厭氧氨氧化技術(shù)因其無(wú)需外加有機(jī)碳源、污泥產(chǎn)量低和無(wú)需曝氣，能大大減少污水處理的運(yùn)行成本而受到廣泛關(guān)注. ANAMMOX雖然是一種高效、節(jié)能的生物脫氮技術(shù)，卻因?yàn)槭亲钥绅B(yǎng)型生物而易受有機(jī)物影響.因此，ANAMMOX工藝多用來(lái)處理低碳氮比廢水.在有機(jī)物濃度較高時(shí)，ANAMMOX難以與快速增長(zhǎng)的異養(yǎng)菌競(jìng)爭(zhēng)，從而導(dǎo)致反應(yīng)器脫氮效能下降.目前，關(guān)于厭氧氨氧化反應(yīng)研究大多停留在實(shí)驗(yàn)室條件下的小試實(shí)驗(yàn)階段，并且多通過(guò)人工配水來(lái)完成.但實(shí)際上，工業(yè)廢水或生活污水中幾乎都含有不同濃度和種類(lèi)的有機(jī)物.

目前，國(guó)內(nèi)外就有機(jī)碳源對(duì)厭氧氨氧化代謝的影響做了大量的研究，主要存在兩種觀點(diǎn)：一種認(rèn)為低濃度有機(jī)物存在時(shí)可促進(jìn)厭氧氨氧化菌的活性，但有機(jī)物濃度高時(shí)，厭氧氨氧化菌活性大大降低;另外一種觀點(diǎn)認(rèn)為，有機(jī)物存在下，厭氧氨氧化菌與反硝化菌競(jìng)爭(zhēng)并優(yōu)先利用有機(jī)碳源，代謝途徑表現(xiàn)多樣化. Yang等研究發(fā)現(xiàn)隨著COD負(fù)荷提高，當(dāng)進(jìn)水氨氮(NH4+-N)和亞硝酸鹽(NO2--N)濃度分別為189 mg˙L-1和85 mg˙L-1時(shí)，ANAMMOX反應(yīng)在COD濃度高于237 mg˙L-1時(shí)完全停止. Sabumon等亦發(fā)現(xiàn)在COD存在情況下，反硝化反應(yīng)更強(qiáng)于ANAMMOX，從而抑制ANAMMOX的活性. COD的添加會(huì)抑制ANAMMOX活性，當(dāng)進(jìn)水NH4+-N和NO2--N濃度均為70 mg˙L-1時(shí)，2 050.75 mg˙L-1和4 101.5 mg˙L-1的乙酸鹽會(huì)引起ANAMMOX活性分別抑制了22%和77%.相反地，有研究在添加乙酸鹽、丙酸鹽和葡萄糖(濃度均為1 mmol˙L-1)的批試實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)ANAMMOX活性的增加，而在連續(xù)流實(shí)驗(yàn)中，ANAMMOX活性卻降低. Chamchoi等通過(guò)碳氮比對(duì)ANAMMOX的影響研究發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)水NH4+-N和NO2--N濃度分別為40 mg˙L-1和50 mg˙L-1時(shí)，隨著碳氮比從0.9升高到2.0，ANAMMOX活性逐漸降低.在實(shí)際工程應(yīng)用中，為使厭氧氨氧化菌的生長(zhǎng)不受異養(yǎng)菌的影響，往往在其進(jìn)水前設(shè)置好氧消化工序?qū)U水中的有機(jī)物去除，然而，實(shí)際中污水成分復(fù)雜使工藝運(yùn)行不穩(wěn)定導(dǎo)致有機(jī)物去除效果差，使得厭氧氨氧化系統(tǒng)容易受到有機(jī)物的影響.因此，有必要系統(tǒng)地考察有機(jī)物對(duì)厭氧氨氧化系統(tǒng)脫氮過(guò)程的影響.

