（环境科学专业论文）以ubf反应器启动厌氧氨氧化反应及其影响因子研究.pdf

ab s t r a c t 玩t h e r e c e n t y e a r s , s t u d i e s o n t h e o p e r a t i o n c o n d i t i o n o f a n a m mo x p r o c e s s a n d t h e n e w l y d i s c o v e r a b l e a n a mmo x b a c t e r i a h a v e c a u s e d w i d e c o n cer n e d b e c a u s e a n a m mo x r e a c t io n h a s s o m a n y a d v a n t a g e s s u c h a s l i t t l e o x y g e n n e e d s 氏 l o w r u n n i n g c h a r g e a n d n o e x t e r n a l c a r b o n s o u r c e r e q u i r e d . p e o p l e h a v e s t u d i e d o n a n a mmo x r e a c t i o n i n t h e l a b o r a t o ry u s i n g m a n y t y p e s o f r e a c t o r s s u c h a s f i x e d b e d , fl u i d i z e d b e d a n d s b r . b a s e d o n t h e r e t u r n s , t h e a n ammo x r e a c t o r w a s s u c c e s s f u l l y s t a rt e d u p i n t h e u p fl o w b l a n k e t f i l t e r . b a s e d o n t h e s u c c e s s f u l s t a r t u p o f r e a c to r , t h e t e c h n ic a l p a r a m e t e r a n d t h e e ff e c t o f k e y e n v i r o n m e n t a l f a c t o r s o n a n a mm o x p r o c e s s w e r e s t u d i e d . t h e r e s e a r c h a b o v e m a y p r o v i d e a n e w a p p r o a c h o n t h e e n g in e e r i n g a p p l i c a t i o n o f a n a mm o x p r o ces s . t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s a r e s u mma r i z e d a s f o l l o ws . 1 . i t s p e n t 1 6 5 d a y s i n s u c c e s s f u l l y s t a rt i n g u p t h e a n a m m o x r e a c t o r i n a u p fl o w b l a n k e t f i l t e r . a f te r s t a rt u p o f t h e a n a m mo x r e a c t o r , v o l u m e t r ic t o t a l n i tr o g e n ( t n ) l o a d i n g r a t e i n t h e r e a c t o r w a s u p to 0 . 1 7 k g t n / ( m 3 d ) w i t h ，: r e m o v a l p e r c e n t o f 4 3 .0 4 % a n d n i t r i t e r e m o v a l p e r cen t o f 1 0 0 % . wh e n t h e r e a c t o r o p e r a t e d a t s t e a d y s t a t e , a m m o n i a a n d n i t r i t e w e r e r e m o v e d w i t h a s t e a d y m o l a r r a t i o . t h e m o l a r r a t i o o f n i t r i t e r e m o v a l , a m m o n i a re m o v a l a n d n i t r a t e p r o d u c t i o n w a s 1 . 1 8 : 1 : 0 . 2 8 . 