相比(bi)于(yu)傳統的硝化(hua)(hua)反硝化(hua)(hua)技(ji)術，厭氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)(hua)技(ji)術在處(chu)理(li)低碳氮比(bi)、高氨(an)氮廢水時，具有無需(xu)外加(jia)碳源、節能(neng)等優勢(shi)，日益受(shou)到關注。目前(qian)，厭氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)(hua)技(ji)術主(zhu)要(yao)用(yong)于(yu)污泥消化(hua)(hua)液和(he)含高氨(an)氮工業廢水的處(chu)理(li)，且技(ji)術發(fa)展已較為成(cheng)熟，在美國、德國、瑞士等有成(cheng)功的應用(yong)案例(li)。

根據厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)污(wu)泥形(xing)(xing)態的(de)不同，可分為以絮(xu)體為主(zhu)(zhu)、以生物(wu)膜(mo)為主(zhu)(zhu)和(he)以顆粒為主(zhu)(zhu)3種(zhong)工藝形(xing)(xing)式(shi)；其中，以生物(wu)膜(mo)為主(zhu)(zhu)的(de)厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)工藝因(yin)穩定、高效(xiao)的(de)脫氮性能而備受(shou)關注，其核心技術是(shi)借助填料富集、長期持有(you)厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)細(xi)菌，有(you)效(xiao)提升(sheng)反應器(qi)內厭(yan)氧(yang)(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)(yang)化(hua)菌的(de)豐度和(he)反應器(qi)的(de)脫氮效(xiao)能。

基于移動床生物膜反應(ying)器（MBBR）開發的(de)厭氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)技術(shu)已有(you)成功的(de)應(ying)用(yong)案例。厭氧(yang)氨(an)氧(yang)化(hua)MBBR工藝的(de)總氮去除負(fu)荷高達8 kg/（m³·d），脫氮優勢顯著。

填料(liao)是厭(yan)氧(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)化(hua)菌(jun)生長的載(zai)體，厭(yan)氧(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)化(hua)反應器的脫氮(dan)效能(neng)也(ye)與(yu)填料(liao)的種類緊密相關。高大文等以(yi)組合填料(liao)、聚氨酯泡綿、立(li)體彈(dan)性(xing)纖維(wei)為載(zai)體，啟(qi)動上流(liu)式固定床厭(yan)氧(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)化(hua)反應器，結果顯示組合填料(liao)具有較(jiao)高的比表面積和較(jiao)好(hao)的親水(shui)性(xing)能(neng)，微生物易(yi)于附著(zhu)生長且(qie)不易(yi)脫落，總(zong)氮(dan)去除負(fu)荷(he)可達1.32 kg/（m³·d），抗(kang)負(fu)荷(he)沖擊能(neng)力顯著(zhu)優(you)于以(yi)聚氨酯泡綿和立(li)體彈(dan)性(xing)填料(liao)啟(qi)動的反應器。

此外(wai)，亞硝酸鹽和(he)游(you)離(li)氨對厭氧(yang)氨氧(yang)化菌活性有一定抑制(zhi)，高(gao)(gao)濃度進水基質引發(fa)的高(gao)(gao)負荷(he)沖(chong)擊也是影響厭氧(yang)氨氧(yang)化反應器運行穩定性和(he)脫氮效(xiao)能的重(zhong)要因素，如何(he)規避基質對厭氧(yang)氨氧(yang)化菌的抑制(zhi)已成為研究重(zhong)點(dian)。

本研(yan)究(jiu)以懸浮生物填料為載體，啟(qi)動、構建了升流式(shi)厭氧(yang)(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)(yang)化流化床反應器（UAFB-anammox），以人工(gong)配水(shui)為研(yan)究(jiu)對(dui)象，研(yan)究(jiu)進水(shui)基質(zhi)濃度和回流對(dui)UAFB-anammox脫(tuo)氮效(xiao)能的(de)影響(xiang)，為厭氧(yang)(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)(yang)化工(gong)藝(yi)效(xiao)能提(ti)升提(ti)供一定理論基礎。

