下，出水氮磷均可到達(dá)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵在于維持SBBR反應(yīng)器合理的DO質(zhì)量濃度(0.2～0.5 mg/L)，持續(xù)抑制亞硝酸鹽氧化細(xì)菌的增殖，避免硝酸鹽的積累。

關(guān)鍵詞：廢水；生物反應(yīng)器；生物膜；脫氮除磷；厭氧氨氧化；SBBR；低ρ(C)/ρ(N)

城市污水生物脫氮除磷工藝的處理效果與進(jìn)水的有機(jī)碳源密切相關(guān)。生物脫氮一般采用傳統(tǒng)的硝化－反硝化技術(shù)，硝化菌在好氧條件下將氨氮氧化成硝態(tài)氮，然后反硝化菌在缺氧環(huán)境下利用有機(jī)物作為電子供體將硝態(tài)氮還原成氮?dú)?，進(jìn)而達(dá)到總氮去除的目的。生物除磷主要通過(guò)厭氧?好氧交替運(yùn)行實(shí)現(xiàn)；聚磷菌在厭氧狀態(tài)大量釋磷，在好氧條件下過(guò)量吸磷，通過(guò)排放富磷剩余污泥實(shí)現(xiàn)除磷目的。為保證良好的生物脫氮和除磷效果，進(jìn)水中需要含有充足的有機(jī)碳源[1]。我國(guó)城市污水處理廠的進(jìn)水碳氮比普遍較低，碳源的缺乏成為脫氮除磷效率提高的瓶頸，而外加碳源又會(huì)大幅度增加污水處理費(fèi)用[2]。與此同時(shí)，硝化菌和聚磷菌在污泥齡上的矛盾進(jìn)一步限制了城市污水同步脫氮除磷的效果。針對(duì)低碳比污水，研究新型處理工藝就顯得尤為重要[3]。厭氧氨氧化菌(Anammox)的發(fā)現(xiàn)使得污水全程自養(yǎng)脫氮成為可能[4]。該菌種具有獨(dú)特的代謝途徑，可利用亞硝酸鹽作為電子供體，利用無(wú)機(jī)碳作為碳源，將氨氮氧化生成氮?dú)鈁5]。由于厭氧氨氧化生物脫氮不需要有機(jī)碳源參與，進(jìn)水中的有機(jī)物可充分為聚磷菌利用，緩解碳源缺乏時(shí)脫氮除磷難以同時(shí)達(dá)標(biāo)的問(wèn)題。而且厭氧氨氧化工藝與傳統(tǒng)硝化反硝化工藝相比，可節(jié)省 60%的耗氧量[6]，具有良好的節(jié)能減排的潛力。但是厭氧氨氧化菌屬于自養(yǎng)菌，細(xì)胞產(chǎn)率低，不容易在短時(shí)間內(nèi)富集[4,7]，目前厭氧氨氧化技術(shù)的研究與應(yīng)用主要集中在高溫高氨氮廢水處理中[8?10]。在常溫條件下應(yīng)用厭氧氨氧化處理氮質(zhì)量濃度較低的城市污水還面臨諸多挑戰(zhàn)[11]。但隨著實(shí)際厭氧氨氧化工程的應(yīng)用和厭氧氨氧化生物膜的研究不斷發(fā)展，使得應(yīng)用厭氧氨氧化技術(shù)處理城市污水成為可能[12?14]?；谝陨戏治觯疚淖髡咛岢龀叵吕眯蚺椒磻?yīng)器和序批式生物膜反應(yīng)器的組合工藝(SBR+SBBR)實(shí)現(xiàn)城市污水生物除磷和自養(yǎng)脫氮。該系統(tǒng)中，SBR工藝通過(guò)生物除磷作用和異養(yǎng)菌對(duì)有機(jī)物的降解作用高效去除磷和有機(jī)物，其出水進(jìn)入SBBR反應(yīng)器進(jìn)行一體化短程硝化?厭氧氨氧化反應(yīng)，以達(dá)到總氮去除的目的。通過(guò)上述過(guò)程的聯(lián)合作用最終實(shí)現(xiàn)將有機(jī)物和氮、磷污染物從污水中高效去除的目的。試驗(yàn)采用實(shí)際污水處理廠進(jìn)水作為處理對(duì)象，考察新型 SBR+SBBR 組合工藝的同步脫氮除磷的可行性并分析探討工藝穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵影響因素。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)裝置

