（环境工程专业论文）亚硝化厌氧氨氧化联合脱氮工艺研究.pdf

摘要 随着工业化和城市化进程的加快，过量氨氮进入水体，氮素污染问题日益严 重。由于硝化反硝化生物脱氮工艺存在着能耗大、需投加中和试剂和碳源等运行 成本高的弊病，国内外学者纷纷把研究目光投向与传统生物脱氮理论相反的生化 过程厌氧氨氧化。厌氧氨氧化( a n a e r o b i ca m m o n i u mo x i d a t i o n ，a n a m m o x ) 是在厌氧条件下，厌氧氨氧化菌以n h 4 + 为电子供体、n 0 2 - 为电子受体，直接将 氨氮和亚硝酸盐氮转化为n 2 的呼吸代谢生化反应。 本研究在一个容积为1 6 8l ( 4 4 2l ) 的厌氧折流板反应器( a n a e r o b i c b a f f l e dr e a c t o r , a b r ) 中以厌氧污泥混合河涌底泥为接种源用模拟废水启动厌氧 氨氧化( a n a e r o b i ca m m o n i u mo x i d a t i o n ，a n a m m o x ) 反应，然后将该工艺应用 于经脱硫和水解酸化的制革废水( 以下简称制革废水) 脱氮处理中。 厌氧氨氧化反应历时4 个月成功启动，当n h 3 一n 和n 0 2 - - n 容积负荷分别为 3 9 1 ( r n 3 d ) 刁g l3 2 1f f ( m 3 - d ) 时，平均去除率分别为8 5 7 和9 8 8 。系统连续运 行期间厌氧氨氧化功能菌群得到富集。利用荧光原位杂交( f l u o r e s c e n c ei ns i t u h y b r i d i z a t i o n ，f i s h ) 技术进行分析，发现反应器稳定运行时厌氧氨氧化菌群占 总生物量的比例比反应器启动增加了的0 4 5 1 倍( 因格室先后而异) 。 为发掘a b r 系统的脱氮潜能，以缩短h r t 或增加进水n h 3 - n 和n 0 2 一- n 浓 度的方式来逐步提高反应器运行负荷。最后，当n h 3 一n 和n 0 2 - - n 容积负荷分别 达到6 5 5 3f f ( m 3 d ) 和6 8 4 6g ( m 3 d ) 时，其平均去除率分别为7 6 3 和9 1 3 ，厌 氧氨氧化速率为8 2 8m gn h 3 - n ( m gv s s d ) ，并培育出粒径为1 7m m - 2 5m i l l 的 颗粒污泥。利用扫描电镜( s e m ) 观察培育得到颗粒污泥与接种颗粒污泥，发现经 驯化的a b r 系统内优势菌群发生明显变化，微生物种类已变得较为单一。 a b r 系统对模拟废水表现出显著的脱氮能力后，通入n h 3 一n 浓度为9 0 1 5 0 m g l 、c o d 浓度为5 0 0 1 5 0 0m g l 的制革废水，在人工投加n 0 2 - 的条件下系统 连续运行1 5d 后基本丧失了氨氮去除能力。重新用模拟配水对a b r 脱氮功能进 行良性恢复时，厌氧氨氧化功能在系统连续运行2 6 天后得到快速恢复，整个运 行过程呈现出与i j 阶段驯化时基本相同的规律。 a b r 反应器前增设微量曝气的s b r 亚硝化步骤，该过程去除了部分n h 3 一n 、 有机物和毒素，解除制革废水对厌氧氨氧化抑制的效应物，并生成适量n 0 2 - 而 无需另外添加。在曝气量为3 1 2l m i n ，水力停留时间( h r t ) 为8h 时，n 0 2 - - n 与n h 3 一n 的比值为1 1 7 ，出水满足后续厌氧氨氧化反应的要求。将在此条件下 运行的s b r 出水通入a b r 进行后续处理。水质检测结果表明，a b r 系统内同 时发生了厌氧氨氧化反应、反硝化反应和甲烷化反应。亚硝化一厌氧氨氧化联合 工艺连续1 4d 稳定运行，n h 3 n 、n 0 2 - - n 和c o d 的平均去除率分别为7 8 、 9 9 7 和4 9 3 。该工艺目前仍在运行中。 由s b r - - a b r 串联的亚硝化一厌氧氨氧化工艺节能、高效，是一项极具前 景的生物脱氮技术。随着废水处理的全面自动化，该工艺的各操作阶段及各项运 行指标可通过计算机加以控制，便于自控运行，易于维护管理，从而有利于该工 艺的推广应用。 关键词：厌氧氨氧化；a b r ；氨氮；亚硝酸盐氮 a b s t r a c t abstrac t t h ew a t e rb o d i e sp o l l u t e db ye x c e s s i v ea m m o n i aa n do t h e rs o u r c eo fn i t r o g e n b e c o m ei n c r e a s i n g l ys e r i o u se n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s a c c o r d i n gt ot h ea c c e l e r a t i o no f i n d u s t r i a l i z a t i o na n du r b a n i z a t i o n