不同污泥接種方式一段式自養(yǎng)脫氮工藝的啟動(dòng)特征

齊桂滿(mǎn),王小龍,高大文(哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 哈爾濱 150090)

不同污泥接種方式一段式自養(yǎng)脫氮工藝的啟動(dòng)特征

齊桂滿(mǎn),王小龍,高大文*(哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,黑龍江 哈爾濱 150090)

采用人工模擬無(wú)機(jī)高氨氮廢水(100～130mg/L),以亞硝化絮狀污泥和厭氧氨氧化顆粒污泥為接種污泥,采用兩套相同的膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器系統(tǒng),分別以同步接種和分步接種方式啟動(dòng)一段式自養(yǎng)脫氮工藝.結(jié)果表明,與同步接種反應(yīng)器相比,分步接種反應(yīng)器在初期適應(yīng)性及反應(yīng)器快速啟動(dòng)時(shí)間及脫氮能力方面更具優(yōu)勢(shì).同步接種反應(yīng)器的活性抑制期運(yùn)行時(shí)間是分步接種反應(yīng)器的 2倍多,TN去除率更低;在活性提高期,分步接種反應(yīng)器啟動(dòng)時(shí)間為40d,比同步接種反應(yīng)器少8d;與同步接種反應(yīng)器相比,分步接種反應(yīng)器可更早進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期且脫氮效果更好,NH4+-N和TN的去除率最高達(dá)到84.1%和68%,高于同步接種反應(yīng)器的79.1%和65.1%.同時(shí),分步接種反應(yīng)器TN最大去除負(fù)荷為0.49KgN/(m3·d),比同步接種反應(yīng)器的0.45KgN/(m3·d)略高.FISH結(jié)果進(jìn)一步表明,一段式自養(yǎng)脫氮工藝啟動(dòng)成功后,AOB和AnAOB都是系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)菌種,而主要干擾菌群NOB被成功抑制.

自養(yǎng)脫氮；污泥接種方式；啟動(dòng)；膨脹顆粒污泥床

全程自養(yǎng)脫氮(CANON)工藝是新型脫氮工藝,在處理低碳高氨氮廢水時(shí),相比傳統(tǒng)生物脫氮工藝,具有能源消耗低、不需外加碳源、污泥產(chǎn)量少等優(yōu)點(diǎn)[1].CANON工藝脫氮效能的發(fā)揮是基于同一個(gè)反應(yīng)器中短程硝化和厭氧氨氧化(Anammox)的共同作用,與 SHARON-Anammox工藝(由兩個(gè)反應(yīng)器組成)相比,具有占地面積小及傳質(zhì)效率高的優(yōu)勢(shì)[2-4].