圖1所示為 SBR+SBBR 組合工藝流程圖。SBR 和SBBR反應(yīng)器由有機(jī)玻璃制作，有效容積為120 L。進(jìn)水采用潛水泵控制，攪拌裝置采用調(diào)速攪拌器，曝氣裝置采用空壓機(jī)和膜片曝氣頭，轉(zhuǎn)子流量計(jì)計(jì)量曝氣量。

試驗(yàn)過(guò)程中原水首先進(jìn)入 SBR 反應(yīng)器，進(jìn)水3 min，厭氧攪拌30 min，曝氣120 min，靜置沉淀時(shí)間在1～24 d逐漸從30 min 減少至5 min，在25～82 d 為5 min。沉淀后排水5 min，排水比為50%。SBR反應(yīng)器出水經(jīng)中間水箱進(jìn)入SBBR反應(yīng)器，進(jìn)水3 min，曝氣180～210 min，沉淀30 min，排水5 min。SBBR反應(yīng)器出水直接排放。SBR和SBBR反應(yīng)器反應(yīng)溫度均在 22～28 ℃，控制 SBR 反應(yīng)器 DO 質(zhì)量濃度3～5 mg/L，污泥齡4～5 d?？刂芐BBR反應(yīng)器DO濃度為0.2～0.5 mg/L，污泥齡45 d以上。SBR+SBBR組合工藝的一個(gè)運(yùn)行周期為6.8～7.3 h，每天運(yùn)行1個(gè)周期，共運(yùn)行82 d。根據(jù)運(yùn)行條件，試驗(yàn)進(jìn)程分為2個(gè)階段：階段1(1～24 d)，通過(guò)投加適量碳酸氫銨，維持SBBR進(jìn)水質(zhì)量濃度在 50 mg/L 左右；階段 2(25～ 82 d)，SBR出水直接進(jìn)入SBBR反應(yīng)器。

1.2試驗(yàn)污泥及試驗(yàn)原水

SBR反應(yīng)器接種100 L城市污水處理廠二沉池回流污泥。接種污泥質(zhì)量濃度為8 g/L，SBR反應(yīng)器污泥質(zhì)量濃度為 6.6 g/L。SBBR 反應(yīng)器接種來(lái)自某高氨氮廢水厭氧氨氧化處理工程的短程硝化污泥(60 L)和厭氧氨氧化生物膜填料[15]。接種填料為海綿填料，表面有明顯紅色生物膜。接種填料體積占 SBBR 反應(yīng)器總體積的10%。接種的硝化污泥質(zhì)量濃度為6g/L，SBBR反應(yīng)器懸浮污泥質(zhì)量濃度為3 g/L。本試驗(yàn)進(jìn)水采用北京某城市污水廠初沉池出水，其水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。水質(zhì)的pH為7.3～7.6。

1.3分析項(xiàng)目與方法

水樣經(jīng)過(guò)0.45 μm濾膜過(guò)濾后測(cè)定各參數(shù)。其中COD 質(zhì)量濃度采用快速測(cè)定儀測(cè)定；質(zhì)量濃度采用納氏試劑分光光度法測(cè)定的質(zhì)量濃度采用麝香草酚分光光度法測(cè)定；質(zhì)量濃度采用N-(1-萘基)-乙二胺光度法測(cè)定；總氮采用過(guò)硫酸鉀氧化?紫外分光光度法測(cè)定；質(zhì)量濃度采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定；MLSS 采用濾紙稱質(zhì)量法測(cè)定；DO和溫度采用WTW 340i在線監(jiān)測(cè)(WTW，德國(guó))。

