厌氧氨氧化反应器启动和影响因素实验研究

田海峰，周元祥

(1 芜湖东旭光电科技有限公司，安徽 芜湖 241000；2 合肥工业大学，安徽 合肥 230000)

在环境污染日益严重的形势下，厌氧氨氧化依靠其特有的优越性受到了世界各国的关注与研究，但是由于厌氧氨氧化菌生长缓慢，世代时间比较长，导致厌氧氨氧化反应启动时间很长，所以工程上还没得到推广。目前厌氧氨氧化技术在工程应用较少[4-7]，实验室主要研究厌氧氨氧化反应器的启动、影响因素和微生物特性等方面。

1 实 验

1.1 实验装置

实验采用自制的UASB反应器，有效容积为3 L，装置示意图，见图1。

图1 实验装置Fig.1 Experiment device

1.2 实验用水与接种污泥

实验用水采用自配水，反应器启动阶段的配水方法[8]是：KH2PO4，30 mg/L；MgSO4，300 mg/L；CaCl2，40 mg/L；NaCO3，500 mg/L；NH4Cl，267.5 mg/L；NaNO2，386.3 mg/L。微量元素Ⅰ：EDTA，5 mg/L；FeSO4，5 mg/L。微量元素Ⅱ：CuSO4·5H2O，0.25 mg/L；MnCl2·H2O，0.99 mg/L；NiCl2·6H2O，0.19 mg/L；CoCl·6H2O，0.24 mg/L；H3PO4，0.014 mg/L。微量元素投加量为：微量元素Ⅰ、Ⅱ各1 ml/L水。在影响因素实验中，根据需要改变C6H12O6，NH4Cl，NaNO2的投加量。

接种污泥采用产甲烷颗粒污泥，VSS/SS(挥发性悬浮固体/悬浮固体)为0.64，接种量为1.2 L，污泥浓度为10.6 gVSS/L。

1.3 测试方法

2 结果与讨论

2.1 反应器的启动

2.1.1 反应器启动阶段进出水氨氮变化

图2 反应器启动阶段进出水氨氮变化 change in start-up stage

由图2可以看出：在开始培养时，氨氮变化不明显，可能会有部分升高，是因为此时污泥中有残留的有机物和反硝化细菌，而反硝化的吉布斯自由能[9](-472 kJ/mol)，比厌氧氨氧化的吉布斯自由能(-335 kJ/mol)低，即，反硝化更容易发生，所以污泥中的异养反硝化菌首先利用污泥中残留的有机物进行反硝化，在有机物耗尽后，异养反硝化菌以其他菌体及自身作为有机碳源进行反硝化，导致部分菌体死亡，而死亡的菌体会释放出氨氮，从而使得出水氨氮的含量高于进水；在培养到55天左右，出水氨氮含量不会再增加，开始降低，说明此时，污泥中有机物已经耗尽，反硝化细菌不再占优势；在第109天左右，氨氮开始有明显下降。

2.1.2 反应器启动阶段进出水亚硝态氮变化

由图3可以看出：在开始培养时，出水亚硝态氮明显降低，是因为此时污泥中有残留的有机物和反硝化细菌，所以污泥中的异养反硝化菌首先利用污泥中残留的有机物进行反硝化，亚硝态氮有明显去除；在培养到55天左右，出水亚硝态氮与进水相比基本不变，说明此时，污泥中有机物已经耗尽；在第109天左右，亚硝态氮开始有明显下降。

图3 反应器启动阶段亚硝态氮进出水变化 change in start-up stage

2.1.3 反应器启动阶段进出水硝态氮变化

图4 反应器启动阶段进出水硝态氮变化 change in start-up stage

由图4可以看出：配水没有投加硝态氮，所以进水基本上不含硝态氮，在开始培养时，出水中也基本上没有硝态氮；在55天左右，出水开始出现硝态氮，说明厌氧氨氧化过程已经开始出现；在109天左右，出水硝态氮增加比较明显。

根据Van de Graaf A A等[10]提出的厌氧氨氧化化学反应模型和Strous M、Shimamura等[11-14]提出的厌氧氨氧化生化反应模型，结合图2、3、4中氨氮和亚硝态氮按比例同时减少与硝态氮的增加以及污泥由接种时的黑色变成红褐色，说明反应器运行145天后，厌氧氨氧化反应已经很明显，厌氧氨氧化反应器启动成功。

2.2 厌氧氨氧化反应影响因素研究

2.2.1 温度对厌氧氨氧化反应的影响

图5 不同温度下氨氮与亚硝态氮的去除效果Fig.5 Effect of temperature on anammox

反应器采用常温下启动，为了便于研究温度对厌氧氨氧化反应的影响，采用恒温循环水浴来控制反应器内温度。

2.2.2 有机物对厌氧氨氧化反应的影响

采用葡萄糖作为有机物进行配水，来研究有机物对厌氧氨氧化反应的影响。

图6 不同COD下和的去除效果Fig.6 Effect of COD on anammox

2.2.3 基质浓度对厌氧氨氧化反应的影响

图7 不同基质浓度下和的去除效果Fig.7 Effect of on anammox

2.2.4 pH对厌氧氨氧化反应的影响

用酸、碱调节进水pH，研究pH对厌氧氨氧化反应的影响。

图8 不同pH下和的去除效果Fig.8 Effect of pH on anammox

2.2.5 水力停留时间(HRT)对厌氧氨氧化反应的影响

通过进水蠕动泵来调节进水流量和水力停留时间，研究不同HRT对厌氧氨氧化反应的影响。

图9 不同HRT下和的去除效果Fig.9 Effect of HRT on anammox

3 结 论

(3)反应器启动成功后，出水pH在7.5～8.0左右，稍高于进水。