化學(xué)工程綜合

厭氧氨氧化顆粒污泥的快速形成

叢巖，黃曉麗，王小龍，等

摘要：目的：厭氧氨氧化工藝以其節(jié)省曝氣量、有機(jī)碳源及污泥產(chǎn)量少等特點(diǎn)而備受關(guān)注。然而厭氧氨氧化菌生長(zhǎng)繁殖慢，對(duì)外界環(huán)境因子變化較敏感等因素限制了該技術(shù)的應(yīng)用。解決該問題的關(guān)鍵在于厭氧氨氧化污泥的快速顆粒化。本研究采用膨脹顆粒污泥床（EGSB）反應(yīng)器，深入探討厭氧氨氧化顆粒污泥快速形成過程中的關(guān)鍵控制因素，以加快厭氧氨氧化顆粒污泥的形成。方法：以好氧硝化顆粒污泥與厭氧氨氧化生物膜作為接種污泥，在缺氧條件下利用EGSB 反應(yīng)器培養(yǎng)厭氧氨氧化顆粒污泥。在運(yùn)行過程中，為了加快顆粒污泥的形成，主要進(jìn)行進(jìn)水基質(zhì)濃度和上升流速兩方面的調(diào)控。根據(jù)反應(yīng)器的脫氮效能隨時(shí)調(diào)整進(jìn)水基質(zhì)濃度，通過觀察污泥形態(tài)調(diào)控反應(yīng)器的上升流速，同時(shí)考察系統(tǒng)的生物量變化、顆粒污泥結(jié)構(gòu)以及粒徑分布情況。此外，利用FISH技術(shù)、掃描電子顯微鏡與透射電子顯微鏡技術(shù)，研究厭氧氨氧化顆粒污泥的結(jié)構(gòu)與厭氧氨氧化菌的分布情況。結(jié)果：EGSB 反應(yīng)器共運(yùn)行89 d，顆粒污泥的培養(yǎng)過程基質(zhì)濃度的調(diào)控共分為3 個(gè)階段，第1 階段是厭氧氨氧化菌的富集階段（1～20 d）：進(jìn)水氨氮與亞硝態(tài)氮濃度逐步提升至200 mg·L-1，上升流速控制在3 m·h-1，氨氮與亞硝態(tài)氮的消耗均在0.02 kg N·m-3·d-1左右。第2 階段是厭氧氨氧化顆粒污泥初步形成階段（21～34 d），此階段上升流速提升至4.5 m·h-1，反應(yīng)器內(nèi)污泥與基質(zhì)混合均勻。反應(yīng)器運(yùn)行效能也在逐步提升，34 d 時(shí)已有較小的厭氧氨氧化顆粒出現(xiàn)。第3 階段為厭氧氨氧化顆粒污泥增長(zhǎng)階段（35～89 d），進(jìn)水氨氮與亞硝酸 鹽氮濃度進(jìn)一步提升至273 mg·L-1。上升流速逐步從6.0 m·h-1提升至9 m·h-1，其中粒徑處于0.5～2.0 mm范圍內(nèi)的顆粒污泥占65%以上，平均粒徑為0.556 mm。厭氧氨氧化顆粒污泥的增長(zhǎng)伴隨著總氮去除率的不斷提高，運(yùn)行89 d 后，總氮負(fù)荷達(dá)4.76 kgN·m-3·d-1。 反應(yīng)器運(yùn)行80 d后，厭氧氨氧化顆粒大小在0.5～0.6 mm之間。SEM 與TEM 觀察表明整個(gè)顆粒是由多個(gè)小型顆粒聚集在一起形成的，形狀不規(guī)則且內(nèi)部結(jié)構(gòu)排列緊密。FISH 技術(shù)的結(jié)果則表明顆粒污泥表面存在的其他微生物氨氧化菌（AOB）、亞硝酸鹽氧化菌（NOB）等可消耗掉微量的溶解氧，為內(nèi)部的厭氧氨氧化菌提供厭氧環(huán)境。結(jié)論：（1）采用好氧硝化顆粒污泥和厭氧氨氧化生物膜混合物為接種污泥、調(diào)整進(jìn)水基質(zhì)濃度及反應(yīng)器上升流速，可加快厭氧氨氧化菌的顆?；?。在系統(tǒng)運(yùn)行80 d 后就成功培養(yǎng)出平均粒徑為0.556 mm 厭氧氨氧化顆粒污泥。（2）反應(yīng)器啟動(dòng)后的運(yùn)行效能良好，氨氮和亞硝酸鹽氮同步去除率達(dá)到85%以上。另外，厭氧氨氧化顆粒污泥具有很強(qiáng)的抗負(fù)荷沖擊能力，總氮去除負(fù)荷可達(dá)4.758 kg N·m-3·d-1。（3）厭氧氨氧化顆粒污泥由多個(gè)小顆粒聚集形成，小顆粒間存在供基質(zhì)或氣體傳遞與擴(kuò)散的空隙。厭氧氨氧化菌大部分以微小菌落群的形式分布在顆粒污泥內(nèi)部，菌體排列致密，AOB、NOB 等其他微生物則分布在顆粒表層。

來源出版物：化工學(xué)報(bào), 2014, 65(2): 664-671

入選年份：2017