2　試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1SBR反應(yīng)器污染物去除效果

SBR 反應(yīng)器進(jìn)出水氮磷質(zhì)量濃度變化如圖2所示。在啟動(dòng)運(yùn)行 24 d 后 SBR 反應(yīng)器基本運(yùn)行穩(wěn)定，硝化菌在短污泥齡的條件下逐漸被淘洗出系統(tǒng)。進(jìn)水平均質(zhì)量濃度為43.89 mg/L，平均質(zhì)量濃度為 4.09 mg/L，ρ(COD)/ρ(TN)(即碳氮比，簡(jiǎn)記為 ρ(C)/ρ(N))為 4，穩(wěn)定運(yùn)行后進(jìn)出水平均質(zhì)量濃度接近，出 水和平均質(zhì)量濃度分別為0.11mg/L和0.25 mg/L。出水平均質(zhì)量濃度為0.17 mg/L，磷酸鹽平均去除率為95.8%。

在本試驗(yàn)進(jìn)行的第 30 d 分析 SBR反應(yīng)器在1個(gè)周期內(nèi)COD 和磷酸鹽質(zhì)量濃度的變化，水質(zhì)變化如圖3所示。從圖3可見(jiàn)：厭氧攪拌時(shí)質(zhì)量濃度由4.10 mg/L逐漸升高至13.10 mg/L，C OD質(zhì)量濃度由181mg/L逐漸降低至105 mg/L；好氧曝氣階段，COD質(zhì)量濃度由104 mg/L進(jìn)一步降低至80 mg/L。質(zhì)量濃度在30 min的時(shí)間內(nèi)由13.10 mg/L急劇降低至0.20 mg/L，并在后續(xù)進(jìn)一步降低至0.15 mg/L。

試驗(yàn)結(jié)果表明，污水首先進(jìn)入SBR反應(yīng)器，通過(guò)厭氧?好氧交替運(yùn)行可實(shí)現(xiàn)高效生物除磷。通過(guò)控制短污泥齡，使系統(tǒng)不發(fā)生硝化作用，為后續(xù)Anammox工藝提供了有利條件。通過(guò)縮短沉降時(shí)間，選擇性的排放SBR反應(yīng)器絮體污泥，污泥沉降性能提高。運(yùn)行期間，SBR 反應(yīng)器污泥的污泥體積指數(shù)(SVI)從138降低到30，反應(yīng)器運(yùn)行效率隨之提高。

圖1　SBR+SBBR組合工藝流程圖Fig.1　Schematic diagram of SBR+SBBR system

表1　試驗(yàn)原水水質(zhì)Table1　Characteristic of raw wastewater

圖2SBR反應(yīng)器進(jìn)出水氮磷質(zhì)量濃度變化Fig.2Variation of nitrogen and phosphorus massConcentration in SBR reactor

圖3　SBR反應(yīng)器在1個(gè)周期內(nèi)磷酸鹽和COD質(zhì)量濃度變化(30 d)Fig.3　Variation of phosphorus andCOD massConcentration along SBR reactor in aCycle(30 d)

