低浓度氨氮废水单级自养脱氮EGSB反应器的快速启动

引用本文

顾书军, 方芳, 李凯, 刘勇, 郭劲松, 陈猷鹏, 蒋甫阳 . 低浓度氨氮废水单级自养脱氮EGSB反应器的快速启动[J]. 环境科学,2016, 37(8): 3120-3127. 复制到剪切板

GU Shu-jun, FANG Fang, LI Kai, LIU Yong, GUO Jin-song, CHEN You-peng, JIANG Fu-yang . Rapid Start-up of One-stage Autotrophic Nitrogen Removal Process in EGSB Reactor for Wastewater with Low Concentration of Ammonia[J]. Environmental Science,2016, 37(8): 3120-3127. 复制到剪切板

低浓度氨氮废水单级自养脱氮EGSB反应器的快速启动

顾书军¹ , 方芳¹ , 李凯¹ , 刘勇¹ , 郭劲松² , 陈猷鹏² , 蒋甫阳¹

1. 重庆大学城市建设与环境工程学院, 重庆 400045;
2. 中国科学院重庆绿色智能技术研究院, 重庆 401122

收稿日期: 2016-01-08; 修订日期: 2016-03-21

基金项目: 国家自然科学基金项目（51278509，51578527）

作者简介: 顾书军(1990~), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为废水处理理论与技术, E-mail:shujungu@126.com

通讯联系人, 方芳, E-mail:fangfangcq@cqu.edu.cn

摘要: 将单级自养脱氮生物膜污泥作为种泥接种于膨胀颗粒污泥床反应器中，并对该反应器进行启动.在温度为（30±2）℃，pH值为7.8~8.2，DO为0.2~1.1 mg·L^-1，上升流速为2.0~4.0m·h^-1的条件下，进行了低浓度氨氮（60~100 mg·L^-1）废水的单级自养脱氮工艺快速启动研究.结果表明，经过83 d的运行，反应器历经适应期、提高期和稳定期后，稳定运行阶段NH₄⁺-N、TN去除率分别达到99.4%和80.7%.通过控制回流比和提高进水氨氮负荷维持了稳定的低DO状态，有效抑制了硝化细菌的生长，而部分亚硝化反应和厌氧氨氧化反应为主导反应并能保持高效、稳定的脱氮效果，成功实现了在膨胀颗粒污泥床反应器中单级自养脱氮过程的启动.颗粒污泥平均粒径从174μm增大到296μm.扫描电镜显示颗粒污泥表面光滑，微生物以球菌、短杆菌为主. FISH结果显示亚硝化细菌分布在颗粒污泥表面，厌氧氨氧化菌分布在颗粒污泥内部.反应器中构建了稳定的自养脱氮颗粒污泥系统.

关键词: 单级自养脱氮工艺低浓度氨氮废水启动颗粒污泥膨胀颗粒污泥床反应器

Rapid Start-up of One-stage Autotrophic Nitrogen Removal Process in EGSB Reactor for Wastewater with Low Concentration of Ammonia

GU Shu-jun¹ , FANG Fang¹ , LI Kai¹ , LIU Yong¹ , GUO Jin-song² , CHEN You-peng² , JIANG Fu-yang¹

1. College of Urban Construction & Environmental Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China;
2. Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology, Chinese Academy of Sciences, Chongqing 401122, China

