UASB反应器中厌氧氨氧化菌的影响因素研究
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第5 卷
第 12 期
环境工程学报
Chinese Journal of Environmental Engineering
Vol． 5 ， No ． 12 Dec． 2 0 1 1
2011 年12 月
UASB 反应器中厌氧氨氧化菌的影响因素研究
李小霞
1
陆燕勤
2
杨小平
2
解庆林
2， 3*
游少鸿
2
李艳红
2
赵文玉
Abstract The anaerobic ammonium oxidation process was startedup with inoculated granular sludge anaerobic ammonium oxidation in an upflow anaerobic sludge bed reactor． The experimental results indicate that when influent concentrations of NH4+ N and NO2－ N were both 200 mg / L，the average removal rates of NH4+ N、 － NO2 N and TN were 97. 1% ， 98. 3% and 92. 7% ，respectively，under the followinl optimum conditions that HRT，temperature，pH and NH4+ N / NO2－ N ratio were 2 h， 30 to 35 ℃ ， 7. 5 to 8. 5 and 0. 95 to 1. 2 ，respectively． Key words anaerobic ammonium oxidation； upflow anaerobic sludge bed； hydraulic retention time； sub+ － strate ratio of NH4 N and NO2 N； temperature； pH 厌 氧 氨 氧 化 （ anaerobic ammonium oxidation， 和含氨氮和亚硝酸氮的废水组成， 其中基本元素成 2 ］ 0． 2 g / L MgSO4 · 7H2 O、 Anammox） 是一种新型的生物脱氮技术［1， 。 在厌 分为 0． 05 g / L KH2 PO4 、 + NH4 Cl 和 NaNO2 NO3－ 0． 3 g / L CaCl2 和 0． 8 g / L NaHCO3 ， 氧环境中， 厌氧氨氧化是以 NH4 为电子供体， － + － － NO3 或 NO2 直接还 按需投加。 或 NO2 为电子受体， 将 NH4 、 ［13 ］ EDTA 溶 液 是 在 微量元素溶 液 有 2 种： ① Fe。 这种藕合过程可应 原为 N2 的生物氧化过程 1 L 5． 000 g EDTANa 5． 000 g 的 Fe溶液中加 和 用于厌氧硝化废水的脱氮工艺中 。国外学者对厌氧 ［4 ］ 氨氧化菌的培养及其重要特征进行了深入研究 ， SO4 ； 每升原水中投加此溶液 2 mL； ② 微量元素： 在 0． 430 g ZnSO4 · 也引起了国内众多学者的关注。本实验采用上流式 1 L 溶 液 中 加 15． 000 g EDTA、 flow anaerobic sludge bed reactor， 厌氧 污 泥 床 （ upUASB ） 反应器接种驯化好的厌氧氨氧化污泥， 对其 进行影响因素的实验研究， 旨在探索厌氧氨氧化菌 的活性和稳定的运行条件。
图2 负荷提高阶段各态氮的变化 Fig． 2 Changes of nitrogen in load increase phase
99. 7 g / L， MLVSS 为 59. 5 g / L， MLVSS / MLSS 为 0. 596 。研究厌氧氨氧化菌生物量增加， 并考察反应 器抗负荷冲击能力。初始进水氨氮和亚硝酸氮的浓 度均为 50 mg / L， 反应器稳定运行后逐步提高进水
基金项目： 广 西 环 境 工 程 与 保 护 重 点 实 验 室 基 金 项 目 （ 桂 科 能 0708K018 ，桂科能 0901Z106 ） ； 广西高校人才小高地建设 “环境工程” 71］号） ； 国家 创新团队资助计划项目（ 2007［ 自然科学基金项目（ 51108108 / E080402 ） ； 桂教科研项目 （ 200708LX208 ） 收稿日期： 2009 － 10 － 12 ； 修订日期： 2010 － 01 － 05 作者简介： 李小霞（ 1980 ～ ） ， 女， 工程师， 主要从事污水处理方面的 mail： gllxx2008ts@ 163． com 设计和科研工作。E* 通讯联系人， Email： xieqinglin@ glite． ed分
实验废水和污泥 实验废水采用人工配水， 有基本元素、 微量元素
第 12 期
