UASB反应器培养厌氧氨氧化菌的试验研究

图4 R2反应器NH4+-N浓度变化

Fig 4 Variation of ammonium nitrogen in No. 2 reactor

图5 R2反应器NO2--N、NO3- -N浓度变化

Fig 5 Variation ofnitrite and nitrate content in No. 2 reactor

2.2 活性提高及稳定运行阶段对比

此阶段R1反应器从第45d稳定运行至第130d，期间氨氮浓度为80~150mg/L，亚硝氮浓度为80~150mg/L，氨氮、亚硝氮和总氮的容积负荷分别为0.10~0.18 kg·m-3·d-1、0.10~0.18 kg·m-3·d-1、0.20~0.36 kg·m-3·d-1，此阶段氨氮去除率主要在90%~98%之间，亚硝氮去除率主要91~100%之间，有一定量的硝氮产生，总氮去除率在80%以上，厌氧氨氧化反应器成功启动并稳定运行，出水pH值在8.1~8.3之间，反应器DO在0~0.10mg/L，污泥颜色完全转变为红褐色。此阶段R2反应器从第80d稳定运行至第185d，期间氨氮浓度为100~270mg/L，亚硝氮浓度为100~270mg/L，氨氮、亚硝氮和总氮的容积负荷分别为0.10~0.32 kg·m-3·d-1、0.12~0.32kg·m-3·d-1、0.22~0.64kg·m-3·d-1，此阶段氨氮去除率主要在96%~100%之间，亚硝氮去除率主要97~100%之间，出水有一定的硝氮产生，总氮去除率在80~85%之间，厌氧氨氧化反应器成功启动并在较高负荷下稳定运行，出水pH值在8.1~8.5之间，反应器DO在0~0.05mg/L，污泥颜色由浅褐色转变为红棕色。

2.3 活性抑制阶段对比

当R1反应器氨氮和亚硝氮浓度增加至210 mg/L左右时，氨氮去除率维持在90%以上，亚硝氮去除率降至50%左右，有大量的硝氮产生，其浓度约150~180mg/L，总氮去除率只有30~40%，反应器污泥活性受到抑制，推测其原因可能是污泥接种浓度低，启动初期反应器出现了微生物流失现象，故反应器中污泥浓度较小，导致反应器抗负荷冲击能力较低；另外监测出水DO发现，反应器中DO提高至0.5mg/L左右，检测发现循环过程中有曝气发生，溶液中DO的存在使氨氮部分氧化为亚硝氮和硝氮，从而氨氮有较高的去除率，总氮去除率却较低，反应器出水pH值在7.8~8.2之间，后期通过降低进水氨氮、亚硝氮浓度恢复污泥厌氧氨氧化活性，经过10d的运行，反应器污泥表现出良好的厌氧氨氧化活性。发表论文，电镜扫描。当R2反应器氨氮和亚硝氮浓度增加至340 mg/L左右时，氨氮去除率维持在99%左右，亚硝氮去除率在98%左右，但是反应器中有较多硝氮产生，其浓度约130~150mg/L，总氮去除率为75%左右，反应器污泥活性受到轻微抑制，出水DO在0~0.08 mg/L，出水pH值在7.9~8.3之间，后期通过增大水力停留时间至3d，反应器总氮去除率升高，很快恢复其较高的厌氧氨氧化活性。由上面的结果分析得出，在UASB反应器进行厌氧氨氧化菌培养时，有机质垃圾培养出的厌氧污泥可以作为培养厌氧氨氧化菌的接种污泥，且高浓度接种污泥浓度更有利于进行厌氧氨氧化菌的富集培养，其进水氨氮、亚硝氮浓度更高，抗负荷冲击能力更强，因此，进行厌氧氨氧化反应器启动时宜选择合适的接种污泥浓度。