CANON工藝的實(shí)現(xiàn)是好氧氨氧化菌(AOB)和厭氧氨氧化菌(AnAOB)共同作用的結(jié)果,與AOB相比,AnAOB是厭氧菌生長(zhǎng)緩慢,倍增時(shí)間較長(zhǎng)(11d),難以維持較高生物濃度,鑒于這一生理特性,能否獲得較高活性的AnAOB成為CANON工藝啟動(dòng)的關(guān)鍵因素[5].目前CANON工藝的啟動(dòng)方式主要有兩種方式,一種是僅接種普通污泥,從富集培養(yǎng)好氧氨氧化菌或厭氧氨氧化菌著手,通過(guò)調(diào)整培養(yǎng)條件進(jìn)行反應(yīng)器的啟動(dòng).另一種是將培養(yǎng)成熟的污泥接種到反應(yīng)器,保持適宜的培養(yǎng)條件進(jìn)行工藝的啟動(dòng).付昆明等[6]以海綿為填料接種普通活性污泥來(lái)啟動(dòng)反應(yīng)器,前期不斷曝氣逐漸實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽氮的積累,60d后獲得穩(wěn)定的亞硝酸鹽氮積累,然后降低曝氣量及改變進(jìn)水基質(zhì)(僅含NH4+-N),逐漸培養(yǎng)出厭氧氨氧化菌,最終經(jīng)過(guò) 210d連續(xù)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的CANON反應(yīng),總氮(TN)去除率在70%左右,總氮去除負(fù)荷達(dá)到 1.22kgN/(m3·d). Liang等[7]采用BAF反應(yīng)器,采取先后富集培養(yǎng)厭氧氨氧化菌和氨氧化菌的方式,最終經(jīng)過(guò) 114d成功啟動(dòng)CANON工藝,平均氮去除負(fù)荷為3.4kgN/(m3·d). Liu等[8]在NaCl條件下啟動(dòng)反應(yīng)器,第一階段以NH4+-N和NO3--N為基質(zhì)進(jìn)行厭氧氨氧化反應(yīng),第二階段接種亞硝化污泥,調(diào)整進(jìn)水基質(zhì)(僅含NH4+-N),經(jīng)過(guò)60d實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的CANON反應(yīng),在NaCl濃度為15g/L下,反應(yīng)器TN最高去除負(fù)荷為0.637mgN/(L·d),TN最高去除率為78%. Zhang等[9]通過(guò)接種脫水剩余活性污泥啟動(dòng) SBBR反應(yīng)器,分別在第7d和第29d檢測(cè)到短程硝化和厭氧氨氧化反應(yīng),運(yùn)行132d后實(shí)現(xiàn)一段式自養(yǎng)脫氮工藝,總氮去除負(fù)荷達(dá)到 0.54kgN/(m3·d). Vázquez-Padín等[10]利用活性污泥采用脈沖氣式SBR反應(yīng)器,在常溫(18～24℃)下,以硝化反應(yīng)為起點(diǎn),通過(guò)調(diào)節(jié)溶解氧濃度逐步實(shí)現(xiàn)亞硝化,再接種厭氧氨氧化污泥,179d后實(shí)現(xiàn) CANON反應(yīng),氮的去除負(fù)荷達(dá)到 0.45kgN/(m3·d).可見(jiàn),不同研究者在不同反應(yīng)器中得到的結(jié)論差異較大,且大部分啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)用時(shí)過(guò)長(zhǎng),不利于實(shí)際工程應(yīng)用,故CANON工藝的最佳啟動(dòng)方式仍需進(jìn)一步研究.本研究采用前期培養(yǎng)成熟的亞硝化污泥和厭氧氨氧化顆粒污泥,通過(guò)同步接種和分步接種的污泥接種方式,考察2個(gè)反應(yīng)器的啟動(dòng)時(shí)間、生物脫氮性能及微生物種群結(jié)構(gòu)變化,探尋更快的CANON工藝啟動(dòng)方式,以期為縮短一段式自養(yǎng)脫氮工藝的啟動(dòng)時(shí)間等提供依據(jù).

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)采用的膨脹顆粒污泥床(EGSB)反應(yīng)器,主體結(jié)構(gòu)采用透明有機(jī)玻璃制成.反應(yīng)器總?cè)莘e為1.38L,有效容積為1L,反應(yīng)器壁設(shè)3個(gè)取樣口、進(jìn)出水口及上清液回流系統(tǒng).配水由蠕動(dòng)泵從反應(yīng)器底部引入,經(jīng)頂部三相分離并出水.頂端設(shè)置回流,以底部上升流的形式循環(huán).底部設(shè)置微孔曝氣頭,空氣泵供氣,玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制曝氣量.整個(gè)反應(yīng)裝置用黑色遮光材料包裹,避光運(yùn)行.反應(yīng)器由加熱套及溫控儀(XMTD-2002)控制溫度,反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中控制溫度為(32±1)℃.

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意Fig.1 Theschematicof EGSB system

1.2 接種污泥與試驗(yàn)用水

采用2種污泥,均取自實(shí)驗(yàn)室前期富集培養(yǎng)成熟的污泥.污泥 1:亞硝化(絮狀)污泥,成熟的亞硝化污泥的生物活性很高,NH4+-N去除率達(dá)到95%以上,NO2--N積累率穩(wěn)定在 98%以上,氨氮去除負(fù)荷達(dá)到2.5kgN/(m3·d).污泥2:厭氧氨氧化(顆粒)污泥,成熟厭氧氨氧化污泥具有較高的脫氮能力,NH4+-N和NO2--N的去除率均達(dá)到90%,總氮去除負(fù)荷達(dá)到3.1kgN/(m3·d).