01 試驗材料和方法

1.1 試驗裝置

試驗(yan)裝置采用升流式厭氧流化床反(fan)應器（UAFB），如圖 1所示。

UAFB反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)工作體(ti)積為(wei)5 L，高度為(wei)1 m，內徑0.08 m，有機玻璃材質；使(shi)用市售流(liu)化床(chuang)填(tian)(tian)料(liao)(liao)（直徑25 mm，厚(hou)度12 mm，容重100 kg/m³，比表面(mian)積500 ㎡/m³）作為(wei)掛膜載體(ti)，填(tian)(tian)料(liao)(liao)在反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)區的填(tian)(tian)充率(lv)為(wei)30%。通過加(jia)熱帶將反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)溫度控制在（30±1）℃。原水(shui)未經(jing)(jing)脫氣處理(li)，經(jing)(jing)過蠕動泵從反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)底部(bu)連續進(jin)入(ru)UAFB反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)，通過回流(liu)泵從反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)上端抽出回流(liu)到反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)底部(bu)，出水(shui)從反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)器(qi)(qi)(qi)溢流(liu)堰排出，產生的氣體(ti)從三(san)相(xiang)分離器(qi)(qi)(qi)排至空(kong)氣中(zhong)。

1.2 接種污泥和模擬廢水

接(jie)種污泥為(wei)普通好氧活性污泥，取自深(shen)圳市鹽田污水處(chu)理廠(chang)序批式生化池(chi)，污泥整(zheng)體呈(cheng)黃(huang)褐(he)色，懸(xuan)浮固體質量濃度（MLSS）為(wei)4 500 mg/L，揮發性懸(xuan)浮固體質量濃度（MLVSS）為(wei)3 500 mg/L。

反應器進(jin)水采用人工模擬廢水，不添加有機碳源，模擬廢水組成(cheng)：NH4Cl（按需(xu)配制），NaNO2（按需(xu)配制），NaHCO3 0.6 g/L，維氏(shi)鹽(yan)0.2 mL/L，微(wei)量(liang)(liang)(liang)元素Ⅰ和微(wei)量(liang)(liang)(liang)元素Ⅱ各1 mL/L，用NaOH或HCl調節進(jin)水pH約7.7。維氏(shi)鹽(yan)溶液組成(cheng)：KH2PO4 5 g/L，MgSO4·7H2O 2.5 g/L，NaCl 2.5 g/L，FeSO4·7H2O 0.05 g/L，MnSO4·7H2O 0.05 g/L。微(wei)量(liang)(liang)(liang)元素Ⅰ：EDTA 5 g/L，FeSO4·7H2O 5 g/L。微(wei)量(liang)(liang)(liang)元素Ⅱ：MnCl2·4H2O 0.99 g/L，CuSO4·5H2O 0.25 g/L，EDTA 15 g/L，H3BO4 0.014 g/L，ZnSO4·7H2O 0.43 g/L，NiCl2·6H2O 0.19 g/L，Na2MoO4·2H2O 0.22 g/L，Na2SeO4·10H2O 0.21 g/L。

1.3 試驗方法

反(fan)應器啟動階(jie)段，污泥馴(xun)化(hua)期采用低基質濃(nong)度進(jin)水的(de)方(fang)式運行，馴(xun)化(hua)第一(yi)階(jie)段（0~130 d）進(jin)水NH4+-N和(he)NO2--N分別為60 mg/L和(he)50 mg/L，馴(xun)化(hua)第二(er)階(jie)段（131~208 d）進(jin)水NH4+-N和(he)NO2--N分別調整為100、140 mg/L，待(dai)NH4+-N和(he)NO2--N去除率高于85%、反(fan)應器穩定后(hou)，開始考(kao)察(cha)負荷沖擊和(he)回流對反(fan)應器脫氮效能的(de)影響。

負(fu)荷沖(chong)擊(ji)研(yan)(yan)究中，進水量控制在19.2 L/d，水力(li)停留時間為6.25 h，初始(shi)進水NH4+-N和NO2--N分別為60、90 mg/L，逐步提升(sheng)至400、450 mg/L。待反應器(qi)脫氮效(xiao)能(neng)開始(shi)降低時，開啟(qi)回流，采用(yong)150%回流比運(yun)行，研(yan)(yan)究回流對UAFB-anammox反應器(qi)運(yun)行效(xiao)能(neng)的影響。

