ASBR厌氧氨氧化反应器的快速启动及脱氮原理分析_王晓霞 青岛大学

Fast start-up and denitrified principle analysis of ANAMMOX in ASBR
Wang Xiaoxia Yu Deshuang Li Jin Li Ningning Liu Baoyan Zhao Dan Li Weigang
（ Department of Environmental Science and Engineering，Qingdao University，Qingdao 266071 ，China）
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2． 1
结果与分析
ASBR 厌氧氨氧化反应器的启动与运行 培养阶段的 1 13 d， 由于生长环境的改变， 接
种的活性污泥出现一段时间的生长停滞， 之后逐渐 ， ； 14 49 d 接种污 适应并开始恢复活性 为适应期 泥已适应新的生长环境， 活性逐渐增至最高水平、 分 解基质能力高， 为活性提高期； 50 74 d 污泥活性
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月） ， 且菌群对生存环境的要求相对苛刻， 其生长繁 + pH、 DO、 NO2－ -N、 殖易受光照、 温度、 进水 NH4 -N、 COD 浓 度 等 操 作 参 数 的 影 响； 同 时， 由 于 ANAMMOX 菌群比增殖速率低， 体积小， 易流失， 成为反应
基金项目： 国家自然科学基金资助项目（ 51078191 ） 收稿日期： 2011 － 12 － 16 ； 修订日期： 2012 － 03 － 21 作者简介： 王晓霞（ 1988 ）， 女， 硕士研究生， 研究方向为水污染控 制技术。E-mail： elainewangxx@ 163． com * 通讯联系人， E-mail： qdydsh@ 163． com
反应 23 h、 沉淀 0． 6 h、 排水 0． 2 h） 、 进水 1． 4 分析方法 进水 0． 2 h、 NH4+ -N： 钠氏试剂分光光度法［8］； NO3－ -N： 麝香 pH 为 7． 2 7． 5 。 － 草酚分光光度法； NO2 -N： N-（ 1-萘基 ） -乙二胺分光 ； TN： 过硫酸钾氧化分光光度法［8］； COD： ［8 ］ 重铬酸 钾 法 ； MLSS： 重 量 法； pH 和 T： 通 过 德 国 光度法 WTW pH / Oxi 340i / SET 测定。
第6 卷
第6 期
环境工程学报
Chinese Journal of Environmental Engineering
Vol ． 6 ， No ． 6 Jun ． 2 0 1 2
2 0 1 2 年 6 月
ASBR 厌氧氨氧化反应器的快速启动 及脱氮原理分析
王晓霞 于德爽
*
李
津
李宁宁
刘保妍
赵
丹
李伟刚
（ 青岛大学环境科学与工程系， 青岛 266071 ） 摘 要 以城市生活污水为基本水质进行配水， 采用 ASBR 研究了厌氧氨氧化反应器的快速启动过程及脱氮性能 。 + HRT 为 24 h、 pH 为 7． 2 7． 5 ， NO2－ -N 浓度为 40 160 mg / L， TN 负荷为 0． 08 实验条件如下： T 为（ 35 ʃ 1 ） ħ 、 进水 NH4 -N、 0． 34 kg TN / （ m3 ·d） ， 按 2ʒ 1 比例混合接种好氧短程硝化污泥和厌氧氨氧化污泥， 经 49 d 运行成功启动厌氧氨氧化反应 + NO2－ -N 去除率分别达 96% 和 98% ； NH4+ -N、 NO2－ -N 去除量与 器， 并实现稳定运行。实验结果表明： 稳定运行期 NH4 -N、 NO3－ -N 生成量比值为 1ʒ 1． 05 ʒ 0． 29 ， 较为接近理论值； 成功启动的反应器出水 pH 高于进水； 系统 TN 去除率平均值为 79． 7% ； 反应器内存在反硝化与厌氧氨氧化的协同作用， 实现了部分 COD 去除； 污泥由深棕色絮状变成红褐色颗粒状， 经 SEM 扫描电镜观察污泥菌群种类单一， 多为球状菌， 有漏斗状缺口， 具有典型氨氧化菌形态特征 。 关键词 ASBR 厌氧氨氧化 启动 脱氮原理 颗粒污泥 中图分类号 X703． 1 文献标识码 A 文章编号 1673-9108 （ 2012 ） 06-1834-07
第6期
王晓霞等： ASBR 厌氧氨氧化反应器的快速启动及脱氮原理分析
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1． 2 接种污泥 快速启动及大规模应用的障碍。 根据国内外相关文献报道， 厌氧氨氧化反应器 本实验 ASBR 按 2ʒ 1 混合比例接种好氧短程硝 ［5-7 ］ ， 但是其研究所 化污泥和厌氧氨氧化污泥。厌氧氨氧化污泥取自某 的启动已经取得了一定的进展 接种污泥量 2 L； 好氧短程 得出的结论差异较大； 厌氧氨氧化的启动时间较长， 中试 ANAMMOX 反应器， 接种量 4 L。 接种后的 AS不易实现快速启动； 且在处理有关城市生活污水方 硝化污泥取自本实验室， SV% 为 39． 5% ， 污 面研究较少。本实验混合接种短程硝化污泥和厌氧 BR 混合液 MLSS 为 4 500 mg / L， 氨氧化污泥， 以城市生活污水为基本水质进行配水 ， 泥沉降性能良好。 NH4+ -N 浓度、 NO2－ -N、 通过调控进水 （ pH、 浓度 ） 和 1． 3 实验用水 DO、 沉淀时间、 温度、 光） 条件， 就厌氧氨 反应（ HRT、 氧化的快速启动和脱氮性能进行了实验研究 ， 并对 其脱氮过程进行了理论分析。 实验所需生活污水取自某城市污水处理厂初沉 池出水。运行期间， 通过向生活污水中投加 NH4 Cl 和 NaNO2 调整进水氨氮和亚硝态氮浓度； 同时投加 NaHCO3 并保证进水碳酸氢盐浓度约为 500 mg / L， 为厌氧氨氧化菌提供足够的无机碳源； 进水 pH 通
实验进水水质wenku.baidu.com