本研究采用ASBR反應(yīng)器，選取葡萄糖、蔗糖、乙酸鈉、檸檬酸三鈉這4種常見(jiàn)有機(jī)物，從NH4+-N、NO2--N、硝酸鹽氮(NO3--N)和總氮(TN)等的去除探討了不同濃度和種類(lèi)的有機(jī)碳源短期變化對(duì)厭氧氨氧化菌的活性的影響和系統(tǒng)脫氮情況，以期為厭氧氨氧化工藝的實(shí)際應(yīng)用提供理論和技術(shù)支持.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置與方法

本實(shí)驗(yàn)使用的裝置為有效容積為1.0 L的玻璃瓶，外置黑布，瓶口橡膠塞上開(kāi)兩孔，分別用于攪拌和取樣(圖 1).為保證系統(tǒng)的密封性，取樣采用注射器進(jìn)行抽取.反應(yīng)器配置攪拌裝置維持轉(zhuǎn)速為80 r˙min-1.反應(yīng)裝置放在恒溫水浴鍋中，溫度設(shè)為35℃.本實(shí)驗(yàn)的水力停留時(shí)間為8 h，每隔0.5 h取一次樣進(jìn)行水質(zhì)分析，進(jìn)水pH控制在7.5左右.

1.2 接種污泥與實(shí)驗(yàn)用水

實(shí)驗(yàn)用泥為穩(wěn)定運(yùn)行300余天的厭氧氨氧化活性污泥，污泥外觀呈紅色，大部分呈細(xì)小顆粒狀(d < 0.2 mm).污泥沉降性能良好，其對(duì)亞硝酸鹽氮和氨氮的去除率都達(dá)到99%以上.實(shí)驗(yàn)過(guò)程污泥濃度(MLVSS)保持在750 mg˙L-1左右.實(shí)驗(yàn)用水采用人工配水，模擬廢水水質(zhì)：NaHCO3 1.5 g˙L-1，KH2PO4 0.02 g˙L-1，MgSO4˙7H2O 0.3 g˙L-1，CaCl2˙2H2O 0.056 g˙L-1，微量元素Ⅰ、Ⅱ各1 mL˙L-1. NH4Cl、NaNO2、有機(jī)物按需投加.其中微量元素Ⅰ：EDTA 5 g˙L-1，F(xiàn)eSO45 g˙L-1;微量元素Ⅱ：EDTA 5 g˙L-1，ZnSO4˙4H2O 430 mg˙L-1，MnCl2˙4H2O 990 mg˙L-1，H3BO4 14 mg˙L-1，CuSO4˙5H2O 250 mg˙L-1，Na2Mo4˙2H2O 220 mg˙L-1，Na2SeO4˙10H2O 210 mg˙L-1，NiCl2˙6H2O 190 mg˙L-1.

實(shí)驗(yàn)進(jìn)水NH4+-N和NO2--N濃度分別為80 mg˙L-1和120 mg˙L-1.考察4種有機(jī)物葡萄糖、蔗糖、乙酸鈉、檸檬酸三鈉在COD濃度梯度0、20、40、80、120、200 mg˙L-1時(shí)對(duì)厭氧氨氧化反應(yīng)的影響.

1.3 最大比厭氧氨氧化速率的確定

由于實(shí)驗(yàn)過(guò)程沒(méi)有氧氣，因此以氨氮降解速率評(píng)價(jià)厭氧氨氧化活性.反應(yīng)開(kāi)始后定時(shí)取樣，根據(jù)氨氮濃度變化曲線(xiàn)確定其降解速率最快區(qū)間，得出最大斜率，再與系統(tǒng)中的污泥濃度X之比即得氨氮的最大比反應(yīng)速率Vmax[mg˙(g˙h)-1].

1.4 測(cè)定項(xiàng)目和方法

氨氮采用納氏試劑分光光度法;亞硝酸鹽采用N-1-萘基-乙二胺光度法;硝酸鹽采用紫外分光光度法[16];VSS采用重量法測(cè)定;pH值的測(cè)定采用玻璃電極法.總氮采用式(1)進(jìn)行計(jì)算：

容積基質(zhì)氮去除率[volume substrate nitrogen removal rate，NRR，kg˙(m3˙d)-1]采用式(2)進(jìn)行計(jì)算：