2 . a ft e r s u c c e s s f u l s t a rt u p o f t h e a n a m mo x r e a c t o r , t h e c o l o r o f t h e s l u d g e w i t h a n a mm o x a c t i v i t y i n t h e r e a c t o r i s n o t l i k e h e n n a a s r e p o rt e d b u t l i k e b ro w n - g r e y . a c c o r d i n g t o t h e o b s e r v a t i o n b y t h e s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s cop e , t h e f o r m o f a n a mm o x b a c t e r i a i n t h e r e a c t o r a s s u m e s o v a l o r i r r e g u l a r c i r c u l a r , i t s d i a m e t e r i s a b o u t 1 m i c r o n i n s i z e , a n d h a v e c r a t e r i f o r m n i c k o n t h e s u r f a ce. t h e b a c t e r i a r e p r o d u ced b y b u d d i n g l i k e m a n i f o l d . 3 . a t h r t o f 2 4 h , w h e n t h e i n fl u e n t v o l u m e t r i c t o t a l n i t r o g e n l o a d i n g r a t e w a s u n d e r 3 8 5 .4 1 g t n / m 3 d , a m m o n i a a n d n i t r it e co u l d b e r e m o v e d in e ff e c t , t h e r e m o v a l r a t e o f a m m o n i a a n d n i t r i t e w a s b o t h 6 0 % u p w a r d s . wh e n t h e i n fl u e n t v o l u m e t r i c ab s t m以 to t a l n it r o g e n lo a d in g r a te w a s u p to 2 1 3 . 1 4 g t n / m 3 -d , t h e r e a c t o r h a d t h e b e s t r e mo v a l e ff e c t o n a mmo n i a a n d n i t r i t e . t h e r e mo v a l r a t e o f a mmo n i a a n d n i t r i t e wa s 加山8 0 % u p w a r d s . i n t h i s e x p e r i m e n t , t h e b e s t h r t o f t h e a n a m m o x r e a c t o r i s 8 h . c o m p a r e d w i t h t h e t w o m e t h o d s w h i c h a r e u s e d t o s t e p u p th e v o l u m e t r i c l o a d i n g o f t h e r e a c t o r , t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e m e t h o d o f s h o r t e n i n g h r t wa s b e tt e r . 4 . t h e r e a r e m o s t l y t w o t y p e s o f r e s t r a i n i n g e ff e c t s h o w t h e o r g a n i c s u b s t a n c e s a ff e c t t h e a n a mmo x r e a c t i o n . o n e k i n d o f o r g a n i c s u b s t a n c e h a s a r e s t r a i n i n g e ff e c t d i r e c t t o t h e a n a mmo x r e a c t io n ; t h e o t h e r k i n d i s a n i n d i r e c t r e s t r a i n i n g e ff e c t w h i c h r e s t r a i n s t h e a n a mmo x r e a ct i o n b y s t r e n g t h e n i n g d e n i t r i f i c a t i o n . 