b i o l o g i c a ln i t r o g e nr e m o v a lp r o c e s sb y n i t r i f i c a t i o na n dd e n i t r i f i c a t i o nr e q u i r e dm u c hh i g hc o s t so w i n gt oh i g he n e r g y c o n s u m p t i o na n dt h ea d d i t i o no f n e u t r a l i z a t i o nr e a g e n ta n dc a r b o ns o u r c e a sar e s u l t ， r e s e a c h e r sa l lo v e rt h ew o r l dp a ym o r ei n t e r e s t st oa n a m m o x ( a n a e r o b i ca m m o n i u m o x i d a t i o n ) ，t h ep r o c e s st ow h i c ho p p o s i t e st r a d i t i o n a lt h e o r yo fb i o l o g i c a ln i t r o g e n r e m o v a l a n a m m o xi st h er e s p i r a t o r ym e t a b o l i cb i o c h e m i c a lp r o c e s si nw h i c h a m m o n i u ma st h ee l e c t r o nd o n o ra n dn i t r i t ee l e c t r o na sa c c e p t o ra r ed i r e c t l yo x i d i z e d t on i t r o g e ng a su n d e ra n o x i cc o n d i t i o n sb ya n a m m o xb a c t e r i a i nt h i sw o r k ，a n a m m o xp r o c e s sw a ss t a r t u pb yu s i n ga16 8l ( 4 4 2l ) a n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ( a b r ) i n o c u l a t e dw i t ha n a e r o b i cs l u d g ea n ds t r e a ms e d i m e n t t ot r e a ts i m u l a t e dw a s t ew a t e r t h e na p p l y i n gt h ep r o c e s st or e m o v et h en i t r o g e nf r o m t a n n e r y w a s t e w a t e ra f t e r p r e - t r e a t e db yd e s u l p h u r i z a t i o n a n d h y d r o l i z a t i o n a c i d i f i c a t i o n t h ew a t e rq u a l i t yo fe f f l u e n tw a ss t e p w i s er e a c h e r e dt oas t a b l el e v e l a f t e r4 m o n t h s e n r i c h m e n to p e r a t i o n t h ea v e r a g er e m o v a le f f l c i e n c i e so fn h 3 - na n d n 0 2 - - nw e r e8 5 7 a n d9 8 8 w h e nt h ev o l u m el o a d i n gr a t ew a s3 9 1g ( m 3 d ) 和 3 21g ( m 3 - d ) r e s p e c t i v e l y a n a m m o xb a c t e r i a lp o p u l a t i o nw a se n r i c h e da tt h i ss t a g e a n a l y z i n gb yf l u o r e s c e n c ei n s i t uh y b r i d i z a t i o n ( f i s h ) ，s h o wt h a tt h ea n a m m o x b a c t e r i ae n r i c h e d0 4t o5 1t i m e sm o r e ( v a r yf r o md i f f e r e n tc h a m b e r s ) t h a nt h o s eo f i n i t i a lp e r i o d t oa c