李小霞等： UASB 反应器中厌氧氨氧化菌的影响因素研究
2789
7H2 O、 0． 240 g CoCl2 · 6H2 O、 0． 990 g MnCl2 · 4H2 O， 0． 250 g CuSO4 · 5H2 O、 0． 220 g NaMoO4 · 0． 050 g NaWO2 · 2H2 O， 每升原水中投加此溶液 1 mL； ③m（ NH ） ： m（ NO ） = 1∶ 1 。 接种污泥为室已驯化好的红色厌氧氨氧化颗粒 污泥， 粒径为 2 ～ 6 mm。
+ 4 － 2
2
实验结果与分析
UASB 反 应 器 厌 氧 氨 氧 化 颗 粒 污 泥 的 活
2H2 O、 0． 190 g NiCl2 · 6H2 O、 0． 014 g H3 BO4 、 2． 1
性提高 根据相关研究表明， 厌氧氨氧化菌的适宜温度 pH 为 6． 7 ～ 8． 3［5-8］。 因此， 为 30 ～ 40 ℃ 、 本实验暂 定 UASB 反应器温度为 （ 35 ± 1 ℃ ） ， 进水 pH 约为 + 7. 5 ， N 和 水 力 停 留 时 间 为 6 h， 初 始 进 水 NH4 NO2－ N的浓度均为 50 mg / L。反应器运行稳定后逐
Influencing factors of anaerobic ammonium oxidation in upflow anaerobic sludge bed reactor
Li Xiaoxia1 Lu Yanqin2 Yang Xiaoping2
3 Xie Qinglin2，
You Shaohong2
由图 2 可知， 接种前 3 天， 由于细菌接触到氧 + N 和 气， 有 轻 微 中 毒， 菌 体 呈 青 灰 色， 出 水 NH4 -
NO2－ N 的浓度分别为 30. 5 mg / L 和 19. 6 mg / L， 去 氨氮和亚硝酸氮的浓度， 使其浓度负荷达到最大。 除率 为 39% 和 60. 8% ； 第 6 天 时， 反应器出水 在此基础上进行 HRT （ 1 ～ 6 h ） 、 温度 （ 20 ～ 40 ℃ ） 、 NH4+ N 和 NO2－ N 的 浓 度 分 别 为 7. 6 mg / L 和 pH（ 6. 3 ～ 8. 6 ） 和进水基质比为 0. 7 ～ 1. 5 时对厌氧 1. 5 mg / L， 去除率分别为 84. 8% 和 97. 1% 。 第 7 天 + 氨氧化影响的研究。 N 和 NO2－ N 的浓度均为 100 mg / L 提高进水 NH4 -
2790
环 境 工 程 学 报
第5卷
+ N 和 NO2－ N 的浓度分别为 时， 反 应 器 出 水 NH4 -
77. 8 mg / L 和 66 mg / L， N 和 第 11 天 出 水 NH -
+ 4
反应器平均容积负荷 （ 以 图 3 。当 HRT 为 6 h 时， 3 + TN 计） 为 1. 44 kg / （ m · d ） ， N、 NO2－ N 出水 NH4 -
+ N 和 NO2－ N 的 N、 NO2－ N 和 TN 平 均 浓 度 分 别 为 2. 15 mg / L、 浓度到200 mg / L， 反应器出水 NH4 25 d 时出水 1. 34 mg / L和 14. 4 mg / L， 浓度升高到 83. 0 mg / L 和 83. 9 mg / L， NH4+ N、 NO2－ N 和 TN 的 + － NH4 N 和 NO2 N 浓 度 分 别 降 低 到 25. 3 mg / L 和 平均 去 除 率 分 别 为 98. 9% 、 99. 3% 和 93. 7% ； 当 38. 1 mg / L， 87. 4% 81% ， 去除率分别为 和 此时厌氧 HRT 由 4 h 缩短至 2 h 时， 反应器平均容积负荷 （ 以
5 cm， 总体积为 2. 3 L， 有效体积为 2. 0 L， 其中反应 区 1. 5 L， 沉淀区 0. 6 L， 采用黑布遮光和氮气曝气， 以达到无光无氧的条件。 NH4+ N 采用纳氏 试 剂 分 光 光 度 法， NO2－ N用 N（ 1NO3－ N 用紫外分 萘基 ） 乙二胺分光光度法， pH 用便携式 pH 仪测定。 光光度法， 1． 3 实验方法 在 UASB 反应器中接种 0. 3 L 驯化好的厌氧氨 在反应器中的高度为 10 cm， 其 MLSS 为 氧化污泥，
2
（ 1． 桂林市城市规划设计研究院， 桂林 541001 ； 2． 桂林理工大学， 桂林 541004 ； 3． 贺州学院， 542800 ） 贺州 摘 要 在 UASB 反应器中接种实验室已经驯化好的厌氧氨氧化颗粒污泥， 对其进行厌氧氨氧化菌活性提高和影响 + N 和 NO2－ N 的适宜浓度负荷均为 200 mg / L， 因素的实验研究。研究表明厌氧氨氧化菌对 NH4 适宜水力停留时间 HRT、 温 pH 和进水基质比（ NO2－ N / NH4+ N） 分别为 2 h、 30 ～ 35 ℃ 、 7. 5 ～ 8. 5 和 0. 95 ～ 1. 2 ， NH4+ N、 NO2－ N 和 TN 的平均去除率 度、 98. 3% 和 92. 7% 。 分别为 97. 1% 、 + N 和 NO2－ N 的基质比 温度 pH 关键词 厌氧氨氮化 UASB 水力停留时间 NH4 中图分类号 X703. 1 文献标识码 A 9108 （ 2011 ） 12278805 文章编号 1673-
