egsb和baf耦合废水处理新工艺及其影响因素 69页

EGSB与BAF耦合的废水处理新工艺及其影响因素重庆大学硕士学位论文学生姓名：阎青指导教师：张代钧教授专业：环境工程学科门类：工学重庆大学资源及环境科学学院二OO八年十一月nANewWastewaterTreatmentTechnologyofCouplingEGSBwithBAFandEffectiveFactorsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofMasterofEngineeringByYanQingSupervisedbyProfessorZhangDaijunMajor:EnvironmentalEngineeringCollegeofResources&EnvironmentalScienceofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaNovember2008n重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要将已经富集好的特殊功能结构厌氧颗粒污泥（具有甲烷化、反硝化和厌氧氨氧化等功能）的膨胀颗粒污泥床（EGSB）同曝气生物滤池（BAF）反应器技术集成，开发集厌氧甲烷化、厌氧氨氧化和短程硝化反硝化为一体的废水处理新工艺，采用合成废水试验研究该新工艺的主要影响因素。结果表明，该新工艺克服了厌氧处理出水含氨氮高的缺点，在高容积负荷速率下同时去除COD和营养氨组分，可以用于处理一般生活废水和高浓度工业废水，同时可以节约大量曝气供氧的能源消耗，将废水中大量COD转化成生物能源甲烷予以回收。①将已富集好的好氧氨氧化菌接种到BAF中，控制DO范围：0.8~1.2mg/L，pH值范围：7.8~8.5，温度范围：32℃~35℃，进水流量为13mL/min，进水氨氮为50mg/L左右、COD为100mg/L左右和回流比为200%时，经过20多天的运行，出水氨氮小于0.1mg/L、COD小于30mg/L、亚硝态氮为45.55mg/L和硝态氮为4.18mg/L，成功实现了稳定的短程硝化。②将EGSB和BAF集成，EGSB出水进入BAF进行短程硝化，BAF出水外--回流至EGSB反应器为后者提供NO2-N，在不需外部投加NO2-N的条件下实现厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化的耦合。系统处理含氨氮40mg/L和COD500mg/L合成废水，当外回流比为200%时，系统去除效果达到最好，出水氨氮浓度1.05mg/L、亚硝态氮浓度4.3mg/L、硝态氮浓度2.56mg/L、COD浓度35.28mg/L，33COD、总氮、氨氮负荷去除速率分别为1.7718kg/(m.d)、0.1368kg/(m.d)、0.16393-4kg/(m.d)。与传统活性污泥过程相比较，系统节约O29.1303×10kg/d和COD-32.9292×10kg/d，回收甲烷1.03L/d。③集成系统处理含氨氮30mg/L和COD300mg/L的合成废水a，当外回流比为200%时，出水氨氮浓度1.06mg/L、亚硝态氮浓度3.4mg/L、硝态氮浓度1.13mg/L、3COD浓度18.2mg/L，COD、总氮、氨氮去除负荷速率分别为1.1799kg/(m.d)、0.106933kg/(m.d)、0.1246kg/(m.d)，表明集成系统可以用于处理该条件的合成废水，得到较好的处理效果。④集成系统处理含氨氮40mg/L和COD900mg/L的合成废水c，当外回流比为200%时，出水氨氮浓度1.07mg/L、亚硝态氮浓度4.39mg/L、硝态氮浓度1.97mg/L、COD浓度70.47mg/L，COD、总氮、氨氮去除负荷速率分别为3.4571333kg/(m.d)、0.1398kg/(m.d)、0.1647kg/(m.d)，表明集成系统可以用于处理该条件的合成废水，得到较好的处理效果。⑤EGSB-BAF集成系统处理含氨氮120mg/L和COD900mg/L的合成废水d，In重庆大学硕士学位论文中文摘要当外回流比为200%时，出水氨氮浓度2.05mg/L、亚硝态氮浓度12.89mg/L、硝态氮浓度2.6mg/L、COD浓度44.08mg/L、COD、总氮、氨氮去除负荷速率分别为3333.5633kg/(m.d)、0.4334kg/(m.d)、0.4948kg/(m.d)，表明集成系统可以用于处理该条件的合成废水，达到较好的处理效果。⑥EGSB-BAF集成系统处理含氨氮120mg/L和COD1200mg/L的合成废水e，当外回流比为200%时，出水氨氮浓度3.21mg/L、亚硝态氮浓度10.62mg/L、硝态氮浓度3.04mg/L、COD浓度86.67mg/L，COD、总氮、氨氮去除负荷速率333分别为4.6342kg/(m.d)、0.435kg/(m.d)、0.4885kg/(m.d)，表明集成系统可以用于处理该条件的合成废水，达到较好的处理效果。⑦比较试验a-e的结果表明，进水COD浓度越高，厌氧氨氧化菌活性越低，EGSB中氨氮去除效率越低。EGSB中污泥的反硝化和甲烷化活性，BAF中污泥的反硝化活性则随着有机物浓度的增大均得到不同程度增强。集成系统处理高有机物浓度废水时，只要氨氮达到一定的浓度，使得BAF中的短程硝化作用产生充足的亚硝态氮通过外回流进入EGSB中，就能缓解厌氧氨氧化和反硝化之间的基质竞争，使污泥的厌氧氨氧化活性增强，系统在得到较好去除效果的同时能够节约更多曝气供氧的能源消耗和有机碳源。关键词：EGSB-BAF集成系统，厌氧氨氧化，甲烷化，短程硝化反硝化，影响因素IIn重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTTheEGSBreactor,inwhichanaerobicammoniumoxidation,methanogenesisanddenitrificationwerealreadycoupled,andBAFreactorwereintegratedtodevelopanewtechnologyofwastewatertreatmentwhichmadeanaerobicammoniumoxidation,methanogenesisandshortcutnitrification-denitrificationcoupledinasysteminthestudy.Differentsynthecticwastewatersweretreatedbytheintegratedsystemtodemonstratemaineffectivefactors.Theresultsindicatedtheintegratedsystemisadaptedtotreatdomesticwastewaterandhighstrenthindustrialwastewater.Itcouldalsosaveplentifulenergyexpendbyaeration,simultaneityconverseaplentifulamount+ofCODinwastewatertoCH4.ItcouldconquerhigheffluentconcentrationofNH4-NintheanaerobictreatmentandsavedenergyandorganicsubstancesrequirementsundertheconditionsofsimultaneousremovalofCODandammoniumathighloadings.①SteadyshortcutnitrificationwasachievedinBAFreactorsinoculatedwithaerobicammoniaoxidationbacteriaafterthestart-upoperationof20d.The+concentrationofNH4-NandCODintheeffluentwasbelow0.1mg/Land30mg/L--respectively,theconcentrationofNO2-NandNO3-Nintheeffluentwas45.55mg/Land4.18mg/LrespectivelyundertheperformanceconditionsthatDOwasbetween0.8and1.2mg/L,pHwascontrolledbetween7.8and8.5,temperaturewasbetween32~35℃,influentfluxwas13mL/min,theconcentrationofammoniumandCODintheinflowwas50mg/Land500mg/Lrespectivelyandouterrecycleratiowas200%.②Theanaerobicammoniumoxidation,methanogenesisandshortcutnitrification-denitrificationweresuccessfullycoupledinasystemintegratingEGSBand-BAFreactorswithoutaddingNO2-Nintheinfluent.TheeffluentofEGSBwastreatedbyshortcutnitrificationinBAF,whiletheeffluentofBAFrecycledtoEGSBtoprovide-+NO2-Nforthelater.AsyntheticwastewatercontainingCODof500mg/LandNH4-Nof40mg/LwastreatedbytheEGSB-BAFintegratedsystem,whendifferentouterrecycleratioswereused.Theexperimentalresultsdemonstratedthatintegratedsystemgainedthebestremovaleffectattheouterrecycleratioof200%.Theconcentrationsof+--NH4-N,NO2-N,NO3-NandCODintheeffluentofthesystemwere1mg/L,4.3mg/L,2.56mg/Land40mg/Lrespectivelyonthisrecycleratiocondition.Theremoval3loadingratesofCOD,totalnitrogenandammoniumwere1.7718kg/(m.d),0.136833kg/(m.d)and0.1639kg/(m.d),respectively.ComparedwithconventionalactivatedIIIn重庆大学硕士学位论文英文摘要-4sludgeprocess,EGSB-BAFintegratedsystemsavedO2of9.1303×10kg/dandCOD-3of2.9292×10kg/d,simultaneityreclaimedCH4of1.03L/dformthewastewater.