2.4 对比R1和R2反应器的三氮比

对于厌氧氨氧化计量关系，Graaf等发现[10]反应过程中去除的氨氮、去除的亚硝氮与生成的硝氮之间的关系为1:1.32:0.26；马富国等[11]应用硝化生物膜启动厌氧氨氧化反应器时发现，稳定运行期去除的NH4+-N和NO2- -N量与NO3- -N生成量之比为1:1.1:0.33。本文运行的R1和R2反应器中各阶段NO2--N/NH4+-N比、NO3--N/NH4+-N比及TN的去除率分别见图6和图7，由图可知，R1反应器启动初期NO2--N/NH4+-N比在1.0~3.0之间变化，NO3- -N/NH4+-N比在0.2~0.4之间变化，初期NO2--N/NH4+-N比值偏大，原因是初期反应器中存在有机质，反应器内发生了反硝化反应从而使初期的亚硝氮去除率较高；活性提高及稳定运行阶段NO2- -N/NH4+-N比主要在1.1~1.2左右，NO3--N/NH4+-N比主要在0.25~0.45之间变化，总氮去除率较高，反应器运行稳定；污泥活性抑制阶段，NO2- -N/NH4+-N比主要在0.5~0.6左右，NO3--N/NH4+-N比主要在0.7~0.9，推测原因是反应器溶解氧的升高抑制了厌氧氨氧化反应的发生，减小了NO2- -N/NH4+-N比，同时溶解氧的存在促使反应器产生更多硝氮，从而使NO3- -N/NH4+-N比值较高。R2反应器启动初期NO2--N/NH4+-N比从0.6逐渐升高至1.2左右，NO3- -N/NH4+-N比在0.05~0.30之间变化，其原因是反应器厌氧污泥接种浓度高，污泥中有丰富的机质，异养菌水解酸化有机质，导致了氨氮的产生，同时由于反硝化反应的存在，从而使初期NO2- -N/NH4+-N比和NO3- -N/NH4+-N比较低；活性提高及稳定运行阶段NO2- -N/NH4+-N比主要在1.1~1.2左右，NO3--N/NH4+-N比主要在0.30~0.40之间变化，总氮被稳定去除，反应器运行稳定；当亚硝氮和氨氮进水浓度提高至340mg/L时，反应器污泥受到轻微抑制，其主要特征为出水硝氮浓度较高，从而使NO3- -N/NH4+-N比在0.4~0.5之间。由此可见，三氮比在一定程度上反应了反应器内厌氧氨氧化反应的运行状况，可以作为判断反应器运行好坏的辅助指标。

图6 R1反应器三氮比

Fig 6 Ration of the three nitrogen in No. 1 reactor

图7 R2反应器三氮比

Fig 7 Ration of the three nitrogen in No.2 reactor

2.5 厌氧氨氧化反应器污泥生物相

R1反应器内污泥颜色由最初的黑色变为红褐色；R2反应器内污泥颜色由最初的黑色变为红棕色。启动初期进水流量为120ml/min时出水有较多污泥流失，稳定期进水流量增加至300 ml/min，出水仍较清澈，主要是因为反应器内形成了颗粒污泥，后期R1和R2反应器内分别形成了0.5~1mm和1~2mm左右的颗粒污泥，对后期污泥进行系列预处理[12]，利用扫描电镜观察污泥内部结构，如图8所示，由图发现污泥中存在较多细菌，且多为球形菌和杆菌，与Graff[2]、雒怀[13]对厌氧氨氧化菌的描述相似。发表论文，电镜扫描。

A R1反应器污泥B R1反应器污泥

C R2反应器污泥D R2反应器污泥

图8 厌氧氨氧化菌电镜扫描图

Fig 8 SEM photos with anammox function

3. 结论

针对畜禽粪尿厌氧处理后存在可生化性差、C/N比小及好氧后处理系统反硝化碳源不足提出采用厌氧氨氧化工艺处理畜禽粪尿厌氧后处理液，本文于UASB反应器接种不同浓度的厌氧污泥进行厌氧氨氧化菌的培养，主要得到以下结论：

①低污泥浓度下的R1反应器经过130d运行，进水氨氮和亚硝氮浓度为150mg/L，TN负荷为0.36kg·m-3·d-1，TN去除率在80%以上；高污泥浓度下的R2反应器经过200d运行，进水氨氮和亚硝氮浓度为340mg/L，TN负荷为0.80kg·m-3·d-1，TN去除率在75~85%，较高的厌氧污泥接种浓度更有利于厌氧氨氧化菌的培养。发表论文，电镜扫描。

②R1和R2反应器稳定运行期去除的NH4+-N和NO2- -N量与NO3- -N生成量之比分别为1:1.1~1.2:0.25~0.45和1:1.1~1.2:0.30~0.40，出水pH值大于进水pH值。发表论文，电镜扫描。

③R1和R2反应器中所培养的厌氧氨氧化污泥分别为红褐色及红棕色,扫描电镜观察污泥中的细菌多为形状不规则的球状菌和杆菌。

参考文献
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