1.4 分析方法

各項指標參照(zhao)《水(shui)和廢水(shui)監測分(fen)析方法(fa)》進行測定(ding)(ding)：NH4+-N采用納(na)氏分(fen)光(guang)光(guang)度(du)法(fa)測定(ding)(ding)；NO2--N采用N-（1-萘(nai)基）-乙二(er)胺(an)分(fen)光(guang)光(guang)度(du)法(fa)測定(ding)(ding)；NO3--N采用酚(fen)二(er)磺酸(suan)分(fen)光(guang)光(guang)度(du)法(fa)測定(ding)(ding)；pH使用Sartorius Y31-038酸(suan)度(du)計(ji)測定(ding)(ding)。定(ding)(ding)期取進、出(chu)水(shui)，測定(ding)(ding)水(shui)樣(yang)的pH、NH4+-N、NO2--N和NO3--N。

02 結果與分析

2.1 厭氧氨氧化菌馴化與反應器啟動

UAFB-anammox反應(ying)器啟動過程中，進出水(shui)NH4+-N和NO2--N的(de)變(bian)化(hua)趨勢(shi)及去(qu)除率見圖 2。

UAFB-anammox反(fan)應器(qi)啟動(dong)歷時150 d，啟動(dong)過程經歷了溶(rong)胞(bao)遲(chi)滯、活(huo)性提升和活(huo)性穩定3個階段。0~35 d為溶(rong)胞(bao)遲(chi)滯階段，出水(shui)NH4+-N高于進(jin)水(shui)NH4+-N，出水(shui)NO2--N低于進(jin)水(shui)NO2--N，去除(chu)率約為15%；污(wu)泥馴化初期，由于反(fan)應器(qi)中(zhong)的微生物對(dui)厭氧和無機營養條件的不適(shi)應，菌體(ti)發生溶(rong)胞(bao)現象，釋放出氨(an)氮(dan)和有機物，內源(yuan)反(fan)硝化作(zuo)用以有機物為碳(tan)源(yuan)將亞硝酸鹽(yan)轉化為氮(dan)氣，因此(ci)出水(shui)NH4+-N高于進(jin)水(shui)NH4+-N、出水(shui)NO2--N低于進(jin)水(shui)NO2--N。

36~150 d為(wei)活(huo)性(xing)提(ti)升階段(duan)，氨氮和亞硝酸鹽(yan)氮同步穩定去除(chu)(chu)，活(huo)性(xing)提(ti)升后(hou)期，NH4+-N和NO2--N去除(chu)(chu)率約為(wei)60%，化學計量比NO2--N/NH4+-N穩定在1.2~1.5（見圖 3），反(fan)應器(qi)底部污泥顏色從棕黃(huang)色轉變(bian)為(wei)磚紅色，填料上開始(shi)出現磚紅色絮體。

151~208 d為(wei)活性穩定階段，提(ti)高進(jin)水氨(an)氮和亞硝(xiao)酸(suan)鹽濃度，UAFB-anammox反應(ying)器穩定運行(xing)，NH4+-N和NO2--N去(qu)除率(lv)約(yue)為(wei)80%~100%，NO2--N/NH4+-N穩定在1.2~1.5，NO3--N/NH4+-N穩定在0.3~0.5。

經150 d的(de)培養馴化，UAFB-anammox反應(ying)(ying)器(qi)(qi)成(cheng)功啟(qi)動。在UAFB-anammox反應(ying)(ying)器(qi)(qi)啟(qi)動、穩定階段，反應(ying)(ying)器(qi)(qi)內(nei)出現明(ming)顯的(de)氣泡，將底(di)部(bu)(bu)污泥托起，部(bu)(bu)分污泥隨水流從反應(ying)(ying)器(qi)(qi)堰口流出，部(bu)(bu)分污泥附(fu)著于反應(ying)(ying)區(qu)的(de)填料(liao)上(shang)，懸浮填料(liao)的(de)磚紅色(se)逐(zhu)步(bu)加(jia)深，填料(liao)表面和內(nei)部(bu)(bu)形成(cheng)致密的(de)生物膜。