Abstract: Biofilm coming from a reactor in which One-stage Autotrophic Nitrogen Removal Process exists was selected as inoculum in an expanded granular sludge bed reactor. A potential fast start-up procedure was tested in this research. Wastewater with low ammonium concentration between 60-100 mg·L^-1 was applied. The results showed that a One-stage Autotrophic Nitrogen Removal Process was successfully established in 83 days under the following conditions: temperature at (30±2)℃, pH at 7.8-8.2, dissolved oxygen (DO) at 0.2-1.1mg·L^-1 and upflow velocity at 2.0-4.0m·h^-1. After the 83-day operation, the removal efficiencies of NH₄⁺-N and TN were 99.4% and 80.7%, respectively. By controlling the reflux ratio and increasing the NH₄⁺-N load, the reactor could maintain a stable state of low DO concentration. Nitrification and anaerobic ammonium oxidation became main reactions that maintained efficient and stable nitrogen removal performance. In addition, nitrite-oxidizing bacteria (NOB) were inhibited. In the start-up process, the average particle diameter of granular sludge increased from 174 to 296μm. Moreover, scanning electron microscopy showed that the surface of granular sludge was smooth, and most microorganisms were bevibacteria and cocci. Finally, a fluorescence in situ hybridization experiment showed that ammonium oxidation bacteria and anaerobic ammonium oxidation bacteria were distributed on the surface and in the inner space of granular sludge, respectively. The research indicated that a stable autotrophic nitrogen removal granular sludge system was quickly established in the sludge bed.

Key words: one-stage autotrophic nitrogen removal process low concentration of ammonia wastewater start-up granular sludge expanded granular sludge bed reactor

近年来，污水处理概念厂的理念在污水处理领域获得了广泛关注，其核心之一是使城市污水处理厂成为新型能源工厂，实现能源自给，达到碳中和的运行目标^[1].传统生物脱氮技术需要投加大量碳源实现污染物的去除，而厌氧氨氧化反应的发现为城市低浓度氨氮污水实现自养脱氮提供了新的思路^{[2, 3]}.目前，国外已有城市污水厂在旁流中成功应用了自养脱氮技术^[4]，而在国内的研究报道尚少.

单级自养脱氮工艺是好氧氨氧化菌(ammonia oxidizing bacteria，AOB)与厌氧氨氧化菌(anaerobic-ammonium oxidizing bacteria，AnAOB)共存一个系统内，通过部分亚硝化反应与厌氧氨氧化反应，完成NH₄⁺-N至N₂的自养转化过程^[5].单级自养脱氮工艺不需要外加碳源，可节省57.5%的曝气量，污泥产量少，具有节能、运行费用低等优点^[6].目前，该工艺主要应用于高浓度氨氮废水的处理^{[7, 8]}，而对于氨氮浓度低于100mg·L^-1的废水，面临着低DO需求而难以精准控制，AnAOB世代周期长使得富集更加困难，亚硝酸盐氧化菌(nitrite oxidation bacteria，NOB)作为AOB最常见的伴生菌种而难以有效淘汰等难题^{[9, 10]}.

目前，单级自养脱氮工艺多数采用生物膜法和活性污泥法^{[11, 12]}，而颗粒污泥具有沉降性好，单位容积可容纳更多的生物量等优点，是未来污水处理发展的主要方向之一^[13].若能以颗粒污泥的形式富集自养菌，实现低氨氮浓度下AOB和AnAOB有效持留，将会促进该工艺的进一步发展.当前，已有少数学者对单级自养脱氮颗粒污泥的培养进行了探索，如Wang等^[14]控制进水氨氮浓度为(431.7±25.5)mg·L^-1，经过165 d的连续运行后，颗粒污泥的平均粒径为630μm. Vázquez-PadÍn等^[15]在进水氨氮浓度为100~350 mg·L^-1的条件下，经过长达340 d的运行后，成功培养出平均粒径为1 600μm的颗粒污泥.这些研究均集中在较高的进水氨氮浓度下培养颗粒污泥，且颗粒污泥的培养时间也很长，而以低浓度氨氮废水培养颗粒污泥的研究还鲜见报道.

因此，本实验在低浓度氨氮废水条件下，进行了单级自养脱氮膨胀颗粒污泥床(expanded granular sludge bed，EGSB)反应器的启动研究，并在启动的过程中培养颗粒污泥，以期为单级自养脱氮工艺应用于低氨氮废水的处理提供参考.