+③AsyntheticwastewatercontainingCODof300mg/LandNH4-Nof30mg/LwastreatedbytheEGSB-BAFintegratedsystem.Theexperimentalresultsdemonstrated+--theconcentrationsofNH4-N,NO2-N,NO3-NandCODintheeffluentofthesystemwere1.06mg/L,3.4mg/L,1.13mg/Land18.2mg/Lrespectivelyattheouterrecycleratioof200%.TheremovalloadingratesofCOD,totalnitrogenandammoniumwere3331.1799kg/(m.d)、0.1069kg/(m.d)、0.1246kg/(m.d),respectively.Theresultsindicatedtheintegratedsystemadaptedtotreatsyntheticwastewateronthisconditionandreachedbetterremovaleffect.+④AsyntheticwastewatercontainingCODof900mg/LandNH4-Nof40mg/LwastreatedbytheEGSB-BAFintegratedsystem.Theexperimentalresultsdemonstrated+--theconcentrationsofNH4-N,NO2-N,NO3-NandCODintheeffluentofthesystemwere1.07mg/L,4.39mg/L,1.97mg/Land70.47mg/Lrespectivelyattheouterrecycleratioof200%.TheremovalloadingratesofCOD,totalnitrogenandammoniumwere3333.4571kg/(m.d)、0.1398kg/(m.d)、0.1647kg/(m.d),respectively.Theresultsindicatedtheintegratedsystemadaptedtotreatsyntheticwastewateronthisconditionandreachedbetterremovaleffect.+⑤AsyntheticwastewatercontainingCODof900mg/LandNH4-Nof120mg/LwastreatedbytheEGSB-BAFintegratedsystem.Theexperimentalresultsdemonstrated+--theconcentrationsofNH4-N,NO2-N,NO3-NandCODintheeffluentofthesystemwere2.05mg/L,12.89mg/L,2.6mg/Land44.08mg/Lrespectivelyattheouterrecycleratioof200%.TheremovalloadingratesofCOD,totalnitrogenandammoniumwere3333.5633kg/(m.d)、0.4334kg/(m.d)、0.4948kg/(m.d),respectively.Theresultsindicatedtheintegratedsystemadaptedtotreatsyntheticwastewateronthisconditionandreachedbetterremovaleffect.+⑥AsyntheticwastewatercontainingCODof1200mg/LandNH4-Nof120mg/LwastreatedbytheEGSB-BAFintegratedsystem.Theexperimentalresults+--demonstratedtheconcentrationsofNH4-N,NO2-N,NO3-NandCODintheeffluentofthesystemwere3.21mg/L,10.62mg/L,3.04mg/Land86.67mg/Lrespectivelyattheouterrecycleratioof200%.TheremovalloadingratesofCOD,totalnitrogenand333ammoniumwere4.6342kg/(m.d)、0.435kg/(m.d)、0.4885kg/(m.d),respectively.Theresultsindicatedtheintegratedsystemadaptedtotreatsyntheticwastewateronthisconditionandreachedbetterremovaleffect.IVn重庆大学硕士学位论文英文摘要⑦ThehighertheconcentrationofCODintheinflowwas,thelowertheactivity+ofanammoxbacteriawas,andthelowertheremovalefficienciesofNH4-NfromEGSBwascomparedtheresultsamongtestaandteste.TheactivityofdenitrificationandmethanogenesisinEGSB,denitrificationinBAFwereenhancedatdifferentextentaccompanyingtheconcentrationoforganicsincreased.Whentheintegratedsystemtreatedwastewaterwithhighconcentrationoforganics,italsocouldachievebetterremovalefficiencies,simultaneitysavedmoreenergyexpendofO2andorganic+substancesrequirementsonconditonthattheconcentrationofNH4-Nincreasedtoa-certaindegreetoprovideenoughNO2-NouterrecyclingtoEGSBbyshortcutnitrificationprocessinBAFinordertorelievethecompetitionofinterstitialsubstancebetweenanaerobicammoniumoxidationanddenitrificationbacteria,andenhancetheabilityofanaerobicammoniumoxidation.Keywords:asystemofcouplingEGSBwithBAF,anaerobicammoniumoxidation,methanogenesis,shortcutnitrification-denitrification,effectivefactorsVn重庆大学硕士学位论文目录目录中文摘要..........................................................................................................................................I英文摘要.......................................................................................................................................III1绪论.........................................................................................................................................11.1问题的提出..........................................................................................................................11.2研究目的和意义..................................................................................................................11.3国内外研究现状..................................................................................................................21.3.1EGSB反应器研究现状............................................................................................21.3.2厌氧氨氧化甲烷化反硝化的耦合..........................................................................31.3.3BAF反应器的研究现状..........................................................................................81.3.4短程硝化反硝化技术............................................................................................111.3.5影响短程硝化的因素............................................................................................131.3.6实现稳定亚硝化过程的途径................................................................................151.4论文研究的内容和方法....................................................................................................161.4.1本论文主要研究内容............................................................................................161.4.2本论文研究的方法................................................