分段進水對生物轉盤厭氧氨氧化性能影響研究

孫 婷,王繼斌,呂永濤

（1.西安建筑科技大學環境與市政工程學院，陜西西安，710055；2.西安市政設計研究院有限公司，陜西西安，710068）

分段進水對生物轉盤厭氧氨氧化性能影響研究

孫 婷1,王繼斌2,呂永濤1

（1.西安建筑科技大學環境與市政工程學院，陜西西安，710055；2.西安市政設計研究院有限公司，陜西西安，710068）

在厭氧生物轉盤反應器中研究了分段進水對厭氧氨氧化系統脫氮性能的影響。當采用單點進水時，進水亞硝酸鹽氮濃度升高至300mg/L時，出水氨氮和亞硝酸鹽氮的去除率同時降低到70%左右，表明了較高的亞硝酸鹽氮對厭氧氨氧化菌的抑制作用。當采用分段進水時，生物轉盤的面積去除負荷由11.5提高到17gN/(m2d)，系統脫氮能力提高了47.8%；對沿程盤片上生物膜厚度測定結果表明，生物量增加是系統脫氮能力提高的主要原因。

厭氧生物轉盤，厭氧氨氧化，分段進水，脫氮能力

厭氧氨氧化是指由厭氧氨氧化菌以亞硝酸鹽為電子受體，直接將氨氧化為氮氣的過程，是目前發現的最簡捷和最經濟的生物脫氮途徑[1,2]。研究表明，較高的亞硝酸鹽氮濃度會抑制厭氧氨氧化菌的活性[3]。這意味著很難通過升高進水濃度的方法提高系統的氮去除負荷，尤其對于連續流反應系統而言。

分段進水是基于傳統前置反硝化發展起來的一種新工藝，具有池容較小、脫氮效率高、運行管理方便等優點[4]。作者在厭氧生物轉盤系統中啟動并研究了厭氧氨氧化的脫氮性能[5]。為了進一步提高系統的脫氮性能，采用了分段進水的方式，并研究了系統的脫氮效果和生物量的變化特性。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

采用厭氧生物轉盤反應器，總容積8.7L，有效容積6.2L，轉盤轉速控制在1.3～1.5r·min-1，水力停留時間為1.0d，通過水浴夾套的方式將反應器溫度控制在40～41℃。為了研究分段進水對反應器脫氮性能的影響，在距離反應器前端1/3位置處設置第二個進水口。

1.2 試驗用水

試驗用水為人工配水，主要成分有碳酸氫鈉、氯化銨、亞硝酸鈉以及微量元素等，進水氨氮和亞硝酸鹽氮濃度按1︰1.2左右配制。

1.3 測定方法

氨氮（NH＋4-N）：納氏試劑光度法；亞硝酸鹽氮（NO＋2-N）：N-(1-萘基)-乙二胺光度法；硝酸鹽氮（NO13-N）：紫外分光光度法[6]。盤片上生物膜的厚度利用游標卡尺進行測定。

2 結果與討論

2.1 單點進水厭氧氨氧化系統脫氮性能

本研究通過逐步升高進水濃度的方式提高系統的脫氮能力 （如圖1所示）。當進水氨氮濃度由180mg/L逐漸升高至260mg/L，相應的進水亞硝酸鹽氮濃度由220mg/L升高到290mg/L時，系統脫氮性能穩定，氨氮和亞硝酸鹽氮去除率穩定在90%以上。在此基礎上，進一步升高二者濃度時，出水濃度突然升高，二者去除率同時降低到70%左右。可能的原因是過高的亞硝酸鹽氮濃度對厭氧氨氧化菌產生抑制作用[7-10]。同時表明，通過升高進水濃度的方式提高系統的脫氮能力是不可行的。

圖1 單點進水時厭氧氨氧化系統脫氮性能

2.2 分段進水厭氧氨氧化系統脫氮性能

自61d起，維持第一個進水點進水濃度不變的條件下，在反應器距離前端1/3位置處增加一個進水口，通過不斷提高第二個進水口濃度（氨氮和亞硝酸鹽氮由70mg/L升高至300mg/L）和流量（由2.0L/d升高至3.5L/d）的方式研究對反應器脫氮性能的影響（如圖2所示）。

圖2 分段進水時厭氧氨氧化系統的脫氮性能

由圖2可見，通過不斷升高第二個進水點進水濃度和流量的辦法連續運行70多天，TN去除率一直穩定在90%以上，生物轉盤的面積去除負荷由11.5gN/(m2d)提高到17gN/(m2d)，相對應的最大容積去除負荷達到0.88kgN/(m3d)。結果表明，通過分段進水使系統的脫氮能力提高了47.8%。

2.3 分段進水對沿程生物量影響特性

微生物是生化反應的作用者，為了進一步分析系統脫氮能力提高的原因，分別在分段進水前（第58d）、后（第131d）對厭氧生物轉盤沿程盤片上生物膜的厚度進行了測定，結果如圖3所示。

圖3 分段進水前后沿程生物膜厚度的變化（a和b分別對應分段進水前后）

由圖3可見，分段進水前，沿程盤片生物膜厚度逐漸減少，前3個盤片生物數量最多，幾乎充滿著整個盤片間距；5-8盤片生物膜數量較少；9-13盤片幾乎沒有生物膜。這與反應器特點有關，隨著進水的推進，基質濃度越來越低，因此生物量越來越少。分段進水后，由于增加了進水口提供了充足的基質，明顯增加了第4-8盤片上的生物膜厚度，甚至接近反應器末端的第9-11個盤片上也出現了生物膜。結果表明，生物量的增加是系統脫氮能力提高的主要原因。

3 結論

1）亞硝酸鹽氮對厭氧氨氧化菌有抑制作用，當進水亞硝酸鹽氮濃度高于300mg/L時，厭氧氨氧化生物轉盤系統氮的去除率由90%以上降低至70%左右。

2）通過分段進水的方式使生物轉盤的面積去除負荷由11.5gN/(m2d)提高到17gN/(m2d)，脫氮能力提高了47.8%；對沿程盤片上生物膜濃度測定結果表明，生物量增加是系統脫氮能力提高的主要原因。

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