低氨氮污水亚硝化/厌氧氨氧化耦合工艺脱氮技术研究

Nitrogen removal by combined technology of shortcut nitrification and anaerobic ammonium oxidation is an efficient and cost-effective process. Although it has immense potential for future practical use, some shortcomings like high temperature, intricate influent characteristics and process control confine its development. Based on our past fruits on shortcut nitrification and anaerobic ammonium oxidation, this work intend to research the mechanism of nitrogen removal by combined technology of shortcut nitrification and anaerobic ammonium oxidation with both low temperature and ammonium conditions. What's more, molecular techniques are employed to study both the microbial structure and evolution further. Still, a controlling method according to the temperature, pH and DO during the combined process should be established, by which the goals of high nitrogen efficiency and low operational cost could be achieved. As a result, this work could provide theoretical and technological support for the combined technology of shortcut nitrification and anaerobic ammonium oxidation.

亚硝化（SHARON）与厌氧氨氧化（ANAMMOX）工艺耦合脱氮是一种最经济、高效的新型生物脱氮技术，具有良好的应用与发展前景。但耦合反应器存在着对反应温度、进水氨氮基质浓度要求较高，运行过程控制复杂等问题，制约了该工艺的实际推广应用。本项目立足于课题组前期短程硝化反硝化及厌氧氨氧化的研究成果，以常温、低氨氮污水为研究对象，拟通过亚硝化工艺代替SHARON工艺，研究亚硝化/厌氧氨氧化耦合反应器脱氮性能以及耦合机制；并利用分子生物技术对亚硝酸菌和厌氧氨氧化菌进行测序、定量分析和比较，揭示亚硝化/厌氧氨氧化的反应机理。以温度、pH、DO等作为控制参数，以亚硝化过程控制为主要目标，研究适合耦合反应器过程控制方法，建立一套面向亚硝化及厌氧氨氧化菌群的过程控制系统，提高处理系统的运行稳定性，提高出水水质并减少运行费用。本课题可为亚硝化/厌氧氨氧化工艺的实际应用及推广提供可靠的理论基础和技术支持。

亚硝化（SHARON）与厌氧氨氧化（ANAMMOX）工艺耦合脱氮是一种最经济、高效的新型生物脱氮技术，具有良好的应用与发展前景。.主要研究了在常温低氨氮浓度条件耦合反应器的启动、工艺特性及调控策略，涉及耦合反应器的开发、快速启动，耦合反应器的特性、过程控制以及亚硝化、厌氧氨氧化菌的分子生物学研究等方面内容。.主要研究成果如下：.（1）城市污水条件下ASBR厌氧氨氧化的启动研究。试验接种好氧硝化污泥，经过130d的培养，成功启动了厌氧氨氧化反应。启动期和稳定运行期NH4+-N、NO2--N去除量和NO3--N生成量的比值分别达到1:1.54:0.25和1:1.27:0.27；稳定运行期进出水pH差值由启动时的0.85下降到0.24。从接种时的黑褐色变为启动成功时的砖红色，电镜扫描污泥观察到典型的厌氧氨氧化菌。.（2）耦合反应器工艺特性研究。进出水pH差值（ΔpH）与进水流量Q的乘积（ΔpH×Q）同总氮去除负荷之间存在良好的线性关系，pH可以用作反应器运行状况的指示性参数。稳定阶段周期内的ORP与pH具有线性关系，R2为0.9862。周期内ORP还可以表述氨氮去除速率的变化趋势，根据ORP曲线的“转折点”得到了ANAMMOX反应脱氮延迟时间。.（3）耦合反应器过程控制研究。耦合过程的联合控制中DO控制是关键因素之一，需控制亚硝化的DO在0.5-1.0mg/L之间。维持耦合过程的有效衔接，亚硝化过程结束时亚硝化率是关键的控制因素。在进水氨氮基质浓度一定的情况下，可以通过控制pH及HRT控制亚硝化出水的亚硝化率。 .（4）分子生物学方面的研究。从稳定运行的厌氧氨氧化ASBR反应器污泥中提取细菌总DNA，经过厌氧氨氧化菌特异引物Pla46rc/Amx820对污泥样品进行PCR扩增，克隆，测序等分子生物学手段，得到两种厌氧氨氧化菌的部分16SrDNA序列。.通过研究低氨氮污水亚硝化/厌氧氨氧化耦合反应器的快速启动对实际工程的应用具有重要价值；通过研究耦合反应器工艺特性及调控策略可以为反应器的稳定运行提供技术支持；通过分子生物学的研究为耦合反应器的菌种培养提供了可靠的理论基础。