Li Yanhong2
Zhao Wenyu2
（ 1． Guilin of Planning and Design Institute， Guilin 541001 ， China； 2． Guilin University of Technology， Guilin 541004 ， China； 3． Hezhou Uuniersity，Hezhou 542800 ， China）
2. 26 mg / L 和 NO2－ N 的浓度分别为 18. 6 mg / L 和 22. 1 mg / L， 去 和 TN 的平均浓度分别为 3. 14 mg / L、 + － NH4 N、 NO2 N 和 TN 的去除率分别为 除率分别为 81. 4% 和 78． 1% ； 第 12 天继续提高进 14. 66 mg / L， + － 98. 7% 和 95. 2% ； 当 HRT 由 6 h 缩短到 4 h N 和 NO2 N 的浓度分别至 150 mg / L， 水 NH4 反应 97. 4% 、 去除率为 85. 6% 和 器出水21. 6 mg / L和 23. 7 mg / L， + 84. 2% ； 第 15 天时， N 和 NO2－ N的 提高进水 NH4 3 时， 反应器平均容积负荷（ 以 TN 计） 从 1. 44 kg / （ m + ·d） 提高到 2. 88 kg / （ m3 · d ） ， 反应器出水 NH4 -
+ N 和 NO2－ N 的浓度， 每次提高各 步提高进水 NH4 + 50 mg / L。 N、 NO2－ N 和 NO3－ 对反应器进出水 NH4 N 进行每天监测。实验结果见图 2 。
图1 Fig. 1
实验装置
Experimental equipment
1． 2
实验装置及测试方法 UASB 反应器由有机玻璃制成， 高 100 cm， 内径
第 12 期
环境工程学报
Chinese Journal of Environmental Engineering
Vol． 5 ， No ． 12 Dec． 2 0 1 1
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UASB 反应器中厌氧氨氧化菌的影响因素研究
李小霞
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陆燕勤
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解庆林
2， 3*
游少鸿
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李艳红
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赵文玉
Abstract The anaerobic ammonium oxidation process was startedup with inoculated granular sludge anaerobic ammonium oxidation in an upflow anaerobic sludge bed reactor． The experimental results indicate that when influent concentrations of NH4+ N and NO2－ N were both 200 mg / L，the average removal rates of NH4+ N、 － NO2 N and TN were 97. 1% ， 98. 3% and 92. 7% ，respectively，under the followinl optimum conditions that HRT，temperature，pH and NH4+ N / NO2－ N ratio were 2 h， 30 to 35 ℃ ， 7. 5 to 8. 5 and 0. 95 to 1. 2 ，respectively． Key words anaerobic ammonium oxidation； upflow anaerobic sludge bed； hydraulic retention time； sub+ － strate ratio of NH4 N and NO2 N； temperature； pH 厌 氧 氨 氧 化 （ anaerobic ammonium oxidation， 和含氨氮和亚硝酸氮的废水组成， 其中基本元素成 2 ］ 0． 2 g / L MgSO4 · 7H2 O、 Anammox） 是一种新型的生物脱氮技术［1， 。 