RLHB-AO吉林省地埋式一体化污水处理设备

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不同接种污泥ABR厌氧氨氧化的启动特征

　　厌氧氨氧化菌(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)生长速度缓慢[1]，在选择启动反应器时需考虑其具有较好的生物截留能力，保证足够的菌群. 而ABR反应器具有可耐受较高的污染负荷、 良好的生物截留能力、 易于固液分离、 易形成颗粒污泥等特点，其对培养增殖速度缓慢的厌氧氨氧化菌具有优势，已经应用于厌氧氨氧化反应的启动和研究[2,3].

　　厌氧污泥如反硝化污泥，厌氧颗粒污泥等[4, 5, 6]均已成功应用于厌氧氨氧化的启动. 相较于絮状污泥，颗粒污泥可有效减少微生物从反应器中流失，以保证足够的生物量. 但是颗粒污泥培养过程缓慢，严重阻碍了其应用. 本文以ABR反应器为厌氧氨氧化的启动反应器，分别接种*絮状厌氧污泥、 厌氧颗粒/絮状混合污泥，考察两个厌氧氨氧化反应器启动过程的差异、 添加部分颗粒污泥对絮状污泥形成颗粒污泥的诱导效应，并初步明确启动过程中反应器对污泥的截流率以及稳定后各隔室对氮素去除的贡献率，以期为厌氧氨氧化的启动提供参考. 1 材料与方法 1.1 实验装置

　　实验采用的ABR反应器由有机玻璃制成. 反应器长37.5 cm，宽8 cm，高度33 cm，持水高度26.5 cm，有效容积6.36 L. 反应器分为5个隔室，每隔室升流区降流区格间宽度比为4 ∶1，折流板导向角45°(见图 1). 反应器整体密封保证厌氧，每隔室的上部使用橡胶管来排除产生的气体，橡胶管采用水封，反应器整体用遮阳塑料膜遮住避光. 采用恒流蠕动泵控制进水，反应器放置于水浴中，利用温度控制器维持反应器温度30~35℃.

　　　　图 1 ABR反应器装置示意

　　1.2 接种污泥

　　本研究采用两种污泥，污泥1：取自UASB反应器的厌氧颗粒污泥，污泥浓度52.5 mg ·mL-1，污泥2：城市污水处理厂A2/O工艺的厌氧污泥，污泥浓度102mg ·g-1. 采用2个相同的ABR反应器，*个反应器(R1反应器)接种污泥1和污泥2的混合污泥，按照1 ∶3质量比混合，分别为2 250 mL的絮状厌氧污泥和386 g的厌氧颗粒污泥; 第二反应器(R2反应器)接种污泥2共3 000 mL的絮状厌氧污泥. 污泥在ABR反应器各隔室均匀接种，接种后R1、 R2反应器中混合液的污泥浓度相同(以MLSS值表示)，均为24.8g ·L-1.

　　1.3 反应器运行条件

　　两个ABR反应器运行条件相同. 反应器HRT设置在26 h，采用人工配水，进水的pH值为7.5±0.5，其组分包括(NH4)2SO4，NaNO2，以及KH2PO4 0.027g ·L-1，MgSO4 ·H2O 0.300g ·L-1，CaCl2 0.136g ·L-1，KHCO3 0.5g ·L-1，微量元素Ⅰ、 Ⅱ. 参照文献[7]配制，按每1 L配水添加1 mL微量元素Ⅰ、 Ⅱ. NO2--N浓度过高会抑制厌氧氨氧化菌的活性[8]，逐渐提高进水氮素的浓度提高进水的基质负荷，促进厌氧氨氧化菌的增长[9,10]. 1~68 d，NO2--N与NH4+-N浓度以1 ∶1配置，负荷控制在54.5 g ·(m3 ·d)-1(表 1); 69~114 d提高进水负荷，两者负荷控制在62.3 g ·(m3 ·d)-1; 在第3阶段后期NO2--N基本全部去除，而NH4+-N还有部分未被去除，在114~170 d提高NO2--N负荷为68.0 g ·(m3 ·d)-1，NH4+-N负荷维持在62.3 g ·(m3 ·d)-1，以期通过添加NO2--N负荷来去除NH4+-N，增强总氮的去除率.

　　表 1 启动过程中氮负荷的变化

　　1.4 测定项目与方法

　　启动过程中每天采集进出水水样，成功启动后采集每个格室水样，分析NH4+-N、 NO2--N和NO3--N. 同时，测定接种污泥及启动成功时每个格室污泥浓度(MLSS). NH4+-N:采用纳氏试剂光度法，NO2--N:采用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法，NO3--N:采用紫外分光光度法，MLSS采用重量法[11]. 2 结果与讨论

　　R1和R2反应器均成功启动了ANAMMOX反应，启动耗时分别为120 d和125 d. R1和R2反应器的启动规律相似，根据NH4+-N的去除规律可将两个反应器的启动过程分为4个阶段，分别为菌体水解期(出水NH4+-N高于进水，NO2--N基本被去除)、 活性停滞期(出水NH4+-N基本等于进水，出水NO2--N升高)、 活性提高期(NH4+-N、 NO2--N大幅度且同比例降低)和稳定运行期(NH4+-N、 NO2--N的去除率稳定，基本达到90%以上). 这与Yang等[12]对ANAMMOX启动过程的研究结果*. 但是，有研究者将ANAMMOX启动过程分为3个阶段[13, 14, 15]，为活性迟滞期，活性提高期以及稳定运行期，虽然比本研究少1个阶段，但启动过程氮素的去除规律基本*.

　　2.1 进出水水质

　　2.1.1 R1反应器的启动特征

　　(1)菌体水解期(PhaseⅠ: 1~15 d)

　　运行开始前2 d，出水较浑浊，第1、 2 d出水的污泥浓度(以MLSS表示)为0.61、 0.35 g ·L-1. 但是，第3 d开始出水澄清，未检测到SS流失，表明ABR反应器对污泥具有较好的持留作用. 从水质来看，启动过程的前15 d出水NH4+-N明显高于进水，而出水NO2--N的含量基本为零(图 2)，跟其他学者的研究结果基本*. 孟凡能等[16]接种好氧颗粒污泥、 厌氧颗粒污泥、 氧化沟/短程硝化活性污泥组成的混合污泥启动厌氧氨氧化反应，在前11 d，NH4+-N出水亦大于进水，但NO2--N去除量可达0.02 kg ·(m3 ·d)-1，认为主要是菌体的溶酶作用导致了出水NH4+-N高于进水，溶酶作用产生的有机物以及接种污泥带入的有机物可作为电子供体反硝化还原NO2--N，促进NO2--N被高效去除[17].