實(shí)驗(yàn)中采用人工模擬配水,主要成分如下ρ(NH4Cl)為100～130mg/L,ρ(KHCO3)為500mg/L, ρ(KH2PO4)為50mg/L,ρ(MgSO4·7H2O)為200mg/L, ρ(CaCl2·2H2O)為151mg/L,ρ(FeSO4)為6.25mg/L.維生素0.25ml/L,微量元素0.31ml/L[11].

1.3 運(yùn)行方式及控制條件

研究中采用2個(gè)相同的EGSB反應(yīng)器,1#反應(yīng)器同時(shí)接種兩種污泥,即將一定量污泥1和污泥2同時(shí)加入以啟動(dòng)反應(yīng)器,稱(chēng)為同步接種.2#反應(yīng)器先后接種兩種污泥,即先將一定量污泥1加入反應(yīng)器,培養(yǎng)19d后再加入污泥2進(jìn)行培養(yǎng),稱(chēng)為分步接種.根據(jù)2種污泥的脫氮能力和反應(yīng)器有效體積,計(jì)算得亞硝化污泥和厭氧氨氧化污泥的投加量分別為 150mL和 100mL.1#反應(yīng)器,在啟動(dòng)之初(1～3d),為了降低新環(huán)境對(duì)AnAOB的影響,缺氧運(yùn)行.隨后進(jìn)行曝氣并逐步降低反應(yīng)器中溶解氧(DO)濃度,同時(shí)控制適宜 pH值、溫度等條件,為微生物提供適宜生存環(huán)境.2#反應(yīng)器, AOB的培養(yǎng)階段,在保證較高 NH4+-N去除和NO2--N積累的基礎(chǔ)上逐步降低體系中DO濃度,厭氧氨氧化污泥接種后,對(duì)DO和pH值進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整.為了適應(yīng)不同微生物的需求,對(duì)2個(gè)反應(yīng)器在不同運(yùn)行階段的控制條件加以調(diào)整(表1).

表1 1#和2#反應(yīng)器運(yùn)行階段和控制條件Table 1 The operation phases and control parameters in 1# and 2# reactor

1.4 分析項(xiàng)目及測(cè)試方法

ρ(NH4+-N)采用納氏試劑分光光度法測(cè)定,ρ(NO2--N)采用 N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法測(cè)定,ρ(NO3--N)采用麝香草酚分光光度法測(cè)定,pH值和DO利用德國(guó)WTW (pH/Oxi340i)手提式多參數(shù)測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)定[12].

熒光原位雜交(FISH)技術(shù):研究分別采用編號(hào)為AMX820(AAAACCCCTCTACTTAGTGCCC)、NIT3(CCTGTGCTCCATGCTCCG)、Nsol90(CGATCCCCTGCTTTTCTCC)的探針進(jìn)行FISH試驗(yàn).生物樣品(約 1.5mL)經(jīng)戊二醛固定、冷凍切片以及乙醇梯度脫水后,分別與CY5、ROX以及 FAM 熒光基團(tuán)標(biāo)記的探針雜交,最后用DAPI進(jìn)行全菌染色.處理完成的載玻片分別在633nm、543nm、488nm和405nm的激發(fā)波長(zhǎng)下使用 LSM700激光共聚焦顯微鏡進(jìn)行觀察.其中,紫色熒光為Anammox菌,綠色熒光為氨氧化細(xì)菌,紅色熒光為亞硝酸鹽氧化細(xì)菌,藍(lán)色為全菌[13].