在厌 分为 0． 05 g / L KH2 PO4 、 + NH4 Cl 和 NaNO2 NO3－ 0． 3 g / L CaCl2 和 0． 8 g / L NaHCO3 ， 氧环境中， 厌氧氨氧化是以 NH4 为电子供体， － + － － NO3 或 NO2 直接还 按需投加。 或 NO2 为电子受体， 将 NH4 、 ［13 ］ EDTA 溶 液 是 在 微量元素溶 液 有 2 种： ① Fe。 这种藕合过程可应 原为 N2 的生物氧化过程 1 L 5． 000 g EDTANa 5． 000 g 的 Fe溶液中加 和 用于厌氧硝化废水的脱氮工艺中 。国外学者对厌氧 ［4 ］ 氨氧化菌的培养及其重要特征进行了深入研究 ， SO4 ； 每升原水中投加此溶液 2 mL； ② 微量元素： 在 0． 430 g ZnSO4 · 也引起了国内众多学者的关注。本实验采用上流式 1 L 溶 液 中 加 15． 000 g EDTA、 flow anaerobic sludge bed reactor， 厌氧 污 泥 床 （ upUASB ） 反应器接种驯化好的厌氧氨氧化污泥， 对其 进行影响因素的实验研究， 旨在探索厌氧氨氧化菌 的活性和稳定的运行条件。
图2 负荷提高阶段各态氮的变化 Fig． 2 Changes of nitrogen in load increase phase
99. 7 g / L， MLVSS 为 59. 5 g / L， MLVSS / MLSS 为 0. 596 。研究厌氧氨氧化菌生物量增加， 并考察反应 器抗负荷冲击能力。初始进水氨氮和亚硝酸氮的浓 度均为 50 mg / L， 反应器稳定运行后逐步提高进水
基金项目： 广 西 环 境 工 程 与 保 护 重 点 实 验 室 基 金 项 目 （ 桂 科 能 0708K018 ，桂科能 0901Z106 ） ； 广西高校人才小高地建设 “环境工程” 71］号） ； 国家 创新团队资助计划项目（ 2007［ 自然科学基金项目（ 51108108 / E080402 ） ； 桂教科研项目 （ 200708LX208 ） 收稿日期： 2009 － 10 － 12 ； 修订日期： 2010 － 01 － 05 作者简介： 李小霞（ 1980 ～ ） ， 女， 工程师， 主要从事污水处理方面的 mail： gllxx2008ts@ 163． com 设计和科研工作。E* 通讯联系人， Email： xieqinglin@ glite． ed分
实验废水和污泥 实验废水采用人工配水， 有基本元素、 微量元素
第 12 期
李小霞等： UASB 反应器中厌氧氨氧化菌的影响因素研究
2789
7H2 O、 0． 240 g CoCl2 · 6H2 O、 0． 990 g MnCl2 · 4H2 O， 0． 250 g CuSO4 · 5H2 O、 0． 220 g NaMoO4 · 0． 050 g NaWO2 · 2H2 O， 每升原水中投加此溶液 1 mL； ③m（ NH ） ： m（ NO ） = 1∶ 1 。 接种污泥为室已驯化好的红色厌氧氨氧化颗粒 污泥， 粒径为 2 ～ 6 mm。
+ 4 － 2
2
实验结果与分析
UASB 反 应 器 厌 氧 氨 氧 化 颗 粒 污 泥 的 活
2H2 O、 0． 190 g NiCl2 · 6H2 O、 0． 014 g H3 BO4 、 2． 1
性提高 根据相关研究表明， 厌氧氨氧化菌的适宜温度 pH 为 6． 7 ～ 8． 3［5-8］。 因此， 为 30 ～ 40 ℃ 、 本实验暂 定 UASB 反应器温度为 （ 35 ± 1 ℃ ） ， 进水 pH 约为 + 7. 5 ， N 和 水 力 停 留 时 间 为 6 h， 初 始 进 水 NH4 NO2－ N的浓度均为 50 mg / L。反应器运行稳定后逐
Influencing factors of anaerobic ammonium oxidation in upflow anaerobic sludge bed reactor
Li Xiaoxia1 Lu Yanqin2 Yang Xiaoping2
3 Xie Qinglin2，
You Shaohong2
由图 2 可知， 接种前 3 天， 由于细菌接触到氧 + N 和 气， 有 轻 微 中 毒， 菌 体 呈 青 灰 色， 出 水 NH4 -
NO2－ N 的浓度分别为 30. 5 mg / L 和 19. 6 mg / L， 去 氨氮和亚硝酸氮的浓度， 使其浓度负荷达到最大。 除率 为 39% 和 60. 8% ； 第 6 天 时， 反应器出水 在此基础上进行 HRT （ 1 ～ 6 h ） 、 温度 （ 20 ～ 40 ℃ ） 、 NH4+ N 和 NO2－ N 的 浓 度 分 别 为 7. 6 mg / L 和 pH（ 6. 3 ～ 8. 6 ） 和进水基质比为 0. 7 ～ 1. 5 时对厌氧 1. 5 mg / L， 去除率分别为 84. 8% 和 97. 1% 。 第 7 天 + 氨氧化影响的研究。 N 和 NO2－ N 的浓度均为 100 mg / L 提高进水 NH4 -