h i e v eh i g h e rp e r f o r m a n c ee f f i c i e n c yo ft h i sa b r s y s t e m ，t h el o a d i n gr a t e w a si n c r e a s e db ys h o r t e n i n gt h eh r to rb yi n c r e a s i n gn h 3 一na n dn 0 2 - - n c o n c e n t r a t i o ni nt h ei n f l o w f i n a l l y , 1w h e nt h ev o l u m el o a d i n gr a t eo fn h 3 - na n d n 0 2 - - nw e r e6 5 5 3g ( m 3 d ) f 1 6 8 4 6g ( m 3 - d ) ，t h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c i e su pt o 7 6 3 a n d91 3 ，r e s p e c t i v e l y a n dt h ea n a m m o xs p e c i f i cr e m o v i n gr a t ew a su pt o i i i 8 2 8m gn h 3 - n ( m gv s s d ) s l u d g eg r a n u l e sw i t ht h ed i a m e t e ro f1 7 m m 2 5 m m w e r ed e v e l o p e d t h ee n r i c h e dg r a n u l a rs l u d g ea n dt h ei n i t i a ls e e dg r a n u l a rs l u d g e w e r eo b s e v e r db ys c a ne l e c t r o n i cm i c r o s c o p e ( s e m ) ，t h eh i g ha t i v i t ye n r i c h e dg r a n u l e c o n t a i n i n gm i c r o o r g a n i s ms p e c i e sb e c a m em u c hs i m p l i f i e dc o m p a r i n gt ot h o s eo f t h e i n i t i a ls e e dg r a n u l e t a n n e r yw a s t ew a t e rw i t hn i - i a - nc o n c e n t r a t i o no f 9 0m g l 一15 0m g m a n dc o d c o n c e n t r a t i o no f5 0 0m g l 一15 0 0m g lw a su s e da si n f l u e n to fa b r s y s t e m ，w h i c h h a sb e e ns h o w e dr e m a r k a b l ec a p a c i t yo fn i t r o g e nr e m o v a lt os i m u l a t e dw a s t ew a t e r a n a m m o xa t i v i t yw a sl o s tc o m p l e t e l ya f t e r15d a y sc o n t i n u o u so p e r a t i o n b u tn e a r l y f u l la n a m m o xa c t i v i t yw a sr e g a i n e dw i t hs i m u l a t e dw a s t ea f t e rc o n t i n u o u s l y o p e r a t i n gf o r2 6d a y s p a r t i a ln i t r i f i c a t i o nr e q u i r e dl i m i t e da e r a t i o nw a sa c h i e v e db yas q u e n c i n gb a t c h r e a c t o r ( s b r ) w h i c hw a ss e t t i n gi nu p s t r e a mo ft h ea b r b y t h i so p e r a t i o np r o c e d u r e ， n h a - n 、o r g a n i cc o m p o u n d sa n dt o x i cm a t e r i a l sw e r er e m o v e dp a r t i a l l yt or e l i e v et h e i n h i b i t i n ge f f e c t o r sa n da p p r o p r i a t ea m m o