................................................162EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化............172.1曝气生物滤池实现短程硝化............................................................................................172.1.1材料与方法............................................................................................................172.1.2结果与讨论............................................................................................................182.2外回流比对EGSB-BAF集成系统运行性能的影响......................................................212.2.1材料与方法............................................................................................................222.2.2结果与讨论............................................................................................................232.3本章小结............................................................................................................................303EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验............................................................313.1材料与方法........................................................................................................................313.2结果与讨论........................................................................................................................313.2.1试验a基质浓度下系统运行情况........................................................................313.2.2试验b基质浓度下系统运行情况........................................................................353.2.3试验c基质浓度下系统运行情况........................................................................353.2.3试验d基质浓度下系统运行情况........................................................................383.2.4试验e基质浓度下系统运行情况........................................................................41VIn重庆大学硕士学位论文目录3.2.5有机物浓度对集成系统运行性能的影响............................................................443.2.6氨氮浓度对集成系统运行性能的影响................................................................453.3本章小结............................................................................................................................464结论与建议............................................................................................................................484.1结论....................................................................................................................................484.2建议....................................................................................................................................50致谢.......................................................................................................................................51参考文献.......................................................................................................................................52附录.......................................................................................................................................60A．作者攻读硕士学位期间发表的论文................................................................................60B.作者攻读硕士学位期间参研的课题.................................................................................60VIIn重庆大学硕士学位论文1绪论1绪论1.1问题的提出随着对环境质量要求的提高和可持续发展战略的实施，现代废水处理技术朝着高污泥浓度，低污泥产率，高容积负荷速率，同时去除COD和营养成分、甚至致病菌和病毒，转化废水中有机物为清洁能源的综合化和可持续方向发展。Lettinga教授及其领导的荷兰Wageningen大学环境技术系在20世纪70年代成功开发了上流式厌氧污泥床（UpflowAnaerobicSludgeBed,UASB）反应技术，已成[1]功地应用于高中低强度各类型工业和生活废水的处理。特别是20世纪90年代中后期以来，膨胀颗粒污泥床（ExtendedGranularSludgeBed,EGSB）反应技术-1在处理低温（3~8℃）、低强度（COD<200mgl）废水方面取得重要突破，COD[2][1]去除率达90%以上。实际应用表明,上流式系列厌氧反应器技术污泥浓度高-1-1-1-1（30gVSSl）,容积负荷速率高（60gCODld）,污泥产率低（0.5gVSSgCOD）,-1去除COD效率高（90%），同时将废水中有机物转化为甲烷（0.35lCH4gCOD），是一种投资省、运行简单稳定和适应可持续发展的废水处理新技术。但是，厌氧反应器出水常含有较高氨氮，需要作进一步处理才能达到排放标准。最常见的方法是在厌氧反应器后串联硝化——反硝化过程，这使得整个处理工艺复杂，投资、运行成本加大。为此，在一个反应器中同时脱N和C、节约成本、把有机物转化为新能源是本研究的出发点和最终目的。目前已经发现了2种微生物脱氮的新途径：一是好氧氨氧化菌在限制氧条件下的自营养脱氮；二是在厌氧氨氧化菌作用下，氨与亚硝酸盐发生厌氧氨氧化反[3]应脱氮。厌氧氨氧化甲烷化反硝化都是在无分子氧条件下由不同功能微生物群落调制和催化的生物化学过程。如果通过一定的技术手段将三者耦合，共生在一个微生态系统中进行调控和催化，那么就可在一个反应器同时实现脱碳和氮，节约好氧过程的曝气能源消耗，将部分有机碳转化为CH4回收。这一研究发展方向也符合现代废水处理技术的高污泥浓度，低污泥产率，高容积负荷，同时去除COD和营养组分，以及综合利用资源的要求。1.2研究目的和意义本研究利用EGSB反应器中颗粒化污泥为厌氧氨氧化菌、厌氧甲烷化菌和反硝化菌互生提供了良好的微生态环境，促进厌氧氨氧化菌的富集和生长，将厌氧氨氧化、厌氧甲烷化和反硝化耦合在一个反应器中；通过EGSB与曝气生物滤池反应器技术集成，研究建立集厌氧甲烷化、厌氧氨氧化和短程硝化反硝化为一体1n重庆大学硕士学位论文1绪论的废水处理新技术，达到在厌氧条件下同时去除COD和氨氮的目的，这在国内外尚属研究空白。研究成果将克服厌氧处理出水含氨氮高的缺点，使厌氧废水处理技术在高容积负荷速率下同时去除COD和营养氨组分，并节约相当部分的能源和有机碳源。所以，本研究具有重要学术意义和应用前景。1.3国内外研究现状1.3.1EGSB反应器研究现状厌氧生物处理技术的反应器经历了三个时代：第1代厌氧反应器，从19世纪末到20世纪中期：传统完全混合消化池。由于厌氧微生物生长缓慢，世代时间长，足够长的停留时间是第1代厌氧反应器成功基础和关键。这种池型很难分离水力停留时间（HRT）和污泥停留时间（SRT），通常初级的厌氧处理HRT为20～30d，出水水质差。1955年，Schroepter开发厌氧接触法，采用了二沉池和污泥回流系统，使得消化池中的生物量浓度提高，SRT延长，HRT缩短，处[4]理效果显著提高。第2代厌氧反应器，20世纪中期到80年代：比较典型有厌氧滤池(AnaerobicFilter，AF)，上流式厌氧污泥床(UpflowAnaerobicSludgeBlanket，UASB)，厌氧折板反应器(AnaerobicBuffedReactor，ABR)，厌氧附着膜膨胀床反应器(AnaerobicAttachedFilmExpandedBed，AAFEB)和厌氧流化床(AnaerobicFluidizedBed，AFB)等。