厌氧氨氧化反应器的接种污泥和启动策略

-
N 控制在
1.
15
~ 1. 25。
工程中应用的反硝化污泥多为絮体污泥, 沉淀
性能相对较差。笔者在试验中发现, 以反硝化污泥
接种 UBF 反应器, 虽可 快速启动 Anamm ox 反应器 ( 启动时间为 47 d), 但在其后 130 d的运行中却发
生了污泥流失而使其 效能降低的现象。有研究表
明, 若采用反硝化颗粒污泥, 则其流失状况可望得到
厌氧氨氧化 ( Anamm ox ) 工艺是 近几年开发成 功的新型生物脱氮技术, 与短程硝化 ( Sharon) 组合 可取代传统的生物脱氮工艺。目前, Sharon! Anam m ox 工艺已成功用于 Rotterdam 污水厂的污泥消化 滤液的处理 [ 1、2] , 其中 A nammox 工艺的总氮去除负 荷达 9. 50 kg / ( m 3 ∀ d) [ 2] , 远远高于传统硝化反硝 化工艺 [ 0. 23 kg / ( m3 ∀ d) ] [ 1] , 其处理费用为 0. 75 欧元 / kgN, 远远低于传统生物脱氮工艺的费用 ( 2~ 5 欧元 /kgN )。但是, 厌氧氨氧化细菌产率低 ( 0. 11 gV SS / g NH4+ - N ) , 倍增时间长 ( 11 d) [ 2 ] , 导致厌氧
关键词: 厌氧氨氧化反应器; 接种污泥; 启动策略 中图分类号: X703. 1 文献标识码: B 文章编号: 1000- 4602( 2008) 14- 0015- 06
Seeding Sludge and Start up Strategy for Anamm ox B ioreactor
TANG Chong jian, ZHENG P ing, ZHANG Le i
器的污泥作为接种污泥启动另一反应器, 在 HRT 为 0. 24 h、容积总氮负荷为 58. 5 kg / ( m3 ∀ d) 时, 最大 容积总氮去除率为 26 kg / ( m3 ∀ d) , 这是迄今文献
报道的最高水平。其研究指出, 在污染负荷增大的
过程中, 宜将进水
NH
+ 4
- N /NO-2
集硝化细菌, 成功启动了 SBR 和固定床生物膜厌氧 氨氧化反应器, 容积总氮去除率均达到了 1. 96 kg / ( m3 ∀ d) 。杜兵等 [ 9 ] 通过接种硝化污泥, 成功启动
了推流固定化生物反应器, 容积总氮去除率为 0. 22 kg / ( m3 ∀ d) 。Hw ang等以类似的方法, 成功启动了
Anammox菌含量高于厌氧消化池; 市政污泥的 Ana
mm ox 菌含量与反 硝化污泥中的 含量大致相当, 但
高于硝化污泥, 适合作为厌氧氨氧化反应器的接种
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唐崇俭, 等: 厌氧氨氧化反应器的接种污泥和启动策略
第 24卷 第 14期
污泥。
表 1 市政污泥启动厌氧氨氧化反应器的 性能 T ab. 1 Perfo rm ance of anamm ox reactor from m un ic ipal
第 24卷 第 14期 2008年 7月
中 国 给 水排 水
CH INA W ATER & WA STEWAT ER
V o.l 24 No. 14 Ju.l 2008
厌氧氨氧化反应器的接种污泥和启动策略
唐崇俭, 郑 平, 张 蕾
(浙江大学 环境工程系, 浙江 杭州 310029)
摘 要: 厌氧氨氧化细菌产率低, 倍增时间长, 导致厌氧氨氧化反应器启动过程缓慢, 极大限 制了其工程化应用, 因此选择合适的厌氧氨氧化反应器的接种污泥和启动策略具有重要意义。探 讨了污 ( 废 ) 水处理工程中常见的活性污泥用作厌氧氨氧化反应器接种污泥的基本原理、启动策略 和应用效果, 并对世界上第一个生产性厌氧氨氧化反应器的启动过程进行剖析, 提出了加快厌氧氨 氧化工程启动的 逐级富集扩大 模式。
改善, 但至今尚未见相关报道。 1 2 硝化污泥
据文献报道, 厌氧氨氧化细菌与好氧氨氧化细 菌 ( 特别是两种混培物之间 ) 有许多共性 [ 1] 。 van de Graaf等发现, 在厌氧氨氧化菌混培物中存在大量的
硝化细菌 ( 1 ∃ 104 CFU /mL 污泥 )。一些好 氧氨氧
化细菌是兼性厌氧菌, 无氧条件下可进行厌氧氨氧
