回流比对厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮性能的影响

孙 明，纪鑫奇



回流比对厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮性能的影响

孙 明，纪鑫奇

（沈阳建筑大学， 辽宁 沈阳 110168）

为提高厌氧氨氧化与反硝化耦合系统的脱氮性能，试验开展了回流比对厌氧氨氧化与反硝化耦合脱氮的影响研究。试验通过设置回流比分别为0%、100%、150%、200%和300%，测定反应系统氨氮、硝氮去除率，确定厌氧氨氧化与反硝化耦合工艺运行的最佳回流比。结果表明：回流比为150%为最适回流比，此时氨氮去除率达36%，硝氮去除率达50%，耦合系统运行平衡稳定。

厌氧氨氧化； 反硝化； 回流比

厌氧氨氧化工艺因其具有节约氧耗、污泥产量低、基质去除速率高等优点，已经成为了国内外研究热点。目前基于厌氧氨氧化工艺开发出来的较成熟的工艺有短程硝化+厌氧氨氧化工艺，短程硝化的重点在于通过控制溶解氧的含量使硝化反应仅进行至亚硝化阶段，继而生成的亚硝氮与氨氮进行厌氧氨氧化反应[1-2]，硝化阶段的需氧量可减少25%左右，同时反应时间缩短，反应器的容积减少30%~40%左右，投碱量减少[3]。

对于城镇污水而言，鉴于短程硝化难于实现亚硝酸盐稳定积累的问题，有研究表明[4-7]，ANAMMOX与反硝化可共存于同一反应器中,能形成一定的协同作用。当厌氧氨氧化与反硝化工艺进行耦合时，并以硝态氮为直接电子，反硝化只进行到亚硝态氮阶段，生成的亚硝态与氨氮继而进行厌氧氨氧化反应。

目前，工业废水中通常含有较高的氮元素浓度，通常在其工艺前端设有出水回流，在回流产生的剪切力作用下，适度的水力负荷降低了进水的基质浓度，活性污泥与基质充分混合和接触，增设回流比，也更易得到优质的颗粒污泥，优质的颗粒污泥不仅增加系统的耐氧性能，提高接触面积，同时增加了容积利用率。

1 实验部分

1.1 试验装置

UASB主体反应器由双层有机玻璃圆柱体套管制成，UASB装置设有恒温水浴加热系统，内部为反应区，内径10 cm，反应区高度1.91 m；实验装置图如图1所示。

图1 UASB反应器装置图

1.2 接种污泥

UASB反应器采用沈阳市北郊污水处理厂消化污泥作为接种污泥，污泥呈黑色。

1.3 试验原水

试验用水采用人工配水,实验配水以NH4Cl和NaNO3为进水氮源。

2 结果与讨论

2.1 回流比对耦合反应氨氮去除的影响

回流比对耦合反应氨氮去除的影响见图2。由图2可知，回流比对耦合系统的氨氮去除效果影响很大，在不同回流比下氨氮呈现先增加后降低的趋势，氨氮平均去除率分别为26.88%、29.72%、36%、39.58%和34.37%。虽然回流比为200%时氨氮平均去除率较好，但装置系统内的污泥颗粒粒径继续减小，颗粒污泥已经开始消解，基质与反应载体的接触面积减少，接触反应时间减少，造成系统的不稳定性，随时间的增加装置的性能逐渐减退，耦合系统在此回流比下不能长期稳定运行。在回流比为300%时，颗粒污泥消解成絮状污泥并夹杂着较小的颗粒污泥，导致氨氮的去除率呈现下降趋势，耦合系统能效下降。因此，氨氮的去除的最佳回流比为150%，此时氨氮的去除率达36%。