u n to fn 0 2 - w a sg e n e r a t e da u t o m a t i c a l l y i n s t e a do fa d d i n g w h e na e r a t i o nv o l u m ew a s3 12l m i na n dh y d r a u l i cr e t e n t i o n t i m e ( h r t ) w a s8h ，t h ee f f l u e n tr a t i oo fn 0 2 - - nt on h 3 - nw a s1 17 ，w h i c hs a t i s f i e d t h es u b s e q u e n ta n a m m o xp r o c e s s c o m b i n es b rw i t ha b rt of o r maw h o l es y s t e m a n a m m o x ，d e n i t r i f i c a t i o na n dm e t h a n o g e n e s i sw e r ec o n c u r r e n c ei na b rs y s t e m a c c o r d i n g t ot h er e s u l t so fw a t e r q u a l i t y e x a m i n a t i o n 。a n d p a r t i a l n i t r i f i c a t i o n - a n a m m o xu n i t e dp r o c e s so p e r a t i n gf o r14d a y ss t e a d i l ya n dc o n t i n u o u s l y t h ea v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c i e so fn h 3 一n ，n 0 2 一- na n dc o dw a s7 8 ，9 9 7 a n d 4 9 3 t h i ss y s t e mi ss t i l lo p e r a t i n gc o n t i n o u s l y p a r t i a ln i t r i f i c a t i o n a n a m m o xu n i t e dp r o c e s sc o m b i n e db ys b ra n da b ri s e f f i c i e n ta n dl o wi n c o s t ，h a v i n g ab r i g h t p r o s p e c t a l o n gw i t hc o m p l e t e a u t o m a t i z a t i o no fw a s t ew a t e rt r e a t m e n t ，o p e r a t i o nc o n d i t i o n sa n dp a r a m e t e rc a nb e c o n t r o lb yc o m p u t e r s i nf a v o ro fr e a l i z a t i o no fa u t o c o n t r o l ，c o n v e n i e n tm a i n t e n a n c e a n dm a n a g e m e n t ，e x t e n d i n ga n da p p l i a n c eo ft h i sk i n do fp r o c e s s e si si nf a v o r k e y w o r d s ：a n a m m o x ，a b r ，a m m o n i u mn i t r g e n ，n i t r i t en i t r o g e n i v 独创性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究以及所取得的成果。尽我所知，除了文中特别加以标注 和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表的或撰写过的研究成果，不包含 本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明，并表示谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下所取得的， 论文成果归广东工业大学和广东省微生物所共有。 申请学位与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 指导教师签字： 论文作者签字： 二0 0 九年五月十八日 奄硝 计r 弧雏 第一章绪论 1 1 氨氮污染现状 环境是人类赖以生存和发展的基础，而随着工业化和城市化进程的加快，过 量氨氮进入水体，严重污染了水体环境。2 0 0 6 中国环境状况公报显示，氨氮 是全国地表水水质的主要污染指标之一；我国废水中氨氮排放量1 4 1 3 万吨，其 中，工业氨氮排放量4 2 5 万吨，占氨氮排放量的3 0 0 。