2 結(jié)果與討論

2.1 不同接種方式下反應(yīng)器的啟動(dòng)

在1#和2#反應(yīng)器中均成功啟動(dòng)了一段式自養(yǎng)脫氮工藝,啟動(dòng)耗時(shí)分別為48d和40d.1#和2#反應(yīng)器的啟動(dòng)規(guī)律相似,從整體運(yùn)行效果上看,可將兩個(gè)反應(yīng)器的啟動(dòng)過(guò)程可以劃分為3個(gè)階段,分別為活性抑制期(出水 ρ(NO2--N)積累過(guò)高,出水ρ(NO3--N)過(guò)低),活性提高期(出水 ρ(NO2--N)濃度逐漸降低,出水 ρ(NO3--N)升高)和穩(wěn)定運(yùn)行期(出水ρ(NO2--N)、出水ρ(NO3--N)與理論值較接近,總氮去除率較高).反應(yīng)器運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)出水NH4+-N、NO2--N和NO3--N的質(zhì)量濃度及去除率隨時(shí)間的變化如圖2所示.

2.1.1 AOB適應(yīng)期 1#反應(yīng)器采用同步接種方式,所以沒(méi)有AOB適應(yīng)期.2#反應(yīng)器的AOB適應(yīng)期為19d(1～19d),運(yùn)行過(guò)程中NH4+-N逐步升高,并保持在68%左右,同時(shí)出水NO2--N積累率平均值達(dá)到 99%,說(shuō)明亞消化效果較好,AOB對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性很好,為反應(yīng)器后續(xù)啟動(dòng)運(yùn)行創(chuàng)造了適宜條件.

2.1.2 活性抑制期 1#反應(yīng)器活性抑制期為20d(1～20d),初始進(jìn)水 ρ(NH4+-N)為 100mg/L,前3d反應(yīng)器缺氧運(yùn)行(投加NH4+-N和NO2--N),第4～23d,NH4+-N和TN(包括NH4+-N、NO2--N和NO3--N)去除率波動(dòng)性較大.同時(shí),NO2--N積累較多,出水ρ(NO2--N)為12～18.4mg/L, 與此相反,出水NO3--N過(guò)低,ρ(NO3--N)平均值為5.4mg/L.2#反應(yīng)活性抑制期持續(xù)了8d(20～28d),接種AnAOB后2d, NH4+-N和TN的去除率高,然而第22～28d,兩者均有不同程度的降低,同時(shí)伴隨 NO2--N 大量積累,TN去除率降低.

在活性抑制期,新接種的菌種尤其是AnAOB,因?yàn)槿芙庋醯拇嬖谄渖锘钚允艿揭种?表現(xiàn)為NO2--N的積累較多及TN去除率較低.同時(shí)注意到,1#反應(yīng)器出水中 ρ(NO3--N)過(guò)低,大大低于一段式自養(yǎng)脫氮理論值(見(jiàn)2.1),推測(cè)是反應(yīng)器中發(fā)生反硝化作用.Chamchoi等[14]認(rèn)為主要是環(huán)境的巨大變化導(dǎo)致一些菌體死亡,發(fā)生溶酶及裂解等作用,產(chǎn)生的有機(jī)物以及細(xì)胞分泌的胞外多聚物可作為電子供體,反硝化還原NO3--N,促進(jìn)NO3--N被轉(zhuǎn)化.另外,1#反應(yīng)器的活性抑制期是2#反應(yīng)器的2倍多,而且NO2--N積累更高,反硝化作用的持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng).以上現(xiàn)場(chǎng)都說(shuō)明污泥接種初期較高的DO對(duì)體系中AnAOB活性影響巨大.究其原因,2#反應(yīng)器在接種AnAOB前,首先進(jìn)行 AOB的培養(yǎng),在保證較高NO2--N積累率的條件下,逐步降低 DO濃度至0.15mg/L,以減小溶解氧對(duì)AnAOB的抑制.而1#反應(yīng)器在接種污泥后,其自養(yǎng)脫氮效果明顯降低,較2#反應(yīng)器更差,表明1#反應(yīng)器受DO影響較大,說(shuō)明 AOB適應(yīng)期存在的重要性,同時(shí)說(shuō)明分步接種相比于同步接種可以提供充足的基質(zhì)和更為緩和的生態(tài)環(huán)境.