第2代厌氧反应器分离了固体停留时间和水力停留时间，其固体停留时间可以达到上百天，水力停留时间由数天～数10[5]天缩短到数小时～数天。他们都持有高浓度的生物量，通过不同的方式使生物在反应器中停留时间延长。如在厌氧滤池微生物附着在载体的表面；在升流式厌氧污泥床反应器中，微生物互相黏结缠绕，形成致密颗粒。颗粒污泥的形成大大改善了活性污泥的沉降性能，有效的减少了游离于消化液中的微生物数量，[5]为保证出水的水质创造了条件，同时避免了微生物大量流出的可能性。第2代厌氧反应器具有高的有机负荷和水力负荷，构造简单、紧凑，占地少。第3代废水厌氧生物处理反应器，20世纪80年代以来，以升流式厌氧流化床(UpflowAnaerobicFluidedBed，UAFB)，厌氧膨胀颗粒污泥床(ExpandedGranularSludgeBlanket，EGSB)，内循环式反应器(InternalCyclicReactor，IC)为代表。高效厌氧处理反应器除了满足污泥和进水停留时间相分离外，还应该满足进水和污泥[6]之间保持良好的接触状态。第3代反应器的设计能确保布水的均匀性，避免短流和死角等现象的产生，还能利用塔式反应器结构和出水回流提高进水流速而获得良好的搅拌强度，从而实现上述要求。当进水无法采用高水力和高有机负荷的情况下，例如UASB反应器在低温下或启动初期采用低负荷的情况下，污泥床内的混合效果差，常常出现短流现象，第3代反应器可有效解决这一问题。2n重庆大学硕士学位论文1绪论EGSB对低浓度、低温污水处理一直是研究的热点。Kato等人采用EGSB反应器在30℃时处理以乙醇为基质的模拟低浓度污水。当控制上升流速Vup在2.5～5.5m/h范围内时，COD浓度低至100mg/L时,反应器的去除率能达到[2]90%以上。Rebac对低温(13℃)条件下EGSB反应器处理麦芽发酵废水进行了中试研究，采用2.4h的HRT和4.4～8.8kg/（m·d）的OLR(COD有机负荷)，[7]COD平均去除率约为66%；在20℃运行时为72%。[8]对于中、高浓度污水处理，EGSB反应器同样能获得良好的效果。荷兰和德国采用EGSB反应器处理土豆和蔬菜加工过程中产生的高浓度污水，反应器进[9,10]水COD浓度3500mg/L，去除率达到70%～85%，沼气中甲烷的含量达到80%。EGSB反应器还用来处理糖蜜、酒精及青霉素制药、味精等含有高浓度硫酸盐废水。Dries等人通过试验，在以乙酸为基质的情况下采用EGSB反应器对含硫酸盐废水进行处理，通过将COD/S控制在2.2，pH值控制为7.9±0.1，使硫酸盐转[11]化率和COD去除率分别高达94%和96%。EGSB反应器处理含硫酸盐废水方面具有极大发展潜力，是进一步发展和研究重点。传统的厌氧反应器和UASB反应器很难处理有毒性、难降解废水。由于EGSB反应器具有很高的出水循环比率，它可以将原水中毒性物质的浓度稀释到微生物可以承受的程度，从而保证反应器中的微生物能良好生长：同时还由于反应器中液体上升流速大，废水与微生物之间能够充分接触，可以促进微生物降解基质。因此，采用EGSB反应器处理毒性或难降解的废水可以获得较好的效果。Hwu[12]等采用EGSB反应器处理难生物降解脂类，均取得了很好的效果。荷兰的一座[13]化工厂以EGSB处理甲醛废水，甲醇和甲醛去除率高达99.8%。左剑恶等采用2个小试规模的EGSB分别接种厌氧絮状污泥和颗粒污泥来研究其启动规律。结果表明，接种厌氧絮状污泥反应器污泥流失严重，按UASB反应器的运行方式培养出颗粒污泥后，再按EGSB反应器方式运行，共需78d完成[14]启动；接种厌氧颗粒污泥的反应器经过短暂回流驯化后32d完成启动。任洪强等研究了处理低浓度有机废水的EGSB反应器中颗粒污泥床状况及颗粒污泥的[15]粒径分布、沉降速度、胞外聚合物(ECP)。1.3.2厌氧氨氧化甲烷化反硝化的耦合甲烷化、反硝化和厌氧氨氧化功能微生物需要不同的有利生态环境，将它们耦合存在一定难度。需要重点解决以下关键问题：首先，硝酸盐和亚硝酸盐还原--产生的能量要远远大于甲烷化产生的能量，在含有NO3和NO2的环境中，含碳有机物经过反硝化的新陈代谢将可能起主导作用；其次，因为反硝化工艺相对于甲烷化工艺具有较高的氧化还原电位，甚至在氧化还原电位较低的情况下，由于-反硝化中间产物NO2和NOx对于产甲烷菌具有毒性作用，甲烷化将受到一定的3n重庆大学硕士学位论文1绪论抑制；第三，厌氧氨氧化菌生长速率低，并且主要具有自营养功能。要充分发挥3种菌群的协同作用，可从以下几个方面考虑：首先，应该合理投加亚硝态氮或硝态氮浓度：较高的亚硝态氮或硝态氮浓度虽然有利于反硝化菌的生长，但是却产生了较高的氧化还原电位和毒性作用；较低的亚硝态氮或硝态氮浓度可以避免较高亚硝态氮或硝态氮浓度时产生的抑制作用，但是却容易导致亚硝态氮或硝态氮浓度的迅速降低，使得用于厌氧氨氧化菌底物的亚硝态氮或硝态氮浓度相当低，而不利于厌氧氨氧化菌的生长，因此亚硝态氮或硝态氮浓度为150mg/L左右为宜。氮氧化物对产甲烷菌的抑制提出了3种解释机理：1）氧化还原电位：加入亚硝酸盐、NO和N2O或小于10mM硝酸盐不明显改变氧化还[16]原电位和pH。Akunna等发现尽管加入还原剂保持氧化还原电位在较低值（-290[17]mV），加入硝酸盐后仍然抑制产甲烷活性。另外，Fetzer和Conrad认为对于Methanosarcinabarkeri，高达+420mV氧化还原电位不抑制产甲烷活性。2）竞争：由于H2被硝酸盐还原菌有效利用，加入硝酸盐后导致了H2分压的立即减少，因此H2营养型产甲烷菌由于竞争底物H2而受到抑制。加入N2O和少量的亚硝酸盐与加入硝酸盐相似，由于N2O还原菌和亚硝酸盐还原菌利用H2比H2营养型产甲烷菌更有效，引起了H2营养型产甲烷菌的竞争抑制。加入NO，不会导致H2分[18]压的强烈减少，但产甲烷活性也被抑制了。3）毒性：Roy等研究了加入电子供体（醋酸盐、H2、丙酸盐）在产甲烷反应中的作用，加入醋酸盐、H2或丙酸盐在无硝酸盐时刺激了产甲烷活性。但是，当它们和硝酸盐一起加入时，产甲烷活性也受到抑制。醋酸盐浓度不受加入硝酸盐的影响，这就表明了竞争作用不是抑制乙酸盐营养型产甲烷菌的主要原因，并且，示踪实验表明70%以上的产甲烷菌是乙酸盐营养型产甲烷菌，进一步表明了毒性作用比竞争是更有效的抑制产甲烷-生物（至少是乙酸盐营养型产甲烷菌）的原因。氮氧化物，如NO2，NO和N2O对各种细菌有毒性效果，但研究氮氧化物对产甲烷菌的毒性研究较少。Balderstone[19]和Payne观察到在Methanobateriumformicicum和Mb.thermoautotrophicum中--NO3，NO2，NO和N2O对产甲烷菌有抑制作用，但仅测试了较少浓度。Belay[20]-等发现NO3作为一些产甲烷菌的N源，但抑制其他的产甲烷菌。Fischer和[21]Thauer研究表明在Methamosarcinabarkeri中N2O抑制乙酸盐营养型产甲烷菌。[22]Clarens等研究了氮氧化物及Pseudomonasstutzeri反硝化产物对产甲烷生物-（Methanosarcinamazei）的影响。当0.18mMNO2和0.8%NOX完全抑制产甲烷-活性，71.4mMNO3只有83.3%的抑制产甲烷活性，并发现Methanosarcinamazei是受到Pseudomonasstutzeri反硝化形成的中间体的毒性抑制，而不是反硝化菌和[19]产甲烷菌竞争底物（醋酸盐）。Kluber等研究了硝酸盐，亚硝酸盐、NO、N2O对产甲烷菌活性（Methanosarcinabarkeri和Methanobacteriumbryantii）的影响，4n重庆大学硕士学位论文1绪论硝酸盐对两种菌的抑制效果最差，N2O和亚硝酸盐对Methanosarcinabarkeri以及亚硝酸盐和N2O对Methanobacteriumbryantii抑制效果居中，NO的抑制作用最强；硝酸盐浓度为30mM时仍然有25%~40%产甲烷活性，NO（＞0.8~1.7M）完全抑制产甲烷活性；通入H2/CO2取代NO，只有当NO浓度小于0.8M（50Pa）时，产甲烷活性恢复；当N2O小于95M（Methanosarcinabarkeri）或小于950M（Methanobacteriumbryantii）时，去除N2O可导致产甲烷活性恢复。结果表明氮氧化物对产甲烷菌的抑制作用可逆与否主要依赖于产甲烷菌的种类+-和N组分的浓度。厌氧氨氧化菌培养基含有NH4(5～30mmol/L)、NO2(5～35[23][23]mmol/L)、重碳酸盐(10mmol/L)、矿物质及微量元素。Dapena-Mora等研究了气提式反应器（gasliftreactor）和SBR中厌氧氨氧化过程的稳定性，其培养基的组成为：（NH4）2SO4：0.132～4.24（g）；NaNO2：0.069～5.42（g）；NaNO3：0.425（g）；KHCO3：1.25（g）；NaH2PO4：0.05（g）；CaCl2·2H2O：0.3（g）；MgSO4·7H2O：0.2（g）；FeSO4：0.00625（g）；EDTA：0.00625（g）；微量元素溶液：1.25（mL）；用蒸馏水定容至1L。因此底物的范围被局限为：+-[23][23]-NH4-N、NO2-N、肼（N2H4）和羟胺（NH2OH）。但是，Strous等发现NO2浓度超过98mg/L时抑制厌氧氨氧化活性，当亚硝酸盐浓度超过5mmol/L时，若持续时间较长（12h），厌氧氨氧化活性将完全消失，但加入微量（50μmol/L）羟胺或肼，则可以恢复活性。其次，应该投加适宜的碳源种类及其浓度：可以用乙酸盐或丙酸盐作为有机[24]物进行实验研究，其COD浓度约为500~1000mg/L左右为宜。王建龙的厌氧颗粒污泥取自实验室长期运行的EGSB生物脱氮反应器，实验用水为人工配水，+--以葡萄糖为有机碳源；主要考察了COD对NH4-N、NO2-N、NO3-N和TN去除+--的影响。结果表明：当进水不含COD时，反应器对NH4-N、NO2-N和NO3-N和TN的去除率分别为12.5％、29.1％、16.1%和16.3％；当COD浓度分别为+200mg/L、350mg/L和550mg/L时，反应器对NH4-N的去除率分别为14.2%、--14.2%和23.7%，对NO2-N的去除率均接近100％，对NO3-N的去除率分别为94.5％、86.6％和84.2％，对TN的去除率分别为50.7％、46.9％和50.4％，COD去除率分别为85％、66％和60％。分析发现：在反应初期，氨氮的去除主要通过厌氧氨氧化过程实现，随着反应的进行，反硝化菌活性逐渐提高，传统的反硝化过程占优势；同时还观察到，在反应初期COD对氨氮去除的抑制作用非常明显。但是，目前有研究发现厌氧氨氧化菌具有异氧代谢的能力。