2.2SBBR反應(yīng)器污染物去除性能

SBR反應(yīng)器出水進(jìn)入SBBR反應(yīng)器進(jìn)一步處理。SBBR 反應(yīng)器進(jìn)出水氮素質(zhì)量濃度變化如圖4所示。從圖4可見(jiàn)：在1～10 d，系統(tǒng)首先維持在低溶解氧條件下(ρ(DO)=0.1～0.2 mg/L)運(yùn)行，避免厭氧氨氧化活性受溶解氧抑制，同時(shí)強(qiáng)化短程硝化。但是系統(tǒng)的氨氧化活性較低，出水氨氮的質(zhì)量濃度升高。在11～20 d，系統(tǒng)溶解氧逐漸從 0.2 增加到 0.8 mg/L，該條件下出水質(zhì)量濃度顯著降低，但是出水質(zhì)量濃度增加明顯，系統(tǒng)總氮(TN)去除率下降。根據(jù)化學(xué)計(jì)量分析[16]，硝態(tài)氮主要來(lái)自NOB的氧化過(guò)程。DO質(zhì)量濃度升高后，系統(tǒng)中的 NOB對(duì)的競(jìng)爭(zhēng)作用強(qiáng)于 Anammox 菌，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，再次降低溶解氧質(zhì)量濃度至0.2 mg/L。在21～44 d內(nèi)，溶解氧質(zhì)量濃度從 0.2 增加至 0.5 mg/L，此時(shí)系統(tǒng)出水硝態(tài)氮增加不顯著，出水總氮逐漸降低，表現(xiàn)出良好的脫氮性能。45 d 時(shí)系統(tǒng)出現(xiàn)明顯的絮體污泥流失，系統(tǒng)的出水質(zhì)量濃度隨之升高，脫氮效果顯著下降。系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行13 d后，系統(tǒng)的氨氧化活性逐漸恢復(fù)，運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)出水總氮平均質(zhì)量濃度為10.7 mg/L，平均質(zhì)量濃度為2.45 mg/L。

圖4SBBR反應(yīng)器進(jìn)出水氮質(zhì)量濃度變化Fig.4Variation of nitrogen massConcentration in SBBR reactor

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)中 DO 質(zhì)量濃度對(duì)脫氮效果影響顯著，維持溶解氧范圍在0.5 mg/L左右可取得良好的脫氮效果?；钚晕勰嗔魇Щ蛉芙庋踹^(guò)低，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的出水氨氮升高，總氮去除率下降；而溶解氧過(guò)高，NOB的活性恢復(fù)導(dǎo)致出水中的硝酸鹽質(zhì)量濃度升高，同樣不利于系統(tǒng)脫氮效果的穩(wěn)定。SBBR 系統(tǒng)COD質(zhì)量濃度減小37～40 mg/L，通過(guò)傳統(tǒng)硝化反硝化途徑最多可去除約10 mg/L 總氮。本試驗(yàn)中，SBBR總氮去除40.8 mg/L，說(shuō)明該系統(tǒng)存在顯著的厭氧氨氧化現(xiàn)象。在該系統(tǒng)的絮體污泥中氨氮氧化細(xì)菌(AOB)將氨氮氧化為亞硝態(tài)氮，同時(shí)生物膜Anammox菌利用氨氮和亞硝態(tài)氮進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)生成氮?dú)狻?/p>

在本試驗(yàn)進(jìn)行的第77 d，對(duì)SBBR1個(gè)周期內(nèi)的水質(zhì)變化進(jìn)行考察。圖5所示為SBBR反應(yīng)器氮磷質(zhì)量濃度典型周期變化(77 d)。從圖5可知：從進(jìn)水到210 min，總氮質(zhì)量濃度由43.92降至5.75 mg/L，其中質(zhì)量濃度由36.62降至2.46 mg/L，質(zhì)量濃度升至 2.25 mg/L，和質(zhì)量濃度基本保持不變。系統(tǒng)中沒(méi)有積累，表明厭氧氨氧化菌有良好活性。同時(shí)根據(jù)化學(xué)計(jì)量學(xué)分析[16]，出水中的硝態(tài)氮幾乎全部來(lái)自厭氧氨氧化反應(yīng)。該結(jié)果表明，長(zhǎng)期的低氧環(huán)境有利于短程硝化?厭氧氨氧化反應(yīng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖5　SBBR反應(yīng)器氮磷質(zhì)量濃度典型周期變化(77 d)Fig.5　Variations of pollutants massConcentration along oneCycle in SBBR reactor(77 d)

2.3SBR+SBBR組合工藝的污染物去除效果

SBR+SBBR 組合工藝進(jìn)出水總氮及總氮去除率如圖6所示。從圖6可知：SBR+SBBR 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后總氮去除率為 80%以上。SBBR 反應(yīng)器容積氮去除速率為 0.16 kg/(m3?d)，高于常規(guī)城市污水廠容積氮去除速率。SBR+SBBR 組合工藝對(duì)磷酸鹽和COD 也有較高的去除率，在進(jìn)水平均質(zhì)量濃度為4.09 mg/L，COD平均質(zhì)量濃度為206.58 mg/L的條件下，運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)出水平均質(zhì)量濃度為0.17 mg/L，COD質(zhì)量濃度為43.1mg/L，出水可以達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，S BR+SBBR組合工藝可實(shí)現(xiàn)高效同步脫氮除磷。