1 材料与方法 1.1 实验装置

EGSB实验装置如图 1所示. EGSB反应器由有机玻璃制成，三相分离器顶部不加盖，与空气连通.反应器高130 cm，内径为5 cm，总容积5.0 L.其中，反应区高100 cm，有效容积2.0 L.反应器外部设置水浴区，维持反应器内水温为(30±2)℃.为避免启动初期污泥流失过多，将砂芯曝气头设于反应区上部曝气，并通过转子流量计调节曝气量.三相分离器顶部上清液经回流泵回流至反应器底部.

图 1 EGSB反应器实验装置示意 Fig. 1 Schematic diagram of test equipment of EGSB reactor

1.2 实验用水与接种污泥

实验用水为人工配制的低浓度氨氮废水.在自来水中加入适量的NH₄HCO₃，使氨氮浓度控制在60~100mg·L^-1，加入适量的KH₂PO₄和NaHCO₃，调节pH值至7.8~8.2.配制微量元素贮备液^[16]，微量元素贮备液按1 mL·L^-1溶液加入反应器.人工配水水质见表 1.

表 1 人工配水水质 Table 1 Composition of the synthetic wastewater

接种污泥为稳定运行的单级自养脱氮生物膜反应器絮状污泥，MLSS为4 500 mg·L^-1，接种量为1 L.

1.3 启动方案

EGSB反应器采用连续进出水的方式运行，进水流量为5.0L·d^-1，回流量为100~200 L·d^-1，HRT为24 h，水温为(30±2)℃，反应器水流上升流速为2.0~4.0m·h^-1.反应器连续运行了83 d，根据TN去除情况将启动过程分为适应期、提升期和稳定期这3个阶段，各阶段实验方案见表 2.

表 2 EGSB反应器启动阶段实验方案 Table 2 Test scheme for start-up of EGSB reactor

1.4 分析方法

NH₄⁺-N、NO₂^--N、NO₃^--N和MLSS等均采用国家环境保护总局发布的标准方法^[17]，TN为NH₄⁺-N、NO₂^--N和NO₃^--N浓度之和. COD采取重铬酸钾-硫酸银氧化法，DO采用YSI Professional ODO^TM便携式溶氧仪测定，pH采用YSI pH100便携式pH计测定.污泥平均粒径通过Microtrac S3500激光粒度仪测定.扫描电镜通过日立S-3400N型扫描电镜仪测定.荧光原位杂交(FISH)：污泥样品经戊二醛固定、OCT包埋剂包埋、切片以及乙醇梯度脱水等步骤后，再进行原位杂交，在温度为46℃的条件下杂交2 h，样品洗涤晾干后在奥林巴斯FV1200激光共聚焦显微镜(CLSM)上扫描成像观察.杂交探针采用CY3(红色)标记的AMX820探针和FITC(绿色)标记的NSO1225探针，其序列如表 3所示.

表 3 FISH探针序列 Table 3 Probes of FISH

1.5 氨氮的转化途径计算

在单级自养脱氮工艺中，进水NH₄⁺-N的理论转化途径主要为部分亚硝化及厌氧氨氧化反应，反应方程式如式(1)和式(2)所示.

(1)

(2)

实际上，进水NH₄⁺-N经部分亚硝化反应转化为NO₂^--N后，生成的NO₂^--N不仅会参加厌氧氨氧化反应，还可能会被NOB利用，通过硝化反应将NO₂^--N转化为NO₃^--N，反应方程式如式(3)所示.

(3)

若忽略反应器中的反硝化及同化作用，则根据氮元素守恒，可得进出水的总氮损失ΔN，计算如式(4)所示.

(4)

式中，NH₄⁺-N_inf为进水氨氮浓度(mg·L^-1)，NH₄⁺-N_eff、NO₂^--N_eff、NO₃^--N_eff分别为出水NH₄⁺-N、NO₂^--N和NO₃^--N浓度(mg·L^-1).