范围 14 74 d 197． 5 56． 6 37． 6 0． 4 98． 7 7． 1 407． 7 83． 1 96． 2 5． 3 153． 3 7． 6
Experimental influent wastewater quality
1 236． 4 41． 0 29． 8 0． 2 80． 7 7． 4 13 d 405． 1 82． 8 44． 8 0． 8 119． 7 7． 5 75 236． 8 59． 2 69． 2 0． 8 135． 2 7． 1 133 d 439． 1 160． 2 163． 3 9． 3 335． 7 7． 2
Abstract With the influent water distribution based on the municipal sewage，the fast start-up and denitrification performance of ANAMMOX reaction in ASBR was studied． The experimental conditions were as follows： the temperature of （ 35 ʃ 1 ） ħ ，HRT of 24 hours，influent pH of 7． 2 7． 5 ，influent NH4+ -N and NO2－ -N concentrations of both 40 160 mg / L， TN volumetric load of 0． 08 0． 34 kg TN / （ m3 ·d） ． Inoculating the mixture of aerobic short-cut nitrification sludge and anaerobic ammonium oxidation sludge with the proportion of 2ʒ 1， the ANAMMOX reaction was successfully started-up in 49 days and realized a stable operation． The experimental results show that at the stable state the average NH4+ -N、 NO2－ -N removal rates were 96% and 98% ， respectively； the ratio + － － of NH4 -N、 NO2 -N removal and NO3 -N formation was 1ʒ 1． 05ʒ 0． 29，which was very close to the theoretical value． After been started-up，the reactor’ s effluent pH value was higher than influent，the average TN removal rate was 79． 7% ． The synergistic effect of denitrifying and ANAMMOX realized part of COD removal； the sludge changed from flocculent dark-brown to granular red-brown， the dominant flora bacteria was mostly spherical with a funnel-shaped gap，it had the typical characteristic of ammonia-oxidizing bacteria． Key words ASBR； anaerobic ammonium oxidation； start-up； denitrification principle； granular sludge 厌氧氨氧化（ anaerobic ammonia oxidation，简称 ANAMMOX） 是指在厌氧条 件 下， 厌氧氨氧化菌将 NH4+ -N 作为电子供体， NO2－ -N 作为电子受体， 将这 两种形态的氮转化为氮气的生物过程 。 与传统 生物脱氮技术相比， 厌氧氨氧化反应不需外加有机 碳源； 不需投加酸碱中和试剂， 避免造成二次污染； ［2 ］ 耗能低； 污泥产量少 。 但厌氧氨氧化菌生长极为缓慢， 世代生长周期 ［3 ， 4 ］ ， 约为 10 d 反应启动时间较长（ 一般为 3 5
为细高型圆柱体， 高 520 mm， 直径 150 mm， 总容积 8 L， 有效容积 6 L。 在反应器壁的垂直方向设置一 排水 ） ， 同时为减少反应器污泥流 排取样口 （ 取样、 失， 出水经沉淀池沉淀后排出， 池内污泥定期回流； 底部设有排泥口， 上部设有出气口， 反应产生的气体 经缓冲瓶和水封瓶后排出， 保证反应器内厌氧环境； 处理系统由进水、 反应、 沉淀、 排水 4 个工序组成， 采 搅拌速度维持在 60 r / min； 整个反 用机械搅拌方式， 应装置均用锡纸包裹以达到避光效果， 反应器内温 （ 35 ʃ 1 ） ħ 、 HRT 度由温控系统控制在 为 24 h（ 包括
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1． 1
实验材料与方法
ASBR 实验装置
过 0． 1 mol / L 的 HCl 调节。 其进水水质指标如表 1 实验装置如图 1 所示： 反应器由有机玻璃制成， 所示。
表1 Table 1
项目 COD（ mg / L） NH4+ -N（ mg / L） NO2－ -N（ mg / L） NO3－ -N（ mg / L） TN（ mg / L） pH
注： 实线为气流管线和水流管线， 而虚线为 时间控制系统连接时的电线 图1 Fig． 1 ASBR 实验装置 ASBR experimental device
和系统处理能力持续稳定， 为稳定期； 75 133 d 逐 渐提高 进 水 总 氮 负 荷， 为 负 荷 提 高 期。 这 期 间 对 pH、 NH4+ -N 和 NO2－ -N 去除量、 NO3－ -N 生成量、 污泥 颜色形态等指示参数