摘要
氮是水体富营养化的主要原因之一，因此去除生活污水中的氮成为污水处理厂的主要任务。CANON工艺与传统脱氮工艺相比，有流程简短、处理污水负荷高、耗氧量明显减少、不需要外加有机或无机碳源、微生物的污泥产量低和无二次污染等优点，为污水高效节能处理提供了新思路，逐渐成为研究的热点。 CANON工艺将亚硝化过程和厌氧氨氧化过程这两种完全不同的反应过程结合在一个反应器内，因此AOB和ANAMMOX这两种微生物的和谐共存是工艺成功运行及完成高效自养脱氮的关键。已有研究表明间歇曝气工况有助于强化系统内AOB的“饱食饥饿”特性，抑制NOB的生长，为系统内厌氧氨氧化菌解除溶解氧抑制，提供充足的反应底物，有利于CANON工艺启动。间歇曝气通过单个周期内曝气时间和曝气量对系统产生影响，但目前对于CANON工艺间歇曝气参数的研究多集中在曝停比上，且关于CANON工艺的最佳曝气参数研究者得出不同结论，关于间歇曝气CANON工艺最佳曝气参数缺乏系统全面的研究，因此笔者提出曝气密度这一参数，在不同曝气密度条件下，启动并长期运行CANON工艺，对比不同反应器之间的性能差异，以期找到CANON工艺间歇曝气的最佳参数。 本试验在常温不同基质浓度下对厌氧氨氧化菌进行储存，采用储存后复壮的污泥为接种污泥，在不同曝气密度下启动序批式CANON工艺。在CANON工艺启动成功后，提升负荷在不同曝气密度下长期运行，并探究其最适曝气密度。探究最适曝气密度下实现连续流CANON工艺的启动和长期运行，系统的探究曝气密度对CANON工艺的影响。 在CANON工艺启动过程中，接种短期储存后的厌氧氨氧菌种泥，在不同基质浓度下保存的厌氧氨氧化菌种泥表现出不同活性，储存在基质浓度为O、60、120mg/L的NH+4-N和NO-2-N中的厌氧氨氧化菌种泥分别经过15、10、7d实现系统脱氮性能和厌氧氨氧化活性恢复，储存在高基质环境中的菌种恢复时间更快，即对菌种进行活化和功能增强同菌种增殖补充内源呼吸损失的生物量相比，更有利厌氧氨氧化活性的恢复。在曝气密度为6、12、24的系统中，接种复壮后的种泥，在总曝气量一定，曝停比为1的条件下，研究了不同曝气密度(6、12、24)对CANON工艺启动的影响。R1、R2、R3分别经过32、29、23d实现了CANON工艺成功的启动，较大的曝气密度有利于CANON工艺的启动。R1、R2、R3在周期试验中pH分别下降了0.4、0.55、1.06，在总曝气量一定的情况下，R3因其较大的曝气密度和合适的时间间隔，更有利于抑制NOB活性，使得系统对DO的利用率更高，提高了系统的脱氮性能。通过脱氮路径分析可得，系统中存在着ANA（交替亚硝化厌氧氨氧化）和SNA（同步亚硝化厌氧氨氧化）两种脱氮路径，SNA所占比重分别为19.3％、24.5％、33.6％，随着曝气密度的提高，SNA贡献逐渐增大。 在CANON工艺稳定运行过程中，在总曝气量一定情况下，曝气密度为6、12、24的反应器中均实现CANON工艺的稳定运行。不同曝气密度下，反应器运行后期均逐渐出现不同程度硝氮积累现象，即NOB活性恢复，NOB对环境具有适应能力，随着曝气密度的增大，反应器内硝氮开始积累的时间逐渐延迟，硝氮积累量逐渐减小，较大曝气密度的间歇曝气能够更好的抑制NOB实现CANON工艺的长期稳定运行。污泥粒径前期增长较快，后期增长较慢。较大曝气密度的工况下，能够为颗粒污泥提供更大的剪切力，使得颗粒污泥粒径更大，结构更紧实，更适合CANON工艺的运行。污泥浓度随着反应进行逐渐增大，较小曝气密度的反应器污泥浓度增长的更快，因为系统中其他菌群对该间歇曝气工况逐渐适应，逐渐恢复活性导致。在长期运行过程中系统中总氮去除负荷逐步提升，随着试验的进行，总氮去除负荷因为系统中硝氮的积累，导致有一定程度的下降，有较大的曝气密度的反应器，总氮去除负荷下降较小。 在连续流CANON工艺启动的过程中，在最适曝气密度下，通过改进反应器结构，添加火山岩滤料，在反应初期采用较大回流比，在CANON工艺颗粒污泥基础上可以实现污泥截留，20d实现连续流的启动;缩短HRT由12h至8h，提升污泥负荷后，系统受到冲击，系统性能下降较大，经过5d左右系统的性能又逐渐恢复，系统稳定后系统的总氮负荷较HRT缩短之前有较大的提升;接种25％的生活污水后，该曝气密度下连续流CANON工艺仍然稳定运行，系统的总氮去除率经过4d的波动后，又逐步提升实现系统稳定运行。 经过上述研究发现，曝气密度可以作为调节间歇曝气的重要参数，根据系统性能变化，联合曝气强度、进水基质浓度等参数对CANON工艺进行调控，为CANON工艺启动及稳定运行提供适宜的环境，实现CANON工艺稳定运行。
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