为考察AnAOB对进水NH₄⁺-N的转化比例，以P_AnAOB表示经厌氧氨氧化反应转化的NH₄⁺-N与进水NH₄⁺-N的比值，根据式(2)和式(4)可得：

(5)

为考察AOB对进水NH₄⁺-N转化为NO₂^--N的比例，以P_AOB表示经过部分亚硝化反应转化的NH₄⁺-N与进水NH₄⁺-N的比值，根据式(1) 、式(2) 和式(4)可得：

(6)

为考察进水NH₄⁺-N经全程硝化反应转化为NO₃^--N的比例，以P_NOB表示经过全程硝化反应生成的NO₃^--N与进水NH₄⁺-N的比值，根据式(1) ~(4)可得：

(7)

2 结果与讨论 2.1 EGSB反应器的启动

反应器出水NH₄⁺-N、NO₂^--N、NO₃^--N浓度及NH₄⁺-N、TN去除率变化如图 2所示，P_AOB、P_AnAOB和P_NOB的变化如图 3所示.

图 2 EGSB反应器启动过程含氮物质浓度及NH₄⁺-N、TN去除率变化 Fig. 2 Variations of nitrogen-bearing matter and NH₄⁺-N, TN removal efficiencies during the start-up stage in EGSB reactor

图 3 EGSB反应器启动过程中P_AOB、P_AnAOB和P_NOB的变化 Fig. 3 Variations of P_AOB, P_AnAOB and P_NOB during the start-up stage in EGSB reactor

2.1.1 适应期

第1~19 d为适应期.进水NH₄⁺-N为60.0mg·L^-1左右，污泥区DO为(1.0±0.1)mg·L^-1，上升流速为2.0~3.0m·h^-1.第1~10 d，出水NH₄⁺-N从40.0mg·L^-1逐渐下降至0.3mg·L^-1，NO₂^--N维持在6.0mg·L^-1以下，NO₃^--N从16.5mg·L^-1逐渐上升至47.8mg·L^-1. NH₄⁺-N、TN去除率呈上升趋势，分别从34.6%、3.7%上升至99.6%、18.9%.这表明反应器启动后，AOB和AnAOB逐渐适应了新的生长环境，P_AOB和P_AnAOB也从32.8%和1.8%逐渐上升至87.0%和9.3%，提高了进水NH₄⁺-N的转化比例.在此期间，P_NOB逐渐从26.5%上升至77.5%，表明经部分亚硝化反应生成的NO₂^--N，大部分再经硝化反应转化为NO₃^--N.

第11~19 d，出水NH₄⁺-N、NO₂^--N和NO₃^--N趋于稳定，平均浓度分别为0.4、0.4和44.7mg·L^-1，NH₄⁺-N、TN平均去除率分别为99.0%、25.0%.显然，反应器的进水NH₄⁺-N已被大部分转化，而TN去除率较低.这可能是由于反应器DO较高，为(1.0±0.1)mg·L^-1，厌氧氨氧化反应所需的NH₄⁺-N、NO₂^--N不足，使得TN去除率较低.秦宇等^[18]研究发现，在单级自养脱氮工艺中，高DO有利于AOB、NOB的生存，同时也将对AnAOB产生抑制.当EGSB反应器保持较高的污泥区DO时，P_AOB和P_AnAOB的平均比例分别为87.2%和12.1%，表明AOB将进水中大部分的NH₄⁺-N转化为NO₂^--N，造成AnAOB所需NH₄⁺-N不足.与此同时，厌氧氨氧化反应及硝化反应均需要共同的基质NO₂^--N，污泥区较高的DO有利于硝化反应的进行.此期间P_NOB平均比例为72.5%，表明大部分NO₂^--N转化为NO₃^--N，造成参与厌氧氨氧化反应的NO₂^--N不足.由此推测在适应期，EGSB反应器污泥区DO偏高，造成厌氧氨氧化反应所需的NH₄⁺-N、NO₂^--N不足，AnAOB活性较低，反应器的脱氮效果较差.因此为提高TN去除率，需降低污泥区的DO.