圖6　SBR+SBBR組合工藝進(jìn)出水總氮及總氮去除率變化Fig.6 Variation of total nitrogen massConcentration and removal efficiency in SBR+SBBR system

本研究中，SBR+SBBR組合工藝在不外加碳源情況下實(shí)現(xiàn)了低碳氮比城市污水的同步脫氮除磷。已有的人們對(duì)城市污水厭氧氨氧化研究多僅關(guān)注亞硝化?厭氧氨氧化的可行性，并未就脫氮與除磷協(xié)同進(jìn)行考察[17]。而且本實(shí)驗(yàn)中厭氧氨氧化菌以生物膜形式富集，相比于厭氧氨氧化菌以顆粒污泥或絮體的形式富集，菌種可有效減少流失[3,11]。同時(shí)本試驗(yàn)中污水的脫氮和除磷分別在2個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，采用不同的污泥齡和運(yùn)行條件有利于優(yōu)勢(shì)菌種的培養(yǎng)，避免了聚磷菌、氨氧化菌、厭氧氨氧化菌在污泥齡和溶解氧質(zhì)量濃度上的矛盾，與 傳統(tǒng)的SBR和SBBR工藝相比提高了各功能微生物的活性和相應(yīng)的污染物去除效率。

SBR反應(yīng)器進(jìn)水中的碳源被聚磷菌在厭氧狀態(tài)利用同時(shí)被異養(yǎng)菌降解，所以，后續(xù)的脫氮反應(yīng)器進(jìn)水碳源較低，異養(yǎng)菌不能大量增殖，可以保持SBBR反應(yīng)器較長(zhǎng)的污泥齡(45 d 以上)，并促進(jìn)硝化菌和厭氧氨氧化菌的正常生長(zhǎng)[18]。同時(shí)，在 SBR 反應(yīng)器中不降解，使 得獨(dú)立運(yùn)行的SBBR反應(yīng)器進(jìn)水氨氮負(fù)荷較高(0.16 kg/(m3? d))，這 也有利于SBBR反應(yīng)器短程硝化的實(shí)現(xiàn)和維持[19?20]。

綜上所述，本工藝處理低碳氮比城市污水，由于厭氧氨氧化反應(yīng)器無(wú)需有機(jī)物作為碳源，節(jié)省的有機(jī)碳源實(shí)現(xiàn)了高效的生物除磷，具有啟動(dòng)時(shí)間短，脫氮除磷效果好的特點(diǎn)；該工藝作為低碳氮城市污水升級(jí)改造技術(shù)，或直接應(yīng)用于新建污水處理廠均有良好的前景。

3 結(jié)論

1)常溫下 SBR+SBBR 組合工藝處理的城市污水，在進(jìn)水總氮平均質(zhì)量濃度為51.52 mg/L，ρ(C)/ρ(N)為4的條件下，工藝運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)出水總氮平均質(zhì)量濃度為10.7 mg/L，平均質(zhì)量濃度為2.45 mg/L，平均質(zhì)量濃度為0.17 mg/L，達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

2)SBR反應(yīng)器厭氧與好氧階段交替運(yùn)行，選擇性排放絮體污泥，系統(tǒng)污泥具有良好的沉降性。同時(shí)通過(guò)短污泥齡(4～5 d)，使氨氧化細(xì)菌和亞硝酸鹽氧化細(xì)菌不能生長(zhǎng)，不發(fā)生硝化作用，可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物和氮素去除的分離，為厭氧氨氧化工藝提供有利條件。

3)SBBR反應(yīng)器中DO質(zhì)量濃度和短程硝化絮體污泥濃度是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。DO 質(zhì)量濃度維持在0.2～0.5 mg/L，有利于工藝長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)：

[1]彭永臻,馬斌.低C/N 比條件下高效生物脫氮策略分析[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2009,29(2): 225?230.PENG Yongzhen,MA Bin.Review of biological nitrogen removal enhancement technologies and processes under lowC/N ratio[J].Acta ScientiaeCircumstantiae,2009,29(2): 225?230.