目前，已发现异[25]养厌氧氨氧化菌种Candidatus‘‘Anammoxoglobuspropionicus’’能代谢丙酸盐；[26]Guven等研究发现，甲醇是厌氧氨氧化菌最有效的抑制剂，低至0.5mM的甲醇导致了完全和可逆的抑制厌氧氨氧化活性，乙醇抑制厌氧氨氧化菌；丙酸盐在5n重庆大学硕士学位论文1绪论纯的厌氧氨氧化菌细胞中以0.8nmol/（min﹒mg蛋白质）速率被消耗，醋酸盐对厌氧氨氧化菌的作用需进一步研究；葡萄糖、甲酸盐、丙胺酸对厌氧氨氧化菌没有明显的影响；在用丙酸盐富集培养厌氧氨氧化菌150d，厌氧氨氧化菌和反硝化菌的相对数量没有改变，表明了厌氧氨氧化菌比异氧反硝化菌更有效的竞争丙[27]--酸盐。Akunna等实验结果表明，未适应NO3环境的甲烷化污泥中的NO3还原+为NH4的反应依赖于底物的种类：以葡萄糖和丙三醇为底物时，发现50%的-+-NO3-N还原为NH4；然而在以乙酸或乳酸为底物时，100%的NO3-N反硝化为N2。在反硝化系统中，不管从技术角度还是从经济方面考虑，C/N都是一个非常重要的参数。有时依赖于外加碳源以实现完全反硝化，导致运行费用的增加，为[28]此要选择一个适当的C/N比。Akunna等利用葡萄糖为底物的厌氧污泥研究了-+C/N的重要性，实验结果表明，当C/N比大于53时，NO2反硝化为NH4，并产甲烷；当C/N在9和53之间时，主要发生了甲烷化和完全反硝化；当C/N小于9时，主要发生反硝化。第三，选择适宜的氨氮浓度：过高或过低的氨氮浓度都会导致去除率偏低，[29]氨氮浓度为50mg/L左右为宜。Lissens等认为对于C/N比大于15的有机固体废物，采用单相系统是合适的；而对于那些C/N比低于10的蛋白质丰富的有机固体废物，应该采用两相厌氧消化系统进行处理。氨氮对于产乙酸产甲烷菌和产[29]氢产甲烷菌的抑制程度是不同的，对此目前尚有争论。Koster曾经报道：相对于产氢产甲烷菌而言，当氨氮浓度超过1700mg-N/L时，氨氮对于产乙酸产甲烷[29]菌代谢的抑制性更强。Angelidaki和Ahring也认为产乙酸产甲烷菌比产氢产甲[29]烷菌对氨氮更敏感。而Wiegant和Zeeman却认为氨氮（>3500mg-N/L）抑制了产氢产甲烷菌，但产乙酸产甲烷菌在氨氮达到4500mg-N/L时仍未受到抑制。[29]Fujishima在研究脱水污泥厌氧消化的过程中得到了与Wiegant和Zeeman同样的研究结论。两种不同的结论也许与所接种的甲烷菌是否经过驯化有关。在中温[29]消化的情况下，氨氮达到一定浓度的时候，甲烷菌会失去活性。Poggi等研究了城市生活垃圾和剩余污泥中温厌氧消化过程中氨氮的抑制情况。Gallert和[29]Winter在研究有机垃圾中温和高温条件下厌氧消化过程中氨氮对甲烷产量的影响时发现，在高温过程中产生了更高浓度的氨氮。但是，高温微生物耐受最大NH3的浓度是中温微生物的两倍。经过高浓度氨氮驯化过的甲烷菌对氨氮的抑制有更高的抵抗能力。因此在处理高氮有机废物的过程中，为了保持稳定的甲烷产[29]量，对于甲烷菌的驯化是必要的。Velsen曾经报道，在氨氮浓度为2420mg-N/L下驯化过的甲烷菌能够在氨氮浓度达到3000mg-N/L时快速产生甲烷，没有任何的滞后。大多数研究者认为，非离子化的NH3是氨氮产生抑制性的主要原因。但+Lay认为，甲烷菌的活性取决于NH4的浓度，而不是非离子化NH3的浓度，而6n重庆大学硕士学位论文1绪论+[30]且认为NH4和NH3在驯化和非驯化的系统中的影响是不同的。Calli发现在氨氮浓度从1000mg-N/L逐渐提高到6000mg-N/L时，相应非离子化的NH3提高到800mg-N/L，COD去除率在78%～96%之间；高的去除效率表明，厌氧反应器能逐渐适应氨氮的毒性。第四，选择特殊的反应器技术：选择如UASB、EGSB或生物膜等反应器技术将厌氧氨氧化菌与甲烷菌、反硝化菌复合在一个有利微生态环境中，才可能充分发挥它们之间的协同作用，在以往这方面的相关研究中颗粒化污泥或生物膜技[27,31]术被反复采用。第五，合理控制其他因素：碱度、温度、氧化还原电位、絮凝剂、接种污泥、上升流速等其他因素的影响。[32]Ying-Feng等在研究聚乙烯醇聚凝胶珠上发现，加强反硝化活性也加强了产甲烷活性，而加强产甲烷活性不影响反硝化活性。同时反硝化和产甲烷在一个[33]反应器中发生：聚凝胶珠表面发生反硝化，内部发生产甲烷。Hendriksen等-在UASB反应器中接种产甲烷颗粒污泥，逐渐增加进水中NO3浓度使其逐渐适---应NO3的毒性，除NO3和C达99%，批试验表示90%的NO3被转化为N2。Jetten[34]-+等通过污泥消化产甲烷，N部分氧化至NO2，然后以NH4为电子供体反硝化，[35]+即实现了甲烷化和厌氧氨氧化。Jeong-Hoon等在好氧时发生NH4硝化（富含有机底物和适当的水力停留时间），由于有机底物抑制硝化，所以有机底物的去除有助于加强硝化速率,实现了甲烷化和部分反硝化，产气速率为333[36]m/kgCOD(66～75%CH4，22～32%CO2，2～3%N2)。Mosquera-corral等在USBF（upflowsludgebedfilter）反应器中进行甲烷化和反硝化，除N达100%和除COD[37]达80%。Tal等在移动床生物膜反应器中发现氨氧化菌（Nitrosomonas）、亚硝酸盐氧化菌（Nitrospiramarina）、异养菌（Pseudomonassp.和Sphingomonassp.）和厌氧氨氧化菌（Planctomycetessp.）能一起完成硝化、反硝化和厌氧氨氧化。[38]--Zhang运用EGSB反应器技术处理NO2合成废水，实现了厌氧甲烷化与NO2-反硝化的耦合，COD的去除率97%、NO2去除率100%，反应器容积负荷速率达6.56gCOD/（L﹒d）和0.9gN/（L﹒d）；EGSB反应器和批试验结果证明，反应器中污泥具有一定的厌氧氨氧氧化活性，甲烷化过程对其具有一定的强化作用。[39]+Eiroa等用UASB反应器除甲醛达95%以上，75%尿素水解至NH4。由于进水中较高的COD/N比(6.7)，反硝化过程完全，同时发生了甲烷化。Reyes-Avila等[40]用1.3L厌氧连续搅拌反应器（anaerobiccontinuousstirredtankreactor），水力3停留时间2天，C/N比为1.45，醋酸盐负荷率0.29kgC/（m﹒d）,硝酸盐负荷率32-2-3为0.2kgN/（m﹒d），除C和N高达90%以上。S负荷率在0.294kgS/（m﹒d）2-2-时，除C达65%，除S达99%。证明了反硝化过程中除N、C和S是可行的。7n重庆大学硕士学位论文1绪论[41]Wang等在EGSB中实现甲烷化、反硝化与厌氧氨氧化的耦合，其研究的条件+-是NH4的浓度范围70～250mg/L,NO2的浓度范围70～250mg/L，COD的浓度+-500mg/L。得到最大的NH4去除率是40％，最大的NO2去除率是98％，最大的[38]COD去除率是83％。这与Zhang在此前取得的研究结果基本一致。此研究的-[42]COD/NO2-N的比2～7，主要发生完全反硝化。SuminoT等在单个反应器中研究了同时硝酸盐还原和厌氧氨氧化来脱氮，颗粒污泥取自上流式反应器中，然后添加C/N比为1的合成废水培养反硝化菌；当总N去除率达到了30%，在反应器中添加厌氧氨氧化菌污泥，总N去除率达到了80～94%。设想这样一个颗粒化污泥的微生态环境结构：反硝化菌主要分布于颗粒污泥表层、产甲烷菌主要分布于颗粒污泥中间层、厌氧氨氧化菌则集中在颗粒污泥中心部位，那么，这些功能微生物将具有各自有利的微生态环境，有利于它们之间协同作用的充分发挥。1.3.3BAF反应器的研究现状BAF曝气生物滤池(BiologicalAerationFilter)是生物膜反应器的一种，于80年代末在欧美发展起来的一种新型污水处理技术，与其它生物固定膜方法不同，曝气生物滤池将生物氧化过程与固液分离集于一体，使碳源去除、固体过滤和硝化过程在同一个单元反应器中完成，增加了厌氧区的曝气生物滤池还可以进行反硝化脱氮及除磷。曝气生物滤池的基本原理在于在一级强化的基础上，以颗粒状填料及其附着生长的生物膜为主要处理介质，充分发挥生物代谢作用、物理过滤作用、生物膜和填料的物理吸附作用以及反应器内食物链的分级捕食作用，实现污染物在同一单元反应器内去除。曝气生物滤池借鉴了生物接触氧化反应器和深床过滤器的设计原理，省却了二次沉淀设备。反应器内存在着不同的好氧、缺氧区域，可同步实现硝化和反硝化，在去除有机物的同时达到脱氮的目的。目前全球范围内的以曝气生物滤池为主体技术的水处理厂已超过100座以上，主要分布在欧洲和北美洲地区。亚洲的韩国，我国台湾、大连也有曝气生物滤池的实际应用。被广泛地应用于工业废水、生活污水的有机物、SS去除的二级处理，脱氮除磷的三级处理以及微污染水源水的预处理。我国主要对曝气生物滤池处理生活污水、啤酒废水进行了处理效能及机理方面的探索研究，在一些污水处理工程也采用了曝气生物滤池单元。曝气生物滤池的最大特点是使用了一种新型粒状填料，污水在垂直方向上通23过填料层。粗糙多孔的粒状填料具有很大的比表面积，可达398ｍ/cm，它具有优良的过滤作用，因此被称作滤池。填料表面生长有生物膜，池底提供曝气。该反应器属于固定床的生物膜反应器。污水在流过滤床时，污染物首先被过滤和吸附，进而被氧化，它定期的利用处理出水进行反冲洗排除增殖的活性污泥。8n重庆大学硕士学位论文1绪论BAF与传统活性污泥和接触氧化法的不同点：1)BAF粗糙多孔的粒状填料为微生物提供了更佳的生长环境，易挂膜；微生物量大，可达10～15g/L，高浓度的微生物量使得BAF的容积负荷增大，进而减少了池容和占地面积。池容和占地一般为常规二级处理的1/5～1/10，并使基建投资大大降低。2)粒状填料使充氧效率大大增加，一般氧利用率可增加10%～15%。这主要是由于污染物、生物膜和填料之间的接触更理想，在O2的上升过程中，与这三者发生无数次碰撞，增加了传质效果。3)粒状填料的使用使得BAF具有优良的过滤和吸附作用。研究结果显示，BAF比普通砂滤池的过滤效果还好,因此，可以省去了二沉池。4)BAF的微生物生长在粗糙多孔的填料表面，属固定化微生物。固定化微生物是现代生物工程技术，在医药、酿造等行业普遍应用。对于一些特定的污水可接种和驯化特殊菌种增加处理效果。由于微生物流失相对较小，反应器中易于培养难富集的生物种群。5)BAF对低浓度的有机废水也有很好的处理效果。例如洗浴废水，通常接触氧化法不能挂膜，处理效果很差，但BAF却能保持好的处理效果，出水可达回用水的标准。曝气生物滤池的形式在进水方式、填料选择和使用功能上各有所不同，即上向流曝气生物滤池和下向流曝气生物滤池；悬浮填料曝气生物滤池和沉没填料曝气生物滤池；去碳曝气生物滤池、硝化曝气生物滤池、反硝化生物滤池、水源水预处理曝气生物滤池和组合曝气生物滤池等。目前已开发出的BAF反应器的主要工艺参数为：有机物负荷2～103+3kg(BOD5)/m.d；滤速2～15m/h；氨氮负荷0.5～1.5kg(NH4-N)/m.d；填料有石英砂、无烟煤、陶粒、合成塑料、火山灰等，粒径为3～10mm，多数为3～6mm；曝气条件为气水比大多为1～3∶1，最高不超过10∶1，曝气量与处理要求、进水条件、填料情况直接相关；分级式滤池的运行周期一般为24～48h，硝化及反硝化滤池的运行周期稍长，一体式硝化及反硝化滤池的运行周期与进水情况关系密切，一般为24h；反冲洗时间一般依水头损失来确定，反冲洗方式为气冲、2水冲、气水联合反冲以及脉冲反冲。