化学工程综合

厌氧氨氧化颗粒污泥的快速形成

丛岩，黄晓丽，王小龙，等

摘要：目的：厌氧氨氧化工艺以其节省曝气量、有机碳源及污泥产量少等特点而备受关注。然而厌氧氨氧化菌生长繁殖慢，对外界环境因子变化较敏感等因素限制了该技术的应用。解决该问题的关键在于厌氧氨氧化污泥的快速颗粒化。本研究采用膨胀颗粒污泥床（EGSB）反应器，深入探讨厌氧氨氧化颗粒污泥快速形成过程中的关键控制因素，以加快厌氧氨氧化颗粒污泥的形成。方法：以好氧硝化颗粒污泥与厌氧氨氧化生物膜作为接种污泥，在缺氧条件下利用EGSB 反应器培养厌氧氨氧化颗粒污泥。在运行过程中，为了加快颗粒污泥的形成，主要进行进水基质浓度和上升流速两方面的调控。根据反应器的脱氮效能随时调整进水基质浓度，通过观察污泥形态调控反应器的上升流速，同时考察系统的生物量变化、颗粒污泥结构以及粒径分布情况。此外，利用FISH技术、扫描电子显微镜与透射电子显微镜技术，研究厌氧氨氧化颗粒污泥的结构与厌氧氨氧化菌的分布情况。结果：EGSB 反应器共运行89 d，颗粒污泥的培养过程基质浓度的调控共分为3 个阶段，第1 阶段是厌氧氨氧化菌的富集阶段（1～20 d）：进水氨氮与亚硝态氮浓度逐步提升至200 mg·L-1，上升流速控制在3 m·h-1，氨氮与亚硝态氮的消耗均在0.02 kg N·m-3·d-1左右。第2 阶段是厌氧氨氧化颗粒污泥初步形成阶段（21～34 d），此阶段上升流速提升至4.5 m·h-1，反应器内污泥与基质混合均匀。反应器运行效能也在逐步提升，34 d 时已有较小的厌氧氨氧化颗粒出现。第3 阶段为厌氧氨氧化颗粒污泥增长阶段（35～89 d），进水氨氮与亚硝酸 盐氮浓度进一步提升至273 mg·L-1。上升流速逐步从6.0 m·h-1提升至9 m·h-1，其中粒径处于0.5～2.0 mm范围内的颗粒污泥占65%以上，平均粒径为0.556 mm。厌氧氨氧化颗粒污泥的增长伴随着总氮去除率的不断提高，运行89 d 后，总氮负荷达4.76 kgN·m-3·d-1。 反应器运行80 d后，厌氧氨氧化颗粒大小在0.5～0.6 mm之间。SEM 与TEM 观察表明整个颗粒是由多个小型颗粒聚集在一起形成的，形状不规则且内部结构排列紧密。FISH 技术的结果则表明颗粒污泥表面存在的其他微生物氨氧化菌（AOB）、亚硝酸盐氧化菌（NOB）等可消耗掉微量的溶解氧，为内部的厌氧氨氧化菌提供厌氧环境。结论：（1）采用好氧硝化颗粒污泥和厌氧氨氧化生物膜混合物为接种污泥、调整进水基质浓度及反应器上升流速，可加快厌氧氨氧化菌的颗粒化。在系统运行80 d 后就成功培养出平均粒径为0.556 mm 厌氧氨氧化颗粒污泥。（2）反应器启动后的运行效能良好，氨氮和亚硝酸盐氮同步去除率达到85%以上。另外，厌氧氨氧化颗粒污泥具有很强的抗负荷冲击能力，总氮去除负荷可达4.758 kg N·m-3·d-1。（3）厌氧氨氧化颗粒污泥由多个小颗粒聚集形成，小颗粒间存在供基质或气体传递与扩散的空隙。厌氧氨氧化菌大部分以微小菌落群的形式分布在颗粒污泥内部，菌体排列致密，AOB、NOB 等其他微生物则分布在颗粒表层。

来源出版物：化工学报, 2014, 65(2): 664-671

入选年份：2017