2.1.2 提高期

第20~53 d为提高期. EGSB反应器启动第20d，反应器停止曝气，回流泵将反应器顶部上清液回流至底部污泥区，回流比提高为40 :1，污泥区DO降低至(0.5±0.1)mg·L^-1.出水NH₄⁺-N略有升高，平均浓度为3.5mg·L^-1，出水NO₂^--N保持稳定，平均浓度为0.5mg·L^-1，出水NO₃^--N从45.2mg·L^-1逐渐下降至27.6mg·L^-1. NH₄⁺-N去除率略有下降，但仍然稳定在90.0%左右，TN去除率逐渐上升，从13.6%上升至49.5%.这是由于降低反应器污泥区DO后，污泥内部为AnAOB的富集和生长提供了厌氧的微环境，而AOB和NOB对NH₄⁺-N、NO₂^--N转化率的降低，则为厌氧氨氧化反应提供了基质，AnAOB可以利用较多的NH₄⁺-N、NO₂^--N进行厌氧氨氧化反应，使得TN去除率逐渐升高.第20~43d，P_AOB、P_NOB分别从85.6%、76.0%下降至73.3%、41.2%，且P_AOB与P_AnAOB的比值从12.88降低到3.02，接近式(2) 中ΔNO₂^--N/ΔNH₄⁺-N=1.32的化学计量关系，表明降低DO后，提高了AOB和AnAOB的协同脱氮效果，但由于TN去除率仅为49.5%，需要进一步降低DO，淘汰NOB，提高TN去除率.

EGSB反应器启动第44 d，将进水NH₄⁺-N浓度从60 mg·L^-1提高为100 mg·L^-1，进水氨氮负荷从60 mg·(L·d)^-1提高为100 mg·(L·d)^-1，反应器供氧由回流液提供，污泥区DO降低至(0.3±0.1)mg·L^-1.出水NH₄⁺-N、NO₂^--N和NO₃^--N均呈逐渐下降的趋势. NH₄⁺-N、TN去除率逐渐上升并在第53d时分别达到99.9%、82.8%.提高进水氨氮负荷后，部分亚硝化反应消耗的DO增多，而污泥区DO进一步降低，从而更强烈地抑制了NOB，在此期间，P_NOB从15.8%逐渐下降至5.9%，P_AnAOB从24.1%逐渐上升至40.6%.另一方面，提高进水氨氮负荷后，进水NH₄⁺-N转化为NO₂^--N的比例稳定在合适的范围内，平均比例为61.4%，P_AnAOB逐渐上升，AnAOB可以利用更多的NH₄⁺-N参与厌氧氨氧化反应.在提高进水氨氮负荷后，至第53 d时，P_AOB与P_AnAOB的比值为1.46，与第20~43 d相比，更加接近公式(2) 中ΔNO₂^--N/ΔNH₄⁺-N=1.32的化学计量关系，表明AOB、AnAOB发挥了良好的协同脱氮作用.