[2]DECLIPPELEIR H,YAN X,VERSTRAETE W,et al.OLAND is feasible to treat sewage-like nitrogenConcentrations at low hydraulic residence time[J].Applied Microbiology and Biotechnology,2011,90(4):1537?1545.

[3]WINKLER M K,KLEEREBEZEM R,van LOOSDRECHT M.Integration of anammox into the aerobic granular sludge process for main stream wastewater treatment at ambient temperatures[J].Water Research,2012,46(1):136?144.

[4]STROUS M,HEIJNEN J J,KUENEN J G,et al.The sequencing batch reactor as a powerful tool for the study of slowly growing anaerobic ammonium-oxidizing microorganisms[J].Applied Microbiology & Biotechnology,1998,50(5): 589?596.

[5]KARTAL B,KUENEN J G,VAN LOOSDRECHT M.Sewage treatment with Anammox[J].Science,2010,328(5979): 702?703.

[6]SIEGRIST H,SALZGEBER D,EUGSTER J,et al.Anammox brings WWTPCloser to energy autarky due to increased biogas production and reduced aeration energy for N-removal[J].Water Science and Technology,2008,57(3): 383?388.

[7]FUXC,SIEGRIST H.Nitrogen removal from sludge digester liquids by nitrification/denitrification or partial nitritation/Anammox: environmental and economicalConsiderations[J].Water Science and Technology,2004,50(10):19?26.

[8]ABMA W R,DRIESSEN W,HAARHUIS R,et al.Upgrading of sewage treatment plant by sustainable andCost-effective separate treatment of industrial wastewater[J].Water Science and Technology,2010,61(7):1715?1722.

[9]VAN DER STAR W R L,ABMA W R,BLOMMERS D,et al.Startup of reactors for anoxic ammonium oxidation: experiences from the first full-scale Anammox reactor in Rotterdam[J].Water Research,2007,41(18): 4149?4163.

[10]WETT B.Development and implementation of a robust deammonification process[J].Water Science and Technology,2007,56(7): 81?88.

[11]HENDRICKX T L,WANG Y,KAMPMANC,et al.Autotrophic nitrogen removal from low strength waste water at low temperature[J].Water research,2012,46(7): 2187?2193.

[12]ABMA W,SCHULTZC,MULDER J W,et al.The advance of Anammox[J].Water 21,2007(2): 36?37.

[13]易鵬,張樹軍,甘一萍,等.城市污水三污泥系統(tǒng)自養(yǎng)脫氮與強(qiáng)化生物除磷[J].環(huán)境科學(xué),2010,31(10): 2390?2391.YI Peng,ZHANG Shujun,GAN Yiping,et al.Autotrophic nitrogen removal and enhanced biological phosphorus removal from municipal wastewater in a three-sludge system[J].Environmental Science,2010,31(10): 2390?2391.

[14]唐曉雪,汪傳新,徐竹兵,等.城市污水自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)中有機(jī)物與磷的回收[J].化工學(xué)報(bào),2013,64(8): 3017?3022.TANG Xiaoxue,WANGChuanxin,XU Zhubing,et al.Recovery of phosphorus and organic matter in an autotrophic nitrogen removal system[J].Journal ofChemical Industry and Engineering,2013,64(8): 3017?3022.

[15]張亮.高氨氮污泥消化液生物脫氮工藝與優(yōu)化控制[D].哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院,2013: 94?95.ZHANG Liang.Development and optimazation of the nitrogen removal of high ammonium sludge dewatering water[D].Harbin: Harbin Institute of Technology.School of Municipal and Environmental Engineering,2013: 94?95.