水冲洗强度为15～35L/m.s，气冲洗强度2为15～45L/m.s，冲洗时间一般在30min以内。1)有机物及SS去除。于1996年投入运行的美国宾夕法尼亚州的Monessen[43]焦化废水处理厂，对硫氰化物、氨及酚类化合物的去除率分别达到了99%、78%和999%，出水硫氰化物、氨及酚类化合物的浓度分别为3.93mg/L，[43]36.41mg/L，0.04mg/L。英国Packington由曝气生物滤池处理含工业废水的生9n重庆大学硕士学位论文1绪论活污水，在进水COD=562mg/L，BOD5=286mg/L，SS=139mg/L的条件下，COD、[44]BOD5、SS的去除率分别达到80%，91.3%，78%。邱立平等开发研制的二段曝气生物滤池试验研究中，生物反应器对COD和SS的去除率分别达到90%和85%以上。2)氨的硝化去除。通过合理的运行调控，曝气生物滤池可以取得很好的硝[43]化除氨效果，其硝化效能可以接近100%。Monessen污水厂在去除几乎全部酚、[45]氰化合物的同时也去除了78%的氨。Cromphout利用上向流曝气生物滤池处理含氨的富营养化水源水，在气水比1∶1，滤速5～18m/h，温度10℃以上条件下，硝化效率可达100%；随着温度的下降，硝化速率降低；温度为6.5℃时，仍可将15mg/L的氨氮在0.4h内完全硝化，并发现滤速对硝化效率没有影响。[46]李汝琪在研究中发现用曝气生物滤池处理生活污水同步硝化效率可达91.5%。[47]+3Pujol的近期中试结果表明，在温度为22℃、NH4-N负荷2.5kg/m.d条件下，曝气生物滤池对氨氮的去除率可达90%以上，同时出水中BOD5和SS分别降至10mg/L和16mg/L以下；Pujol认为提高滤速会对硝化有积极的促进作用。[48]FdzPolanco等研究了硝化曝气生物滤池中异养菌和硝化菌的空间分布情况，发现进水COD低于200mg/L时不影响硝化效能；当进水COD>200mg/L时，+硝化效能将下降；当COD/NH4-N>4时，生物膜内将出现不同的功能分区；通过测定耗氧速率发现硝化菌、氨氧化菌及异养菌在反应器中的空间分布与COD浓度有关，呈明显的分区分布。3)反硝化脱氮。在生物膜反应系统中，由于存在着厌氧区，可实现一定程度的反硝化脱氮。脱氮效率的高低取决于底物条件、传质条件及反硝化细菌的代谢特点。在曝气生物滤池系统中，反硝化以两种方式进行，即在滤池设置缺氧区或单独设一个不曝气的反硝化生物滤池，并根据底物供应情况决定是否投[47]加碳源物质。研究表明，曝气生物滤池系统的反硝化效能在较高滤速和负荷[47]下可以接近100%。Pujol认为，反硝化最好采用外加碳源的办法，最佳滤速为[49]10～15m/h。Chen等研究生物过滤反应器与活性污泥反应器、流化床的反硝化特性时，发现在不同水力条件下，反应器内微生物种群会发生一定的变化，但优势种群——杆菌属基本稳定。曝气生物滤池的反硝化功能研究也是热点领域，在饮用水处理和污水的三级处理中将会发挥巨大的作用。4)磷的去除。曝气生物滤池对磷的去除主要是通过加入化学除磷剂，再通过反冲洗排除富磷污泥；或是在一级强化过程中通过化学混凝除磷。由于生物的同化作用、吸附作用及生物积累作用也会对除磷有所贡献，在脱氮过程中同[50]步除磷机理的研究成果也不断出现。Goncalves等进行曝气生物滤池同步脱氮[51]除磷的研究时发现，进水方式对磷去除效果没有差异性影响。德国Koln的同10n重庆大学硕士学位论文1绪论步硝化除磷曝气生物滤池除磷可达70%，总磷可降至0.5mg/L。BAF工艺集过滤、生物吸附和生物氧化三合一，可同时起到普通曝气池，二沉池和砂滤池的作用；固定化微生物，生物膜组成丰富，并有空间分布，生物量大。主要优点如下：1)较小的池容和占地：占地面积只是常规二级生物处理的1/10～1/5。这一点对于沿海城市，或土地较昂贵的开发区或经济发达的地区具有重要意义。而对于一些厂区用地紧张的情况，也可找到解决的办法。2)高质量的出水：BAF的处理出水不但可以满足环保排放标准，同时，可被用于水回用。我国目前水资源紧缺，经BAF处理并消毒后的出水，可用于一般用途的水回用，冷却杂用水等。3)简化流程：BAF省去了二沉池和污泥回流泵房。4)基建费用和运转费用低：BAF的基建费用和运转费用大大低于传统常规二级处理技术的费用。5)可靠性高：BAF抗冲击负荷能力强，无污泥膨胀问题，一段时间不运转(几天或几个月)，微生物不会流失，几天内即可恢复到正常处理水平。曝气生物滤池也存在的一些问题：进水一般要求进行悬浮物预处理，一定程度上增加了工艺的复杂性；进水悬浮物较多时，运行周期短，反冲洗频繁；产生的污泥稳定性差，进一步处理比较困难；同步生物除磷效果不好，一般需采用化学法除磷，增加了药剂的使用量。总的来说，曝气生物滤池是一种发展较快的新型生物处理技术，将污水生物处理与深层过滤集于一身，是一种重要现代水处理工艺。应用曝气生物滤池技术进行有机物去除、硝化反硝化、微污染水源水预处理等方面的研究进展较快，但生物膜处理机理、除磷和反应动力学的研究尚待深入，有关反应器处理机理的理论体系还不完善。曝气生物滤池是符合我国国情的水处理技术，有很大的应用潜力，应加大力量进行深入研究，推动该技术的国产化并在水处理中推广应用。1.3.4短程硝化反硝化技术早在1975年，Voets就发现了硝化过程中HNO2的积累现象，并首次提出了短程硝化－反硝化生物脱氮（shortnitrification－denitrification），该方法是将硝化过-程控制在NO阶段而终止，随后进行反硝化（如式1.1所示）。实现短程硝化反硝2--化的关键在于将NH-N的氧化控制在NO阶段，阻止NO的进一步氧化，因422-此，必须稳定地维持NO的积累。2亚硝化细菌的硝化作用-反硝化细菌的反硝化作用NH-NNON/NO(1.1)4222[52]与全程硝化反硝化相比，短程硝化反硝化具有以下的优点：（1）硝化阶段可减少25%左右的需氧量，降低了能耗；（2）反硝化阶段可减少40％左右的有机碳源，可降低运行费用；（3）反应时间缩短，反应器体积可减小30％～40％；（4）--具有较高的反硝化速率，NO的反硝化速率通常比NO的高出63％左右；（5）23污泥产量降低，硝化过程可少产污泥33％～35％，反硝化过程中可少产泥55％左11n重庆大学硕士学位论文1绪论右；（6）减少了投碱量。因此，对于低COD/NH比废水（如焦化、石化、化肥4废水以及垃圾渗滤液等）的生化脱氮处理，短程硝化反硝化具有重要意义。基于此理论开发出来的污水处理工艺具有代表性的是由荷兰Delft技术大学开[53]发出的SHARON(SinglereactorHighactivityAmmoniumRemovalOverNitrite)工艺。其基本原理是简捷硝化反硝化，即将氨氮氧化控制在亚硝化阶段，然后进行反硝化。然而，将硝化阶段控制在亚硝化阶段的成功报道并不多见。这是因为，硝酸菌(Nitrobacter)能够迅速地将亚硝酸盐转化为硝酸盐。SHARON工艺的成功在于：巧妙地应用了硝酸菌(Nitrobacter)和氨氧化菌(Nitrosomonas)的不同生长速率，即在较高温度下，硝酸菌的生长速率明显低于氨氧化菌的生长速率。因此，在完全混合反应器中通过控制温度和停留时间，可以将硝酸菌从反应器中冲洗出去，使反应器中氨氧化菌占绝对优势，从而使氨氧化控制在亚硝化阶段。SHARON反应器[54]中的优势菌种为N.europaea。[55]VanDongenU等通过1.5L小试装置对SHARON工艺为期2年的研究，利3用它的动力学和化学计量参数模拟了1500m的SHARON工艺，负荷为31.2kgN/md，运行方式为1d曝气/0.5d缺氧搅拌时，约有53%的氨被稳定地转化-+成NO2-N，且不需要进行pH控制；NH3是比NH4更优先的底物，pH升高，可用+的NH3多，被转化的量也多，出水中的NH4-N就会明显减少。SHARON反应器尺寸由HRT控制，受进水浓度影响。生物膜工艺由实际负荷决定，停留时间是可变的，比如颗粒污泥SBR，UASB，内循环反应器(IC)，可以使有效容积减小。[56]李春杰、顾国维利用SMSBR处理焦化废水时，获得了稳定、高效的短程[57]硝化作用，平均亚硝化率为91.1%。方士、李莜焕等在处理高氨氮味精废水中，对短程硝化反硝化进行了研究，试验结果表明，废水中高浓度的游离氨（FA）抑制了硝酸菌的生长，导致了亚硝化－反硝化脱氮途径的形成。应用短程硝化反硝化处理高氨氮味精废水获得了较好的效果，氨氮的去除率达到80%以上。邱立平[58]等通过模型试验研究了曝气生物滤池脱氮过程中的亚硝酸盐积累现象，试验结果表明：曝气生物滤池在滤速为1~2m/h、气水比为3：1、水温为21~26.5℃、进33水氨氮负荷0.26~0.62kg/(m.d)、总氮负荷0.28~0.63kg/(m.d)的条件下，对氨氮33和总氮的去除能力分别为0.15~0.52kg/(m.d)和0.18~0.42kg/(m.d)；反应器内反应液和处理水连续检测结果、反应器内含氮化合物空间分布分析以及微生物数量及活性测定结果表明，反应器中出现了明显的亚硝酸盐积累现象，表现出显著的短程硝化反硝化特征，进行机理分析后认为曝气生物滤池的结果特征和运行方式是其能够进行短程硝化反硝化脱氮的主要原因。12n重庆大学硕士学位论文1绪论1.3.5影响短程硝化的因素短程硝化反硝化生物脱氮就是将硝化过程控制在HNO2阶段，随后在缺氧条件下进行反硝化，也就是不完全硝化反硝化生物脱氮。实现短程硝化反硝化脱氮，关键是如何控制硝化过程停止在HNO2阶段，实现亚硝酸盐的积累，阻止亚硝酸盐进一步向硝酸盐转化。影响亚硝酸积累的因素主要有温度、pH、氨浓度、氮负荷、[59~64]DO、有害物质及泥龄等。①温度：生物硝化反应在5～45℃内均可进行，适宜温度为20～35℃，一般低于15℃硝化速率降低，并且低温对硝化产物及两类硝化菌活性影响不同。12～14℃下活性污泥中硝酸菌活性受到严重抑制，出现HNO2积累。15～30℃范围内，硝化过程中形成的亚硝酸可完全被氧化成硝酸。温度超过30℃后会出现HNO2的积累。但在中温条件下（20～30℃）控制pH值、DO、进水游离氨浓度，也可以[65][66]实现HNO2的积累。于德爽等研究了在此条件下不同温度对HNO2积累的影响，pH值为8.2～8.5，DO为2～3mg/l，进水氨氮浓度为85～90mg/l，COD为-360mg/l，污泥质量浓度为4g/l时，实验结果表明：20℃时NO2－N的最高质量浓度为14.8mg/l，25℃时为24.1mg/l，30℃时为43.4mg/l。说明在中温条件下，随着温度的提高HNO2积累量增大。②pH值：pH值对亚硝化反应的影响有两个方面。一方面是氨氧化菌生长要求有合适的pH值环境；另一方面是pH值对游离氨浓度有重大影响，从而影响氨氧化菌的活性。随着硝化的进行，硝化过程产生的酸使废水pH不断下降。氨氧化菌要求的最适pH在7～8.5之间，硝酸菌为6～7.5。反应器中pH低于6.5则整个硝化反应会受到抑制。pH升高到8以上，则HNO2浓度升高，硝化产物中亚硝酸[67]比例增加，出现HNO2积累。游离氨的浓度公式为：pH17[NHN]104[NH](1.2)3free146334pHexp()10273T由上式可知，pH值的变化会引起FA浓度的变化，FA浓度直接影响着硝酸菌和氨氧化菌的活性。