含氮废水的有效治理 刻不容缓。 水体中的氮主要来源于城市生活污水、工业废水和农业灌溉用水的渗溢。其 中工业废水主要可以分为炼油废水、焦化废水、食品工业废水、畜禽养殖业废水、 垃圾渗滤液废水及氮肥厂的废水等。 氨氮污染的危害主要体现在以下几方面：消耗水体中的溶解氧。氨氮随废 水排入水体后，可在硝化细菌作用下被氧化为硝酸盐，每氧化lm g 的n h 3 - n 为 n o ，要消耗水体的溶解氧4 5 7m g 。氨氮会与氯作用生成氯胺，并氧化成氮。 当以含有较高浓度氨氮的水体作水源，或对含氨氮量较高的废水处理厂出流进行 消毒时，要增加氯消耗量。对人和生物有毒害作用。氨氮会影响鱼鳃的氧传递， 浓度较高时甚至使鱼类死亡；由生物作用转化形成的硝酸盐和亚硝酸盐有可能转 化为亚硝胺，而亚硝胺是致癌、致变和致畸物质，对人体有潜在威胁。加速水 体的富营养氧化过程。水体富营养化后，藻类的迅速繁殖将降低水的质量，主要 表现为：影响给水处理，造成处理设施( 如滤池) 易被堵塞，缩短了冲洗周期，增 加水处理费用；造成水体水流变缓、变浅，最终导致水体去功能化；由于藻类的 代谢，使水具有色和气味，影响感观；蓝绿藻产生的毒物危害鱼和家畜；由于藻 类的腐烂引起溶解氧的大量消耗。 可见，含氨氮废水的过量、超标排放严重威胁水生态环境平衡。这进一步加 剧了我国水资源短缺的矛盾，严重制约了可持续发展战略的实施，危害人类及生 物的生存。经济有效的控制氮污染已成为当前急待解决的重大环保课题。 1 2 厌氧氨氧化脱氮的理论和现实意义 近半个世纪来，人们对转化和去除废水中的氨氮开展了大量的研究，采用的 方法有物理处理、化学处理、生物处理和土地处理等。 处理技术的选择与废水中的氨氮浓度密切相关。根据氨氮含量的不同，可将 含氮废水分为三类：高浓度氨氮废水，其浓度大于5 0 0 m g l ；中等浓度氨氮 废水，浓度范围5 0 - - - 5 0 0 m g l ；低浓度氨氮废水，浓度范围小于5 0 m g l 。 高浓度氨氮废水常首先采用以下方法去除氨氮：以硫酸铵形式回收；用 氨水进行焦炭骤熄；在蒸馏釜中用空气或蒸汽吹脱废水中的氨等。上述方法都 有很高的除氮效果，但出水中仍残留一定浓度的氨氮尚需进一步的后续处理。 中低浓度氨氮废水的主要处理方法中，电渗析、反渗透等方法由于处理成本 很高，除特殊情况外，很少使用。而物理处理方法中的空气吹脱法、化学处理方 法中的折点加氯法和选择离子交换法以及生物处理方法中的生物脱氮法是其中 应用最为广泛的四种去除废水中无机氮的处理技术。 其中，生物脱氮以其经济、有效的特点而广受欢迎。传统理论认为：氨氮的 去除是通过硝化和反硝化这两个相互独立的过程实现的；硝化过程需要消耗大量 的氧气，而反硝化过程则要在缺氧条件下进行，且需要一定的碳源。硝化和反硝 化反应的进行是受到一定制约的，一方面，硝化过程是由自养的亚硝酸菌和硝酸 菌共同执行的，它们的生长繁殖很慢，废水中大量有机物的存在对它们是一种抑 制，所以生存竞争远比不上那些好氧异养菌，从而导致异养菌占优势；另一方面， 反硝化需要在无氧条件下提供适当的有机物为电子供体。上述硝化菌和反硝化菌 的不同要求导致了生物脱氮反应器的不同组合，如硝化与反硝化由同一污泥完成 的单一污泥工艺和由不同污泥完成的双污泥工艺。前者通过交替的好氧区与厌氧 区来实现，后者则通过使用分离的硝化和反硝化反应器来完成。如果硝化在后， 需要将硝化废水进行回流；如果硝化在前，需要外加电子供体，这就是传统脱氮 工艺存在的问题和困难所在。 近些年来，人们试图从各个方面突破生物脱氮的困境，终于对生物脱氮技术 获得了许多新的认识，如短程硝化一反硝化、同步硝化一反硝化( s n d ) 、好氧反 硝化、厌氧氨氧化( a n a m m o x ) 等。这些新的生物脱氮技术具有重要的意义。其中， 与传统生物脱氮理论相反的生化过程一厌氧氨氧化最引人瞩目，代表了最先进的 生物脱氮技术进展，是一种极具前景的生物脱氮途径。 厌氧氨氧化( a n a e r o b i ca m m o n i u mo x i d a t i o n ，a n a m m o x ) 是在厌氧条件下， 厌氧氨氧化菌以n h 4 + 为电子供体、n 0 2 - 为电子受体，直接将氨氮和亚硝酸盐氮 2 转化为n 2 的呼吸代谢过程【l 】。该生物化学过程不仅能同时去除两种氮素污染物， 而且还避免了传统生物脱氮技术中硝化反应必需曝气充氧、反硝化反应需投加外 源电子供体的缺陷，减少资金投入。此外，硝化反应产酸、反硝化反应产碱均需 外加化学试剂进行中和，且有可能导致二次污染，在厌氧氨氧化反应中却不会出 现此现象。 厌氧氨氧化具有传统生物脱氮工艺无法比拟的优点，人们利用各种形式反应 器中尝试、发掘、探索和开发a n a m m o x 功能，如上流式厌氧污泥床反应器 ( u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb l a n k e tr e a c t o r , u a s b ) 、序批式反应器( s e q u e n c i n g b a t c hr e a c t o r , s b r ) 、流化床反应器( f l u i d i z e db e dr e a c t o r ) 、固定床反应器( f i x e d b e dr e a c t o r ) 、气提式反应器( g a s 1 i f tr e a c t o r ) 、厌氧折流板反应器( a n a e r o b i c b a f f l e d r e a c t o r , a b r ) 等。