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环 境 工 程 学 报
第5卷
+ N 和 NO2－ N 的浓度分别为 时， 反 应 器 出 水 NH4 -
77. 8 mg / L 和 66 mg / L， N 和 第 11 天 出 水 NH -
+ 4
反应器平均容积负荷 （ 以 图 3 。当 HRT 为 6 h 时， 3 + TN 计） 为 1. 44 kg / （ m · d ） ， N、 NO2－ N 出水 NH4 -
+ N 和 NO2－ N 的 N、 NO2－ N 和 TN 平 均 浓 度 分 别 为 2. 15 mg / L、 浓度到200 mg / L， 反应器出水 NH4 25 d 时出水 1. 34 mg / L和 14. 4 mg / L， 浓度升高到 83. 0 mg / L 和 83. 9 mg / L， NH4+ N、 NO2－ N 和 TN 的 + － NH4 N 和 NO2 N 浓 度 分 别 降 低 到 25. 3 mg / L 和 平均 去 除 率 分 别 为 98. 9% 、 99. 3% 和 93. 7% ； 当 38. 1 mg / L， 87. 4% 81% ， 去除率分别为 和 此时厌氧 HRT 由 4 h 缩短至 2 h 时， 反应器平均容积负荷 （ 以
5 cm， 总体积为 2. 3 L， 有效体积为 2. 0 L， 其中反应 区 1. 5 L， 沉淀区 0. 6 L， 采用黑布遮光和氮气曝气， 以达到无光无氧的条件。 NH4+ N 采用纳氏 试 剂 分 光 光 度 法， NO2－ N用 N（ 1NO3－ N 用紫外分 萘基 ） 乙二胺分光光度法， pH 用便携式 pH 仪测定。 光光度法， 1． 3 实验方法 在 UASB 反应器中接种 0. 3 L 驯化好的厌氧氨 在反应器中的高度为 10 cm， 其 MLSS 为 氧化污泥，
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（ 1． 桂林市城市规划设计研究院， 桂林 541001 ； 2． 桂林理工大学， 桂林 541004 ； 3． 贺州学院， 542800 ） 贺州 摘 要 在 UASB 反应器中接种实验室已经驯化好的厌氧氨氧化颗粒污泥， 对其进行厌氧氨氧化菌活性提高和影响 + N 和 NO2－ N 的适宜浓度负荷均为 200 mg / L， 因素的实验研究。研究表明厌氧氨氧化菌对 NH4 适宜水力停留时间 HRT、 温 pH 和进水基质比（ NO2－ N / NH4+ N） 分别为 2 h、 30 ～ 35 ℃ 、 7. 5 ～ 8. 5 和 0. 95 ～ 1. 2 ， NH4+ N、 NO2－ N 和 TN 的平均去除率 度、 98. 3% 和 92. 7% 。 分别为 97. 1% 、 + N 和 NO2－ N 的基质比 温度 pH 关键词 厌氧氨氮化 UASB 水力停留时间 NH4 中图分类号 X703. 1 文献标识码 A 9108 （ 2011 ） 12278805 文章编号 1673-
Li Yanhong2
Zhao Wenyu2
（ 1． Guilin of Planning and Design Institute， Guilin 541001 ， China； 2． Guilin University of Technology， Guilin 541004 ， China； 3． Hezhou Uuniersity，Hezhou 542800 ， China）
2. 26 mg / L 和 NO2－ N 的浓度分别为 18. 6 mg / L 和 22. 1 mg / L， 去 和 TN 的平均浓度分别为 3. 14 mg / L、 + － NH4 N、 NO2 N 和 TN 的去除率分别为 除率分别为 81. 4% 和 78． 1% ； 第 12 天继续提高进 14. 66 mg / L， + － 98. 7% 和 95. 2% ； 当 HRT 由 6 h 缩短到 4 h N 和 NO2 N 的浓度分别至 150 mg / L， 水 NH4 反应 97. 4% 、 去除率为 85. 6% 和 器出水21. 6 mg / L和 23. 7 mg / L， + 84. 2% ； 第 15 天时， N 和 NO2－ N的 提高进水 NH4 3 时， 反应器平均容积负荷（ 以 TN 计） 从 1. 44 kg / （ m + ·d） 提高到 2. 88 kg / （ m3 · d ） ， 反应器出水 NH4 -
+ N 和 NO2－ N 的浓度， 每次提高各 步提高进水 NH4 + 50 mg / L。 N、 NO2－ N 和 NO3－ 对反应器进出水 NH4 N 进行每天监测。实验结果见图 2 。
图1 Fig. 1
实验装置
Experimental equipment
1． 2
实验装置及测试方法 UASB 反应器由有机玻璃制成， 高 100 cm， 内径