摘要
ANAMMOX作为一种环境友好型废水生物脱氮工艺，其凭借能源消耗少、不需要添加有机碳源、污泥产量低和脱氮效率高等特点成为当今污水处理的研究热点。然而有两大主要因素限制了ANAMMOX工艺的推广应用：一、NO2--N底物的来源，二、NO3--N副产物的处理。近年来单质硫型自养反硝化凭借脱氮速率快，污泥产量少，运行费用低和理化性质稳定等优点成为了研究的热点，但连续流运行方式下的NO2--N积累控制条件仍未清楚。单质硫自养反硝化耦合ANAMMOX研究中对于如何直接启动以及不同进水基质比例（NH4+-N/NO2--N）下的运行特性缺乏研究，进水基质的比例如何优化、以及如何合理地调控策略使系统长期稳定运行和TN高效去除。 本研究采用两个有效体积为3L的带有pH、转速、温度在线监测系统的连续流厌氧搅拌反应器，分别探究了单质硫的投加量与投加方式、pH、进水浓度与HRT以及温度因素对普通活性污泥单质硫自养反硝化过程中的NO2--N积累特性的影响；以及通过在ANAMMOX污泥体系中添加单质硫启动硫自养反硝化耦合ANAMMOX反应器，探究启动过程以及不同进水基质比例下氮素转化、NO2--N竞争特性和菌群脱氮活性的变化。主要研究成果如下： （1）pH和温度是普通活性污泥单质硫自养反硝化过程中NO2--N积累的重要环境影响因素。高pH有利于NO2--N的积累，最适pH范围为9左右；（33±2）℃高温比（21±3）℃低温条件下更有利于NO2--N的高效积累。单质硫的投加量与投加方式、进水氮负荷是普通活性污泥单质硫自养反硝化过程中NO2--N积累的重要调控影响因素。在连续流中采用少量多次投加单质硫的方式可以实现NO2--N的稳定积累；高氮负荷（0.133～0.172kg/(m3?d)）比低氮负荷（0.06～0.08kg/(m3?d)）条件下更有利于NO2--N的高效积累。 （2）在ANAMMOX污泥体系中通过投加单质硫可以直接、快速地启动单质硫自养反硝化耦合ANAMMOX反应器。运行7d后出现硫自养反硝化现象，运行30d后稳定期出水NO3--N维持在6mg?L-1左右（理论出水37mg?L-1）。启动阶段进水pH应控制在7.5～8，且随着反硝化脱氮能力的上升而提高。 （3）相比进水基质NO2--N充足（基质比为1:1.3或1:1.5）条件，在进水基质NO2--N不足（基质比为1:1或1:1.1）条件下，耦合反应器中更容易发生单质硫自养半反硝化耦合ANAMMOX，其中后者NO2--N的积累率达到70%～100%，相比前者，后者出水SO42--S大幅下降。在不同的进水基质比下，耦合系统均能实现深度脱氮，TNRE最低为94.68%，最高可达到97.78%。其中进水最适基质比为1:1.1，在温度为（33±2）℃，pH为8.10±0.03，NH4+-N和NO2--N浓度分别为241mg?L-1和265mg?L-1条件下，TNRE可达到97.78%，TNRR达到1.50kg·(m3?d)-1。启动后在各基质比例下，进水pH应该控制在8～8.5。 （4）控制系统内pH为8左右，耦合反应器可以顺利启动且能够实现长期深度脱氮的稳定运行。在整个运行过程中，ANAMMOX对底物NO2--N的竞争一直占据着绝对的优势，耦合系统中NO2--N优先与NH4+-N发生ANAMMOX反应。故随着硫自养反硝化脱氮能力的提升，ANAMMOX反应的脱氮活性不受影响，呈现缓慢增长的趋势，为耦合反应长期深度脱氮提供了基础。
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