玩 t h e e x p e r i m e n t a l c o n d i t io n , t h e a p p r o p r i a t e v a l u e o f i n fl u e n t t o c c o n ce n t r a t i o n w a s b e t w e e n 0 m g / l a n d 8 0 m g / l . a c c o r d i n g t o t h e s t r e n g t h o f t h e r e s t r a i n i n g e ff e c t s , 山 . o r d e r o f t h e o r g a n i c m a tt e r t h rou g h s t ro n g t o f e e b l e i s m e t h a n o l s o d i u m a c e t a t e 目 u c o s e u n d e r t h e s a m e c o n ce n t r a t i o n l e v e l . i m p ro v i n g t h e i n fl u e n t n i t r i t e c o n ce n t r a t i o n c a n d o s o m e h e l p o n l e s s e n i n g t h e r e s t r a i n i n g e ff e c ts o n a n a m m o x 5 . t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s w h i c h a r e a n a l y z e d b y t h e s i n g l e f a c t o r e x p e r i m e n t a n d t h e o rt h o g o n a l t e s t i n d i c a te d t h a t t h e p r i m a ry a n d s e c o n d a ry g r a d a t i o n o f t h e f a ct o r s e ff e ct i n g t h e a n a m m o x r e a c t i o n r a t e w e r e t e m p e r a t u r e , p h a n d o r g a n i c m a t t e r . t h e o p t i m a l v a l u e o f t e m p e r a t u r e , p h a n d t o c w e r e 3 0 1c , 8 .0 a n d 4 0 m g / l r e s p e c t i v e l y . k e y w o r d s : a n a e r o b i c a m m o n i u m o x id a t io n ; i n o c u l a t e d s l u d g e : u p fl o w b l a n k e t f i l t e r ; s t a rt - u p ; p h o r g a n i c s u b s t a n ce i v 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了 解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容: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，并采用影印、缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 学校有权提供目 录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务; 学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版; 在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 龙城 叩年， 月 ， 。 日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名: 嘛 妙 学位论文作者签名: 解密时间:年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下: !一 内 部5 年 ( 最 长 5 年 ， 可 少 于 5 年 ) 秘密*1 0 年 ( 最长1 0 年，可少于1 0 年) 机密2 0 年 ( 最长2 0 年，可少于2 0 年) 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的学位论文， 是本人在导师指导下， 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， 本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、 己公开发表或者没有公开发表的 作品的内容. 