摘要
短程硝化-厌氧氨氧化一体化(Single-stage Panial Nitrification and Anammox，SPN/A)工艺技术具有无需有机碳源与节能降耗的优点，在城市污水处理方面受到越来越多的关注。近年来，SPN/A工艺已成功应用于处理高温、高氨氮和低碳氮比污水的处理，其在城市污水处理的应用仍在试验研究阶段，有诸多问题待解决。SPN/A工艺的两大难点主要由于城市污水基质浓度较低，造成难以有效抑制亚硝酸盐氧化菌(Nitrite oxidizing Bacteria，NOB)的活性和富集厌氧氨氧化菌(Anammox)，此外，城市污水水温波动较大，冬季水温较低，进一步影响NOB活性的抑制以及Amammox的富集。 针对城市污水SPN/A工艺基质浓度低以及温度波动大这两大难点，本课题以城市污水为研究对象，采用序批式反应器(SBR)，通过接种短程硝化污泥与厌氧氨氧化颗粒污泥构建SPN/A系统，采用间歇曝气的运行方式，探究不同氨氮负荷条件下城市污水SPN/A工艺的启动运行，分析氨氮负荷对城市污水SPN/A工艺的启动阶段的影响;探究长期运行过程中，城市污水SPN/A工艺在不同进水氨氮负荷的条件下，对系统脱氮效果及主要功能种群氨氧化菌(AmmoniumOxidizing Bacteria，AOB)、NOB与Anammox的影响;考察在低温条件下投加短程硝化污泥强化AOB活性对城市污水SPN/A工艺脱氮性能以及对主要功能种群的影响。 1、启动阶段，进水氨氮负荷居中的SPN/A反应器脱氮效果最好，氨氮负荷最低的反应器脱氮效果最差，NOB活性最高，难以有效抑制在不同进水氨氮负荷条件下，采用间歇曝气的运行方式平行启动SBR1、SBR2与SBR3，三个反应器对应的进水氨氮负荷分别约为156、120和96gN/(m3·d)，整个启动过程均在30℃条件下进行。启动初期三个反应器脱氮效果均较差，此阶段溶解氧(Dissolvedoxygen，DO)浓度约为0.65m∥L，氨氮去除率分别约为31.32％、35.24％与46.41％，而后将DO浓度逐渐提高至0.87m∥L，SBR1与SBR2的总氮去除率分别升高至47.65％与63.41％，SBR3的总氮去除率为34.63％。负荷居中的SBI也脱氮效果最好，负荷最高的SBR1脱氮效果居中，负荷最低的SBR3脱氮效果最差，对应其主要功能种群活性，发现SBR2中的AOB与An锄mox活性高于SBR1与SBR3，且NOB活性最低，说明SBR2中的Anammox较NOB更占优势;SBR3中的NOB活性最高，说明负荷较低对NOB活性抑制作用较差。 2、在长期运行中，进水氨氮负荷越高，SPN/A工艺脱氮性能越好，利于AOB、Anammox活性提高 在长期运行中，考察不同进水氨氮负荷对SPN/A工艺脱氮性能的影响。其中，氨氮负荷最高SBR1的氨氮去除率与总氮去除率最高，分别约为71％与60％，脱氮效果最好，对应AOB与Anammox活性也相对高于SBR2与SBR3，且有较好的增长趋势;低氨氮负荷的SBR3总氮去除率最低，白养脱氮效果较差，其中NOB活性高达7.25mgN/(h·gVss)，明显高于SBR1与SBR2中NOB的活性，且通过调低DO浓度，并未有效实现NOB抑制与淘洗，不利于稳定维持短程硝化过程。 3、低温条件下，投加短程硝化污泥下可增强城市污水SPN/A工艺抗低温能力，强化AOB活性，更增强系统中Anammox活性与丰度 采用间歇曝气的运行方式在30℃条件下平行启动SBR1与SB2，启动成功后将温度由300C梯度下降至15℃(30，27，24，21，18，15℃)，随后梯度回升至30℃(15，22，30℃)。在降温与升温过程中，向SBR2中定期投加短程硝化污泥，SBR1不进行投加。在梯度降温过程中，SBR1与SBR2出水氨氮浓度分别为36.38与33.10mg/L，总氮去除率分别降为30.72％与35.76％，两个反应器脱氮效果均变差，其中SBR2较SBR1抗低温能力更强;对应SBR1与SBR2中的种群活性，均出现种群活性随着温度降低而降低的现象，而SBR2的AOB丰度与活性均高于SBR1;当温度回升至30℃时，SBR1与SBR2总氮去除率分别升至52.43％与63.60％。对应温度回升阶段的种群活性，SBRl中的种群活性均有所提升，而SBR2中的NOB活性没有升高反而降低，推测SBR2中的AOB活性得到强化后，AOB在系统中处于优势地位，间歇曝气条件下，Anammox在与NOB竞争亚硝态氮基质时更占优势，从而Anammox活性丰度较高，并实现了对NOB的抑制与淘洗，此外，AOB与Anammox有良好的相关性，SBR2脱氮效果较SBR1更好。
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