基于CANON系統(tǒng)顆粒污泥耦合生物膜工藝脫氮性能及微生物特征研究

韓 松，李 凱*，王志康，任治軍，李雪瑩

（1.貴州民族大學(xué)生態(tài)環(huán)境工程學(xué)院，貴陽(yáng) 550025；2.國(guó)家民委重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室：喀斯特環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害防治實(shí)驗(yàn)室，貴陽(yáng) 550025）

近年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)及工業(yè)體系迅速發(fā)展，垃圾滲濾液、食品加工廢水、畜禽養(yǎng)殖廢水等高濃度氨氮低碳廢水排放逐年增加[1]。目前常用傳統(tǒng)處理技術(shù)如活性污泥、A/O、A2/O等工藝處理高氨氮低碳廢水，需大量曝氣與有機(jī)物的額外投加，成本高，構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占地面積大，操作難度高。自養(yǎng)脫氮工藝又稱(chēng)CANON工藝，是基于上述情況研發(fā)的一種新工藝，在處理高濃度氨氮低碳廢水時(shí)，具有物料投加少、能耗低、占地面積小、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[2]。

CANON工藝主要包括亞硝化和厭氧氨氧化（Anammox）兩個(gè)階段：I，進(jìn)水中部分氨氮參與亞硝化反應(yīng)，被氨氧化菌（AOB）依次轉(zhuǎn)化為NH2OH、NO、NO2-；II，亞硝化反應(yīng)生成NO2-與進(jìn)水中剩余NH4+在厭氧氨氧化菌（AnAOB）作用下，發(fā)生Anammox反應(yīng)生成N2與少量NO3-，由此實(shí)現(xiàn)氮去除。AOB與AnAOB是CANON工藝主要功能微生物，均為化能自養(yǎng)型，在脫氮過(guò)程中無(wú)需消耗碳源，無(wú)需NO2-進(jìn)一步氧化為NO3-。研究表明，CANON工藝可節(jié)省約60%耗氧量與100%有機(jī)碳投加，減少90%污泥產(chǎn)量，是一種節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的脫氮工藝[3]。

目前，對(duì)CANON工藝研究主要集中在單一生物膜系統(tǒng)與顆粒污泥系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室研究[4]，利用其顆粒污泥和生物膜空間特點(diǎn)，為AOB和AnAOB分別提供好氧和厭氧微環(huán)境，實(shí)現(xiàn)協(xié)同脫氮。生物膜由約10%微生物與約90%胞外聚合物（EPS）構(gòu)成，EPS作為生物膜骨架提供穩(wěn)定支撐并介導(dǎo)微生物表面黏附，形成AOB在外層好氧空間、AnAOB在內(nèi)層厭氧空間的黏性三維結(jié)構(gòu)[5]，可為微生物創(chuàng)造穩(wěn)定生存環(huán)境，在細(xì)胞缺乏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)時(shí)，充當(dāng)?shù)孜锕┘?xì)胞存活，使生物膜具有較強(qiáng)抗逆性，但過(guò)量EPS導(dǎo)致生物膜滲透性降低，影響膜內(nèi)微生物活性[6]。……