2.2 進水負荷沖擊和回流影響研究

通過逐步提升進水氨(an)氮和(he)亞硝(xiao)酸鹽氮濃度的方式，提升進水負荷，研究負荷沖擊對UAFB-anammox反應器運行(xing)效能的影響。

在低基質濃度范圍內（NH4+-N61.54~297.35 mg/L，NO2--N 96.01~355.70 mg/L），總氮(dan)容(rong)積(ji)負荷(he)從0.61升(sheng)至(zhi)2.52 kg/（m³·d），總氮(dan)去(qu)除負荷(he)從0.39 kg/（m³·d）穩步(bu)提升(sheng)至(zhi)1.29 kg/（m³·d），NH4+-N和NO2--N去(qu)除率最高約90%；當(dang)進(jin)水NH4+-N和NO2--N分別提升(sheng)至(zhi)390、446 mg/L，總氮(dan)容(rong)積(ji)負荷(he)提升(sheng)至(zhi)3.22 kg/（m³·d）時(shi)，總氮(dan)去(qu)除負荷(he)降(jiang)低至(zhi)1.08 kg/（m³·d），NH4+-N和NO2--N去(qu)除率降(jiang)至(zhi)31.91%、44.51%（見(jian)圖 4），說明此(ci)時(shi)反應器脫氮(dan)性能開始(shi)惡(e)化。

 在低基(ji)質(zhi)(zhi)濃度范圍內，隨(sui)著進水基(ji)質(zhi)(zhi)濃度和(he)容積(ji)負荷(he)的(de)增加，UAFB-anammox反(fan)應(ying)器(qi)的(de)總氮去(qu)除(chu)(chu)負荷(he)穩(wen)步(bu)提升，NH4+-N和(he)NO2--N去(qu)除(chu)(chu)率(lv)保持穩(wen)定(ding)(ding)，說明(ming)反(fan)應(ying)器(qi)內厭(yan)氧(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)菌(jun)(jun)具(ju)有較高活性，能快速適應(ying)基(ji)質(zhi)(zhi)濃度適當(dang)升高帶來的(de)環境變化(hua)(hua)，UAFB-anammox反(fan)應(ying)器(qi)具(ju)備(bei)一定(ding)(ding)耐負荷(he)沖擊能力。NH4+-N和(he)NO2--N是厭(yan)氧(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)菌(jun)(jun)的(de)主(zhu)要營養物質(zhi)(zhi)，但當(dang)反(fan)應(ying)器(qi)內NO2--N達到100 mg/L、游離氨(an)達到13~90 mg/L時(shi)，會對厭(yan)氧(yang)(yang)氨(an)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)菌(jun)(jun)的(de)活性產生抑制。

試驗結果顯(xian)示，進(jin)水(shui)NH4+-N和(he)NO2--N分別(bie)(bie)為297.35、355.7 mg/L時(shi)，反(fan)(fan)應器(qi)內(nei)的(de)(de)(de)(de)NO2--N達(da)到147.55 mg/L、游(you)離氨達(da)到21.37 mg/L（見圖 5），已超(chao)出NO2--N和(he)游(you)離氨對厭氧氨氧化菌的(de)(de)(de)(de)抑制(zhi)濃度，反(fan)(fan)應器(qi)的(de)(de)(de)(de)總氮容(rong)積(ji)去除負荷仍保持在1.29 kg/（m³·d），NH4+-N和(he)NO2--N的(de)(de)(de)(de)去除率已降(jiang)至(zhi)約60%；隨著進(jin)水(shui)NH4+-N和(he)NO2--N分別(bie)(bie)提升至(zhi)390.18、446.23 mg/L，反(fan)(fan)應器(qi)內(nei)的(de)(de)(de)(de)NO2--N達(da)到247.49 mg/L、游(you)離氨為26.45 mg/L，此時(shi)厭氧氨氧化菌的(de)(de)(de)(de)活性(xing)受到比較強(qiang)烈的(de)(de)(de)(de)抑制(zhi)。因此，NO2--N和(he)游(you)離氨的(de)(de)(de)(de)雙重(zhong)抑制(zhi)是(shi)反(fan)(fan)應器(qi)總氮去除負荷降(jiang)低(di)、脫氮效能降(jiang)低(di)的(de)(de)(de)(de)主要原因。

