摘要：厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,Anammox)是20世纪80年代末期新发现的一种氮的自养转化途径,指在厌氧条件下,厌氧氨氧化微生物以NO2--N为电子受体,氧化NH4+-N为氮气的生物过程,厌氧氨氧化反应每消耗1个单位的氨氮和1.32个单位的亚硝氮,便会生成0.26个单位的硝态氮,该过程与传统生物脱氮工艺相比不需有机碳源、脱氮效率高、能耗与成本低等特点.但厌氧氨氧化菌生长速率缓慢,倍增时间长,导致目前厌氧氨氧化反应器普遍存在启动缓慢的问题,荷兰鹿特丹DokHaven污水厂的ANAMMOX反应器工程,启动时间长达3.5年.奥地利Strass水厂的DEMON工艺启动时间为0.5年.北京高碑店污水厂厌氧氨氧化中试启动时间为0.5～1年,主要是由于接种的普通活性污泥中厌氧氨氧化菌丰度较低.颗粒污泥系统因其具有良好的沉淀性能,可缩短反应器的启动时间,受到人们的关注,同时采用颗粒污泥工艺有助于提高反应器对微生物的持流能力,保证反应器的稳定运行.本实验采用两种不同类型的反应器:改良UASB反应器和SBR反应器,培养厌氧氨氧化颗粒污泥;反应器的启动过程,分别通过控制HRT和沉淀时间,快速淘洗出反应器内的絮体,以快速实现污泥的颗粒化,驯化功能菌.研究了不同粒径颗粒污泥(0.2-0.5mm、0.5-1mm和＞1mm)的脱氮特性、不同C/N比及实际废水热水解消化液对系统长期稳定运行的影响,以期缩短厌氧氨氧化反应器的启动时间,为厌氧氨氧化工艺的工程化应用提供技术支持.同时利用实时定量PCR和高通量测序等分子生物学技术对反应器运行过程中絮体污泥及颗粒污泥中的微生物群落进行分析,探究厌氧氨氧化工艺的脱氮机制和微生物响应变化规律.实验结果表明:不同粒径颗粒污泥(0.2-0.5mm、0.5-1mm和＞1mm)的脱氮特性差异较大,0.2-0.5mm、0.5-1mm、＞1mm颗粒的AOB和NOB活性依次降低,厌氧氨氧化活性随着粒径的增加而升高,高通量结果显示0.2-0.5mm、0.5-1mm、＞1mm颗粒中的厌氧氨氧化菌是Candidatus_Kuenenia,其中0.2-0.5mm占0.11％、0.5-1mm占3.06％、＞1mm颗粒占17.50％;在C/N比提高过程中(由1到1.5、2、3),颗粒污泥形态发生明显变化,镜检显示中间红色部分比例逐渐减少,外围出现黄色包围圈,有向好氧颗粒污泥转化的趋势,总氮去除负荷由0.59kg/(m3·d)降到0.34kg/(m3·d),平均总氮去除率先由94.75％升到95.07％后降到87.55％,结果表明CANON工艺的C/N比不宜超过1.5;热水解消化液的加入会引起反应器总氮去除负荷的明显降低,大颗粒污泥严重破碎,可能与进水COD浓度有关.