2 結(jié)果與討論

2.1 不同有機(jī)物對(duì)厭氧氨氧化脫氮的影響

圖 2為不同有機(jī)物濃度在0~200 mg˙L-1范圍內(nèi)，系統(tǒng)NH4+-N、NO2--N、NO3--N和TN的變化曲線(xiàn).當(dāng)葡萄糖濃度達(dá)到120 mg˙L-1時(shí)出水NH4+-N和NO2--N分別為48.42 mg˙L-1和62.56 mg˙L-1，去除率不足50%，同時(shí)造成總氮的去除率下降41%左右，并沒(méi)有出現(xiàn)ANAMMOX菌與異養(yǎng)反硝化菌的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系.這可能是由于反應(yīng)器中反硝化菌的本底含量較少.而對(duì)于其他3種有機(jī)物，濃度為120 mg˙L-1條件下，NH4+-N和NO2--N仍有很高的去除率(86%和94%).但是，由于異養(yǎng)反硝化菌的存在，NO3--N的累積量明顯減少，導(dǎo)致TN去除率的提高.當(dāng)有機(jī)物濃度提高到200 mg˙L-1時(shí)，結(jié)果顯示，投加乙酸鈉時(shí)，系統(tǒng)NH4+-N的去除率從約100%降到58%，有機(jī)物的存在抑制了ANAMMOX菌的活性導(dǎo)致NH4+-N的去除率下降.而NO2--N和NO3--N的去除并未受到影響.

圖 2 不同有機(jī)物厭氧氨氧化系統(tǒng)NH4+-N、NO2--N、NO3--N和TN的變化曲線(xiàn)

反硝化菌生長(zhǎng)速率遠(yuǎn)快于ANAMMOX菌，在高濃度有機(jī)物存在的環(huán)境下，ANAMMOX菌在競(jìng)爭(zhēng)電子受體亞硝酸鹽中處于劣勢(shì)，因此NO2--N和NO3--N仍有很高的去除率.乙酸鈉、蔗糖和檸檬酸三鈉對(duì)NH4+-N的降解都有一定的促進(jìn)作用，對(duì)NO2--N的去除幾乎沒(méi)有影響;投加了蔗糖和檸檬酸三鈉后厭氧氨氧化系統(tǒng)TN的去除率提高了12%左右，從NO3--N的積累[圖 2(c)]可以看出，蔗糖和檸檬酸三鈉促進(jìn)了異養(yǎng)反硝化反應(yīng)，使NO3--N的累積量減少，致使系統(tǒng)出水TN濃度降低.

圖 3為最大比厭氧氨氧化速率(SAA)隨有機(jī)物濃度的變化曲線(xiàn).在系統(tǒng)中投加不同的有機(jī)物，SAA存在一定的差別.投加葡萄糖后SAA迅速下降，當(dāng)葡萄糖濃度為200 mg˙L-1時(shí)，SAA為0.38 mg˙(g˙h)-1，較不加葡萄糖時(shí)下降了84.2%，葡萄糖對(duì)ANAMMOX菌的活性抑制非常明顯.乙酸鈉對(duì)ANAMMOX菌的活性有一定促進(jìn)作用，最大時(shí)SAA提高了26.1%，達(dá)到2.21 mg˙(g˙h)-1.蔗糖濃度低于40 mg˙L-1時(shí)，對(duì)ANAMMOX菌的活性幾乎沒(méi)有影響，保持在相對(duì)穩(wěn)定的1.95 mg˙(g˙h)-1;繼續(xù)提高蔗糖濃度系統(tǒng)中有機(jī)物對(duì)SAA促進(jìn)作用越來(lái)越明顯，當(dāng)蔗糖濃度為80 mg˙L-1時(shí)，系統(tǒng)SAA提高了25.0%，達(dá)到最大的2.45 mg˙(g˙h)-1.少量的檸檬酸三鈉對(duì)ANAMMOX菌的活性有少量的促進(jìn)作用，最大時(shí)氨氧化速率提高了9.1%;檸檬酸三鈉濃度超過(guò)80 mg˙L-1時(shí)ANAMMOX菌的活性出現(xiàn)抑制，繼續(xù)提高COD濃度，SAA沒(méi)有明顯變化，保持在2.65 mg˙(g˙h)-1左右.乙酸鈉、蔗糖和檸檬酸三鈉在濃度為80 mg˙L-1時(shí)SAA都達(dá)到最大，較不加有機(jī)物時(shí)分別增加了0.44、0.49和0.25 mg˙(g˙h)-1，而葡萄糖濃度為80 mg˙L-1時(shí)系統(tǒng)中SAA下降了0.67 mg˙(g˙h)-1.不同有機(jī)物對(duì)ANAMMOX菌的活性影響不一樣，對(duì)SAA的促進(jìn)作用具體順序?yàn)椋赫崽?> 乙酸鈉 > 檸檬酸三鈉 > 葡萄糖.

