分段进水对生物转盘厌氧氨氧化性能影响研究

孙 婷,王继斌,吕永涛

（1.西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安，710055；2.西安市政设计研究院有限公司，陕西西安，710068）

分段进水对生物转盘厌氧氨氧化性能影响研究

孙 婷1,王继斌2,吕永涛1

（1.西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安，710055；2.西安市政设计研究院有限公司，陕西西安，710068）

在厌氧生物转盘反应器中研究了分段进水对厌氧氨氧化系统脱氮性能的影响。当采用单点进水时，进水亚硝酸盐氮浓度升高至300mg/L时，出水氨氮和亚硝酸盐氮的去除率同时降低到70%左右，表明了较高的亚硝酸盐氮对厌氧氨氧化菌的抑制作用。当采用分段进水时，生物转盘的面积去除负荷由11.5提高到17gN/(m2d)，系统脱氮能力提高了47.8%；对沿程盘片上生物膜厚度测定结果表明，生物量增加是系统脱氮能力提高的主要原因。

厌氧生物转盘，厌氧氨氧化，分段进水，脱氮能力

厌氧氨氧化是指由厌氧氨氧化菌以亚硝酸盐为电子受体，直接将氨氧化为氮气的过程，是目前发现的最简捷和最经济的生物脱氮途径[1,2]。研究表明，较高的亚硝酸盐氮浓度会抑制厌氧氨氧化菌的活性[3]。这意味着很难通过升高进水浓度的方法提高系统的氮去除负荷，尤其对于连续流反应系统而言。

分段进水是基于传统前置反硝化发展起来的一种新工艺，具有池容较小、脱氮效率高、运行管理方便等优点[4]。作者在厌氧生物转盘系统中启动并研究了厌氧氨氧化的脱氮性能[5]。为了进一步提高系统的脱氮性能，采用了分段进水的方式，并研究了系统的脱氮效果和生物量的变化特性。

1 材料与方法

1.1 试验装置

采用厌氧生物转盘反应器，总容积8.7L，有效容积6.2L，转盘转速控制在1.3～1.5r·min-1，水力停留时间为1.0d，通过水浴夹套的方式将反应器温度控制在40～41℃。为了研究分段进水对反应器脱氮性能的影响，在距离反应器前端1/3位置处设置第二个进水口。

1.2 试验用水

试验用水为人工配水，主要成分有碳酸氢钠、氯化铵、亚硝酸钠以及微量元素等，进水氨氮和亚硝酸盐氮浓度按1︰1.2左右配制。

1.3 测定方法

氨氮（NH＋4-N）：纳氏试剂光度法；亚硝酸盐氮（NO＋2-N）：N-(1-萘基)-乙二胺光度法；硝酸盐氮（NO13-N）：紫外分光光度法[6]。盘片上生物膜的厚度利用游标卡尺进行测定。

2 结果与讨论

2.1 单点进水厌氧氨氧化系统脱氮性能

本研究通过逐步升高进水浓度的方式提高系统的脱氮能力 （如图1所示）。当进水氨氮浓度由180mg/L逐渐升高至260mg/L，相应的进水亚硝酸盐氮浓度由220mg/L升高到290mg/L时，系统脱氮性能稳定，氨氮和亚硝酸盐氮去除率稳定在90%以上。在此基础上，进一步升高二者浓度时，出水浓度突然升高，二者去除率同时降低到70%左右。可能的原因是过高的亚硝酸盐氮浓度对厌氧氨氧化菌产生抑制作用[7-10]。同时表明，通过升高进水浓度的方式提高系统的脱氮能力是不可行的。

图1 单点进水时厌氧氨氧化系统脱氮性能

2.2 分段进水厌氧氨氧化系统脱氮性能

自61d起，维持第一个进水点进水浓度不变的条件下，在反应器距离前端1/3位置处增加一个进水口，通过不断提高第二个进水口浓度（氨氮和亚硝酸盐氮由70mg/L升高至300mg/L）和流量（由2.0L/d升高至3.5L/d）的方式研究对反应器脱氮性能的影响（如图2所示）。

图2 分段进水时厌氧氨氧化系统的脱氮性能

由图2可见，通过不断升高第二个进水点进水浓度和流量的办法连续运行70多天，TN去除率一直稳定在90%以上，生物转盘的面积去除负荷由11.5gN/(m2d)提高到17gN/(m2d)，相对应的最大容积去除负荷达到0.88kgN/(m3d)。结果表明，通过分段进水使系统的脱氮能力提高了47.8%。

2.3 分段进水对沿程生物量影响特性

微生物是生化反应的作用者，为了进一步分析系统脱氮能力提高的原因，分别在分段进水前（第58d）、后（第131d）对厌氧生物转盘沿程盘片上生物膜的厚度进行了测定，结果如图3所示。

图3 分段进水前后沿程生物膜厚度的变化（a和b分别对应分段进水前后）

由图3可见，分段进水前，沿程盘片生物膜厚度逐渐减少，前3个盘片生物数量最多，几乎充满着整个盘片间距；5-8盘片生物膜数量较少；9-13盘片几乎没有生物膜。这与反应器特点有关，随着进水的推进，基质浓度越来越低，因此生物量越来越少。分段进水后，由于增加了进水口提供了充足的基质，明显增加了第4-8盘片上的生物膜厚度，甚至接近反应器末端的第9-11个盘片上也出现了生物膜。结果表明，生物量的增加是系统脱氮能力提高的主要原因。

3 结论

1）亚硝酸盐氮对厌氧氨氧化菌有抑制作用，当进水亚硝酸盐氮浓度高于300mg/L时，厌氧氨氧化生物转盘系统氮的去除率由90%以上降低至70%左右。

2）通过分段进水的方式使生物转盘的面积去除负荷由11.5gN/(m2d)提高到17gN/(m2d)，脱氮能力提高了47.8%；对沿程盘片上生物膜浓度测定结果表明，生物量增加是系统脱氮能力提高的主要原因。

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