(Departm ent of Environm ental Engineering, Zhejiang University, H angzhou 310029, China ) Abstract: The low y ield and long doub ling tim e o f anamm ox bacteria cause slow start up o f anam m ox bioreactor and restrict its engineering application. T herefore, it is im portan t to se lect the right see d ing sludge and start up strategy for anamm ox bioreactor. T he basic principles, start up strategy and effect of using conventional act ivated sludge as seed ing sludge for anamm ox b ioreactor are introduced. Based on the analysis o f start up process o f the first full sca le anamm ox reactor in the w orld, the step by step enrichm ent strategy o f lab , p ilot and full sca le is proposed to accelerate the start up of fu ll scale anamm ox b ioreactor. K ey w ords: anamm ox b ioreactor; seeding sludge; start up strategy
处理猪场废水的厌氧氨氧化反应器, 容积总氮去除 率为 0. 72 kg / ( m3 ∀ d) 。
笔者以某味精废水 A /O 处理工艺中 A 池污泥
为接种污泥, 研究了其厌氧氨氧化性能, 结果表明,
该工艺在第 20~ 25天出现稳定的厌氧氨氧化现象, 至第 92天时容积总氮去除率已达 1. 05 kg / ( m3 ∀ d)。 A /O 工艺应用广泛, 污泥量大, 可借此解决 厌氧氨
培养硝化颗粒污泥, 是 Anamm ox反应器的备选接种
污泥。
鉴于硝化 细菌 的代 谢多 样性 和基 质 多样 性, Zheng等 [ 7] 在有氧条件下培养高活性的硝 化污泥,
再将其作 为接种污 泥, 成功启 动了 Anamm ox 反应 器, 启动时间为 51 d, 在 HRT 为 3. 02 h时容积总氮 去除率可达 2. 12 kg / ( m3 ∀ d)。胡宝兰等 [ 8] 通过富
T sush im a等 [ 4] 对反硝化污泥中的 A namm ox 菌
含量进行了定量分析。测定结果表明, Anamm ox菌 含量为 ( 1. 1 ~ 18) ∃ 107拷 贝 /m g 干污泥 ( 在定量
PCR 中, 细胞数量以拷贝数计 ) 。采用反硝化污泥
启动 Anamm ox 反应器, 运行性能良好, 在控制 HRT 为 1. 4 h的条件下, 容积总氮负荷为 9. 4 kg / ( m3 ∀ d) , 容积总氮去除率达 6. 2 kg / ( m3 ∀ d) 。以该反应
氧化工程的接种污泥问题。
1 3 富含厌氧氨氧化菌的污泥 1 3 1 市政污水厂污泥
市政污水厂的活性污泥来源广泛, 菌群丰富, 被
广泛 用 作 各 类污 ( 废 ) 水 处理 工 程 的 接 种 污 泥。 Chouari等 [ 10] 采用分子生物学方 法证实, 市 政污水 厂的曝气池和缺氧池污泥中均含有霉菌。近年来以
中, 其活性污泥主要是反硝化生物膜颗粒。从电子
基金项目: 国家高技术研 究发展计划 ( 863)项目 ( 2006AA 06Z 332); 国家自然科学基金资助项目 ( 30770039)
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第 24卷 第 14期
中国给水排水
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受体的角度看, 厌氧氨氧化是一个亚硝酸盐的还原
填埋场滤液 UA SB
74 d
0. 15b
[ 15]
