推流式固定化絮体生物反应器培养ANAMMOX菌试验

推流式固定化絮体生物反应器培养ANAMMOX菌试验研究摘要：对ANAMMOX菌的培养及恰当的反应器形式进行了讨论和试验研究。采用推流式固定化絮体生物反应器在4个月时间内成功地获得了ANAMMOX活性，并培养出了红色颗粒污泥。在稳定运行期间(HRT2.58d，温度30℃)，平均进水氨氮、亚硝酸盐氮浓度分别为333.7mg/L、317.4mg/L，出水氨氮、亚硝酸盐氮平均浓度为5.2mg/L、6.4mg/l，氨氮、亚硝酸盐氮、总氮的平均去除率分别为98.4%、97.9%、81.1%。

关键字：厌氧氨氧化推流脱氮1

ANANMMOX工艺研究状况厌氧氨氧化技术的研究从荷兰KLUYVER试验室发现这一实验现象（1），到2002年6月世界上第一座生产性装置在DOKHAVEN投入运行（2），至今已持续近十年。国内的一些研究者在这一领域也取得了一定的研究成果（3）。目前国内一大批研究机构正积极地在这一领域开展研究工作（4）。综观目前的研究成果，对ANAMMOX的基础理论研究已经相当深入，但对如何快速培养和富集ANAMMOX菌公开报道，较为鲜见。众多研究者缺乏研究材料的问题相当普遍，这已成为在这一领域开展大量研究工作的重要瓶颈。2

ANAMMOX菌培养反应器选择目前已知的培养ANANMMOX菌方法的有两类，一类是采用ANAMMOX菌接种物，在反应器中进行增殖培养；另一种是采用活性污泥进行富集培养。荷兰代尔夫特工业大学（TUDelft）关于ANAMMOX的研究主要利用第一种方法，种泥来自于最早发现ANAMMOX现象的脱氮流化床反应器。在国内开展的研究只能依靠从活性污泥中富集培养的方法。浙江大学郑平、胡宝兰等采用UASB反应器成功地富集到了高活性的ANAMMOX污泥（5）。上海交通大学的杨虹等采用悬浮填料床反应器，成功地进行了OLAND工艺的研究，该工艺中同样有ANAMMOX菌参与反应（6）。荷兰研究者认为SBR是适合ANAMMOX菌培养的反应器，并且在该反应器中培养出了颗粒化的ANAMMOX污泥（7），但是该反应器全套购置费用昂贵，国内一般研究机构难以承受，不便于推广使用。分析目前关于ANAMMOX菌的研究成果可知，培养该菌应该满足其如下一些基本要求：缴（艰1阁）晓飘摄该员菌迅广枝泛鼓地名存偿在悼于锡自艰然抗界只中慢，甲在畏具苹有余硝慰化内、咏脱叠氮汤能慈力拉的陆生喂物矩膜显、骨长核污后泥番龄包低穿负心荷塞活睬性买污朱泥工中揭数膛量庙较神多友。弱（辜2哀）赠盼纲该贤菌墙在闲有恨氨狠氮续、瞎亚枝硝烤酸再盐遵氮播的现环谋境章中眼，盗可晌以已进恩行镜A姓N室A熄M羊M摩O泡X引反戒应烧，睁并议能皆够揪增老殖详。袍（轧3胶）海旁故氧烤对闪该愚菌干完捐成毕A姿N南A物M掀M库O械X蜻反桐应软有跨抑循制浩作净用恳（进8驳）萄。率（惰4穿）抢违淘该天菌渐的太合密适窄生翅存遗环葱境翠是滑：橡温携度鞠2劫0大-强4翅3庄℃贿，柿p蛮H贵6载.言7训~拴8反.互3瞎（兄9片）再。串（旺5棋）胡杏色亚贞硝巡酸齐盐稀氮代抑炉制烛浓喊度概为省1竿0怕0各m句g起/呆L妻（赚9效）吨。蛙（观6恼）惹果霞该坊菌狠的约倍疮增圈时弯间酷是券4渠-客1订1诊天斩，摄合孤成溉系猫数习是面0辱.呼0絮5赶4评g蜜V尝S陆S友/集g腿N萌H奴4滋+训-伪N瓜，站污混泥瓣衰蹦减尘系灯数门为绞0梯.松0长1废d润-倚1用。劳愈比许增丛长肤速峰率疏为皂0距.胜0允6样5随让d惯-恋1股（吩1申0南）猴。膊目燕前带研闷究浩中哄使另用遵的诞反吊应符器找，著如遭U专A蛛S渠B割，振流较化炕床脊，凝填姥料碌床趋等骨，贷基富本规属带于恼完竭全纹混颠合短类忍反弯应受器斗。饱采偷用筝推花流璃式属的闸反律应鹿器螺，制并热且耻将陡启海动滚污落泥随均遗匀见地首固思定据在束反侦应途器引中仗，居同婚样厦适尼合定于因A团N心A恼M婶M纸O祥X铸之菌赞的逆富孩集鲁培似养镰。券理店由捞如令下途：先（霸1搏）业粪题接街种钉污削泥否中岗含备有度少下量装A岛N年A释M贡M韵O偶X暗菌汗，凳这狠些记分螺散沟于酒污坚泥滥絮鸣体丽中心的滥菌棕体浩通营过甜填剃料雕的双支距撑川作汁用株，边均门匀波地睬固慈定陆在禽反偏应臭器为中棚，食可搜以客获罚得践相现对刘稳邮定昆、赞相逢互女依否存同的风生耳长气环债境枣。先（停2污）代贯疗培瓦养背基郊质揭低宾速训穿谣过恰污煎泥嘱絮往体宣，腥可武以史为雨该港菌禽提伐供左营与养五，巩传抗递浸中炊间砖产峡物珠。沟（振3慧）券贫扬反解应塌器妄中孔基酒质芒浓扫度咐沿耍推沾流睬沿玩程谈上维是唤递轻减翼分寒布还的腐，弄为用污贯泥晴在华各谨种予负兼荷牲下故生望长肤提晓供蜡了枪可谜能竿性丧，纠在于进枕水棕口帆附牲近鸦是且高书负盘荷首区敬，专在堆出厨水鞠附仓近苏是氧低绢负盲荷堤区亚。砌负吓荷笔的满不或同饰，凑微贱生协物呀的尸生阁长五状酷况乱也拉呈介现尝出给差陶异宇，民特准别世是座对欲于镰复流合腊菌舅而剪言具，资不厅同每种片类映的洋菌演在离反盗应摧器疾中宝可斥能拐有怨相衡应匙的火生便长话区窑段泻。泥（肯4防）郊狱主对船于交氧肃、意高溉基诵质电浓戏度晋等秤抑汁制帐因辣素闻，西推繁流苹式怨反沙应财器哲的肉前历段斩可冻以骑起法到耻保忆护户后陶段榴的休作宾用罪。富（冶5撤）革运矮从嗓推柳流备沿遣程捕上赔取叔样壶，糖可环以躲方断便哑观姓察缓不箩同命区锻段摊微俩生填物星的劝生筑长福和脸基畅质伟浓晋度秧变躲化冬所睛带拔来虚的朱差崖异凭性贩情偿况葵。嚼（速6应）派伙莲从抄设筑备折要溉求烧上侄讲来，旦该长反贼应舌器铁只愁需机要谱一巧个乡进宁水冲泵阻，页最饥大书限馋度另低务减赞少泪了沃转懂动毙部哭件详，不从伍而院对链保寸证留系都统扶的再密谣闭删性陈非棍常翻有挎利献。判整勇个照系死统株造钱价侄低钓廉无。分基协于夜上择述爱设温想扩，恋本较研煮究粱设回计帜了巩一恳个陡2雀.谜4替L城的蓝推箱流零式甚固挺定蓄化沙生裂物悄絮忧体另反肯应毒器污，羽在界4搏个考月默内茎成史功社地享完预成璃了翼启袜动钢过甘程驶。猾随剖后至启姻动筹的串另铅一串组巷1恩2杀L麦反膀应糠器挪也筐已师获尤得造了盖稳壁定首的废A殿N爆A淹M坛M虹O票X酱活厚性胡。锈3要诵链妈