圖 3 不同有機(jī)物對(duì)厭氧氨氧化活性的影響

2.2 不同有機(jī)物濃度下的厭氧氨氧化脫氮過(guò)程

2.2.1 葡萄糖作用下的厭氧氨氧化脫氮過(guò)程

葡萄糖對(duì)ANAMMOX系統(tǒng)脫氮過(guò)程的影響如圖 4所示.從中可知，在實(shí)驗(yàn)初始階段(不加有機(jī)物)，NH4+-N和NO2--N去除率均高于99%，TN去除率為84%.當(dāng)葡萄糖濃度為20 mg˙L-1時(shí)，NH4+-N和NO2--N仍有較高的去除率，均高于90%.實(shí)驗(yàn)初始階段和葡萄糖濃度為20 mg˙L-1時(shí)系統(tǒng)的SAA分別為14.39 mg˙(g˙h)-1和12.44 mg˙(g˙h)-1(圖 3)，少量葡萄糖的加入對(duì)系統(tǒng)ANAMMOX菌的活性影響不大.當(dāng)葡萄糖濃度大于120 mg˙L-1時(shí)NH4+-N、NO2-和TN的去除率明顯下降;當(dāng)葡糖糖濃度為200 mg˙L-1時(shí)，NH4+-N的平均去除率只有17%, 系統(tǒng)TN去除率不足20%，SAA只有2.30 mg˙(g˙h)-1，ANAMMOX菌降解NH4+-N的總體活性損失接近80%，系統(tǒng)ANAMMOX過(guò)程被嚴(yán)重抑制.

圖 4 葡萄糖作用下厭氧氨氧化脫氮過(guò)程

NO2--N和NH4+-N按比例穩(wěn)定的去除是ANAMMOX工藝穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵. 圖 4(e)中，由NO2--N與NH4+-N去除量的比值可知，系統(tǒng)中反應(yīng)分為兩個(gè)部分：第一個(gè)部分比值先降低后升高并逐漸接近1.32，且隨著COD濃度的增加第一部分持續(xù)時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng);第二部分比值繼續(xù)增大高出理論值的過(guò)程，在此過(guò)程中亞硝酸鹽氮去除量增加或氨氮的去除量減少.而生成的NO3--N與NH4+-N去除量的比值[圖 4(f)]有類(lèi)似的變化趨勢(shì).推測(cè)原因可能是系統(tǒng)中存在少量反硝化菌代謝NO3--N生成中間產(chǎn)物NO2--N補(bǔ)充了ANAMMOX的電子受體，從而降低了兩者比例，與此相對(duì)應(yīng)的NO3--N的累積量[圖 4(c)]隨著葡糖糖濃度的增加迅速降低.

劉金苓等的研究向培養(yǎng)成熟的自養(yǎng)厭氧氨氧化污泥中添加少量葡萄糖能促進(jìn)NH4+-N和NO2--N的去除.李澤兵等在將異養(yǎng)反硝化菌和厭氧氨氧化菌混合培養(yǎng)過(guò)程中，葡萄糖表現(xiàn)出的最大抑制作用僅為6.49%.楊洋等在厭氧氨氧化系統(tǒng)中分別加入了少量(20 mg˙L-1)和大量(200 mg˙L-1)葡萄糖.結(jié)果表明, 少量有機(jī)物的加入對(duì)污泥的厭氧氨氧化活性影響不大，而大量有機(jī)物的加入在明顯抑制其厭氧氨氧化活性的同時(shí), 使污泥表現(xiàn)出較高的反硝化活性.朱靜平等在ASBR反應(yīng)器內(nèi)研究了有機(jī)碳源條件下ANAMMOX反應(yīng)器中的主要反應(yīng)，結(jié)果表明有機(jī)碳源存在的條件下，ANAMMOX反應(yīng)器內(nèi)存在著自養(yǎng)ANAMMOX反應(yīng)和異養(yǎng)反硝化反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)，當(dāng)有機(jī)碳源濃度較低時(shí)ANAMMOX反應(yīng)為主要反應(yīng)，而隨著有機(jī)碳源濃度的提高，異養(yǎng)的反硝化菌的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)逐漸提高，反應(yīng)器內(nèi)的反硝化反應(yīng)活性也越高.

