孫 明，紀(jì)鑫奇

?

回流比對(duì)厭氧氨氧化與反硝化耦合脫氮性能的影響

孫 明，紀(jì)鑫奇

（沈陽建筑大學(xué)， 遼寧 沈陽 110168）

為提高厭氧氨氧化與反硝化耦合系統(tǒng)的脫氮性能，試驗(yàn)開展了回流比對(duì)厭氧氨氧化與反硝化耦合脫氮的影響研究。試驗(yàn)通過設(shè)置回流比分別為0%、100%、150%、200%和300%，測定反應(yīng)系統(tǒng)氨氮、硝氮去除率，確定厭氧氨氧化與反硝化耦合工藝運(yùn)行的最佳回流比。結(jié)果表明：回流比為150%為最適回流比，此時(shí)氨氮去除率達(dá)36%，硝氮去除率達(dá)50%，耦合系統(tǒng)運(yùn)行平衡穩(wěn)定。

厭氧氨氧化； 反硝化； 回流比

厭氧氨氧化工藝因其具有節(jié)約氧耗、污泥產(chǎn)量低、基質(zhì)去除速率高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為了國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。目前基于厭氧氨氧化工藝開發(fā)出來的較成熟的工藝有短程硝化+厭氧氨氧化工藝，短程硝化的重點(diǎn)在于通過控制溶解氧的含量使硝化反應(yīng)僅進(jìn)行至亞硝化階段，繼而生成的亞硝氮與氨氮進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)[1-2]，硝化階段的需氧量可減少25%左右，同時(shí)反應(yīng)時(shí)間縮短，反應(yīng)器的容積減少30%~40%左右，投堿量減少[3]。

對(duì)于城鎮(zhèn)污水而言，鑒于短程硝化難于實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽穩(wěn)定積累的問題，有研究表明[4-7]，ANAMMOX與反硝化可共存于同一反應(yīng)器中,能形成一定的協(xié)同作用。當(dāng)厭氧氨氧化與反硝化工藝進(jìn)行耦合時(shí)，并以硝態(tài)氮為直接電子，反硝化只進(jìn)行到亞硝態(tài)氮階段，生成的亞硝態(tài)與氨氮繼而進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng)。

目前，工業(yè)廢水中通常含有較高的氮元素濃度，通常在其工藝前端設(shè)有出水回流，在回流產(chǎn)生的剪切力作用下，適度的水力負(fù)荷降低了進(jìn)水的基質(zhì)濃度，活性污泥與基質(zhì)充分混合和接觸，增設(shè)回流比，也更易得到優(yōu)質(zhì)的顆粒污泥，優(yōu)質(zhì)的顆粒污泥不僅增加系統(tǒng)的耐氧性能，提高接觸面積，同時(shí)增加了容積利用率。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)裝置

UASB主體反應(yīng)器由雙層有機(jī)玻璃圓柱體套管制成，UASB裝置設(shè)有恒溫水浴加熱系統(tǒng)，內(nèi)部為反應(yīng)區(qū)，內(nèi)徑10 cm，反應(yīng)區(qū)高度1.91 m；實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖1所示。