图2 不同回流比下氨氮平均去除率对比

2.2 回流比对耦合反应硝态氮去除的影响

回流比对耦合反应硝态氮去除的影响见图3。

图3 不同回流比下硝态氮平均去除率对比

由图3可知，回流比由0%增加至150%过程中，硝态氮平均去除率由22%快速提高到50%左右，与此时的氨氮的去除效能保持一致，均是能效好且稳定，几乎没有波动，说明硝态氮在回流比的提升下能效提升至最好效果，能够为耦合系统提供更多的亚硝态氮源，使得厌氧氨氧化菌消耗氨氮，耦合系统协同效果提高。但值得注意的是，回流比提升至100%时，耦合系统的硝态氮去除率去提升到35%左右，提升幅度较大，不同于此时的氨氮的去除率仅是略有增长，说明回流比对硝态氮去除率的影响要高于氨氮去除率的影响；当回流比提升至200%和300%时，硝态氮的去除率继续波动下降，说明回流比过高导致颗粒污泥消解，在较高的回流比下絮状污泥容易被出水排出，未与基质充分接触便分离，造成絮状污泥性能的不稳定。因此，硝态氮的去除的最佳回流比为150%，此时硝态氮的去除率为50%。

2.3 回流比对厌氧氨氧化与反硝化反应比例影响

根据初始投加的基质浓度和出水所含氮素的多少，以及厌氧氨氧化、反硝化反应总反应式可大致计算出耦合反应内两种反应各自所占的百分比。

厌氧氨氧化：

NH4+-N+1.32NO2--N+0.066HCO3-+ 0.13H+→

1.02N2+0.26NO3-N+0.066CH2O0.5N0.15++2.03H2O

反硝化：

5C6H12O6+24NO3--N→12N2+30CO2+ 18H2O + 24OH-

回流比对厌氧氨氧化与反硝化反应比例的影响见图4。

图4 不同回流比下厌氧氨氧化与反硝化反应所占比例关系

由图4可知，在未设回流比时，厌氧氨氧化所占脱氮素比例较大，达100%左右，此时厌氧氨氧化在耦合系统占绝对优势，但由于此时几乎未进行反硝化反应，无法提供厌氧氨氧化反应所需氮源，所以此时氨氮及硝氮去除率均较低；当回流比继续增加至150%时，此时厌氧氨氧化所占脱氮素比例降低至76.06%，反硝化所占脱氮素升高为23.94%，这是因为异养反硝化细菌在细胞产率系数及倍增速度均大于自养的厌氧氨氧化菌[8];当回流比继续由150%增加至300%过程中，此时厌氧氨氧化脱氮比例再次升高，不利于反硝化进行。

3 结 论

（1）在一定范围内耦合系统的脱氮效果随着回流比的提升而增加，当回流比为150%时，氨氮、硝态氮平均去除率达到最大值分别为36%、50%。

（2）回流比增加过程中，厌氧氨氧化占脱氮素比例呈先降低后升高的趋势，反硝化占脱氮素比例呈先升高后降低的趋势，当回流比为150%时，厌氧氨氧化所占脱氮素比例降低至76.06%，反硝化所占脱氮素升高为23.94%，此时为最适脱氮回流比。

综上所述,当回流比为150%时，此时耦合系统的稳定性、脱氮效能和各菌种表现出的活性均最佳。

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Effect of Reflux Ratio on the Performance of Anaerobic Ammonium Oxidation and Denitrification

,

（Shenyang Jianzhu University, Liaoning Shenyang 110168，China）

In order to improve the nitrogen removal performance of the anammox and denitrification coupling system, the experimental study was carried out to investigate the effect of reflux ratio on anammox and denitrification. Whenthe test reflux ratio was 0%, 100%, 150%, 200% or 300%, removal rates of ammonia nitrogen and nitrate nitrogen inthe reaction system were measured, the optimum reflux ratio of anammox and denitrification coupling process was determined. The results show that the optimum reflux ratio is 150%；under the optimum reflux ratio, the ammonia nitrogen removal rate can reach to 36%, the nitrate nitrogen removal rate can reach to 50%, and the coupling system can run stably.

anammox; denitrification; reflux ratio

2017-03-20

孙明（1994-），女，硕士，黑龙江省大庆市人，2015年毕业于黑龙江大学（土木工程）给水排水，研究方向：污水处理。

TQ 113

A

1004-0935（2017）05-0443-03