在本實(shí)驗(yàn)中，低濃度葡萄糖(80 mg˙L-1)對(duì)系統(tǒng)脫氮性能的影響不大，這可能是由于反應(yīng)器中的異養(yǎng)反硝化菌數(shù)量較少，不能有效地進(jìn)行反硝化作用.而且，當(dāng)葡糖糖濃度低于80 mg˙L-1時(shí)，NH4+-N和NO2--N按比例穩(wěn)定的去除，ANAMMOX能穩(wěn)定運(yùn)行.當(dāng)葡萄糖濃度高于80 mg˙L-1時(shí)，兩者比值波動(dòng)較大ANAMMOX運(yùn)行不穩(wěn)定.

2.2.2 乙酸鈉作用下的厭氧氨氧化脫氮過(guò)程

乙酸鈉對(duì)ANAMMOX系統(tǒng)脫氮過(guò)程的影響如圖 5所示.從中可知，NH4+-N和NO2--N濃度的減少隨時(shí)間變化呈較好的線(xiàn)性關(guān)系.低濃度乙酸鈉(120 mg˙L-1)環(huán)境下NH4--N、NO2--N和TN的去除率逐漸提高.乙酸鈉濃度為120 mg˙L-1時(shí)NH4+-N去除率達(dá)到最大的99.1%.不斷提高乙酸鈉濃度的過(guò)程中，NO2--N的降解速率明顯加快，NO3--N的生成量卻逐漸減少，乙酸鈉濃度為120 mg˙L-1時(shí)，反應(yīng)器中NO3--N的累積量?jī)H有0.07 mg˙L-1;由于NO2--N降解速率加快和NO3--N生成量的減少，TN的降解速率相應(yīng)地也有所提升，去除率達(dá)到最大93%，出水TN的濃度從46.72 mg˙L-1降到13.87 mg˙L-1.當(dāng)乙酸鈉濃度為200 mg˙L-1時(shí)，NH4+-N的去除率降低為76%，而NO2--N和NO3--N一直保持較高的去除率，但由于出水NH4+-N濃度的提高導(dǎo)致TN的去除率降低至79%.

圖 5 乙酸鈉作用下厭氧氨氧化脫氮過(guò)程

乙酸鈉濃度不同，SAA存在一定差別(圖 3)，系統(tǒng)的SAA分別為1.77、1.69、2.13、2.21、2.08和1.30 mg˙(g˙h)-1.當(dāng)乙酸鈉濃度為200 mg˙L-1時(shí)，最大比氨氧化速率下降了0.47 mg˙(g˙h)-1，此時(shí)ANAMMOX菌活性被高濃度乙酸鈉抑制，并最終導(dǎo)致TN的去除率下降.實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，一定濃度的乙酸鈉促進(jìn)了ANAMMOX，隨著投加乙酸鈉濃度的增加，反硝化反應(yīng)不斷加強(qiáng)從而抑制了ANANMMOX反應(yīng).

如圖 5(e)所示，NO2--N與NH4+-N去除量的比值先降低后升高，逐漸接近理論值1.32最后又偏離理論值;而NO3--N與NH4+-N的比值也有類(lèi)似的趨勢(shì).隨著有機(jī)物濃度的提高NO2--N與NH4+-N的比值先降低的過(guò)程漸漸縮短最后大于理論值1.32，相反NO3--N與NH4+-N的比值降低的過(guò)程卻不斷延長(zhǎng)最后小于理論值0.26.結(jié)合系統(tǒng)的脫氮過(guò)程，NH4+-N的降解速率在開(kāi)始2 h內(nèi)最快，隨著反應(yīng)的進(jìn)行速率逐漸降低;相反地NO2--N的降解速率在開(kāi)始的2 h內(nèi)比較緩慢然后才逐漸加快.可能的原因是系統(tǒng)中進(jìn)行ANAMMOX的同時(shí)還發(fā)生了異養(yǎng)反硝化反應(yīng), 反硝化菌以NO3--N進(jìn)行反硝化生成NO2--N補(bǔ)充了ANAMMOX過(guò)程的電子受體，從而促進(jìn)了ANAMMOX反應(yīng).