2.1.3 活性提高期 1#反應(yīng)器活性提高期為25d(21～48d),第21-35d,NH4+-N和TN的去除率逐步提高,在第 35d達(dá)到最高,第 36d調(diào)整進(jìn)水ρ(NH4+-N)為130mg/L,NH4+-N和TN的去除率明顯下降且恢復(fù)高效運(yùn)行狀態(tài)所需時(shí)間較長(zhǎng),運(yùn)行至第48d逐漸恢復(fù).2#反應(yīng)器活性提高期持續(xù)時(shí)間為12d(28～40d),出水ρ(NO2--N)積累大幅減少為4.3mg/L,運(yùn)行至第35d,NH4+-N和TN的去除率大幅提高.第 36d調(diào)整進(jìn)水 ρ(NH4+-N)為130mg/L,NH4+-N和TN的去除率有明顯降低,但很快便恢復(fù)到高效運(yùn)行狀態(tài),運(yùn)行至第40d實(shí)現(xiàn)恢復(fù).與同時(shí)期的 1#反應(yīng)器相比,2#反應(yīng)器受基質(zhì)濃度沖擊影響較小且恢復(fù)速度更快.

表2 自養(yǎng)脫氮工藝啟動(dòng)對(duì)比Table 2 Overview of the start-up of the autotrophic nitrogen removal process in various rectors

在活性提高期,體系中 AnAOB逐漸適應(yīng)好氧環(huán)境,自養(yǎng)脫氮工藝在1#和2#反應(yīng)器中構(gòu)建成功,啟動(dòng)時(shí)間分別為48和40d,表明分步接種比同步接種方式可以更快實(shí)現(xiàn)一段式自養(yǎng)脫氮工藝的啟動(dòng),同時(shí)與目前國(guó)內(nèi)外普遍報(bào)道的 CANON工藝的啟動(dòng)時(shí)間相比較短(表2).從表2可以看出,接種普通活性污泥到反應(yīng)器,逐步富集培養(yǎng)氨氧化菌或厭氧氨氧化菌來(lái)啟動(dòng)自養(yǎng)脫氮工藝的方式耗時(shí)較長(zhǎng),與此形成鮮明對(duì)比的是,接種氨氧化污泥和厭氧氨氧化污泥的方式,啟動(dòng)耗時(shí)更短.值得一提的是,付昆明等采用接種普通活性污泥啟動(dòng)SBR,先實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的亞硝積累,控制不同曝氣量,再逐步富集出厭氧氨氧化菌,至 210d實(shí)現(xiàn)了CANON反應(yīng).而付昆明等[15]在另一項(xiàng)研究中,通過(guò)接種已啟動(dòng)成功的CANON反應(yīng)器的污泥,采用與之前研究不同的填料作微生物的附著載體,經(jīng)過(guò)60d培養(yǎng)就啟動(dòng)成功,這一研究結(jié)果印證了接種成熟氨氧化污泥和厭氧氨氧化污泥可以大大縮短自養(yǎng)脫氮工藝啟動(dòng)時(shí)間.

圖2 1#和2#反應(yīng)器脫氮情況Fig.2 The nitrogen removal performance in 1# and 2# reactor

2.1.4 穩(wěn)定運(yùn)行期反應(yīng)器啟動(dòng)成功后,與 1#反應(yīng)器相比,2#反應(yīng)器進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期更早且脫氮效果更好,NH4+-N和 TN的去除率穩(wěn)中有升,高于1#反應(yīng)器.同時(shí),1#和2#反應(yīng)器TN最大去除負(fù)荷分別為0.45kgN/(m3·d)和0.49kgN/(m3·d),與表2中大部分通過(guò)富集菌種啟動(dòng)反應(yīng)器的研究相比略低,這可能與接種的污泥、反應(yīng)器構(gòu)型及其他不可復(fù)制的環(huán)境因素相關(guān).

穩(wěn)定運(yùn)行期,受到進(jìn)水 ρ(NH4+-N)增加和回流流速上升的影響,出現(xiàn)少量污泥流失現(xiàn)象,導(dǎo)致反應(yīng)器脫氮效果沒(méi)能恢復(fù)到提高 NH4+-N負(fù)荷之前的狀態(tài),1#反應(yīng)器受到影響較2#反應(yīng)器更大,說(shuō)明2#反應(yīng)器比1#反應(yīng)器在抗水力和基質(zhì)濃度沖擊方面的能力更強(qiáng).