圖1 UASB反應(yīng)器裝置圖

1.2 接種污泥

UASB反應(yīng)器采用沈陽市北郊污水處理廠消化污泥作為接種污泥，污泥呈黑色。

1.3 試驗(yàn)原水

試驗(yàn)用水采用人工配水,實(shí)驗(yàn)配水以NH4Cl和NaNO3為進(jìn)水氮源。

2 結(jié)果與討論

2.1 回流比對(duì)耦合反應(yīng)氨氮去除的影響

回流比對(duì)耦合反應(yīng)氨氮去除的影響見圖2。由圖2可知，回流比對(duì)耦合系統(tǒng)的氨氮去除效果影響很大，在不同回流比下氨氮呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，氨氮平均去除率分別為26.88%、29.72%、36%、39.58%和34.37%。雖然回流比為200%時(shí)氨氮平均去除率較好，但裝置系統(tǒng)內(nèi)的污泥顆粒粒徑繼續(xù)減小，顆粒污泥已經(jīng)開始消解，基質(zhì)與反應(yīng)載體的接觸面積減少，接觸反應(yīng)時(shí)間減少，造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，隨時(shí)間的增加裝置的性能逐漸減退，耦合系統(tǒng)在此回流比下不能長期穩(wěn)定運(yùn)行。在回流比為300%時(shí)，顆粒污泥消解成絮狀污泥并夾雜著較小的顆粒污泥，導(dǎo)致氨氮的去除率呈現(xiàn)下降趨勢，耦合系統(tǒng)能效下降。因此，氨氮的去除的最佳回流比為150%，此時(shí)氨氮的去除率達(dá)36%。

圖2 不同回流比下氨氮平均去除率對(duì)比

2.2 回流比對(duì)耦合反應(yīng)硝態(tài)氮去除的影響

回流比對(duì)耦合反應(yīng)硝態(tài)氮去除的影響見圖3。

圖3 不同回流比下硝態(tài)氮平均去除率對(duì)比

由圖3可知，回流比由0%增加至150%過程中，硝態(tài)氮平均去除率由22%快速提高到50%左右，與此時(shí)的氨氮的去除效能保持一致，均是能效好且穩(wěn)定，幾乎沒有波動(dòng)，說明硝態(tài)氮在回流比的提升下能效提升至最好效果，能夠?yàn)轳詈舷到y(tǒng)提供更多的亞硝態(tài)氮源，使得厭氧氨氧化菌消耗氨氮，耦合系統(tǒng)協(xié)同效果提高。但值得注意的是，回流比提升至100%時(shí)，耦合系統(tǒng)的硝態(tài)氮去除率去提升到35%左右，提升幅度較大，不同于此時(shí)的氨氮的去除率僅是略有增長，說明回流比對(duì)硝態(tài)氮去除率的影響要高于氨氮去除率的影響；當(dāng)回流比提升至200%和300%時(shí)，硝態(tài)氮的去除率繼續(xù)波動(dòng)下降，說明回流比過高導(dǎo)致顆粒污泥消解，在較高的回流比下絮狀污泥容易被出水排出，未與基質(zhì)充分接觸便分離，造成絮狀污泥性能的不穩(wěn)定。因此，硝態(tài)氮的去除的最佳回流比為150%，此時(shí)硝態(tài)氮的去除率為50%。

2.3 回流比對(duì)厭氧氨氧化與反硝化反應(yīng)比例影響

根據(jù)初始投加的基質(zhì)濃度和出水所含氮素的多少，以及厭氧氨氧化、反硝化反應(yīng)總反應(yīng)式可大致計(jì)算出耦合反應(yīng)內(nèi)兩種反應(yīng)各自所占的百分比。

厭氧氨氧化：

NH4+-N+1.32NO2--N+0.066HCO3-+ 0.13H+→

1.02N2+0.26NO3-N+0.066CH2O0.5N0.15++2.03H2O

反硝化：

5C6H12O6+24NO3--N→12N2+30CO2+ 18H2O + 24OH-

回流比對(duì)厭氧氨氧化與反硝化反應(yīng)比例的影響見圖4。

圖4 不同回流比下厭氧氨氧化與反硝化反應(yīng)所占比例關(guān)系

由圖4可知，在未設(shè)回流比時(shí)，厭氧氨氧化所占脫氮素比例較大，達(dá)100%左右，此時(shí)厭氧氨氧化在耦合系統(tǒng)占絕對(duì)優(yōu)勢，但由于此時(shí)幾乎未進(jìn)行反硝化反應(yīng)，無法提供厭氧氨氧化反應(yīng)所需氮源，所以此時(shí)氨氮及硝氮去除率均較低；當(dāng)回流比繼續(xù)增加至150%時(shí)，此時(shí)厭氧氨氧化所占脫氮素比例降低至76.06%，反硝化所占脫氮素升高為23.94%，這是因?yàn)楫愷B(yǎng)反硝化細(xì)菌在細(xì)胞產(chǎn)率系數(shù)及倍增速度均大于自養(yǎng)的厭氧氨氧化菌[8];當(dāng)回流比繼續(xù)由150%增加至300%過程中，此時(shí)厭氧氨氧化脫氮比例再次升高，不利于反硝化進(jìn)行。