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辞负滴荷宅提追高膏期从第45天后开始提高负荷，考虑到反应器中要发生一部分氨氧化反应，有一部分氨氮要转化为亚硝酸盐氮，因此在配水时，有意提高氨氮浓度（一般按氨氮与亚硝酸盐氮1.2~1.5:1的比例配置，根据出水中残余的氨氮和亚硝酸盐氮浓度进行调整）。从图1-4中可以看出，到第80天后，总氮的去除率达到80%，出水中的氨氮和亚硝酸盐氮均接近0mg/l。反应器此时已基本稳定，第80天以后按照7-10天提高进水TN60-80mg/l的速度提高负荷，控制出水中氨氮和亚硝酸盐氮均接近0mg/l。到120天左右，在反应器中观察到了红色的颗粒状污泥，此污泥可能就是ANAMMOX菌的聚集体。试验结果表明，虽然进水浓度在不但提高，氨氮和亚硝酸盐氮的去除率均接近100%初，夸但碎总券氮忍的眉去禾除闸率坐因枣为爷有草硝遮酸寸盐拿氮邻的像生榜成叮，途而槐始倦终疯维浅持呆在盛8摧0铜%牺左在右狐。困当永负捕荷料降恨低械时距，泰硝关酸宣盐年氮匀的睡浓侮度幻可袖以睁降塌低播，料总歼氮张去源除斧率谱也通随给着记上睡升鹿，胸但娃为拣了址加谅快蚀培晒养距细品菌赤，洽未伟在受这叛方旷面统进迅行颜进尚一埋步益试雨验伪。草在圆本榨试徐验杀第旺1丰3嘉5吴~停1匪4扑7废天秘的扒1牵2宜天否稳些定异运出行犯期属内均（阁平昼均识流梳量盼0虎.逐9陆2梯9樱L膏/弃d夸）馒，慌平孔均预进拨水留氨干氮哭、勿亚量硝蓬酸腥盐持氮野、似硝横酸气盐圣氮贪、鼠总文氮娇浓上度性分救别来为照3假3创7对.设0冒m蝴g福/执l炎、张3更1花7哗.减4狂m归g架/患l饲，崇2芬7青.哑3筐m吐g泪/连l什，火6盯8呢4摧.娇8发m麻g暗/朽l齿，载出灶水岂中腐氨品氮承、魂亚作硝辈酸亚盐瓜氮缺、邮硝斯酸铅盐暑氮燥、药总从氮里的语浓反度吴分计别户为稠5脚.叨2钟m删g幕/贩l掘,赌6峡.土4逃m扮g插/疫l认,著茧1哈1句1司.耳4禾m嚷g仍/肥l逐、步1傲2舌8忆.沃2烫m则g呜/缩l叠。鞋反助应特器宅平偶均侄进槐水钱氨慌氮征、仓亚汪硝办酸爽盐鸟氮烂、银总进氮夸负展荷攀分玻别哀为临0姻.泪1冰3斩1氧K厕g柴-傍N链/矛m服3陡.广d毯，担0低.婶1覆2蚂3谨K书g最-志N苗/炊m塑3亏.渗d古，惧0扎.杰2暑6射5霸K手g衰-射N晒/抹m间3尼.申d间，巨反追应限器犁平踏均纪氨肃氮习、斯亚纷硝他酸姥盐垫氮税，薯总戒氮宴去罪除膊负舅荷育分话别火为垮0养.饭1轻2决9凡K我g贡-舌N软/冤m当3侧.穴d容，翁0蠢.座1承2随0嫂K书g阁-奉N兰/赔m特3捏.侮d彻，线0飘.名2路1浊5的K格g级-丑N拴/浊m伐3舌.旧d隐，慕平斯均傍去杏除爬率迅分抹别虏为殊9馒8薄.溜4蓄%展，歼9南7厨.侨9纳%妹，姑8巴1帆.赚1粮%千。寻目瞒前葬反齿应葱器中运承行负负握荷仅仍未在忠不歇断逝提蒜高径之极中厅。5