所以，调节pH值的大小，不仅为氨氧化菌提供有利的生长条[68]件，也是为了控制FA的浓度，从而为硝化过程中HNO2的积累提供有利条件。③NH3浓度与氮负荷：废水中氨随pH不同分别以分子态和离子态形式存在。分子态游离氨（FA）对硝化作用有明显的抑制作用，硝化杆菌属比亚硝化单胞菌属（硝化过程中常见的两个菌属）更易受到FA的抑制，0.6mg/l的FA几乎就可以全部抑制硝酸菌的活性，从而使氧化受阻，出现HNO2积累。只有当FA达到5mg/l以上时才会对氨氧化菌的活性产生影响，当达到40mg/l才会严重抑制亚硝酸的形13n重庆大学硕士学位论文1绪论成。pH升高，FA浓度增加，造成HNO2积累，另外氨氮负荷过高时，在系统培菌初期有利于繁殖较快的氨氧化菌的增长，使亚硝酸产生量大于氧化量出现HNO2积累。进水负荷过大所造成的HNO2积累也与水中总氨氮中浓度有关，冲击负荷也会造成HNO2积累。因此，只要控制系统中FA浓度介于硝酸菌抑制浓度和氨氧化菌抑制浓度之间就可以保证氨氧化正常进行而HNO2氧化受到阻碍，形成HNO2[67]的积累。因氨氮和游离氨在溶液中存在着电离平衡，当温度和pH值一定时，氨氮浓度[66]直接决定了游离氨的浓度。于德爽等对短程硝化反硝化中氨氮浓度变化进行了研究，温度为28℃，DO为2～3mg/l，pH值为7.55，COD为327mg/l时，实验结果表明：进水氨氮浓度低时出水氨氮浓度也低，氨氮去除率高；当提高进水氨氮浓度时，游离氨超过氨氧化菌抑制浓度则会使亚硝化率降低而使得出水氨氮浓度增大，此时为达到较高的氨氮去除率须延长硝化时间。硝化时间增加使亚硝态氮的积累量增加，反硝化时间就会延长。所以，如果将温度、DO和pH值控制在有利于HNO2积累的条件下，进水氨氮浓度（FA浓度）越低越能促进HNO2的积累。另外实验还发现，高浓度FA抑制所造成的HNO2积累并不稳定，时间一长系统中亚硝酸浓度和亚硝化率均下降，HNO2浓度增大。这说明硝酸菌对FA适应是不可逆转的，即使再进一步提高FA浓度，亚硝化率也不会增加。④DO：溶解氧是控制亚硝酸盐积累的关键参数之一，溶解氧浓度不能太高，太高会使亚硝酸盐氧化，不利于亚硝酸盐的积累，也不能太低，太低会造成供氧不足，不利于亚硝酸盐的生成。氨氧化菌和硝酸菌均是绝对好氧菌，在生物膜和活性污泥反应器中，当膜的厚度和污泥颗粒的尺度较大时，形成氧扩散梯度。一般认为至少应使DO在0.5mg/l以上时才能很好地进行硝化作用，否则硝化作用会[69]受到抑制。史一欣等研究表明，DO是影响短程硝化的决定性因素，DO>1.6mg/L时，短程硝化可能向全程硝化转化。⑤有害物质：硝化菌对环境较为敏感，废水中的酚、氰及重金属离子等有害物质对硝化过程有明显的抑制作用。相对于氨氧化菌，硝酸菌对环境适应性慢，因而在接触有害物质的初期会受抑制，出现HNO2积累。Hynens等人发现硝酸菌与氨氧化菌并存时，在废水中加入5mmol/l的氯酸钠可抑制硝酸菌，但对氨氧化菌无影响。⑥泥龄：氨氧化菌的世代期较硝酸菌短，在悬浮处理系统中若泥龄介于硝酸菌和氨氧化菌的最小停留时间之间时，系统中的硝酸菌会逐渐被―淘汰‖掉，使氨氧化菌成为系统中的优势菌，硝化产物以HNO2为主。例如SHARON工艺是由荷兰Delft技术大学开发的脱氮新工艺，其基本原理是利用在高温（33～35℃）下，氨氧化菌的最小停留时间小于硝酸菌。14n重庆大学硕士学位论文1绪论[69]以上这些影响因素之间也会互相影响。史一欣等采用固定化微生物曝气生物滤池（HBAF），探讨了水力停留时间（HRT）、游离氨（FA）、pH、溶解氧（DO）对晚期垃圾渗滤液短程硝化的影响，试验结果表明，在HRT为2d，对应氨氮负荷为0.26~0.3g/(L.d)，保持出水FA在1mg/L以上，pH在7.9左右，DO控制在1.3±0.2mg/L时，最利于实现短程硝化。因此，要实现亚硝酸盐的积累，就要综合考虑各个影响因素。在考虑一个因素对短程硝化影响的同时，也要考察该因素变化对其它因素的影响，以及这些影响因素的变化对短程硝化综合的影响。1.3.6实现稳定亚硝化过程的途径针对以上影响因素，可以发现实现经亚硝酸盐直接脱氮需要解决的关键技术瓶颈是，在保持氨氧化菌（AOBs）正常生长和代谢的前提下，有效抑制活性污泥中亚硝酸盐氧化菌（NOBs）的生长，或者将其从活性污泥中淘洗去除。针对以上近年来文献报道的稳定实现亚硝化化过程的途径主要有：（1）采用污泥停留时间小于NOBs临界倍增时间的连续运行反应器将NOBs从反应器中淘洗去除。这些工[54]艺方法大多数运行在较高温度（30℃-40℃），此时AOBs的最大比生长速率高于NOBs。（2）控制溶解氧在低浓度水平，由于AOBs比NOBs具有更高的氧亲合性[70,71]导致亚硝化过程。在低解氧浓度时，某些过程可能允许经亚硝酸盐的同时氮[72]氧化和还原，例如同时硝化反硝化（SND）、溶解氧受限自营养硝化反硝化[73][74][75]（OLAND）、硝化菌反硝化、经亚硝酸盐的完全自营养脱氮（CANON），亚硝酸盐还原菌（如反硝化菌、厌氧氨氧化菌）对亚硝酸盐的竞争胜过NOBs，限制了其基质可利用性，使NOBs生长与代谢处于劣势。（3）以曝气历时长度作为关[76,77]键控制因素，在氨氧化过程完成前或结束时停止曝气，导致SBR反应器中稳定形成亚硝酸盐累积。利用SBR工艺的曝气历时长度控制策略，高温（30℃-40℃）[76,78][77]处理高氨废水已经成功实现了亚硝化，特别地，Blackburne等在室温下（18℃-25℃）处理含低氨生活废水实现了80%的亚硝酸盐累积。（4）控制pH在较高水平[79,80][81,82]，使高浓度的游离氨抑制亚硝化过程。试验研究和工程实践证明，实现硝化过程终止在亚硝化阶段的最经济有效的[78,83]途径是在较高温度和适宜pH下处理高氨废水。附着材料有利于生长速率缓慢的硝化菌形成生物膜，使硝化过程效能大大提高，甚至在pH4.3下以正常速率实现[84]硝化过程。应用添加了生物载体材料的完全混合反应器，将溶解氧控制在0.5mg/L，Bernet等实现了90%以上的亚硝酸盐累积，亚硝化过程有很高的稳定性和[85]抵抗瞬时高浓度溶解氧的能力；应用填料生物膜反应器，Yun和Kim实现了95%-3-1[86]的亚硝酸盐累积，在2kgNmd的氨负荷速率下硝化效率稳定在90%以上。15n重庆大学硕士学位论文1绪论1.4论文研究的内容和方法1.4.1本论文主要研究内容①把已经富集好的特殊功能结构厌氧颗粒污泥（具有甲烷化、反硝化和厌氧氨氧化等功能）的EGSB反应器作为第一段，已富集好的好氧氨氧化菌接种到-曝气生物滤池中作为第二段，在不需外部投加NO2-N下耦合两段工艺，实现厌氧氨氧化甲烷化和短程硝化反硝化的集成；②在适宜的pH值、温度范围内，研究外回流比（外回流指曝气生物滤池出水直+接回流至EGSB反应器）对EGSB-BAF集成系统的COD去除率，NH4去除--率，出水NO2和NO3浓度等的影响；③在适宜的pH值、温度范围内，研究EGSB-BAF集成系统处理几种不同基质浓度的合成废水，探讨该集成系统的适用范围，以及进水有机物浓度、氨氮浓度对系统运行性能的影响。1.4.2本论文研究的方法论文采用试验研究和论证分析相结合的方法，技术路线见图1.1。COD已经富集好的特殊功能结构厌氧颗已富集好的好氧氨氧化菌+NH4-N粒污泥（具有甲烷化、反硝化和厌接种到曝气生物滤池，实现合成废水氧氨氧化等功能）的EGSB反应器短程硝化耦合EGSB和BAF两段工艺，实现厌氧氨氧化甲烷化和短程硝化反硝化的集成研究外回流比对EGSB-BAF集成系统稳定运行性能的影响采用合成废水试验研究有机物和氨氮浓度对集成系统运行性能的影响，以探讨其适用范围图1.1研究技术路线Fig.1.1Technicalprocessofstudy16n重庆大学硕士学位论文2EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化2EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化2.1曝气生物滤池实现短程硝化2.1.1材料与方法①试验装置整个反应器基本可分为三大部分：曝气装置区，承托区，填料区。曝气装置区布置有烧结陶瓷曝气头、布水器和反冲洗口，采用底部曝气、底部进水的方式，水流方向为上流式。采用空气调节阀来控制进气量；承托区为不锈钢钢板制成，钢板上布满直径为3mm、间距5mm的微孔，主要用途是过水、过气；填料区装填的是新型国产陶球滤料，陶球滤料平均直径5.34mm。反应柱采用玻璃材料制作，反应区内径61mm，高66cm，其中底部承托区高3cm，填料装填高度共60cm；顶部空余6cm。反应器的有效容积为2.0L。整个反应系统工艺流程见图2.1。1.反应柱2.原水储水池3.曝气机4.加压恒流泵5.测压管6.阀门7.反冲洗水池8.反冲洗泵9.出水池10.pH传感器11.DO传感器12.控制柜13.蠕动泵14.碱液池15.内回流16-1#取样口116-2#取样口2图2.1曝气生物滤池实验室装置流程图Fig2.1SchematicflowchartoftheBAFExperimentalSystem②填料的选择对于BAF来说，填料对反应器性能有着极大的影响。生物填料的物理特征、化学稳定性、有无生物毒害、吸附特征、粒径、材质、孔隙率等对微生物的吸附17n重庆大学硕士学位论文2EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化[87,88]生长和反应器效能有着重要的影响。填料的选择首先得遵循下面几个原则：粗糙、比表面积大，这样能够为微生物提供更佳的生长环境，易挂膜，微生物量大；密度小，使反应器的动力消耗低，能降低运行费用。目前在曝气生物滤池中使用的填料有石英砂、陶粒、无烟煤等无机硬性材料和聚乙烯、聚丙烯、PVC等有机硬性材料等。本实验中所用的轻质球型陶粒，系采用粘土(主要成分是偏铝硅酸盐)为原料，加入适当化工原料作为膨胀剂，经高温烧制而成。外观呈球形，表面粗糙，其主要性能参数与国外填料性能参数对比见表2.1。表2.1实验用陶粒与国外填料性能比较Table2.1Comparisonbetweenexpandedclayusedinexperimentandsomeotherpackingmedia粒径粒子密度堆积密度比表面积脆度盐酸可名称332ｍｍg/cmg/cmcm/g%溶率%4轻质陶球3～61.10.654.2×10＜1≤2[89]4Ahita(法国)3.5～6.21.550.883.98×105.51.4[89]4OldES(老页岩)2.1～3.91.9－0.83×106.50.35③试验材料污泥来源：试验采用的污泥取自在SBR中富集培养的好氧氨氧化菌絮状污泥。+合成废水主要组分：NH4-N，50mg/L；KH2PO4，30mg/L；KCl，110mg/L；MgSO4，50mg/L；COD，100mg/L；含微量元素的溶液，0.4mL/L。微量元素溶液的组成：ZnSO4·5H2O，80mg/L；FeSO4·7H2O，100mg/L；CuCl2·2H2O，20mg/L；MgCl2·6H2O，50mg/L；H3BO3，20mg/L。