3 結(jié) 論

（1）在一定范圍內(nèi)耦合系統(tǒng)的脫氮效果隨著回流比的提升而增加，當(dāng)回流比為150%時(shí)，氨氮、硝態(tài)氮平均去除率達(dá)到最大值分別為36%、50%。

（2）回流比增加過程中，厭氧氨氧化占脫氮素比例呈先降低后升高的趨勢，反硝化占脫氮素比例呈先升高后降低的趨勢，當(dāng)回流比為150%時(shí)，厭氧氨氧化所占脫氮素比例降低至76.06%，反硝化所占脫氮素升高為23.94%，此時(shí)為最適脫氮回流比。

綜上所述,當(dāng)回流比為150%時(shí)，此時(shí)耦合系統(tǒng)的穩(wěn)定性、脫氮效能和各菌種表現(xiàn)出的活性均最佳。

［1］Helmer C, Kunsl S.Simultaneous nitrification/dinitrification in an aerobic biofilm system. Wat.Sci.Tech,1988，27（4-5）：183-187.

［2］蘇彩麗，余泳昌，季寶杰．短程硝化-厭氧氨氧化生物脫氮研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 2009, 32(4)．

［3］Yang Yang，Zuo Jian'e，Shen Ping，Gu Xiasheng．Influence of temperature,pH value and organic substance on activity of ANAMMOXsludge．Environmental Science ，2006，27(4)： 691-695．

［4］ Bipin K P，F(xiàn)utaba K，Yuko S，et al．Presence and activityof anammox and denitrification process in low ammonium-fed bioreactors．Bioresource Technology，2007，98：2201-2206．

［5］Chen H H，Liu S T，Yang F L．The development ofsimultaneous partial nitrification, ANAMMOX and denitrification (SNAD) process in a single reactor fornitrogen removal. Bioresource Technology，2009，100：1548-1554．

［6］Zhou Shaoqi(周少奇)．Stoichiometric analysis of combinedreaction of anaerobic ammonia oxidation with denitrification.Journal o f South China University o f Technology：Natural Science Edition(華南理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版)，2006，34(5)：1-4．

［7］Bagchi S, Biswas R, Nanday T. Start-up and stabilization of an Anammox process from a non-acclimatized sludge in CSTR[J]. Microbiol Biotechnol, 2010, 37:943-952.

［8］Yuan Q, Baranowski M, Oleszkiewicz J A. Effect of sludge type on fermentation products [J]. Chemosphere, 2010, 80:445-449.

［9］張鵬，周琪，屈計(jì)寧,等．同時(shí)硝化與反硝化研究進(jìn)展[J].重慶環(huán)境科學(xué)，2001，2（6）：4-10.

Effect of Reflux Ratio on the Performance of Anaerobic Ammonium Oxidation and Denitrification

,

（Shenyang Jianzhu University, Liaoning Shenyang 110168，China）

In order to improve the nitrogen removal performance of the anammox and denitrification coupling system, the experimental study was carried out to investigate the effect of reflux ratio on anammox and denitrification. Whenthe test reflux ratio was 0%, 100%, 150%, 200% or 300%, removal rates of ammonia nitrogen and nitrate nitrogen inthe reaction system were measured, the optimum reflux ratio of anammox and denitrification coupling process was determined. The results show that the optimum reflux ratio is 150%；under the optimum reflux ratio, the ammonia nitrogen removal rate can reach to 36%, the nitrate nitrogen removal rate can reach to 50%, and the coupling system can run stably.

anammox; denitrification; reflux ratio

2017-03-20

孫明（1994-），女，碩士，黑龍江省大慶市人，2015年畢業(yè)于黑龍江大學(xué)（土木工程）給水排水，研究方向：污水處理。

TQ 113

A

1004-0935（2017）05-0443-03