回流比對厭氧氨氧化與反硝化耦合脫氮性能的影響

孫 明，紀鑫奇

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回流比對厭氧氨氧化與反硝化耦合脫氮性能的影響

孫 明，紀鑫奇

（沈陽建筑大學， 遼寧 沈陽 110168）

為提高厭氧氨氧化與反硝化耦合系統的脫氮性能，試驗開展了回流比對厭氧氨氧化與反硝化耦合脫氮的影響研究。試驗通過設置回流比分別為0%、100%、150%、200%和300%，測定反應系統氨氮、硝氮去除率，確定厭氧氨氧化與反硝化耦合工藝運行的最佳回流比。結果表明：回流比為150%為最適回流比，此時氨氮去除率達36%，硝氮去除率達50%，耦合系統運行平衡穩定。

厭氧氨氧化； 反硝化； 回流比

厭氧氨氧化工藝因其具有節約氧耗、污泥產量低、基質去除速率高等優點，已經成為了國內外研究熱點。目前基于厭氧氨氧化工藝開發出來的較成熟的工藝有短程硝化+厭氧氨氧化工藝，短程硝化的重點在于通過控制溶解氧的含量使硝化反應僅進行至亞硝化階段，繼而生成的亞硝氮與氨氮進行厭氧氨氧化反應[1-2]，硝化階段的需氧量可減少25%左右，同時反應時間縮短，反應器的容積減少30%~40%左右，投堿量減少[3]。

對于城鎮污水而言，鑒于短程硝化難于實現亞硝酸鹽穩定積累的問題，有研究表明[4-7]，ANAMMOX與反硝化可共存于同一反應器中,能形成一定的協同作用。當厭氧氨氧化與反硝化工藝進行耦合時，并以硝態氮為直接電子，反硝化只進行到亞硝態氮階段，生成的亞硝態與氨氮繼而進行厭氧氨氧化反應。

目前，工業廢水中通常含有較高的氮元素濃度，通常在其工藝前端設有出水回流，在回流產生的剪切力作用下，適度的水力負荷降低了進水的基質濃度，活性污泥與基質充分混合和接觸，增設回流比，也更易得到優質的顆粒污泥，優質的顆粒污泥不僅增加系統的耐氧性能，提高接觸面積，同時增加了容積利用率。

1 實驗部分

1.1 試驗裝置

UASB主體反應器由雙層有機玻璃圓柱體套管制成，UASB裝置設有恒溫水浴加熱系統，內部為反應區，內徑10 cm，反應區高度1.91 m；實驗裝置圖如圖1所示。

圖1 UASB反應器裝置圖

1.2 接種污泥

UASB反應器采用沈陽市北郊污水處理廠消化污泥作為接種污泥，污泥呈黑色。

1.3 試驗原水

試驗用水采用人工配水,實驗配水以NH4Cl和NaNO3為進水氮源。

2 結果與討論

2.1 回流比對耦合反應氨氮去除的影響

回流比對耦合反應氨氮去除的影響見圖2。由圖2可知，回流比對耦合系統的氨氮去除效果影響很大，在不同回流比下氨氮呈現先增加后降低的趨勢，氨氮平均去除率分別為26.88%、29.72%、36%、39.58%和34.37%。雖然回流比為200%時氨氮平均去除率較好，但裝置系統內的污泥顆粒粒徑繼續減小，顆粒污泥已經開始消解，基質與反應載體的接觸面積減少，接觸反應時間減少，造成系統的不穩定性，隨時間的增加裝置的性能逐漸減退，耦合系統在此回流比下不能長期穩定運行。在回流比為300%時，顆粒污泥消解成絮狀污泥并夾雜著較小的顆粒污泥，導致氨氮的去除率呈現下降趨勢，耦合系統能效下降。因此，氨氮的去除的最佳回流比為150%，此時氨氮的去除率達36%。

圖2 不同回流比下氨氮平均去除率對比

2.2 回流比對耦合反應硝態氮去除的影響

回流比對耦合反應硝態氮去除的影響見圖3。

圖3 不同回流比下硝態氮平均去除率對比

由圖3可知，回流比由0%增加至150%過程中，硝態氮平均去除率由22%快速提高到50%左右，與此時的氨氮的去除效能保持一致，均是能效好且穩定，幾乎沒有波動，說明硝態氮在回流比的提升下能效提升至最好效果，能夠為耦合系統提供更多的亞硝態氮源，使得厭氧氨氧化菌消耗氨氮，耦合系統協同效果提高。但值得注意的是，回流比提升至100%時，耦合系統的硝態氮去除率去提升到35%左右，提升幅度較大，不同于此時的氨氮的去除率僅是略有增長，說明回流比對硝態氮去除率的影響要高于氨氮去除率的影響；當回流比提升至200%和300%時，硝態氮的去除率繼續波動下降，說明回流比過高導致顆粒污泥消解，在較高的回流比下絮狀污泥容易被出水排出，未與基質充分接觸便分離，造成絮狀污泥性能的不穩定。因此，硝態氮的去除的最佳回流比為150%，此時硝態氮的去除率為50%。

2.3 回流比對厭氧氨氧化與反硝化反應比例影響

根據初始投加的基質濃度和出水所含氮素的多少，以及厭氧氨氧化、反硝化反應總反應式可大致計算出耦合反應內兩種反應各自所占的百分比。

厭氧氨氧化：

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-

回流比對厭氧氨氧化與反硝化反應比例的影響見圖4。

圖4 不同回流比下厭氧氨氧化與反硝化反應所占比例關系

由圖4可知，在未設回流比時，厭氧氨氧化所占脫氮素比例較大，達100%左右，此時厭氧氨氧化在耦合系統占絕對優勢，但由于此時幾乎未進行反硝化反應，無法提供厭氧氨氧化反應所需氮源，所以此時氨氮及硝氮去除率均較低；當回流比繼續增加至150%時，此時厭氧氨氧化所占脫氮素比例降低至76.06%，反硝化所占脫氮素升高為23.94%，這是因為異養反硝化細菌在細胞產率系數及倍增速度均大于自養的厭氧氨氧化菌[8];當回流比繼續由150%增加至300%過程中，此時厭氧氨氧化脫氮比例再次升高，不利于反硝化進行。

3 結 論

（1）在一定范圍內耦合系統的脫氮效果隨著回流比的提升而增加，當回流比為150%時，氨氮、硝態氮平均去除率達到最大值分別為36%、50%。

（2）回流比增加過程中，厭氧氨氧化占脫氮素比例呈先降低后升高的趨勢，反硝化占脫氮素比例呈先升高后降低的趨勢，當回流比為150%時，厭氧氨氧化所占脫氮素比例降低至76.06%，反硝化所占脫氮素升高為23.94%，此時為最適脫氮回流比。

綜上所述,當回流比為150%時，此時耦合系統的穩定性、脫氮效能和各菌種表現出的活性均最佳。

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

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（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

孫明（1994-），女，碩士，黑龍江省大慶市人，2015年畢業于黑龍江大學（土木工程）給水排水，研究方向：污水處理。

TQ 113

A

1004-0935（2017）05-0443-03