有研究表明乙酸鹽是可被ANAMMOX菌利用的有機(jī)物，可引發(fā)ANAMMOX菌與反硝化菌之間的互生促進(jìn)作用.張少輝等[24]通過(guò)連續(xù)流實(shí)驗(yàn)和血清瓶批次實(shí)驗(yàn)研究了乙酸鹽條件下的ANAMMOX菌代謝特性，發(fā)現(xiàn)乙酸鹽與NH4+-N的比值對(duì)ANAMMOX過(guò)程影響顯著：C/N較低時(shí)，乙酸鹽能夠同時(shí)促進(jìn)ANAMMOX和反硝化;C/N較高時(shí)，乙酸鹽強(qiáng)化反硝化過(guò)程明顯.田文婷等[25]比較了5個(gè)不同C/N條件下的脫氮效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，C/N為0.58時(shí)脫氮效果最佳.賴(lài)楊嵐等[26]也發(fā)現(xiàn)，C/N為0.64，TN去除率達(dá)到最高.本實(shí)驗(yàn)在乙酸鈉濃度為120 mg˙L-1，相當(dāng)于C/N質(zhì)量比為0.6時(shí)，兩種過(guò)程共同作用效果最佳，NH4+-N、NO2--N和TN的去除率分別為96%，100%和93%.乙酸鈉濃度的提高不但未抑制ANAMMOX反應(yīng)的進(jìn)行，反而促進(jìn)了其對(duì)NH4+-N的去除，且在一定范圍內(nèi)濃度越高促進(jìn)作用越明顯.

2.2.3 蔗糖作用下厭氧氨氧化脫氮過(guò)程

蔗糖對(duì)ANAMMOX系統(tǒng)脫氮過(guò)程的影響如圖 6所示.從中可知，蔗糖對(duì)系統(tǒng)脫氮性能有一定的促進(jìn)作用，當(dāng)蔗糖濃度低于120 mg˙L-1時(shí)，NH4+-N、NO2--N和TN的降解速率都呈上升趨勢(shì)，去除率分別保持在99%、98%和80%左右.當(dāng)蔗糖濃度在200 mg˙L-1時(shí)，NH4+-N、NO2--N和TN的降解速率開(kāi)始下降，此時(shí)，ANAMMOX菌活性開(kāi)始出現(xiàn)抑制，系統(tǒng)脫氮性能也開(kāi)始降低.隨著蔗糖濃度的提高，反應(yīng)器中NO3--N的濃度不斷減少，NO2--N與NH4+-N的比值也低于理論值，反硝化反應(yīng)逐漸增強(qiáng).

圖 6 蔗糖作用下厭氧氨氧化脫氮過(guò)程

從圖 6(e)、6(f)中可以看出當(dāng)蔗糖濃度大于40 mg˙L-1時(shí)，NO2--N與NH4+-N去除量的比值先升高后降低最后接近理論值，而NO3--N生成量與NH4+-N去除量的比值正好相反先降低后升高然后逐漸接近于理論值，而且NO2--N與NH4+-N的比值先升高或NO3--N與NH4+-N的比值先降低的過(guò)程隨著蔗糖濃度的升高逐漸變短.這一過(guò)程與之前葡萄糖和乙酸鈉不同，可能是因?yàn)檎崽歉菀妆环聪趸x.隨著反應(yīng)的進(jìn)行，系統(tǒng)中有機(jī)物被消耗，反硝化作用受到抑制，NO2--N去除量/NH4+-N去除量與NO3--N產(chǎn)生量/NH4+-N去除量的值逐漸接近理論值.

