RLHB-AO吉林省地埋式一體化污水處理設備
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不同接種污泥ABR厭氧氨氧化的啟動特征
厭氧氨氧化菌(anaerobic ammonium oxidation,ANAMMOX)生長速度緩慢[1]，在選擇啟動反應器時需考慮其具有較好的生物截留能力，保證足夠的菌群. 而ABR反應器具有可耐受較高的污染負荷、 良好的生物截留能力、 易于固液分離、 易形成顆粒污泥等特點，其對培養(yǎng)增殖速度緩慢的厭氧氨氧化菌具有優(yōu)勢，已經應用于厭氧氨氧化反應的啟動和研究[2,3].
厭氧污泥如反硝化污泥，厭氧顆粒污泥等[4, 5, 6]均已成功應用于厭氧氨氧化的啟動. 相較于絮狀污泥，顆粒污泥可有效減少微生物從反應器中流失，以保證足夠的生物量. 但是顆粒污泥培養(yǎng)過程緩慢，嚴重阻礙了其應用. 本文以ABR反應器為厭氧氨氧化的啟動反應器，分別接種*絮狀厭氧污泥、 厭氧顆粒/絮狀混合污泥，考察兩個厭氧氨氧化反應器啟動過程的差異、 添加部分顆粒污泥對絮狀污泥形成顆粒污泥的誘導效應，并初步明確啟動過程中反應器對污泥的截流率以及穩(wěn)定后各隔室對氮素去除的貢獻率，以期為厭氧氨氧化的啟動提供參考. 1 材料與方法 1.1 實驗裝置
實驗采用的ABR反應器由有機玻璃制成. 反應器長37.5 cm，寬8 cm，高度33 cm，持水高度26.5 cm，有效容積6.36 L. 反應器分為5個隔室，每隔室升流區(qū)降流區(qū)格間寬度比為4 ∶1，折流板導向角45°(見圖 1). 反應器整體密封保證厭氧，每隔室的上部使用橡膠管來排除產生的氣體，橡膠管采用水封，反應器整體用遮陽塑料膜遮住避光. 采用恒流蠕動泵控制進水，反應器放置于水浴中，利用溫度控制器維持反應器溫度30~35℃.
圖 1 ABR反應器裝置示意
1.2 接種污泥
本研究采用兩種污泥，污泥1：取自UASB反應器的厭氧顆粒污泥，污泥濃度52.5 mg ·mL-1，污泥2：城市污水處理廠A2/O工藝的厭氧污泥，污泥濃度102mg ·g-1. 采用2個相同的ABR反應器，*個反應器(R1反應器)接種污泥1和污泥2的混合污泥，按照1 ∶3質量比混合，分別為2 250 mL的絮狀厭氧污泥和386 g的厭氧顆粒污泥; 第二反應器(R2反應器)接種污泥2共3 000 mL的絮狀厭氧污泥. 污泥在ABR反應器各隔室均勻接種，接種后R1、 R2反應器中混合液的污泥濃度相同(以MLSS值表示)，均為24.8g ·L-1.
1.3 反應器運行條件
兩個ABR反應器運行條件相同. 反應器HRT設置在26 h，采用人工配水，進水的pH值為7.5±0.5，其組分包括(NH4)2SO4，NaNO2，以及KH2PO4 0.027g ·L-1，MgSO4 ·H2O 0.300g ·L-1，CaCl2 0.136g ·L-1，KHCO3 0.5g ·L-1，微量元素Ⅰ、 Ⅱ. 參照文獻[7]配制，按每1 L配水添加1 mL微量元素Ⅰ、 Ⅱ. NO2--N濃度過高會抑制厭氧氨氧化菌的活性[8]，逐漸提高進水氮素的濃度提高進水的基質負荷，促進厭氧氨氧化菌的增長[9,10]. 1~68 d，NO2--N與NH4+-N濃度以1 ∶1配置，負荷控制在54.5 g ·(m3 ·d)-1(表 1); 69~114 d提高進水負荷，兩者負荷控制在62.3 g ·(m3 ·d)-1; 在第3階段后期NO2--N基本全部去除，而NH4+-N還有部分未被去除，在114~170 d提高NO2--N負荷為68.0 g ·(m3 ·d)-1，NH4+-N負荷維持在62.3 g ·(m3 ·d)-1，以期通過添加NO2--N負荷來去除NH4+-N，增強總氮的去除率.
表 1 啟動過程中氮負荷的變化
1.4 測定項目與方法
啟動過程中每天采集進出水水樣，成功啟動后采集每個格室水樣，分析NH4+-N、 NO2--N和NO3--N. 同時，測定接種污泥及啟動成功時每個格室污泥濃度(MLSS). NH4+-N:采用納氏試劑光度法，NO2--N:采用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法，NO3--N:采用紫外分光光度法，MLSS采用重量法[11]. 2 結果與討論
R1和R2反應器均成功啟動了ANAMMOX反應，啟動耗時分別為120 d和125 d. R1和R2反應器的啟動規(guī)律相似，根據(jù)NH4+-N的去除規(guī)律可將兩個反應器的啟動過程分為4個階段，分別為菌體水解期(出水NH4+-N高于進水，NO2--N基本被去除)、 活性停滯期(出水NH4+-N基本等于進水，出水NO2--N升高)、 活性提高期(NH4+-N、 NO2--N大幅度且同比例降低)和穩(wěn)定運行期(NH4+-N、 NO2--N的去除率穩(wěn)定，基本達到90%以上). 這與Yang等[12]對ANAMMOX啟動過程的研究結果*. 但是，有研究者將ANAMMOX啟動過程分為3個階段[13, 14, 15]，為活性遲滯期，活性提高期以及穩(wěn)定運行期，雖然比本研究少1個階段，但啟動過程氮素的去除規(guī)律基本*.
2.1 進出水水質
2.1.1 R1反應器的啟動特征
(1)菌體水解期(PhaseⅠ: 1~15 d)
運行開始前2 d，出水較渾濁，第1、 2 d出水的污泥濃度(以MLSS表示)為0.61、 0.35 g ·L-1. 但是，第3 d開始出水澄清，未檢測到SS流失，表明ABR反應器對污泥具有較好的持留作用. 從水質來看，啟動過程的前15 d出水NH4+-N明顯高于進水，而出水NO2--N的含量基本為零(圖 2)，跟其他學者的研究結果基本*. 孟凡能等[16]接種好氧顆粒污泥、 厭氧顆粒污泥、 氧化溝/短程硝化活性污泥組成的混合污泥啟動厭氧氨氧化反應，在前11 d，NH4+-N出水亦大于進水，但NO2--N去除量可達0.02 kg ·(m3 ·d)-1，認為主要是菌體的溶酶作用導致了出水NH4+-N高于進水，溶酶作用產生的有機物以及接種污泥帶入的有機物可作為電子供體反硝化還原NO2--N，促進NO2--N被高效去除[17].