其中，关于a b r 中厌氧氨氧化作用的研究相对较少， 极具研发空间。 a b r 是一个由多隔室组成的高效新构型反应器，具有水力条件好、生物固 体截留能力强、微生物种群分布合理、结构简单、启动较快及运行稳定等优良性 能。运行中的a b r 是一个整体为推流、但在各隔室内则呈下行、上行全混的反应 器，因而可获得稳定的处理效果。 如何利用a b r 这一反应器的独特的隔室结构特点，使厌氧氨氧化作用得到最 大程度的发挥，是一项具有科研价值和实际意义的研究工作。 1 3 厌氧氨氧化工艺的国内外研究现状 厌氧氨氧化是1 9 9 5 年m u l d e r 和v a n d eg r a f t 等在处理工业废水的中试厌氧 流化床反应器中发现的。自a n a m m o x 被发现的十几年来，国内外学者对其各方 面进行了深入研究，取得了可喜的进展。在实际应用中，进行厌氧氨氧化反应所 必需的电子受体n 0 2 - 一般由氨转化而来。即先设置n 0 2 - - n 生成装置或步骤， 将部分n h 4 + - n 氧化成n 0 2 - - n ，再通过厌氧氨氧化反应将n i - h + - n 和n 0 2 - - n 转 化为n 2 ，达到脱氮的目的。目前，基于厌氧氨氧化理论开发的新型废水生物脱 氮工艺主要有三种：两相s h a r o n ( s i n g l er e a c t o rf o rh i g ha m m o n i u mr e m o v a l o v e rn i t r i t e ) 一a n a m m o x 工艺、全自养亚硝酸盐型脱氮( c o m p l e t e l ya u t o t r o p h i c n i t r o g e nr e m o v a lo v e rn i t r i t e ，c a n o n ) 和限氧自养硝化一反硝化工艺( o x y g e n l i m i t e da u t o t r o p h i cn i t r i f i c a t i o nd e n i f i c a t i o n o l a n d ) 1 2 1 。随着利用厌氧氨氧化原 3 理衍生的工艺研究的不断深入，新的工艺也不断出现，如s n a p t 3 1 ( s i n g l e s t a g e n i t r o g e nr e m o v a lu s i n ga n a m m o xa n dp a r t i a ln i t r i t a t i o n ，d e a m o x 【4 1 ( d e n i t r i f y i n g a m m o n i u mo x i d a t i o n ) 等。 厌氧氨氧化工艺越来越备受重视，大范围地推广、应用这项技术都涉及到接 种污泥来源、选择反应器类型以及处理废水种类等关键问题。本文将从这三方面 对厌氧氨氧化的应用研究现状作一综述，并对今后的发展方向提出看法。 1 3 1 关于种泥来源 厌氧氨氧化菌广泛存在于自然界厌氧条件下，所以厌氧污泥成为被广泛采用 的厌氧氨氧化接种源污泥。而近年来发现，好氧硝化污泥中氨氧化菌的代谢途径 具有多样性，厌氧氨氧化代谢是其可能进行的代谢途径之一。所以，有研究者采 用好氧污泥或厌氧和好氧污泥的混合泥来启动厌氧氨氧化反应。此外，越来越多 的研究表明，厌氧氨氧化菌在淡水【5 】和海洋【e 7 8 】环境中广泛存在。于是，河底泥也 成为厌氧氨氧化种泥的来源之一，但利用海洋沉积物作为种泥的情况未见报道。 有学者采用不同的接种污泥启动厌氧氨氧化反应，并对运行效果进行了比 较。c h a m c h o i 等f 9 】分别在s b r 反应器中用取自u a s b 的污泥、活性污泥和厌氧消 化污泥来启动厌氧氨氧化反应并富集厌氧氨氧化菌。经过四个月的运行，三套 s b r 反应器均成功启动，氨氮和亚硝酸盐氮去除率分别接近8 0 和1 0 0 。清华 大学沈平、左剑恶等f l o 】在两套总体积为3 0 5l 的u a s b 系统分别接种普通厌氧颗粒 污泥与好氧活性污泥的混合污泥和河底污泥，接种混合污泥的反应器直到运行3 0 d 后，其内部的厌氧氨氧化细菌才表现出较明显的氨氧化活性；而采用河底污泥 接种的反应器在运行初期即能明显去除氨氮。唐崇俭等【l l 】分别以厌氧颗粒污泥和 反硝化污泥作为接种物在两套总容积为1 5l 的上流式生物膜滤器( u p f l o w b i o f i l t e r ，u b f ) d 尸成功地启动了厌氧氨氧化反应，并发现以厌氧颗粒污泥作为接 种物启动的a n a m m o x 反应器的基质去除速率最高可达2 0 9 0m g ( l d ) ，在高容积负 荷工况下稳定性较强，而以反硝化污泥作为接种物启动的a n a m m o x 反应器的基 质去除速率最高只达1 0 3 0m g ( l d ) ，在高容积负荷工况下稳定性较差。 