污泥性状观察5.1

反应器沿程污泥分布经过连续培养，反应器中污泥颜色变化不大，从原来的黄褐色变为较暗的土黄色。反应器前半部分的污泥变少，反应器后半部分的污泥从外观观察未见减少。试验过程中未观察到明显的污泥流动和流失现象。5.2

污泥颗粒化从第120天观察到反应器前半部分出现红色污泥后，红色污泥颗粒在填料支架上成片生长，污泥的数量和尺寸在不断增加。并且与黄色絮状污泥混杂在一起。颗粒尺寸从0.2mm到3-4mm不等。污泥颗粒周围有较多气泡。反应器的后半部分未发现红色污泥。这表明高负荷有利于该污泥的生长和颗粒化。由于反应器是推流式运行，到末端可供微生物利用的基质较少，不利于微生物的大量生长。6

问题讨论6.1

氨氮与亚硝酸氮反应比例问题本试验中观察到的氨氮和亚硝酸盐氮反应比例与目前普遍认同的反应方程式（式1）(10)有较大差异。根据上述反应式，氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的反应比例为1:1.32:0.26左右，胡宝兰等的试验结果是1:1.123（氨氮：亚硝酸盐氮）。本试验期间反应器累积的氨氮与亚硝酸盐氮反应比例为1.37:1:0.056（或1:0.73:0.04）。初步探索性试验表明，硝酸盐氮的比例可以通过降低负荷进一步降低，但如果将进水氨氮与亚硝酸盐氮浓度改为1:1，对反应器的运行将造成重大冲击。本反应器中氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮反应比例的差异是否是由于存在硝化反应或存在其他微生物反应所造成，仍有待于以后的试验深入研究确认。6.2

负荷提高速度问题负荷提高速度受污泥增长的速度的限制。本试验期间，按照7~10天增加总氮浓度60-80mg/L的速度提高负荷，基本上与反应器中微生物的增长相适应。当负荷提高过快或提高幅度过大后，会导致出水中有残余的氨氮和亚硝酸盐氮。虽然维持一定出水基质浓度对反应器末端微生物的生长有利，但由于对ANAMMOX反应器的控制条件不甚明了，为了保证反应器的稳定运行，只好按控制出水亚硝酸盐氮和氨氮浓度均为0mg/L的方式运行。7氧气的影响反应器氧非常敏感，少量的氧进入反应器就会造成ANAMMOX反应效率的急速降低，出水pH也较原先的值低。可以通过观察出水pH的变化，判断反应器是否受到氧的影响。氧对反应器的影响是可逆的，并且可以通入氩气驱赶氧气，消除氧对AN