2.1.3 稳定期

第54~83 d为稳定期.出水NH₄⁺-N、NO₂^--N和NO₃^--N保持稳定，平均浓度分别为0.7、1.4和17.4 mg·L^-1，NH₄⁺-N、TN去除率平均为99.4%、80.7%，非常接近张小玲等^[19]在进水NH₄⁺-N为60~100 mg·L^-1的条件下成功启动单级自养脱氮工艺的NH₄⁺-N去除率98.7%和TN去除率80.9%，也与Liang等^[20]控制进水NH₄⁺-N为400mg·L^-1成功启动反应器的NH₄⁺-N去除率95.0%和TN去除率83.1%类似，但高于Daverey等^[21]在进水NH₄⁺-N为183~200mg·L^-1的条件下成功启动单级自养脱氮工艺的NH₄⁺-N去除率60%~95%和TN去除率40%~60%.在此期间，EGSB反应器通过停止曝气，提高进水氨氮负荷的方式进一步消耗了DO，反应器的供氧主要由回流液提供，污泥区可保持稳定的低DO环境，部分亚硝化与厌氧氨氧化反应保持了高效的协同脱氮作用，TN去除率稳定在较高的水平.对反应器中进水氨氮的转化途径进行分析可以得到，P_NOB、P_AOB和P_AnAOB的平均比例分别为7.0%、59.8%和39.6%，P_AOB与P_AnAOB的比值稳定在1.32左右，仅有7%左右的进水NH₄⁺-N由全程硝化反应转化为NO₃^--N，表明EGSB反应器中部分亚硝化反应及厌氧氨氧化反应占据主导并能保持高效、稳定的脱氮效果，成功快速启动了单级自养脱氮工艺.

2.2 颗粒污泥的培养 2.2.1 污泥形态变化

EGSB反应器污泥形态变化如图 4所示.第0 d时，污泥为絮状污泥，结构疏松、形状不规则、污泥之间无明显分界.第53 d时，絮状污泥初步聚集，出现小颗粒污泥，结构较紧密，形状呈现为规则的椭圆、圆形，边界较明显.由图 4(c)以及将其局部放大10倍后的图 4(d)可知，与第53 d相比，第70 d的颗粒污泥粒径进一步增大，结构更加致密，形状规则，呈圆形或椭圆形，边界明显，颗粒污泥外部为黄色，内部呈红色.

(a)第0 d(接种污泥); (b)第53 d; (c)第70 d; (d)第70 d(放大10倍) 图 4 EGSB反应器污泥形态变化 Fig. 4 Evolution of morphological observation of sludge in EGSB reactor

2.2.2 颗粒污泥的平均粒径

EGSB反应器启动过程中对第0 d(接种污泥)、第53 d和第70 d的污泥粒径进行了3次测量，其结果如图 5所示.

图 5 EGSB反应器污泥平均粒径分布 Fig. 5 Average particle diameter distribution of sludge in EGSB reactor

由图 5可知，接种絮状污泥的平均粒径为174μm，这与普通的活性污泥絮体^[22]的平均粒径相近，经过EGSB反应器的连续培养至第53 d和第70 d时，污泥的平均粒径分别为260μm和296μm，污泥粒径不断增大，逐渐向颗粒污泥转化.

EGSB反应器具有较高的上升流速、较大的高径比等特点，可为自养颗粒污泥的形成提供合适的微生物选择压及水力剪切作用，有助于微生物分泌胞外聚合物，污泥絮体凝聚，促进颗粒污泥形成.已有研究认为，好氧颗粒污泥的最小平均粒径需超过200μm^{[23, 24]}.本实验在低浓度氨氮废水的条件下，在启动第70 d时，培养平均粒径为296μm的自养颗粒污泥.蔡庆等^[25]控制进水氨氮浓度为190 mg·L^-1下培养单级自养脱氮颗粒污泥，经过165 d后，颗粒污泥的平均粒径为630μm. Váazquez-PadÍn等^[15]经过340 d的连续运行，成功培养出平均粒径为1 600μm的单级自养脱氮颗粒污泥.相比较而言，本实验培养的颗粒污泥平均粒径相对较小，可能存在以下两方面的原因：一方面是由于AnAOB世代周期长，而反应器启动周期短，AnAOB的培养时间不足; 另一方面，较低的进水氨氮浓度也会造成AOB、AnAOB生长所需的基质不足.因此，后期可以通过逐步提高进水氨氮负荷的方式增大颗粒污泥的粒径.