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体， 均已在文中以明确方式标明。 本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名 l 年 t 月 ; 铂 第一章 绪论 第一章 绪论 1 . 1污水脱氮的必要性 1 . 1 . 1水体中氮的来源以及氮素的存在形式 在自 然界， 氮素的主要存在形式有氨氮，亚硝氮，硝氮，氮气，有机氮 ( 含 氮化合物例如动物蛋白，植物蛋白等)以及氮氧化物等。各种形式的氮经过不 断的迁移与转化形成了自然界的氮循环。 在不考虑径流携入的情况下，水体中 n的初始来源有两种:一是降水中含 有的亚硝酸盐和硝酸盐;二是有机物分解。有机物在植物代谢和大多数异氧细 菌代谢中最终的产物是氨态氮，动物代谢重要的 n产物是尿素。而尿素可以被 微生物代谢为氨氮，在有氧条件下，氨态氮可以被一些自 养细菌所氧化 ( 亚硝 酸细菌)生成亚硝酸盐;在硝酸细菌的作用下生成硝酸盐。在缺氧条件下，硝 酸盐作为电 子受体可以被反硝化细菌还原为氮气或者氨或者n z o . 由 于人类活动而造成的进入水体的氮c ; 有以 下几种: ( 1 ) 工业和生活污水未 经处理直接进入河道或者水体;( 2 )污水处理厂出水:采用常规处理工艺的污 水处理厂的 排放水中都含有相当 数量的氮， 磷;( 3 )农业污染 ( 包括肥料，农 药和动物粪便) 。 1 . 1 . 2氮素污染的缘由以及危害 氮素污染主要是指人或者自 然力作用下破坏正常的氮素循环， 导致中间产物 的积累而造成的污染。近年来，水体中的氮素污染也越来越严重，氨氮与硝氮 是水体中主要的氮素 污染物。国家环保总局 2 0 0 5 年 1 月发布了 地表水水质报 告， 其中 根据对七大水系的1 7 5 条河流、 3 4 5 个断面的监测表明， 七大水系总体 水质基本稳定，主要污染指标是五日生化需氧量、高锰酸盐指数、氨氮和石油 类， 氨氮排在第3 位。 水体氮素污染造 成的环境危害日 益严重， 其带来的 环境危害阁 主要有以 下几 第一章 绪论 个方面: ( 1 ) 引 起藻类的过度繁殖，导致水体富营养化。 水体富营养化不但给水体环境造成了严重的危害，而且造成了巨大的经济 损失。主要表现为:藻类散发出的腥臭使水味变得腥臭难闻;藻类形成的 “ 绿 色浮渣”使水质浑浊，水体透明 度降低;许多藻类向 水体释放有毒有害物质， 引起鱼、贝中毒;作为城市供水水源时，影响供水水质并增加制水成本:破坏 水生生态，导致农渔业欠收。 ( 2 ) 氨对水生生物的 毒害。 氨 在 水中以 离 子 侧1 4 十 ) 和 分 子 ( n h 3 ) 的 形 态 存 在， 引 起毒 害 作 用 的 主要是 n h 3 . 对大部分 鱼类而言， 水体中n h 3 的 致死剂量为l m g / l . ( 3 ) 氨氮消耗水体中的溶解氧。 进入水体的氨氮在硝化菌的作用下，可氧化成亚硝酸盐和硝酸盐，消耗大 量氧气。 完 全氧化1 m g 氨氮约需4 . 6 m g 溶 解氧。 在二级处理出 水中 ， 氨氮需氧 量占总需氧量的比 例可高达7 1 . 3 %。 假如水体没有足够的稀释能力， 二级处理出 水排入水体后，氨氮将大量消耗d o ，降低水体质量，严重影响水生生态系统。 ( 4 )硝酸盐和亚硝酸盐影响人类健康。 硝酸盐和亚 硝酸盐( 直接排放或由 氨转化而来) 也是严重威胁人类健康的有 害物质。人体吸收亚硝酸盐后能诱发高铁血红蛋白症，因主要发生于婴儿中， 又被称为“ 蓝婴症” ， 可导致婴儿窒息。 硝酸盐与亚硝酸盐在人体中还会转化成亚 硝胺，具有致畸、致癌、致突变作用，对人体有严重的潜在威胁。研究表明， 硝酸盐摄入量大的人群，胃 癌发生率也高。 正是由于氮素污染对环境带来的危害日益严重，越来越多的国家和地区制 定了 严格的氨氮排放标准，污水脱氮技术逐渐受到了大家的广泛关注，污水脱 氮技术的研究和推广变得越来越重要起来。 1 . 2污水脱氮技术简介 1 . 2 . 1污水脱氮技术概述 随着氮磷污染问题的尖锐化以 及公众环境意识的加强，越来越多的国家和 地区制定了严格的污水氮磷排放标准和不同等级的实施规划，近二三十年来， 第一章 绪论 脱氮技术一直是污水处理领域研究、开发和应用的热点。目 前常规的氮素污染 控制技术分为物化处理技术和生物处理技术。 物化处理技术主要包括:空气吹 脱法、折点氛化法、沸石选择性交换吸附法、 磷酸氨镁沉淀法。生物处理技术 除了传统的硝化一反硝化工艺之外，最近又提出了如短程硝化 ( 开发比较成功 的有s h a r o n工艺等) ，同时硝化反硝化 ( s n d ) , o l a n d 工艺，厌氧氨氧化等 新的脱氮理论与工艺。 1 . 2 . 2污水物化脱氮技术w. 1 . 2 . 2 . 1空气吹脱法 空 气吹脱 法就是 通 过提高废水中的p h值， 并 采用空 气吹 脱技术， 促使氨从 水中逸出的物化脱氮技术。 水中 的 氨氮多以n h . 十 和n h 的 形式存在， 两 者 存在以 下平衡关系: n h 4 十 + h 2 0 - n h 3 + 2 0 h - ( 1 . 