圖3 培養(yǎng)過(guò)程ΔNO3-/ΔNH4+與ΔTN/ΔNH4+變化Fig.3 Variation of stoichiometric ratio of ΔNO3-/ΔNH4+and ΔTN/ΔNH4+in 1# and 2#reactor

2.2 反應(yīng)器的自養(yǎng)脫氮評(píng)價(jià)綜合短程硝化和厭氧氨氧化兩個(gè)反應(yīng),可得到CANON工藝的整體反應(yīng)方程,如式(1)[20]所示.

在無(wú)機(jī)高氨氮廢水條件下,忽略?xún)?nèi)源反硝化而導(dǎo)致的TN損失,則進(jìn)出水TN的變化與厭氧氨氧化反應(yīng)產(chǎn)生的氮損失量相等[21].在整個(gè)自養(yǎng)脫氮過(guò)程中,根據(jù) CANON工藝的反應(yīng)方程式計(jì)算其理論值,ΔNO3-/ΔNH4+為 0.11, ΔTN/ΔNH4+為0.88.通過(guò)計(jì)算 ΔNO3-/ΔNH4+和 ΔTN/ΔNH4+的數(shù)值,可以初步判定反應(yīng)是否滿(mǎn)足自養(yǎng)脫氮關(guān)系.

圖4 不同時(shí)期FISH照片F(xiàn)ig.4 FISH images in different periods in 1# and 2# reactor

由圖 3可知,在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中,1#反應(yīng)器ΔNO3-/ΔNH4+呈現(xiàn)出先升高再降低最終趨近理論值的變化趨勢(shì),而2#反應(yīng)器該數(shù)值波動(dòng)性較小,始終穩(wěn)定在理論值上下.需要指出的是,1#反應(yīng)器在活性抑制期(4～20d),出水 ρ(NO3--N)濃度較低,ΔNO3-/ΔNH4+平均值為 0.045,相比之下 2#反應(yīng)器該值平均為0.10,與理論值接近.2個(gè)反應(yīng)器中ΔTN/ΔNH4+沒(méi)有明顯規(guī)律,分別在35d和45d逐漸接近理論值.反應(yīng)器啟動(dòng)成功后,1#反應(yīng)器ΔNO3-/ΔNH4+平均值為 0.12±0.018,ΔTN/ΔNH4+的平均值為 0.78±0.041,2#反應(yīng)器 ΔNO3-/ΔNH4+平均值為0.13±0.028,ΔTN/ΔNH4+平均值為0.77± 0.051.2個(gè)反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行后,ΔNO3-/ΔNH4+和ΔTN/ΔNH4+平均值為 0.12、0.10和 0.84、0.85,與理論值相近,說(shuō)明一段式自養(yǎng)脫氮反應(yīng)是脫氮的主導(dǎo)反應(yīng).

2.3 微生物種群結(jié)構(gòu)變化

研究采用FISH技術(shù)來(lái)檢測(cè)1#和2#反應(yīng)器啟動(dòng)成功前后AOB和AnAOB的存在和分布情況,如圖4所示.圖(a)中A和B分別表示1#反應(yīng)器污泥接種第1d和第48d微生物分布情況,(b)中C和D分別是2#反應(yīng)器接種厭氧氨氧化污泥第1d(整體運(yùn)行的第20d)和第40d微生物分布情況.

一段式自養(yǎng)脫氮工藝的實(shí)現(xiàn)是 AOB和AnAOB共同作用的結(jié)果,AOB和AnAOB對(duì)新環(huán)境的適應(yīng)性及相互合作的程度決定了該工藝啟動(dòng)的快慢.為了獲得更高的傳質(zhì)效率,反應(yīng)器中絮狀的AOB在菌體胞外聚合物(ESP)的黏附作用下會(huì)更多地分布于顆粒狀的 AnAOB表面.2個(gè)反應(yīng)器運(yùn)行后期大量 AOB分布于AnAOB顆粒表面,與已報(bào)道的研究結(jié)果相符

