厭氧氨氧化工藝過程強化的基礎研究

《厭氧氨氧化工藝過程強化的基礎研究》是依託中南大學，由唐崇儉擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：厭氧氨氧化工藝過程強化的基礎研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：唐崇儉
• 依託單位：中南大學

項目摘要

厭氧氨氧化是微生物與環境領域的重大發現，除對全球氮素循環貢獻巨大外，在高濃度含氮廢水處理中也備受關注。但現行厭氧氨氧化工藝存在啟動過程緩慢、運行容易失穩、套用範圍局限的問題，大大制約了該工藝的工程套用。本項目針對厭氧氨氧化工藝啟動過程、高效運行過程和有機物障礙過程的關鍵科學問題，率先提出飢餓啟動、鈣磷最佳化和菌種投加的過程強化技術原型。通過定量研究厭氧氨氧化工藝啟動過程的菌體自溶、反硝化和厭氧氨氧化作用，解析啟動過程機理；通過研究顆粒污泥的形成、演變與堆積，解析高效運行過程機理；通過定量研究有機物障礙過程的厭氧氨氧化、反硝化和硫酸鹽還原作用，解析有機物障礙過程機理。本研究旨在搞清厭氧氨氧化工藝過程及其機理，形成過程強化技術原型，為厭氧氨氧化工藝高效、穩定運行以及在含氮廢水中的推廣套用提供科學依據。

結題摘要

厭氧氨氧化可在缺氧條件下將氨氧化為氮氣，是環境科學和微生物學領域的重大發現，並對全球氮素循環起著重要作用。但由於厭氧氨氧化菌生長緩慢，厭氧氨氧化工藝存在啟動過程緩慢、運行容易失穩以及套用範圍局限等問題，大大制約了該工藝的工程套用。本項目針對厭氧氨氧化工藝啟動過程、高效運行過程和障礙過程的關鍵科學問題進行了研究，取得如下成果： （1）研究揭示了厭氧氨氧化工藝的啟動過程機理，提出了啟動過程的控制技術。試驗發現，在ANAMMOX反應器啟動過程中，依次呈現菌體自溶、活性遲滯、活性提高和活性穩定4個階段。在菌體自溶階段，可減少進水中氨氮添加量。在活性遲滯階段，宜維持低進水基質濃度，避免基質自抑制作用。在活性提高階段，宜穩步提高容積氮負荷，避免反應液pH過高和基質毒害。在活性穩定階段，宜將容積氮負荷控制在最大負荷的70%左右，以兼顧反應器運行的穩定性。 （2） 研究建立了厭氧氨氧化反應器的堆積模型，提出了高效反應器的控制策略。試驗發現，反應器內顆粒污泥的堆積方式為簡單立方堆積，在反應器內污泥濃度小於37.8 g VSS/L的條件下，操作上宜以提高污泥濃度的方式來增大ANAMMOX反應器的容積效能；而在反應器內污泥濃度大於37.8 g VSS/L的條件下，操作上宜以提升容積負荷的方式來增大ANAMMOX反應器的容積效能。 （3）研究揭示了無機鹽沉澱對反應器性能的影響。研究發現，在厭氧氨氧化反應器的運行過程中觀測到Fe-Zn的沉澱物，可提高污泥沉降性能；提高HCO3-濃度有利於生物硝化過程，生成的鈣鹽沉澱可有效附著於污泥上，進而提高污泥沉降性能，緩解污泥上浮，最終提高反應器的硝化性能。 （4）研究揭示了有機物對厭氧氨氧化工藝的影響，證明了菌種流加工藝的有效性。長期在高有機物濃度條件下運行，反應器內反硝化和硫酸鹽還原作用增強所致的基質競爭和功能菌生存空間競爭，可使反應器的厭氧氨氧化功能完全喪失。通過流加高效厭氧氨氧化菌種穩定目標反應器的厭氧氨氧化功能，可實現有機含氨廢水高效厭氧氨氧化脫氮。 （5）研究揭示了典型重金屬離子Mn（II）對厭氧氨氧化工藝的作用特性。批次試驗表明，Mn（II）對厭氧氨氧化污泥的半抑制濃度（IC50）為4.83 mg/L，但採用逐級馴化的策略，培育獲得了可耐受200 mg/L Mn2+的厭氧氨氧化污泥，反應器的運行性能依然保持穩定。