1 ) 这 一 关 系 主 要 受p h 与 水 温的 影 响 ， 当p h 值 为7 时 ， 氨 氮 多以n h , 十 形 态 存 在， 而当p h值 为1 1 左 右时， n h 3 占 到9 0 % 以 上。 通 常以 石 灰调节p h值到1 1 左右， 通过吹脱塔吹脱氨气， 其工艺流程见图1 . 1 。 该技术处理二级处理出水时， 氨氮去除率可达7 5 % - 8 5 % . 空气和n 玩 排泥空气 图1 . 1空气吹脱法除 氮工艺 空气吹脱法具有效果稳定、操作简便、 容易 控制等优点，但存在如下缺点: 逸出的氨可能造成二次污染;石灰易形成水垢;且水温降低则脱氨效果下降。 1 . 2 . 2 . 2折点氮化法 利用抓气或次抓酸钠将废水中的氨氧化成氮气的化学脱氮技术，称为折点 3 第一章 绪论 氯化法，其反应式为: n h 4 十 + 1 .5 h o c 1 - 0 .5 n 2 + 1 .5 h 2 0 + 2 . 5 h + + 1 .5 c 1 - ( 1 . 2 ) 在折点抓化法中， 余氯浓度和残留 氨氮浓度与氯/ 氨氮重量之比 有关，抓投 加量与氨氮重量比为7 .6 : 1 时， 化合余氯量最小，称为折点。越过折点后，所 投加抓产生自由余氛，为了保证反应进行完全，实际投氯量往往超过理论值， 通常为 8 : 1 一1 0 : 1 。 折点氛化法的主要产物为氮气，其它少量副产物为 n 伪 一 和 n c 1 3 ，出 水 氨氮 可 小于o . l m g (l ， 但出 水 排放 前需 采用 活 性 碳吸附 脱 氛或 投加 s 0 2 脱氛。 1 . 1 . 2 . 3沸石选择性交换吸附法 利用选择性阳离子交换剂置 换出 废水中n h 4 + 的物化脱氮技术， 称为 选择性 交换吸附法，可用下式表示: a r a+ + b 0 + 一 r o b 0 + + n a - ( 1 .3 ) 沸石( z e o l i t e ) 是一种分布广 泛开 采量很大的天然离子交 换物质.由 于它的价 格低于人工合成的离子交换树脂， 并且对于n h 4 十 具有选择吸附能力， 因此常用 于污水中氨氮的去除。污水连续通过沸石交换柱，使沸石的交换能力趋于饱和 而不断下降，当出水中n h 4 十 浓度超过运行要求时，需对沸石进行再生处理. 选择性交换吸附工艺主要由离子交换柱、再生贮液槽和吹脱塔三部分组成， 其工艺流程如图 1 . 2所示。选择性交换吸附法对氨氮的去除率可达 9 0 % -9 7 % , 但对硝氮、亚硝氮以及有机氮没有去除能力。 进水 离子 交换柱 再生液 再生液贮槽 图1 . 2 沸石选择性交换吸附法脱氮工艺 第一章 绪论 1 . 1 . 2 . 4磷酸氨镁 沉淀法 向 废水中投加磷酸盐和氧化镁，使氨形成磷酸氨镁沉淀而去除的废水脱氨 技术称为磷酸氨镁沉淀法。形成磷酸氨镁( m a p ) 的 化学反 应式为: m g t + p o 4 3 - + n h e + 6 h z 0 - m g n h 4 p o 4 -6 h 2 0 1 ( 1 . 4 ) m a p 为碱式 盐， 在酸性条 件下易溶解， 沉淀反 应最 好 在较高的p h下进行。 但若p h超过9 . 5 ， 产生的m a p 会释放出 刺鼻的 氨味. 采 用磷酸 氨镁沉淀法去 除 氨氮时， 理想的 投 加比 例是m g : p : n =1 . 3 : 1 : 1 采用物化技术脱氮，具有快速高效的优点，但物化法往往需要消耗化学药 品，费用昂贵，而且易产生二次污染。因此，只有在某些特殊情况下才采用物 化技术脱氮，生物处理技术是污水脱氮工艺的首选。 1 . 2 . 3污水生物脱氮技术 生物脱氮是污水中的含氮物质 ( 主要有含氮有机物， 硝态氮， 氨氮等) ， 在 生物处理过程中在特定的条件下被微生物转化为氮气或者氮氧化物，从而达到 脱氮的目 的。 自 然界的 微生物氮素 循环囚 可分为以 下几 个过程: 固 氮、 氨的同 化、 氨化、硝化、反硝化、异化性硝酸盐还原、厌氧氨氧化。其中，硝化、反硝化 和厌氧氨氧化是废水生物脱氮的重要理论依据。 1 . 2 . 3 . 1传统硝化反硝化脱氮工艺 传统脱氮工艺一般包括硝化和反硝化两个阶段，分别由硝化菌和反硝化菌 完成， 这两类菌对环境要求差异很大，因而这两个过程只能序列式进行: 即在好 氧条件下进行硝化反应，在缺氧或厌氧条件下进行反硝化反应。在此基础上发 展的生物脱氮工艺必须从空间，或从时间上将缺氧区和好氧区分开，使硝化和 反硝化反应能够独立完成.例如最初的三级活性污泥法流程将氨化、硝化和反 硝化分别放在三个反应池中进行，并各自 有独立的污泥回流系统;8 0年代兴起 的a / 0工艺流程也需单独设置缺氧池与好氧池。 传统脱氮工艺在废水脱氮领域发挥了重要的作用。但传统生物脱氮工艺也 存在着不少问题: ( 1 )工艺流程长，占地面积大，基建费用高: ( 2 )难以维持较高的生物浓度: ( 3 )动力费用和运行费用高; 第一章 绪论 ( 4 )抗冲击能力较弱。 此外传统生物脱氮工艺尽管在城市污水处理中效果较好， 但对于高氨氮、 低碳源废水，由 于废水中on较低， 废水本身所能提供的碳源远远不能满足反 硝化的要求，传统生物脱氮工艺很难达到良 好的氮素去除效果。 1 . 2 . 3 . 