2.2.3 颗粒污泥的扫描电镜分析

第70 d时EGSB反应器颗粒污泥电镜扫描如图 6所示.颗粒污泥整体结构密实，呈球形或椭球形，表面光滑.颗粒污泥的表面的孔道可为营养物质和气体提供通道.由图 6(c)、6(d)可以观察到，颗粒污泥表面分布有大量的球菌以及少量的短杆菌，球菌之间相互聚集、成簇聚生.

图 6 EGSB反应器第70 d时颗粒污泥电镜扫描 Fig. 6 SEM images of granule sludge in EGSB reactor on the 70th day

污水处理中亚硝化菌主要为亚硝化球菌属和亚硝化单胞菌属，其形态分别为球状和短杆状，厌氧氨氧化菌形态为球形和椭球形^[26].在单级自养脱氮工艺颗粒污泥中，AOB多在颗粒污泥表面，而AnAOB则分布在颗粒污泥的内部^[27].因此，扫描电镜显示的颗粒污泥表面的部分球菌可能为亚硝化球菌属，部分短杆菌可能为亚硝化单胞菌属.另外，颗粒污泥表面的球菌呈成簇聚生的结构，这可能是由于EGSB反应器接种污泥后，为适应较高的上升流速，污泥可能会分泌大量的胞外聚合物来维持自身的稳态结构，球菌之间相互黏附，形成成簇聚生的结构.

2.2.4 颗粒污泥的空间分布

运用荧光原位杂交技术对颗粒污泥功能微生物的空间分布进行研究，

结果如图 7所示. 图 7(a)为明场下约四分之一颗粒污泥的激光共聚焦显微镜图像.由图 7(b)~7(d)可知，颗粒污泥存在着AOB和AnAOB两种功能微生物. AOB为好氧菌，主要分布在颗粒污泥的外侧，AnAOB为厌氧菌，分布在颗粒污泥的内部，这与其他学者的研究是一致的^[28].处于外侧的AOB可以利用DO和NH₄⁺-N进行部分亚硝化反应，由于氧传质限制，颗粒污泥内部为厌氧状态，AnAOB可以利用AOB生成的NO₂^--N和NH₄⁺-N进行厌氧氨氧化反应，实现TN的去除.

(a)明场; (b)CLSM成像图(红色，CY3)(c)CLSM成像图(绿色，FITC); (d)CLSM合成成像图图 7 单级自养脱氮颗粒污泥FISH结果(放大倍数10×10) Fig. 7 FISH images of one-stage autotrophic nitrogen removal granular sludge(magnification 10×10)

3 结论

(1) 以单级自养脱氮生物膜絮状污泥为接种污泥，进行了低浓度氨氮(60~100 mg·L^-1)废水的启动研究，经过83 d的连续运行后，成功启动了EGSB单级自养脱氮反应器.在稳定期内，通过控制温度为(30±2)℃，pH为7.8~8.2，上升流速为4 m·h^-1，污泥区DO为0.2~0.4 mg·L^-1，NH₄⁺-N去除率达到99.4%，TN去除率达到80.7%，反应器内部分亚硝化及厌氧氨氧化反应占据主导并保持高效、稳定的脱氮效果.

(2) 在低浓度氨氮废水启动单级自养脱氮工艺中，EGSB反应器通过控制回流比和进水氨氮负荷实现了污泥区较为稳定的低DO状态，在启动稳定期内，仅有7%左右的进水NH₄⁺-N由全程硝化反应转化为NO₃^--N，有效抑制了NOB的生长.

(3) EGSB反应器在83 d的启动期内，成功培养平均粒径为296μm的颗粒污泥.颗粒污泥整体边界明显，结构密实，形状为椭球形，表面光滑、致密，颜色为黄红色.颗粒污泥表面以球菌、短杆菌为主，并形成了外部好氧层为AOB，内部厌氧层为AnAOB的空间结构.

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环境科学 2016, Vol. 37 Issue (8): 3120-3127	PDF