低碳氮比农村生活污水处理工艺（上）

近年来，随着我国农村经济发展与农村生活水平的提高，越来越多的农村生活污水进入水体，对水体环境产生严重污染。农村生活污水的随意排放是我国农村地区水环境污染的主要原因。如太湖水体富营养化的主要污染物中，百分之二十五的氮、百分之六十的磷源于农村生活污水。

目前，已将《农村环境连片整治》列入环境保护“十二五”规划的治理项目，其中农村生活污水的治理列为中 心。脱氮是污水处理的重要功能之一，而目前传统的生物脱氮方式主要是通过硝化过程将NH4+氧化成NO3-，再通过反硝化过程将NO3-还原为N2排入大气。在反硝化过程中需要消耗大量的有机碳源，而目前的农村生活污水C/N 较低，致使反硝化过程所需碳源不足，造成脱氮效率下降。因此研究和应用节能的废水脱氮工艺技术，已成为当今水污染控制领域的研究热点。厌氧氨氧化（ANAMMOX）工艺，是由荷兰Delft 理工大学根据厌氧氨氧化原理研究开发的一种新型污水生物脱氮工艺。在此基础上发展出了多种生物脱氮工艺，如：CANON、OLAND等。但实际氨氮废水的产生中往往会有浓度的COD，限制了该技术在工程上的实际应用。研究表明，ANAMMOX菌可成功的氧化丙酸，同时葡萄糖、甲酸、丙氨酸并不影响ANAMMOX 过程，而且ANAMMOX 菌能够与异养反硝化菌竞争利用有机物，例如丙酸。因此对ANAMMOX 与硝化/反硝化的相互关系的研究相当活跃，出现了同时亚硝化、ANAMMOX 和反硝化工艺（SNAD）。

本文以模拟废水为原水，首先在厌氧水解酸化单元除去部分COD 并同时将大分子碳源水解成小分子脂肪酸;然后进行SNAD 处理单元，通过对其运行条件的控制，进行氮和COD 的同时去除。本研究首先驯化培养亚硝化与反硝化菌种，然后进行SNAD 生物膜的驯化培养;然后通过水解酸化+ 考察氮和COD 的去除能力，实现自养、异养脱氮工艺的低耗及长期稳定运行。该组合工艺与传统生物脱氮工艺相比大大降低了运行成本，为农村生活污水 的除碳脱氮的实现提供新工艺和新方法。

一、材料与方法

1、实验原水

原水采用人工模拟污水，其营养盐组成为：KHCO31.25，KH2PO4 0.025，CaCl2 ·2H2O 0.35，MgSO4·7H2O 0.2，FeSO4 0.00625，EDTA 0.00625，KCl 0.014，NaCl 0.01 g/L。

进行亚硝化菌培养与SNAD 填料挂膜时通过投加NH4Cl、乙酸与丙酸以提供NH4+-N （100～150mg/L）与COD（100 mg/L）。

进行水解酸化-SNAD 组合工艺连续实验时，为体现农村生活污水低C/N 比的水质特点，通过投加NH4Cl 与淀粉，模拟农村生活污水COD 配制为100～150 mg/L 左右，NH+4-N 浓度为50 mg/L 左右。

2、实验装置

本装置是一种新型水解酸化-SNAD 两段式反应器，其中SNAD 单元采用拔风溅水生物滤池。生物滤池的填料采用造价低、质量轻、孔隙度大的无纺布填料（填料外形尺寸为Ф40 × 20 mm，无纺布在填料内壁厚度为2 mm），填料共140 个，滤池内基质以及气液固三相混合均匀，溶解氧的控制简便。无纺布有较大的孔隙度，表面粗糙，有利于微生物的附着、生长与繁殖，特别适合于生长缓慢的微生物的培养及其工艺的运行。生物滤池填料表面生物膜由内向外依次为ANAMMOX 菌、反硝化菌和亚硝化菌。滤池下部设置通风口，污水从上部溅水盘滴下，与空气流逆流接触，同时发生亚硝化、反硝化和ANAMMOX反应，同时除碳脱氮。水解酸化池有效容积为5 L，为水解反应器，HＲT 为3.6 h，实验期间温度保持室温。生物滤池呈圆柱形，填料填充部分有效容积为6 L（填料填充比为百分之五十八左右），拔风管高度为1 m，拔风管口设有通气阀门，调节装置内部溶解氧，布水装置为3 条半管式溢流布水器，间距为2 cm。溅水区由2 块交错的开缝PVC 板（上层盘缝隙宽度为5 mm，板缝比为8∶1;下层盘缝隙宽度为5 mm，板缝比为4∶1）组成，2 块板相距20 cm。从反应第20 d 起，生物滤池出水通过回流泵返回进水口（回流比为百分之三百）。生物滤池外缠绕一层保温水管，通过调整恒温水浴使反应器内温度控制在34±1℃左右（从反应第21 d 开始）。

用于培养亚硝化污泥的反应器呈圆柱形，设置搅拌器，有效体积为12 L，温度控制在30 ℃左右，pH 范围控制在7.5～8.0，HＲT 为24 h。出水进入沉淀池（有效体积为2 L），污泥通过蠕动泵回流至反应器。

用于ANAMMOX 污泥培养与SNAD 填料挂膜的反应器为圆柱形的密闭的反应容器，有效体积为15L，通过设置加热管将温度保持在30℃左右，pH 范围控制在7.5 ～8.0，HＲT 为24 h。出水进入沉淀池（有效体积为2 L），污泥通过蠕动泵回流至反应器。

3、接种污泥

接种好氧活性污泥取自大连凌水河污水处理厂，用于培养亚硝化污泥，接种污泥悬浮颗粒浓度为3 000 mg/L;填料上接种的反硝化菌与ANAMMOX菌种取自本实验室，其中厌氧氨氧化活性为30mmol/（g·d）。

水解酸化污泥取自大连夏家河子污水处理厂，接种污泥悬浮颗粒浓度为3500 mg/L。

4、分析方法

NH4+-N、NO2--N、NO3--N 等均采用标准方法分析，挥发性有机酸（VFA）采用气相色谱法，COD采用重铬酸钾法，总氮采用TOC（TOC2VCPH，Shimadzu）分析仪测定。水中溶解氧浓度（DO）和pH分别采用溶解氧分析仪（YSI，Model55，USA）和pH计（Sartorius AG）测定。

5、实验步骤

实验主要分为两个阶段：

第 一阶段：亚硝化污泥培养与SNAD 填料挂膜

首先，将凌水污水厂活性污泥投入亚硝化污泥培养反应器，连续曝气24 h 后，排出悬浮污泥。连续进入NH4+-N废水，通过控制溶解氧浓度实现亚硝化污泥的驯化培养。亚硝化污泥驯化阶段为45 d。同时在培养ANAMMOX 污泥的反应器中投入填料与ANAMMOX污泥，继续连续模拟氨氮废水挂膜5 d。将驯化的亚硝化污泥投入厌氧氨氧化培养反应器中，控制好温度、pH 与溶解氧，挂膜24 d。为避免原水COD对自养脱氮菌的干扰，将反硝化菌投入其中，进水中加入NH4+-N与有机碳源，挂膜12 d。

第 二阶段：水解酸化-SNAD 反应器处理模拟农村生活废水

将已经挂膜的SNAD 填料投入SNAD 生物滤池，同时启动厌氧水解酸化与SNAD 单元，形成组合工艺，并用模拟农村生活污水进行贯通实验验证，实验期间为40 d。