2同步硝化反硝化工艺 同 时 硝 化 反 硝 化 ( s n d ) 工 艺(6) 是 针 对 传 统的 两 级 顺序 硝 化 一 反硝 化 而 提出 的，硝化菌和反硝化菌共存于一个反应器内，同时完成硝化和反硝化两个过程。 其优越性主要表现为:i 、节省反应器体积; 2 、缩短反应时间;3 、无需酸碱中 和。该工艺技术关键是硝化过程与反硝化过程的反应动力学控制。 同时硝化反硝化现象在生物膜反应器和活性污泥系统中均被证实存在， 但其 机理还没有一致的解释，当前对其生物脱氮的机理己初步形成三种观点:从宏 观环境上，在生产规模的生物反应器中，整个反应器均处于完全均匀混合状态 的情况并不存在，好氧区和缺氧区可能同时存在，这就提供了s n d发生的环境 条件; 微环境理论则认为，由于氧扩散的限制， 在微生物絮体内产生】 d o梯度从 而导致微环境的同步硝化反硝化:生物学的解释则有别于传统理论，由于许多 好氧反硝 化菌同 时 也是异养硝化菌， 能 够直接把n h 4 十 转化为最终气态产物而 逸 出，因此同步硝化反硝化成为可能。 s n d工艺特点: 尽管对s n d的认识还不够全面， 但利用s n d进程进行生物脱氮的优越性是 显而易见的，可归纳为以下几个方面: . 1 . 可以 省去传统生 物脱 氮工艺的 厌氧池 ( 缺氧池) 或至少可以 减少 对厌氧池的 投入。 2 . 可以 缩短 水力 停留时间 ， 可以 减少外 加碳源， 可以 减少动力消耗 ( 溶 解氧的 需求量较低) . 3 . 可以 简化操作流程。 在一个反应器中同时实现有机质的降解和生物脱氮过 程。 目 前， 对 s n d生物脱氮技术的研究主要集中在生物膜反应器如流化床、生 物滤池、 生物转盘和活性污泥反应器如氧化沟、 s b r等反应器系统。 p a u l 等人(7 l 利用厌 氧滤池和r b c对氨氮浓度高 达2 1 4 0 m g / l的垃 圾渗 滤液进行了 研究， 在 r b c 的 氨氮负荷为1 .5 - 3 . o g / ( l -d ) 的 条件下， 氮去除率高 达8 0 % - 9 0 % . 周少 奇等 第一章 绪论 人cu 以 我国香港 粉岭垃 圾填埋 场渗滤 液为 研究对象， 在历时5 0 d活 性污泥驯化 后，反应器系统中达到同步硝化反硝化动力学平衡状态，并在之后的 4 5 d里， 基本保持稳定状态e m ik e o n e i l l 等. 研究了o r b a l 氧化沟中 经n 0 2 - - n途径的 s n d ， 发 现在o r b a l 氧化 沟的 外 沟中 ， 当。 。 浓度 水平较低 ( 9 5 流 化 床一l84d 8 49 9 根据综合效果和性能来看，两级推流式反应器i :的效果最好。反应器启动 时间 短 而且反应效果 好， 容 积总 氮负 荷能够 达到5 3 4 m g (l -d ， 但该实 验装置 太小， 一、二级反应器总有效容积才 0 . 6 l ，不利于推广应用。单从启动时间来看，固 定床生物膜启动时间最短，可能是由于生物膜截留 微生物能力强，反应器生物 流失少的缘故。 本实验选择的反应器为 u b f( 厌氧复合床) ，以该反应器启动厌氧氨氧化 的实验还没有见报道，但该反应器兼具 u as和生物膜的特点，反应器下部是 厌氧污泥床，上部装有弹性填料，可以部分起到三相分离器的作用，微生物又 可以附着在填料上形成生物膜，对反应器的运行性能也是一个好的补充。 3 . 1 . 2接种污泥的选择 要 应 用厌氧氨氧 化工艺， 必须首先解决 厌氧氨 氧化菌的持留 和扩增问 题【7 3 1 污泥颗粒化是解决这个问题的有效途径(1 4 1 。颗粒污泥沉降性能优良 ，易于通过 沉淀而持留，有利于微生物的扩增，并有较高的生物活性. 经研究表明【川 ，往 反应器中适当的投加颗粒污泥，惰性载体，絮凝剂以及多价阳离子都能够促进 污泥颗粒化，加快反应器启动进程。接种不同污泥的反应器性能如表3 . 2 所示: 第三章 厌氧氨氧化反应器启动实验 表3 . 2接种不同 污泥的反 应器启 动效 果比 较6 6 1 6 71 6 9 1 1 (7 71 接种污泥启动时间 反应效果 容积总氮负 荷( m g / l - d ) 氨氮去除率 ( %) 亚硝酸盐 氮 ( %) 好氧活性污泥 7 6 d 5 3 49 99 8 .3 硝 化 颗 粒 污 泥5 1 d总 氮 去 除 速 率 达2 . 1 2 k g / ( m 3 d ) 产甲烷颗粒污泥 1 7 3 d 总 氮 去 除 速 率 达2 .8 7 k g / ( m 3 d ) 异养型好氧颗拉污泥 7 - 1 6 d 一一 一 好氧硝化污泥和厌氧污泥 混培 ( 针对低浓度) f: 3 ll2 49 4 . 5 9 5 河底污泥2 5 0 4月 0 08 0 8 0 普通厌氧颗粒污泥 9 0 d 6 0 0 7 58 0 上表中，接种的好氧活性污泥是为了生物膜快速挂膜再转为厌氧培养，可 以为u b f 上部弹性填料的快速挂膜提供参考。 相对来说，以 硝化颗粒污泥和产 甲烷颗粒污泥接种的反应器总氮去除速率高，厌氧氨氧化菌活性好，具有典型 性。 在厌氧氨氧化污泥的 颗粒化(7 11 过程中， 产甲 烷颗粒污泥只 起了 载体的功能， 而硝化颗粒污泥则同时扮演接种物和载体的角色。