2.2.4 檸檬酸三鈉作用下厭氧氨氧化脫氮過(guò)程

圖 7所示為檸檬酸三鈉對(duì)ANAMMOX系統(tǒng)脫氮過(guò)程的影響.檸檬酸三鈉作為有機(jī)碳源時(shí)系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行.檸檬酸三鈉濃度小于200 mg˙L-1時(shí)，其對(duì)系統(tǒng)脫氮性能幾乎不產(chǎn)生影響.當(dāng)檸檬酸三鈉濃度為120 mg˙L-1時(shí)，出水TN濃度只有4.36 mg˙L-1，TN去除率達(dá)到最高的95%.當(dāng)檸檬酸三鈉濃度為200 mg˙L-1時(shí)系統(tǒng)脫氮性能下降，此時(shí)，NH4+-N、NO2--N和TN的去除率雖然沒(méi)有明顯變化，但可以看出NH4+-N、NO2--N和TN的去除速率明顯下降.

圖 7 檸檬酸三鈉作用下厭氧氨氧化脫氮過(guò)程

反應(yīng)開(kāi)始時(shí)系統(tǒng)中NH4+-N降解速率相對(duì)較高，同時(shí)NO2--N與NH4+-N比值低于理論值1.32[圖 7(e)]，這是因?yàn)闄幟仕崛c促進(jìn)了ANAMMOX反應(yīng).從圖 3中也可以看出檸檬酸三鈉濃度小于80 mg˙L-1時(shí)，系統(tǒng)中SAA是逐漸升高的過(guò)程.當(dāng)檸檬酸三鈉濃度大于80 mg˙L-1時(shí)，系統(tǒng)中的NO3--N累積量逐漸減少，NO3--N與NH4+-N的比值也低于理論值0.26，此時(shí)系統(tǒng)中反硝化反應(yīng)增強(qiáng)并抑制ANAMMOX菌的活性，SAA開(kāi)始下降. Kartal等揭示了在小分子有機(jī)酸存在條件下ANAMMOX的代謝途徑具有多樣性.本實(shí)驗(yàn)所用ANAMMOX菌在乙酸鈉存在時(shí)活性最大上升了26.1%，而檸檬酸三鈉存在時(shí)活性最大上升了9.1%.

2.3 有機(jī)碳源對(duì)厭氧氨氧化系統(tǒng)脫氮效能(NRR)的影響

反應(yīng)中不同種類(lèi)、不同濃度的有機(jī)物與容積基質(zhì)氮去除速率的關(guān)系如圖 8所示.低濃度葡萄糖(20 mg˙L-1)對(duì)系統(tǒng)NRR影響較小;隨著葡萄糖濃度逐漸增加，系統(tǒng)NRR迅速下降，當(dāng)葡萄糖濃度為200 mg˙L-1時(shí)NRR只有0.17 kg˙(m3˙d)-1，下降了72.9%，葡萄糖對(duì)系統(tǒng)脫氮效能影響較大.系統(tǒng)對(duì)乙酸鈉有一段時(shí)間的適應(yīng)期，在此期間系統(tǒng)的NRR基本維持在0.60 kg˙(m3˙d)-1;當(dāng)乙酸鈉濃度為40 mg˙L-1時(shí)，NRR達(dá)到最大的0.69 kg˙(m3˙d)-1，提高了13.2%，此階段乙酸鈉促進(jìn)ANAMMOX系統(tǒng)的脫氮效能.蔗糖對(duì)系統(tǒng)脫氮效能的影響比較明顯，當(dāng)蔗糖濃度為120 mg˙L-1時(shí)，系統(tǒng)NRR達(dá)到最大的0.78 kg˙(m3˙d)-1，較空白提高了30.7%;繼續(xù)增加蔗糖濃度時(shí)，系統(tǒng)NRR開(kāi)始下降，蔗糖濃度為200 mg˙L-1時(shí)，NRR僅有0.48 kg˙(m3˙d)-1.檸檬酸三鈉對(duì)系統(tǒng)脫氮效能影響相對(duì)較小，當(dāng)檸檬酸三鈉濃度為20 mg˙L-1時(shí)有一定程度的促進(jìn)，NRR從0.79 kg˙(m3˙d)-1增加到0.80 kg˙(m3˙d)-1;隨著檸檬酸三鈉濃度的上升系統(tǒng)NRR趨于平緩，穩(wěn)定在0.7 kg˙(m3˙d)-1左右.從圖 8中可以看出不同有機(jī)物對(duì)系統(tǒng)的脫氮效能的影響：葡萄糖 > 蔗糖 > 乙酸鈉 > 檸檬酸三鈉.柴油發(fā)電機(jī)組