1 3 2 关于反应器类型 厌氧氨氧化菌生长非常缓慢，最早报道增殖一代的时间长达3 0d 0 2 1 ，细胞产 率低至o 1l ( gv s s n h 4 + - n ) 1 1 3 1 ，但却要求在高细胞浓度条件下才有活性， ( b 4 a n a m m o x i d a n s 和k s t u t t g a r t i e n s i 有活性的最低细胞浓度分别为1 0 1 0c e l l m l _ 广1 0 1 1 c e l l m l 和2 x 1 0 8 c e l l m l t , 3 1 4 1 ) ，这都要求反应器具有极佳的生物持留能力；同时， 厌氧氨氧化菌活性受高浓度底物的抑制，要求反应器布水性能良好；厌氧氨氧化 菌一般位于生物膜或生物絮体的内层【- 5 】，底物扩散到内层才能发生厌氧氨氧化反 应，反应器内必须保证充分的固液传质。因此，厌氧氨氧化菌能否富集到发挥功 能的程度、厌氧氨氧化反应能否快速启动并高效平稳运行，与所采用的反应器类 型和工艺操作方式都直接相关d 6 1 。 1 3 2 1 常用反应器类型最早应用予厌氧氨氧化研究的反应器包括固定床反应 器、流化床反应器等生物膜反应器。s t r o u s 等旧用模拟废水分别在容积为2l 的 固定床反应器和2 5l 的流化床反应器中成功地启动厌氧氨氧化反应，取得了良 好的效果。并用流化床反应器进行污泥消化液处理实验，得到最大氨氮和总氮氮 容积去除负荷分别为0 7 蚝t n ( m d ) 和1 5k gn h 4 + - n ( m d ) 。 随着厌氧氨氧化研究工作的开展，s b r 一一强大的富集厌氧氨氧化细菌的 工具1 , 3 1 和气提式反应器也被用于厌氧氨氧化研究中。s l i e k e r s 等0 s 通过接种 a n a m m o x 污泥在2l 的s b r 中实现了c a n o n 工艺，8 5 的n i - h + 转化成n 2 ， 1 5 转化成n 0 3 一。在此基础上，s l i e k e r s 等1 , 9 1 进一步研究了气提式c a n o n 工艺 的可行性。以模拟废水进行试验时，容积去除负荷达1 5k gn ( m 3 - d ) 。d a p e n a - m o r a 等t + o , n 用气提式反应器和s b r 对厌氧氨氧化过程的稳定性进行了研究。气提式 反应器总体积7l ，总高度1 0 7m ，高和直径之比为1 0 ；s b r 体积为1l ，水力 停留时间为6h 。运行2 0 0 多天后，气提式反应器和s b r 的氮负荷率分别达到 2 0g ( l d ) 和0 7 5 烈l d ) ，亚硝酸盐氮去除率达到9 9 ，实现了厌氧氨氧化。 u a s b 因具有能耗低、容积负荷高、耐冲击负荷能力强等优点也越来越受到 研究者的重视。s c h m i d t 等1 2 1 在4 套2 0 0m l 的u a s b 反应器中研究其对厌氧氨氧化 的适用性，认为u a s b 作为厌氧氨氧化反应器是有效的，适合厌氧氨氧化的应用。 国内周少奇等【捌采用一套有效容积为3 2l 的u a s b 反应器，以模拟废水启动厌氧 氨氧化反应时，经历了污泥适应期、活性表现期和活性提高期三个阶段，经第1 1 9 天的驯化成功启动反应，n h 4 + - n 和n 0 2 - - n 的去除率分别为9 6 6 和7 5 4 。 1 3 2 2 其他反应器类型除以上采用较多的反应器外，更多厌氧反应器被应用 于厌氧氨氧化研究中。其中，膜生物反应器( m e m b r a n eb i o l o g i c a lr e a c t o r ，m b r ) 5 是一种具有高效截留能力的反应器，虽然设计复杂、运行成本较高，但仍不失为 一种很有前景的培养厌氧氨氧化菌的工具i z ，1 。c t r i g o 等1 2 4 】采用m b r 启动厌氧氨 氧化反应，运行过程中发现只有零星污泥上浮，有效避免了微生物被冲刷出系统， 并观察到厌氧氨氧化微生物并非是以絮体形式而是附集成颗粒形式存在的，认为 m b r 是一种适合厌氧氨氧化脱氮的反应器形式。 膨胀颗粒污泥床( e x p a n d e dg r a n u l a rs l u d g eb e d ，e g s b ) 是在u a s b 基础上 开发的第三代厌氧反应器，高径比达3 5 的塔式结构使得反应器传质效果更好、 抗冲击负荷能力更强、污泥颗粒粒径更大。清华大学王建龙等【2 5 】经过3 个月的 运行，在反应区和沉淀区体积分别为2 3l 和2 4 6l 的e g s b 反应器内实现了厌 氧氨氧化，并培育出颗粒污泥。 生物接触转盘( r o t a t i n gb i o l o g i c a lc o n t a c t o r ，r b c ) 主要由垂直固定在水平轴 上的一组圆形盘片和一个同它配合的半圆形水槽组成，因圆盘由轴带动旋转，废 水流过水槽时与在圆盘表面附着生长的生物膜接触而得名。随着厌氧氨氧化微生 物在生物转盘中被富集分离得到【：6 1 ，有学者采用生物转盘启动厌氧氨氧化反应。 