以硝化颗粒污泥接种与以产 甲烷颗粒污泥接种相比，反应器启动快、污泥浓度高，但污泥活性低，稳定后 的总氮去除速率小。除以上几种污泥外，反硝化颗粒污泥和异养型好氧颗粒污 泥也有可能成为厌氧氨氧化快速启动的接种材料，但目 前未见报道。异养型好 氧颗粒污泥7 61 76 1 产 率系数高，实 现自 身 颗粒化 耗时 较短， 仅为1 6 d ， 甚至7 d 7 接种后不仅可作为厌氧氨氧化菌的附着表面，形成生物膜，也可作为厌氧氨氧 化颗粒的内 核，形成颗粒污泥。反硝化颗粒污泥与厌氧氨氧化菌代谢类型一致， 同属于厌氧或缺氧菌，优于硝化颗粒污泥:反硝化颗粒污泥与厌氧氨氧化菌的 基质相近，对底物的亲和性比产甲烷颗粒污泥强:反硝化菌来源广泛、生长较 快，以反硝化颗粒污泥启动厌氧氨氧化反应器，可进一步缩短启动时间。 本实验的接种污泥为天津市东郊污水处理厂厌氧消化污泥，该厌氧消化污 泥产气量大，含产甲烷菌和厌氧反硝化菌高，适合接种于以反硝化启动的反应 器中。 原 污泥基 本性 状如 下: m l s s : 6 .0 7 0 g / l . m l v s s : 3 .5 4 0 g / l 7 v s s / s s : 5 8 .3 % 6 污泥取回后静置2 4 小时， 虹吸除去上清液后测得污泥基本性状: ml s s : 2 7 . 6 9 g ( l 7 ml v s s : 1 7 . 7 0 g / l , v s s / s s : 6 3 . 9 %. 3 . 1 . 3弹性填料载体预处理 第三章 厌氧氨氧化反应器启动实验 在微生物附着固定过程中， 载体表面的电荷性及表面粗糙度将直接影响微生 物附 着的 动力学过程。 在正常生长环境下， 微生物表面带有负电荷， 通过一定 的表面改良 技术使载体表面具有正电 性，可使微生物在载体表面附着和固定过 程更易进行。 本实验采用化学氧化一铁离子覆盖技术处理。 具体步骤: 把弹性填料载体浸没于重铬酸钾溶液中1 小时， 然后用清水冲洗 经重铬酸钾溶液氧化后的 载体。 把氧化后的载体置于0 .0 7 m f e c 1 3 溶液中4 0 分 钟， 使f e 3 ! r 过正负电 荷作 用覆盖 到载体 表面。 将处理过的填料浸泡入污泥中，使填料与接种污泥充分接触，4 5个小时后 取出，装入反应柱中。 3 . 1 . 4模拟废水 表3 . 3自 养反硝化模拟废水 水 中 化合物 k 2 h p o 4 mg s o 4 . 7 h 2 0 f e s o 4 . 7 h 2 0na no 3n a 2 sna h c o 3 浓度 ( m g (l ) 4 01 2 0 微量叨 吕2 3 45 0 0 其中 含 硝 酸 盐 氮6 7 . 2 m g / l , 硫 离 子 浓 度%m g / l , n o 3 - n 与s 2 一 的 摩 尔比 为 8 :5 . 表3 .4厌氧氨氧化模拟废水 水中化 合物 凡h p 0 4 mg s 0 4 9 h 2 0n a n o2n氏口na hc 0 3 c a c 1 2微元a微元 b 浓度 ( m g / l ) 2 7 . 23 0 0 不确定不确定5 加1 3 6l ml / ll ml / l 亚硝氮与氨氮的摩尔比为 1 : 1 . 微量元素 i 微量元素i i e d t a 5 0 0 0 m g / l , f e s o 4 . 7 h 2 0 5 0 0 0 m g / l ; e d t a 1 5 0 0 0 m g / l , z n s o 4 - 7 h 2 0 4 3 0 m g / l , c d c 1 2 - 6 h 2 0 2 4 0 m g / l , mn c 1 2 .4 h 2 0 9 9 0 m g / l , c u s o 4 .5 h 2 0 2 5 0 m g (l , n a 2 m o o 4 2 h 2 0 2 2 0 m g / l , n i c i 2 -6 h 2 0 1 9 0 m g / l , n a 2 s e o 4 -4 h 2 0 2 1 0 m g / l , h 3 b o 4 1 4 m 创 l . 3 . 1 . 5启动方式 第三章 厌氧氨氧化反应器启动实验 厌 氧 氨 氧 化 菌 5 3 ) 7 2 1 生 长 缓 慢 漪增 时 间 长 达1 1 d ) ， 活 性 易 受 氧 抑 制 ， 较 难 培 养。由于反硝化颗粒污泥与厌氧氨氧化菌的基质相近， 本实验首先以 含产甲 烷 和反硝化菌高的厌氧消化污泥启动自 养反硝化反应器，待反硝化效果明显后再 启动厌氧氨氧化反应器，目的是先培养来源广泛，生长较快的反硝化菌，再以 反硝化污泥启动厌氧氨氧化反应器，进一步缩短启动时间。 3 . 2厌氮氨氧化反应器启动过程与结果分析 3 . 2 . 1自养反硝化阶段 ( 2 0 0 6 年3 月2 7日一2 0 0 6 年7 月1 8日) 3 . 2 . 1 . 1实验过程与结果分析 本实验自 养反硝化的操作条件控制为进水 n 0 3 - -n 4 .8 m m o 1/ l , 扩- 3 m m o 1 / l , n 0 3 - - n与s z 一 的 摩尔比 为8 :5 , h r t为2 4 h . 运行将近两个星期， 反硝化效果明显。