模拟废水 SBR 3~ 4月
N. R.
[ 16]
模拟废水
SBR, U BF
N. R.
2. 7a, 2. 5a
[ 17]
注: a表示容积总氮负荷; b表 示基质 去除率; c 表示 厌氧生物膜 过 滤 器; d、e 分 别 表 示 试验 温 度 为 37、( 20~ 22) % ; N. R. 表示未 报道。
酸盐氮之比为 1 #1. 91。 Zhang等 [ 6] 以反硝化污泥为接种污 泥, 成功启
动了上流式生物膜 ( UBF ) 厌氧氨氧化反应器, 分别 培养了异养型和自养型反硝化生物膜, 然后使其由
反硝化作用转为厌氧氨氧化作用, 以加快厌氧氨氧
化反应器的启动。经过 100 d 左右的运行, 培育出
了具有厌氧氨氧化活性的生物膜, 反应器容积总氮 负荷达 0. 14 kg / ( m3 ∀ d) 。
反应, 类似于反硝化作用。在反硝化作用中, 电子供 体既可以是有机物 ( 如甲烷、甲醇 ), 也可以是无机 物 ( 如硫化氢、单质硫 ) [ 1] , 由于氨的化学结构与甲
烷和硫化氢类似, 因此可用氨替代反硝化反应中的 常规电子供体。H u 等 [ 5] 从生物脱氮反应器活性污 泥中分离获得了 3株反硝化细菌 ( 分别命名为 D1、 D2、D3 菌株 ) , 经鉴定 D3 菌株 属于 P s. m endocina。 试验证明, D3 菌株具有厌氧氨氧化活性, 即在厌氧 条件下能将氨和亚硝酸盐转化为氮气, 氨氮和亚硝
氨氧化反应器的启动时间很长, 严重限制了其工程 化应用 [ 2、3] 。
1 Anamm ox反应器的接种污泥
现有文献表明, 硝化细菌、反硝化细菌和霉菌都 具有厌氧氨氧化活性 [ 4] , 因此硝 化污泥、反 硝化污 泥和富含厌氧氨氧化菌的污泥均可用作厌氧氨氧化
反应器的接种污泥。
1 1 反硝化污泥 厌氧氨氧化最早发现于生物脱氮流化床反应器
s ludge
项
目
反应器类型启动时间
TN 负荷 ( kg∀ m- 3 ∀
/ d-
1 )参考文献
模拟废水 U BF
85 d
0. 58a
[ 11]
模拟废水 SBR
2月
1. 4a
[ 12]
模拟废水 SBR < 14周
0. 58b
[ 13]
模拟废水 A BFc
12 d 11. 5d ( 8. 1e ) [ 14]
化作用, 将
NH
+ 4
转化成
N2, 并从 中获得能量 而生
长 [ 1] 。例如, N itrosom onas eutropha能以 NO2 为电子
受体氧化氨, 其厌氧氨氧化活性为 145 m o l/ ( g∀
h) [ 1 ] 。硝化污泥中 A namm ox 菌的含量约为 1. 7 ∃
106 拷贝 /m g干污泥 [ 4] , 比反硝化污泥的低, 但更易
表 2 不同废水处理站污泥中 Anamm ox 菌的 16S rDNA定量分析
T ab. 2 Summ ary of quantification o f Anammox bacter ia l
16S rDNA copy numbers in sludg es taken from different
市政污泥接种进行厌氧氨氧化反应器的启动研究情
况如表 1所示。 T sushim a等 [ 4] 采 用分 子 生 物 学 方 法 ( RTQ -
Hale Waihona Puke Baidu
PCR) 测定 了常见接 种污泥中 的 Anamm ox 菌 含量
( 见表 2) , 并以此作为筛选接种污泥的依据。在所 测的 4 种市政污 泥中, 曝 气池 ( 氧化沟 ) 污泥 中的