進(jin)水基(ji)質對厭氧氨氧化(hua)菌的(de)活性抑制(zhi)(zhi)已成為限(xian)制(zhi)(zhi)反應器(qi)效(xiao)能(neng)(neng)提升的(de)主要(yao)原因(yin)。因(yin)此，目前(qian)眾多厭氧氨氧化(hua)反應器(qi)在啟動及脫氮效(xiao)能(neng)(neng)提高(gao)的(de)研究過程中，將進(jin)水NH4+-N和NO2--N控制(zhi)(zhi)在200~300 mg/L，一定(ding)程度上限(xian)制(zhi)(zhi)了厭氧氨氧化(hua)工藝處理(li)高(gao)氨氮廢水的(de)獨特(te)優勢(shi)。

本(ben)研究在UAFB-anammox反應(ying)器高(gao)基(ji)質濃(nong)度進水(shui)（NH4+-N 390 mg/L，NO2--N 446 mg/L）運(yun)行20 d后開啟回流，按150%回流比運(yun)行，經過約10 d的恢復期(qi)，反應(ying)器出水(shui)NH4+-N和NO2--N去(qu)除率開始穩步升(sheng)高(gao)，平均去(qu)除率分別約62.49%、60.50%，同時(shi)反應(ying)器的總氮(dan)去(qu)除容積負荷(he)提(ti)升(sheng)至1.76 kg/（m³·d），相比于回流前提(ti)升(sheng)了60%。

150%回流有效(xiao)降低了反(fan)應(ying)器內NO2--N和游離氨的濃度，NO2--N從(cong)247.49 mg/L降至(zhi)175.43 mg/L、游離氨從(cong)26.45 mg/L降至(zhi)10.57 mg/L（見圖 5）。

NO2--N和游(you)離(li)氨的濃度雖仍高于抑制濃度，但已有效緩解了對厭氧氨氧化菌活性的抑制，使UAFB-anammox反(fan)應器的脫氮效能(neng)提升63%，回流(liu)取得的效果(guo)顯(xian)著。

03 結 論

（1）以(yi)懸(xuan)浮(fu)填料(liao)作為升(sheng)流式(shi)厭(yan)氧(yang)(yang)流化床反應器的(de)掛(gua)膜載體培(pei)養厭(yan)氧(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)化菌，經(jing)36 d的(de)馴化，可(ke)同(tong)步(bu)去除(chu)NH4+-N和(he)NO2--N。經(jing)150 d的(de)培(pei)養，NH4+-N和(he)NO2--N同(tong)步(bu)去除(chu)率穩定(ding)在(zai)80%以(yi)上，升(sheng)流式(shi)厭(yan)氧(yang)(yang)氨氧(yang)(yang)化流化床反應器成功啟動，懸(xuan)浮(fu)填料(liao)表面及內(nei)部空隙均附著(zhu)致密的(de)磚紅色生物(wu)膜。

（2）低基質(zhi)濃度進水(shui)運行(xing)時，升流式厭氧(yang)氨氧(yang)化流化床反應(ying)器具備(bei)一定的(de)抗負(fu)(fu)荷沖(chong)擊(ji)能力，總(zong)氮(dan)(dan)容積負(fu)(fu)荷在0.61~2.52 kg/（m³·d）范圍內升高時，總(zong)氮(dan)(dan)去(qu)(qu)除負(fu)(fu)荷從0.39 kg/（m³·d）提升至1.29 kg/（m³·d）；當(dang)總(zong)氮(dan)(dan)容積負(fu)(fu)荷增加到3.2 kg/（m³·d）時，總(zong)氮(dan)(dan)去(qu)(qu)除負(fu)(fu)荷降(jiang)至1.08 kg/（m³·d）。

（3）150%的(de)回流比可有效(xiao)緩(huan)解基質對厭氧氨(an)氧化菌的(de)活性抑制，提(ti)升反應器的(de)脫(tuo)氮效(xiao)能，總(zong)氮去除負荷可提(ti)升至1.76 kg/（m³·d），脫(tuo)氮效(xiao)能提(ti)高63%。

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