启动后第1 1 天在进水中加入 n h 4 - n ，一方面为脱氮硫杆菌 的生长提供氮源， 另一方面也为厌 氧氨氧化菌 提供电 子供体， 进水中 s 2 - : n 0 3 一 :n i -i 4 + 为 1 : 1 .6 : 0 . 8 ( 摩尔比 ) . 实 验结果如图3 . 1 到图3 . 4 所示。 1 4 0 . 0 0 r 1 2 0 . 0 0 ，硝氮进水浓度 硝氮出水浓度 ，氨氮进水浓度 一氨氮出水浓度 总氮进水浓度 一总氮出水浓度 00000000 00.80.60.40. 1八曰、旨侧锐 2 0 . 0 0 0 . 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 时间 ( d ) 图3 . 1 自 养反硝化阶段氮素变化示意图 第四章 厌氧氨氧化反应器运行条件研究 第四章厌氧氨氧化反应器运行条件研究 4 . 1实验目的与方法 衡量反应器处理性能的指标一般来说有以 下几个:反应器的启动周期，容 积负荷，去除率以及耐冲击能力。而提高反应器的容积负荷一般有两种方法， 一是提高进水基质浓度，另外就是缩短反应器的水力停留时间 ( h r t ) 。本实验 通过以两种不同方式提高反应器的容积负荷，对以 低负荷法启动厌氧氨氧化的 u b f反应器的运行条件以 及处理性能进行研究，探讨该反应器的适宜进水浓度 范围以及水力停留时间，并对两种方式提升后的处理效果进行比较，找出适合 厌氧氨氧化反应器的提升负荷方式。 本阶段的实验分为以下两步: ( 1 ) 进水浓度实验 浓度提升实验:厌氧氨氧化反应器启动成功后，通过保持h r t 2 4 h 不变， 提高 进水n h 4 - n 与n 0 2 - n 浓度的 方式， 逐步 提高 反 应器的 容 积负 荷， 直到 n h 4 - n与n o z - n 去 除 率 低于6 0 % 时， 停止 提升。 冲 击负 荷实 验: 将进 水n h 4 - n 与n 0 2 口 一 n 浓 度提高 到3 0 m m o l / l ， 此时 反 应器 容 积负 荷 达 到随着进水浓度继续 增大， 在第 3 和第4 个进水浓度下，出水亚硝氮和氨氮浓度随进水浓度的增大 有所增大， 但增大幅度没有进水那么大;而在第 s和第 6 个进水浓度下，反应 器出水水质有所恶化，去除率明显下降，能看到出水亚硝氮和氨氮浓度的明显 第四章 厌氧氨氧化反 应器运行条件研究 上升: 在进水最后的那个浓度梯度 ( 冲击负荷实验)区间内，出 水亚硝氮和氨 氮浓度有一个急增，出水水质明 显恶化。 从亚硝氮与氨氮去除率变化关系来看， 每次提升负荷后刚开始几天， 亚硝氮与氨氮去除率会有所下降， 但随着反应器 的持续运行，两者去除率会慢慢回升，说明反应器具有一定的抗冲击能力。 4 . 2 . 2 不同进水浓度下的脱氮效果 根据实验安排以及图 4 . 1所示的反应器脱氮效果，可以将进水浓度实验划 分为如表4 . 1 所示的七个阶段: 实验日期亚硝氮进水浓度亚硝氮出水浓度氨氮进水浓度 氨氮出水浓度 9 . 1 1 - 9 . 2 18 7 . 7 9 2 1 . 6 77 2 . 82 3 . 2 9 . 2 2 - 9 . 2 91 1 2 . 3 91 4 . 2 7 1 0 0 . 7 51 8 . 2 5 9 . 3 0 - 1 0 . 2 51 5 1 . 4 34 2 . 4 0 1 3 7 . 8 94 6 . 3 9 1 0 . 2 6 - 1 1 . 32 0 5 . 6 6 4 5 . 1 91 7 9 . 7 55 4 . 1 3 1 1 . 4 - 1 1 . 1 72 6 4 . 6 58 8 . 6 62 3 7 . 8 3 1 0 3 . 1 7 1 1 . 1 8 - 1 1 . 2 42 8 4 . 3 8 1 1 5 . 6 3 2 7 6 . 8 3 1 2 5 . 3 3 1 1 . 2 5 - 1 1 . 2 7 4 2 2 . 0 42 1 4 . 1 34 1 8 2 0 2 . 5 实验日 期反应器容积负荷 ( s t n / m d ) 亚硝氮去除率氨氮去除率生成硝氮浓度 9 . 1 1 - 9 . 2 11 6 0 . 5 9 7 5 . 2 5 % 6 8 . 0 9 %2 8 . 2 8 9 . 2 2 - 9 . 2 92 1 3 . 1 48 7 . 2 0 % 8 1 . 8 4 %3 5 . 7 3 4 lf -l n 95 , 2 8 9 . 3 27 1 . 7 4 % 6 6 . 2 6 %3 6 . 6 1 1 ，一，孟 v.封，i 1 0 . 2 6 - 1 1 . 33 8 5 . 41 7 7 . 4 8 %6 9 . 8 8 %4 2 . 6 9 1 1 . 4 - 1 1 . 1 75 0 2 . 4 86 6 . 6 了 % 5 6 . 6 2 %4 1 . 2 0 1 1 . 1 8 - 1 1 . 2 45 61 . 2 1 5 9 . 3 9 %5 4 . 7 3 % 1 1 . 2 5 - 1 1 . 2 78 4 0 . 0 4 4 9 . 2 8 %5 1 . 5 5 % 表 4 . 1以平均值的形式对实验数据进行了分析总结，基本反映了不同进水 浓度下反应器的脱氮效果。以反应器容积总氮负荷为横坐标，基质浓