[20-22].FISH結(jié)果顯示,接種第 1d,1#和 2#反應(yīng)器所接種的污泥均含有AOB和AnAOB,且都是各自體系中的優(yōu)勢(shì)菌種(圖4,A和C所示).2個(gè)反應(yīng)器各自經(jīng)過(guò)48d和40d培養(yǎng),反應(yīng)器中AOB和AnAOB仍是各自體系中的優(yōu)勢(shì)菌種,但是受到啟動(dòng)過(guò)程中多種因素(包括溶解氧、pH值、水力沖擊等)的影響,AnAOB在顆粒大小及菌種數(shù)量方面都有損失(圖4,B和D所示),且與2#反應(yīng)器相比,1#反應(yīng)器中AnAOB受到的影響更大(活性抑制期發(fā)生菌體死亡).然而,相比污泥接種初期,反應(yīng)器啟動(dòng)成功后 2個(gè)反應(yīng)器中 AOB和AnAOB之間結(jié)合更加緊密,這與反應(yīng)器脫氮表現(xiàn)相一致.

3 結(jié)論

3.1 采用人工模擬無(wú)機(jī)高氨氮廢水(100～130mg/L),以亞硝化絮狀污泥和厭氧氨氧化顆粒污泥為接種污泥,采用兩套相同的膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器系統(tǒng),分別以同步接種和分步接種方式啟動(dòng)一段式自養(yǎng)脫氮工藝.通過(guò)調(diào)節(jié)DO、pH及回流流速等條件,在兩個(gè)反應(yīng)器中成功構(gòu)建一段式自養(yǎng)脫氮體系,每組滋養(yǎng)脫氮化學(xué)計(jì)量比值均與理論比值相近.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用分部接種方式比同步接種方式啟動(dòng)用時(shí)更短.同時(shí),分步接種反應(yīng)器TN最大去除負(fù)荷為0.49kgN/(m3·d),比同步接種反應(yīng)器的0.45kgN/(m3·d)略高.

3.2 FISH結(jié)果進(jìn)一步表明,一段式自養(yǎng)脫氮工藝啟動(dòng)成功后,AOB和AnAOB都是系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)菌種,而主要干擾菌群NOB被成功抑制.

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Start-up performance of one-stage autotrophic nitrogen removal with different sludge inoculation methods.

QI Gui-man, WANG Xiao-long, GAO Da-wen*
(State Key Laboratory of Urban Water Resources and Environment, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China). China Environmental science, 2017,37(1)：154～161

One-stage autotrophic nitrogen removal process was started up in two identical EGSB (expanded granular sludge bed) reactors feed with synthetic wastewater with NH4+-N of 100～130mg/L, which were inoculated with flocculent nitrification sludge and anammox (anaerobic ammonium oxidation) granular simultaneously or in sequence, respectively. As the result showed, the reactor inoculated in sequence (reactor 2) had obviously more advantages than that inoculated simultaneously (reactor 1) on the start-up duration and nitrogen removal performance. The duration of activity inhibiting phase in reactor 1was almost twice than that in reactor 2, and the TN (total nitrogen) removal rate was also lower in reactor 1. As to the activity increasing phase, the start-up duration of reactor 2 was only 40 days, which was 8 days shorter than that in reactor 1. So the steady phase was achieved easier in reactor 2 than in reactor 1, meanwhile, the highest removal rates of NH4+-N, TN and nitrogen loading removal (NLR) in the steady phase reached 84.1%, 68% and 0.49kgN/(m3·d) in reactor 2, respectively, which were higher than those of 79.1%, 65.1% and 0.45kgN/(m3·d) in reactor 1, respectively. FISH result showed that AOB (ammonia oxidizing bacteria) and Anammox bacteria dominated both reactors, while the main undesirable community, NOB (nitrite oxidizing bacteria), and was suppressed successfully.

autotrophic nitrogen removal；sludge inoculation methods；start-up；expanded granular sludge bed

X703

A

1000-6923(2017)01-0154-08

齊桂滿(mǎn)(1989-),男,吉林敦化人,哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士研究生,主要從事廢水污染控制方面的研究.

2016-05-11

黑龍江省自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(ZD201412) * 責(zé)任作者, 教授, gaodw@hit.edu.cn