圖 8 有機(jī)物對(duì)厭氧氨氧化脫氮效能的影響

2.4 有機(jī)碳源作用下厭氧氨氧化系統(tǒng)pH的變化

圖 9給出了不同有機(jī)物作用下ANAMMOX過(guò)程中的pH值變化曲線(xiàn).不依賴(lài)于有機(jī)物種類(lèi)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，系統(tǒng)pH值不斷上升.隨著葡萄糖濃度的增加，ANAMMOX被抑制，反應(yīng)器中pH值的增量逐漸減小.投加檸檬酸三鈉的反應(yīng)器中pH值增量幾乎不變，有機(jī)物對(duì)ANAMMOX影響較小.而有機(jī)物濃度高于120 mg˙L-1時(shí)，投加乙酸鈉和蔗糖的反應(yīng)器中pH值迅速升高.乙酸鈉和蔗糖濃度達(dá)到200 mg˙L-1時(shí)，反應(yīng)器出水pH值分別高達(dá)8.5和8.8，這是由于ANAMMOX與反硝化共同作用的結(jié)果.此時(shí)，反應(yīng)器中ANAMMOX過(guò)程出現(xiàn)抑制現(xiàn)象.

圖 9 不同有機(jī)物作用下厭氧氨氧化系統(tǒng)pH值的變化曲線(xiàn)

ANAMMOX及異養(yǎng)反硝化過(guò)程都是耗酸反應(yīng)，最終導(dǎo)致pH值升高.當(dāng)系統(tǒng)反應(yīng)結(jié)束時(shí)，pH值變化曲線(xiàn)出現(xiàn)折點(diǎn)a[圖 9(b)]，a點(diǎn)恰好為圖 5(a)、5(b)中NH4+-N和NO2--N消耗殆盡的點(diǎn).而在此之前，pH值變化曲線(xiàn)上出現(xiàn)了一個(gè)拐點(diǎn)b，此點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)NO3--N累積量減少[圖 5(c)]，系統(tǒng)內(nèi)反硝化是以亞硝酸鹽為電子受體，由于亞硝酸鹽型反硝化速度比硝酸鹽型反硝化要快，所以此階段pH值升高速度較前階段變快，使pH值變化曲線(xiàn)斜率增加. ANAMMOX反應(yīng)的最適pH值范圍為7.8~8.1，高pH值條件下，反應(yīng)器中游離氨濃度的增加會(huì)抑制ANAMMOX菌的活性.具體參見(jiàn)污水寶商城資料或http://www.dowater.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結(jié)論

(1) 當(dāng)葡萄糖濃度為200 mg˙L-1時(shí)，厭氧氨氧化活性下降84.2%;當(dāng)乙酸鈉濃度低于120 mg˙L-1時(shí)不但不會(huì)抑制厭氧氨氧化菌的活性，還在一定程度上促進(jìn)了厭氧氨氧化反應(yīng)的進(jìn)行;蔗糖對(duì)厭氧氨氧化的促進(jìn)作用與乙酸鈉類(lèi)似，當(dāng)濃度為80 mg˙L-1時(shí)，最大比厭氧氨氧化速率提高了25.0%;檸檬酸三鈉對(duì)厭氧氨氧化反應(yīng)幾乎沒(méi)有影響.

(2) 有機(jī)碳源對(duì)厭氧氨氧化的促進(jìn)作用由大到小為：蔗糖>乙酸鈉>檸檬酸三鈉>葡萄糖.有機(jī)碳源作用下，厭氧氨氧化反應(yīng)可協(xié)同反硝化反應(yīng)去除系統(tǒng)中的硝態(tài)氮，提高了系統(tǒng)總氮的去除率.