[16]馬勇,彭永臻,于德爽.A/O生物脫氮工藝處理生活污水中試(二)系統(tǒng)性能和 SND 現(xiàn)象的研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2006,26(5): 710?715.MA Yong,PENG Yongzhen,YU Deshuang.A/O pilot-scale nitrogen removal process treating domestic wastewater Ⅱ.The study of systemCharacteristics and SND[J].Acta ScientiaeCircumstantiae,2006,26(5): 710?715.

[17]HU Z,LOTTI T,DE KREUK M,et al.Nitrogen removal by a nitritation-anammox bioreactor at low temperature[J].Applied and Environment Microbiology,2013,79(8): 2807?2812.

[18]LANC J,KUMAR M,WANGCC,et al.Development of simultaneous partial nitrification,anammox and denitrification(SNAD)process in a sequential batch reactor[J].Bioresource Technology,2011,102(9): 5514?5519.

[19]ZHANG Liang,ZHANG Shujun,GAN Yiping,et al.Bio-augmentation to rapid realize partial nitrification of real sewage[J].Chemosphere,2012,88(9):1097?1102.

[20]MA Yong,PENG Yongzhen,WANG Shuying,et al.Achieving nitrogen removal via nitrite in a pilot-scaleContinuous pre-denitrification plant[J].Water Research,2009,43(4): 563?572.

(編輯 羅金花)

Nitrogen and phosphorus removal from low massConcentration ratio betweenC and N municipal wastewater based on Anammox process at ambient temperatures

SHAO Hedong1,WANG Shuying1,ZHANG Liang2, ZHANG Shujun2,GAN Yiping2,YANG Yandong3, PENG Yongzhen1,3
(1.Beijing Key Laboratory of Water Quality Science and Water Environment Recovery,Beijing University of Technology,Beijing100124,China? 2.Beijing Drainage GroupCo.Ltd.,Beijing100022,China? 3.State Key Laboratory of Urban Water Resource and Environment,Harbin Institute of Technology,Harbin150090,China)

Abstract:ACombined processConsisting of a sequencing batch reactor and a sequencing batch biofilm reactor(SBR+SBBR)was used to treat municipal wastewater of low massConcentration ratio betweenC and N(ρ(C)/ρ(N))at ambient temperature.In theCombined system,phosphorus was efficiently removed in the SBR reactor through alternately anaerobic-aerobic operation.Then the effluent of SBR was further treated in the SBBR to remove ammonium through nitritation-Anammox(anaerobic ammonium oxidation)process.SBBR reactor was inoculated with shortcut nitrification sludge and Anammox biofilm.Autotrophic nitrogen removal was successfully achieved byControlling appropriate DO massConcentration from 0.2 to 0.5 mg/L.During the stable operation of theCombined system,the influentCOD,TN andmassConcentrations were 206,51.52 and 4.09 mg/L,respectively.The average massConcentrations of TN andin effluent were10.7 and 0.17 mg/L,respectively.The results show that the municipal wastewater of low massConcentration ratio betweenC and N(ρ(C)/ρ(N)=4)Can be well treated in theCombined system.The final effluentCan meet the first-level(A)standard without additionalCarbon source.Further analysis indicates thatControlling appropriate DO massConcentration in the SBBR reactor is the key factor for stable operation of the whole system,whichCan stabilize the shortcut nitrification-Anammox and persistently inhibit the growth of nitrite-oxidizing bacteria.

Key words:wastewater?bioreactors? biofilm? nitrogen and phosphorus removal?Anammox?SBBR? low ρ(C)/ρ(N)

中圖分類號(hào)：X703

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672?7207(2016)01?0344?06

DOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2016.01.047

收稿日期：2015?01?29；修回日期：2015?03?28

基金項(xiàng)目(Foundation item)：國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863 計(jì)劃)項(xiàng)目(2012AA063406)(Project(2012AA063406)supported by the National High Research Development Program(863 Program)ofChina)

通信作者：彭永臻，博士，教授，從事污水處理與過(guò)程控制、脫氮除磷等研究；E-mail: pyz@bjut.edu.cn