摘要
短程硝化-厌氧氨氧化(partial nitrification-anammox，PNA)工艺从各个方面减少了工艺运行的成本，具有较高的脱氮速率且对环境友好，是代替现有工艺的良好选择。但是对于主流城市污水的应用，还存在着启动时间长、厌氧氨氧化菌富集困难、短程硝化不稳定、出水水质波动较大等困难。针对以上问题，接种短程硝化污泥和厌氧氨氧化污泥，通过添加空白载体的方式对比启动并运行优化生物膜与悬浮污泥两种PNA反应器，探究PNA工艺应用于城市污水的可行性并提出建议。主要的研究内容和结论如下: 1.空白载体有利于城市污水PNA工艺的快速启动。 在反应器内接种短程硝化絮体污泥和厌氧氨氧化颗粒污泥并添加空白载体，采用厌氧/好氧/缺氧交替的运行方式，77天内成功启动城市污水PNA工艺，厌氧氨氧化菌活性保持良好，丰度增长至9.1×109gene copies/gVSS，短程硝化性能稳定，厌氧氨氧化过程为主要氮去除途经。而在其他运行条件相同仅未添加载体的悬浮污泥反应器内，厌氧氨氧化菌流失，丰度降低至7.4×108gene copies/gVSS，亚硝酸盐氧化细菌(nitrite oxidizing bacteria，NOB)的活性和丰度升高，PNA工艺启动失败。 2.溶解氧(DO)浓度在一定范围内(1.5-2.5mg/L)的升高可强化生物膜PNA系统处理城市污水的脱氮性能。 城市污水生物膜PNA系统具有良好的稳定性，在DO浓度逐渐升高(1.5-2.5mg/L)的条件下脱氮性能增强，在进水总氮为43.6-52.2mg N/L的条件下，平均出水氮浓度为7.8mg N/L，平均氮去除率高达83.5％。DO浓度的提高可促进氨氧化细菌(ammonium oxidizing bacteria，AOB)的活性且生物膜可以实现AOB的富集。厌氧氨氧化菌的活性和丰度未受到DO的明显抑制，且NOB的活性未出现大幅度增长，系统内菌群结构相对稳定。载体表面形成的生物膜不但能够富集厌氧氨氧化菌和AOB，又有利于短程硝化的维持，有益于城市污水PNA工艺的稳定运行。 3.DO浓度控制联合排絮体污泥策略有利于悬浮污泥系统短程硝化的恢复和厌氧氨氧化菌的富集。 未启动成功的悬浮污泥反应器在DO浓度控制联合排絮体污泥策略下运行，氮去除率由45.6％升高至70.0％。DO控制促进AOB活性，排絮体污泥淘洗絮体污泥和颗粒崩解产物中的NOB和异养菌，NOB相关菌属Nitrospira的相对丰度未发生明显变化，而AOB相关菌属Nitrosomas的相对丰度升高51.7％，说明短程硝化有所恢复。同时混合污泥进一步颗粒化，与厌氧氨氧化菌相关的浮霉菌门的相对丰度由1.9％增加至到5.7％，厌氧氨氧化菌活性有所恢复。 4.短程硝化与厌氧氨氧化的协同耦合是城市污水PNA工艺稳定运行的关键。 短程硝化的稳定维持能够为厌氧氨氧化菌提供充足的NO2-，有利于厌氧氨氧化菌发挥活性，反之厌氧氨氧化菌的活跃能够辅助AOB与NOB竞争。DO浓度是关键因素，而生物膜既能富集和持留生长缓慢的自养菌，又能通过影响DO的扩散与分布为功能菌群提供各自适宜的生存环境，有利于PNA工艺稳定高效处理城市污水。悬浮污泥系统中DO浓度控制与排絮体污泥策略促进了短程硝化的恢复和厌氧氨氧化菌的富集，增强系统的脱氮性能。适宜的工艺形式和控制方法有利于短程硝化和厌氧氨氧化的协同耦合，强化城市污水PNA工艺的脱氮性能与稳定性。
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