稳定运行下的处理性能-亚硝化-厌氧氨氧化脱氮机理及应用

PN-ANAMMOX耦合系统的出水效果如表5-1所示。可以看到，在61 d的运行期内，出水COD浓度均低于15 mg·L-1，COD去除率维持在90%以上，出水NH+4-N浓度均低于1 mg·L-1，平均NH+4-N去除率超过98%，出水中NO-2-N和NO3--N的浓度分别为0～0.81、1.43～3.64 mg·L-1，TN去除率稳定在　90%以上（均值　92.78%），可见在模拟进水条件下PN-ANAMMOX耦合系统能保持较为高效的脱氮除碳效果。

表5-1　PN-ANAMMOX耦合系统出水效果

续表

图5-2表示PN反应器出水的NO-2-N/NH+4-N和经ANAMMOX反应器去除的NO-2-N/NH+4-N变化情况。由图可知，PN反应器出水的NO-2-N/NH+4-N值在1.21～1.33内，ANAMMOX反应器去除的NO-2-N/NH+4-N值在1.22～1.34内，两个反应器的NO-2-N/NH+4-N值变化趋势基本一致，表明ANAMMOX反应器能与PN反应器较好地衔接，PN-ANAMMOX耦合工艺的整体运行效果稳定。

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图5-2　PN和ANAMMOX的出水NO-2-N/NH+4-N变化

图5-3反映了稳定运行期间单级PN和ANAMMOX反应器对COD、NH+4-N和TN去除率的贡献。可以看到，PN反应器对COD的去除率为（85.79±1.766）%，相当于ANAMMOX过程的14.16倍，说明污水中COD的去除主要依靠PN反应器。PN系统采用淹水-落干交替运行的布水方式，同时滤料的多样性有利于污染物的截留或吸附，为COD的去除提供了良好的条件。在淹水期，有机物大部分被滤料截留或吸附，少部分被生物膜上的微生物吸收或降解；在落干期，空气中的氧气随着污水的下渗进入反应器内，给附着在滤料上的生物膜创造了良好的氧环境，生物膜上的异养好氧微生物通过异化作用将有机物转变为无机物、CO2、H2O等代谢产物，同时依靠同化作用进行自身细胞的增殖。待有机物被充分吸收和降解后，滤料生物膜上的空余吸附点位增多，微生物处于贫营养状态，此时再次进入淹水期，污水中的有机物通过溶解和扩散作用迅速被附着的生物膜吸附或吸收，进入下一个运行周期。因此，PN反应器对COD的去除效果较好，出水COD浓度仅为14.13～25.45 mg·L-1。由于ANAMMOX反应器内溶解氧含量很低，通过好氧作用去除COD较为困难，吸附或截留在滤料上的有机物主要被用作ANAMMOX反应器内反硝化微生物的碳源。

图5-3　PN和ANAMMOX对脱氮除碳的贡献

从NH+4-N去除率来看，PN和ANAMMOX反应器对NH+4-N的平均去除率分别为（60.23±1.381）%、（38.23±1.386）%，这表明PN反应器对污水中NH+4-N的去除起主要作用，ANAMMOX反应器则使NH+4-N的去除效率得到进一步提高。NH+4-N在PN反应器内的去除机制和COD相似，在淹水期NH+4-N被滤料上的生物膜吸附，然后在落干期被生物膜上的微生物转化。与传统CRI反应器不同，PN反应器通过调控饥饿时间、进水pH、湿干比等手段，将体系内的NOB大部分淘汰，硝化作用主要依靠AOB来完成，NH+4-N大部分被氧化成NO-2-N，因此稳定运行期间PN反应器的出水NO-2-N浓度为20.37～26.72 mg·L-1，而NO3--N浓度仅为0.86～1.87 mg·L-1，平均NO-2-N积累率达到94.6%，相应的出水NO-2-N/NH+4-N为1.21～1.33，符合后续ANAMMOX的理论进水需求。从TN去除率来看，ANAMMOX反应器对TN的去除率高达（84.56±3.477）%，而PN反应器对TN去除的贡献仅占（8.217±3.232）%，可见ANAMMOX反应器对PNANAMMOX耦合系统中TN的去除起到主导作用。PN反应器虽然去除了60%左右的NH+4-N，但是大部分NH+4-N只是转变成了NO-2-N，仅有少部分被转化成气态氮，因而污水经过PN反应器后TN的含量依然很高。PN出水进入ANAMMOX后，NO-2-N和NH+4-N被AAOB作为厌氧氨氧化的反应基质而去除，平均去除率分别达到98.3%、97.2%，同时生成少量NO3--N。