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1、第18卷第4期环境科学学报Vol.18,No.41998年7月ACTASCIENTIAECIRCUMSTANTIAEJuly,1998＊ANAMMOX流化床反应器性能的研究郑平冯孝善M.S.M.JettenJ.G.Kuenen(淅江农业大学环保系,杭州310029)(荷兰代尔夫特技术大学)摘要直接以氨为电子供体的反硝化反应是一种新的生物反应,可实现对两种氮素污染物的同时去除.探索了用流化床反应器开发这一反应,以处理厌氧消化污泥压滤液的可行性.试验发现,用该技术处理,无需供氧,也无需中和,并可有效地避免基质的抑制作用;平均氨和亚硝酸容积负荷率为428.83和464.91mg/(
2、L·d),平均氨和亚硝酸去除率为88.49%和99.04%;由于ANAMMOX混培物产率较低,需要较长的SRT(>100d),有必要进一步研究ANAMMOX混培物的生长条件,以保证ANAMMOX反应器长期稳定运行.关键词厌氧氨氧化;反应器性能;厌氧消化污泥压滤液;生物脱氮.随着氮素污染的加剧,除氮技术的研究和应用引起了人们的关注.在氮素污染物的控制中,目前国内外主要采用生物脱氮技术,研究的热点集中在如何改进传统的硝化-反硝化工[1]艺.从微生物学的角度看,硝化和反硝化是两个相互对立的生化反应.前者借助硝化细菌的[2]作用,将氨氧化为硝酸,需要氧的有效供给;而后者则是一个厌氧反
3、应,只有在无氧条件下,[3]反硝化细菌才能把硝酸还原为氮气.此外,在环境中存在有机物时,自养型硝化细菌对氧和[4]营养物质的竞争能力劣于异养型微生物,其生长速度很容易被异养型微生物超过,并因此而难以在硝化中发挥应有的作用;但要使反硝化反应顺利进行,则必须为反硝化细菌提供合适[1]的电子供体(通常为有机物如甲醇等).最近发现,氨可直接作为电子供体进行反硝化反应,[5,6]即所谓的厌氧氨氧化(ANAMMOX,AnaerobicAmmoniaOxidation).这一重大的新发现为改进传统的生物脱氮技术提供了理论依据.若能开发利用厌氧氨氧化进行生物脱氮,不仅可以大幅度地降低硝化反应
4、的充氧能耗,免去反硝化反应的外源电子供体,而且还可改善硝化反应产酸,反硝化反应产碱而均需中和的状况.其中后两项对控制化学试剂消耗,防止可能出现的二次污染具有重要作用.鉴于理论上ANAMMOX的潜在优点,作者探索了用ANAMMOX流化床反应器处理厌氧消化污泥压滤液的可行性.之所以选用这种污水,是因为对含高浓度氨的污水的脱氮研究尚不多见.1材料与方法1.1试验装置和条件ANAMMOX流化床反应器装置如图1所示,采用玻璃管制成,高100cm,底部直径5cm,顶部直径8cm,总容积2.5L,其中液相容积2.25L,气相容积0.25L.装置内铺有一层砂子(直径0.3—0.6mm,体积3
5、10mL),起着微生物附着载体和分散污水的作用.反应器外侧设有水层夹套,通过循环水维持37℃的反应温度.整个装置用黑纸包裹,以防光对ANAMMOX混培物的损害.为了使反应器保持缺氧状态,气室用氩(95%)和CO2(5%)混合气体置换,并通过水封防止氧气进入.＊国家自然科学基金资助项目(批准号59678024)368环境科学学报18卷接种所用的ANAMMOX混培物取自一套实验室规模的脱氮反应器(容积为23L),接种量为1L(VS浓度24.86g/L).供试污水取自荷兰鹿特丹污+水处理厂,几项水质指标为(mg/L):NH4-N1120—1680(80—120mmol/L);COD
6、5430—7514;TOC1647—1912;pH7.1—7.3.进料前,污水和亚硝酸盐溶液先用氩(95%)和CO2(5%)混合气体置换除氧,尔后分别泵入反应器.料液与回流液混合后,一图1ANAMMOX流化床反应器装置起引入反应器底部.进液加回流的总流速为1.污水2.亚硝酸盐溶液3.4.5.泵6.取样口720mL/h,以维持50%的膨胀率.7.ANAMMOX流化床反应器8.恒温水浴9.水封1.2分析方法10.湿式气体流量计11.出水[7]氨采用比色法,是离子态和分子态氨的总Fig.1ANAMMOXfluidizedreactor[8]和;亚硝酸采用Griess-Romijn试
7、剂;N2和N2O采用气相色谱仪(ECD/TCD检测器,美国Fisons仪器公司);COD采用K2Cr2O7氧化法;pH采用玻璃电极法;TOC采用Beckman915-B型分析仪;挥发性固体(VS)为60℃下烘24h与600℃下灼烧1h后的质量之差;产气量用湿式流量计计量.2结果2.1氨的厌氧氧化用厌氧消化污泥压滤液连续运试ANAMMOX流化床反应器200多天的结果见图2.整个试验分为3个阶段,运试初期(0—64d),用100mmol/L的NaNO2溶液作电子受体,水力停留时间(HRT)控制在4—5d,污