西安建筑科技大学吕永涛等i ：7 】在厌氧生物转盘中成功培养了厌氧氨氧化菌，启动 了a n a m m o x 反应。 这些尝试有助于深入认识厌氧氨氧化在不同厌氧反应装置的可行性，有利于 厌氧氨氧化工艺的应用。 1 3 2 3 各类型反应器的运转性能比较近年国内外学者在厌氧氨氧化反应器构 造方面的研究相对较多，不少学者同时采用两个或多个反应器进行厌氧氨氧化比 较研究，情况如表1 - 1 所示。 6 表1 1 各反应器类型的厌氧氨氧化效果比较 t a b l e1 - 1c o m p a i r s o no f a n a m m o xp e r f o r m e n e eo f d i f f e r e n tr e a c t o r s 胡宝兰等1 2 8 对固定床反应器和s b r 这两种废水处理中附着生长型和悬浮生 长型反应器的典型代表作厌氧氨氧化对比研究。研究表明，二者的总氮容积去除 潜力相当( 大约1 9 6 0m g ( l d ) ，都明显优于传统硝化一反硝化工艺；在试验条件 下，s b r 启动较快( 3 0d ) ，菌体积累能力更强，但抗基质浓度冲击和水力负荷冲 击的能力较弱。 j i n 铮：。】在小试规模比较了u a s b 、上流式厌氧固定膜反应器( u p f l o w s t a t i o n a r yf i x e df i l mr e a c t o r ，u s f f ) 、s b r 等三种不同形式的反应器中厌氧氨氧 化的稳定性，发现三者的抗水力冲击能力强于抗基质浓度冲击能力。其中，u a s b 抗基质浓度冲击能力最强，u s f f 次之，a s b r 最弱：而水力冲击耐受性能方面， a s b r u a s b u s f f 。j i n 等在另一研究中1 3 0 】进行了u b f 和s b r 的厌氧氨氧化试 验，氮负荷率分别达到2 7g ( l d ) 和2 5 ( l d ) ，并发现u b f 生物产量较少，启动 更快速，抗水力和基质浓度冲击能力更强。 7 1 3 3 关于处理废水种类 厌氧氨氧化工艺的应用主要集中在高浓度氨氮废水的处理上，主要包括消化 污泥上清液、垃圾渗滤液等。 1 3 3 1 消化污泥上清液消化污泥上清液是典型的低碳氮比废水，适宜采用厌 氧氨氧化工艺进行处理，是该工艺最初的处理对象，目前对此的研究报道也相对 较多。国内郑平、冯孝善等【3 l 】以实验室规模利用厌氧流化床作为a n a m m o x 反应 器处理厌氧消化污泥压滤液，最高氨容积去除率为4 0 0m e , ( l d ) 。2 0 0 1 年， v a nd o n g e n m j 等以实验室规模研究了利用s h a r o n - 一a n j m m o x 组合工艺处 理荷兰d o k h a v e n 污水处理厂消化污泥上清液的可行性，实验取得了显著的脱氮 效果，n h 4 + 去除率超过8 0 。2 0 0 2 年6 月，世界上第一座厌氧氨氧化装置( 如图 1 1 ) t 3 ，】在荷兰鹿特丹正式运行，主要用于处理污泥消化上清液，反应器容积为7 0 m 3 ，处理量为7 5 0 k g n d 。 捧气 补充气 ( n 2 ) 图1 - 1厌氧氨氧化装置示意图 f i g 1 1 t h es c h e m a t i cp i c t u r eo fa n a m m o xr e a c t o r 1 3 3 2 垃圾渗滤液在垃圾渗滤液这种含极高浓度氨氮废水的处理中，厌氧氨 氧化反应也逐渐显示出其优势。s i e g r i s t 等【3 4 】利用r b c 反应器处理高氨氮浓度的 垃圾渗滤液，因经过前处理，进水c o d 小于2 0m g l ，从而得出垃圾渗滤液中 的氨氮有高达7 0 是通过厌氧氨氧化途径去除的结论，并分析了氨氮去除的可能 机理。a 鼋d a 誊和s p o n z a t 3 5 i 采用u a s b 和完全搅拌反应器( c o m p l e t e l ys t i r r e dt a n k r e a c t o r ，c s t r ) 两相系统处理垃圾渗滤液，发现该系统对氨氮的去除率达到 9 9 6 。国内郭勇等【3 6 】则采用厌氧流化床反应器作为厌氧氨氧化反应器对垃圾渗 滤液脱氮进行研究，发现厌氧氨氧化反应在高浓度氨氮垃圾渗滤液处理中具有较 大的潜力。 a n a m m o x 工艺处理垃圾渗滤液在国内也有工程化应用的实例。孟了等【，7 】在深 圳市下坪固体废弃物填埋场渗滤液处理厂( 日处理量6 0m 3 ) 通过一年多的运行， 发现溶解氧控制在lm g l 左右，进水氨氮 9 0 。对污泥活性测试发现，最大亚硝化活性1 5 6 3 k g n h 4 + ( k gv s s d ) ，最大厌氧氨氧化活性0 8 4 2k gn h 4 + ( k gv s s d ) ，最大硝化活性 及最大反硝化活性均为零。许玫英等【，s 】采用a b r 和复合生物膜( h b r ) 组合工艺( 如 图1 2 ) 对广州市大田山垃圾渗滤液生物处理场进行改造。该场的处理对象是陈年 垃圾渗滤液，日处理量为5