在试验中，将DO和pH在线控制仪器的探头放置在曝气生物滤池中，控制DO范围：0.8~1.2mg/L，pH值范围：7.8~8.5，温度范围：32℃~35℃，进水流量为13mL/min。废水中的COD用醋酸盐和醋酸进行配制，采用碳酸氢钠（NaHCO3）配制碱液。④试验分析项目及测定方法-＋采用N-(1奈基)-乙二胺比色法测定NO2-N，钠氏试剂光度法测定NH4-N，酚—二磺酸分光光度法测定NO3N，重铬酸钾法测定COD，重量法测定MLSS，精密[90]pH计测定pH、温度和氧化还原电位。2.1.2结果与讨论①曝气生物滤池的启动1)载体挂膜所谓载体挂膜就是将培养好的污泥移入反应器，使菌胶团和少量的细菌截留附着在载体表面，这些固着的微生物将摄取废水中的营养物质，进行新陈代谢等18n重庆大学硕士学位论文2EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化生命活动，并在载体表面生长繁殖，逐渐形成薄的胶质粘膜。随着时间的推移，微生物不断增长，从载体表面向外扩展，逐步覆盖已形成的膜层，进而形成成熟的生物膜。整个挂膜共分两个阶段进行。a静态挂膜期间，间歇进出水，连续曝气。静态生物挂膜主要起生物接种作用，即将接种污泥加入反应器，为部分污泥截留附着在载体表面并在其上繁殖增长创造适宜的条件。0时间向反应器中投加氨氮浓度为100mg/L的人工配水1.8L；反应运行到48小时后重新添加氮源，将反应器中的水全部排出，重新进氨氮浓度为150mg/L的人工配水1.8L。反应器中的进出水氨氮浓度如图2.2所示。从图中可以看出，经过72小时的曝气，反应器出口处氨氮浓度明显下降。在显微镜下仔细观察，发现有的载体还是光秃秃的，有的载体的表面附着了薄薄的一层带粘性的微生物薄膜，即生物膜，载体的颜色略微变黄；混合液中有大量游离的细菌和原生动物。b曝气生物滤池开始连续进水和出水。在回流比为2时，经过20多天的运行，进水氨氮维持在50mg/L左右，出水氨氮浓度降至0.1mg/L以下。此外经镜检，发现载体表面上有少量的菌胶团，载体表面的生物膜变厚、载体颜色变深。此时标志挂膜完成，系统挂膜成功；出水COD浓度维持在30mg/L以下，出水亚硝态氮浓度维持在45mg/L左右，硝态氮浓度维持在5mg/L以下，存在一定的总氮损失（4.2%），这可能是系统中反硝化菌消耗亚硝态氮和硝态氮所致，结果如图2.3所示。15012060110））10050100mg/L90mg/L804070506030504020氨氮浓度（mg/L）30及总氮去除率（％）02010061218243036424854606672进水氨氮、ＣＯＤ浓度（10出水氨氮、ＣＯＤ、亚硝态氮和硝态氮和总氮损失浓度（00时间（h）36912151821时间（d）图2.3曝气生物滤池连续运行时氨氮和COD图2.2静态挂膜期间滤池中氨氮浓度变化情况浓度变化情况Fig2.3AmmoniumnitrogenandCODintheFig2.2TheconcentrationvariationofperiodofrunninginBAFreactorammoniumnitrogenintheperiodofstatic—•—进水COD浓度—□—进水氨氮浓度start-upinBAFreactor—◇—出水氨氮浓度—△—出水COD浓度—□—进水氨氮浓度—△—出水氨氮浓度——出水亚硝态氮浓度—*—出水硝态氮浓度—+—总氮去除浓度—-—总氮去除率19n重庆大学硕士学位论文2EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化②氨氮、COD、硝态氮和亚硝态氮随滤层高度的变化在反应器14cm处为第一个取样口，反应器33cm处为第二个取样口，52cm处进行回流。在回流比为2时，分别测试了取样口处的COD、NHN、NON42和NON浓度，结果如图2.4和2.5所示。360356050）5030）45））5040mg/L25mg/Lmg/L40mg/L35402030301530252020102015氨氮和ＣＯＤ浓度（105亚硝态氮和硝态氮（10氨氮和ＣＯＤ浓度（105亚硝态氮和硝态氮浓度（00369121518210036912151821时间（d）时间（d）图2.4曝气生物滤池连续运行时图2.5曝气生物滤池连续运行时取样口1#变化情况取样口2#变化情况Fig2.4Theconcentrationofsampling1#intheFig2.5Theconcentrationofsampling2#intheperiodofrunninginBAFreactorperiodofrunninginBAFreactor—□—氨氮浓度—◇—COD浓度—□—氨氮浓度—◇—COD浓度—△—亚硝态氮浓度——硝态氮浓度—△—亚硝态氮浓度——硝态氮浓度由图2.4和2.5所示，取样口1#的氨氮浓度比取样口2#的氨氮浓度高，取样口1#的亚硝态氮和硝态氮都比取样口2#略低，而取样口1#的COD比取样口2#的COD浓度略高；但是，变化幅度较小，在取样口1#和取样口2#之间的部分COD，被曝气生物滤池中的少量异养菌进行消耗。③内回流比的影响试验分别测试了回流比为200%、350%、500%和800%时（稳定运行10d）系统中氨氮、COD、亚硝酸盐、硝酸盐以及总氮去除率的情况，从如图2.6。回流比为200%时，系统出水氨氮、COD和硝酸盐残留量较少，亚硝酸盐则较多。因此，回流比为200%时，更利于系统中好氧氨氧化菌的生长。过大的回流比对于系统中好氧氨氧化菌的生长是不利的。回流量过高，还会导致附着在滤料表面的生物膜脱落，不利于絮状污泥的附着生长。回流量过低，系统中容易形成静止状态，基质和溶解氧不容易传递给好氧氨氧化菌，形成的缺氧区较多，容易导致反硝化菌的富集，氨氮降解速率明显降低。④反冲洗周期的影响反冲洗是曝气生物滤池主要的运行特征之一，它直接影响反应器的工作状态20n重庆大学硕士学位论文2EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化和污染物的去除效率，同时反冲洗周期和废水处理构筑物的工程造价以及运行管理费用紧密相关。反冲洗周期过长，会降低处理负荷；反冲洗时间过短，会降低污染物的去除效率。所以确定适宜的反冲洗时间是非常必要的。12090）80100）及70mg/L8060mg/L5060404030总氮去除率（％）2020进水ＣＯＤ和氨氮浓度（10出水氨氮、ＣＯＤ、亚硝态氮、硝态氮和总氮损失浓度（00200350500800回流比（%）图2.6曝气生物滤池在不同回流比时运行情况Fig2.6TherunningconditionofBAFreactorunderthedifferentinnerrecycleratio—•—出水氨氮浓度—□—进水氨氮浓度—◇—总氮去除浓度—△—出水亚硝态氮浓度——出水硝态氮浓度—*—总氮去除率—+—进水COD浓度—-—出水COD浓度试验定性研究了不同反冲洗周期对反应器性能的影响。试验结果表明，曝气生物滤池的反冲洗周期为隔40h冲洗一次是比较合适的，反冲洗用水为自来水。在试验中发现，延长反冲洗周期使亚硝酸盐降低，反应器连续运行3d后，1＃取样口处的亚硝态氮浓度降低，硝态氮浓度增加，出水混浊，有部分污泥随着出水流出反应器。在反冲洗周期为40h的条件下，没有出现反应器的堵塞现象，出水水质稳定。反冲洗方式为水冲，冲洗持续时间为30~50min，流量为300mL/min。2.2外回流比对EGSB-BAF集成系统运行性能的影响本试验将EGSB和BAF反应器集成，使EGSB反应器的出水进入BAF进行-短程硝化，BAF出水外回流至EGSB反应器为后者提供NO2-N，使得EGSB反应-+-器进水中同时含有NO2-N、NH4-N和COD，在不需外部投加NO2-N的条件下实现厌氧氨氧化、甲烷化和反硝化的耦合，重点研究外回流比（外回流指曝气生物滤池出水直接回流至EGSB反应器）对该集成系统运行性能的影响。21n重庆大学硕士学位论文2EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化2.2.1材料与方法试验装置与工艺流程见图2.7，原始废水从EGSB反应器进入，处理出水从BAF反应器流出。反应器采用有机玻璃加工制作。EGSB反应器有效容积为2.5L，反应区内径为61mm,高径比为13。BAF反应器如2.1节所述，内径61mm，高690mm，其中底部承托区高30mm，陶粒(平均直径5.34mm)填料装填高度600mm，顶部空60mm，反应器有效容积2.0L。用乳胶管包裹EGSB和BAF反应器，在乳胶管内泵入循环热水，将反应器内部温度维持在32～35℃；同时，反应器内部pH维持在7.3~8.3。控制EGSB反应器的内回流量使其上升流速在4.86m/h，控制BAF反应器曝气速率使其出水DO在0.8-1.2mg/L。图2.7EGSB反应器与曝气生物滤池耦合实验装置流程图Fig2.7SchematicflowchartoftheintegrationofEGSBreactorandBAFexperimentalSystem1.进水；2.循环水泵；3.水浴锅；4.进水泵；5.进水池；6.回流泵；7.取样口；8.出水；9.水封瓶；10.三相分离器；11.外回流；12.反应柱；13.曝气机；14.加压恒流泵；15.测压管；16.阀门；17.反冲洗水池；18.反冲洗泵；19.出水池；20.pH传感器；21.DO传感器；22.控制柜；23.蠕动泵；24.碱液池两个反应器集成前，EGSB反应器HRT等于4.2h，进水中COD（乙酸+乙酸钠），500mg/L；(NH4)2SO4，7.6mg/L；KH2PO4，3.04mg/L；K2HPO4，3.96mg/L；NaHCO3，2000mg/L;NH4Cl，148.6mg/L；NaNO2，187.5mg/L。经过240d运行，逐步耦合厌氧氨氧化甲烷化反硝化，COD去除率为85%，氨氮去除率为35%，亚硝态氮去除率为99.9%，总氮去除率为67%。BAF反应器在进水13ml/min，水中22n重庆大学硕士学位论文2EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化氨氮50mg/L、COD（乙酸+乙酸钠）100mg/L，在200%回流比的条件下经过20多天的运行，出水氨氮小于0.1mg/L、COD小于30mg/L、亚硝态氮45mg/L、硝态氮小于5mg/L，在BAF反应器中成功实现了稳定的短程硝化过程，如2.1节所述。取消BAF反应器的回流，直接将其出水外回流至EGSB反应器，将两个反应器集成运行，控制外回流比为100%、200%、300%和500%，研究外回流比对系统稳定运行性能的影响。集成系统试验进水13ml/min，水中COD（乙酸+乙酸钠），500mg/L；(NH4)2SO4，7.6mg/L；KH2PO4，3.04mg/L；K2HPO4，3.96mg/L；NaHCO3，2000mg/L；NH4Cl，148.6mg/L；含微量元素的溶液，2.0mL/L。微量元素溶液的组成：EDTA，5.0g/L；FeSO4·7H2O，5.0g/L；ZnSO4.7H2O，2.2g/L；CoCl2.6H2O，1.6g/L；CaCl2.2H2O，5.5g/L；MnCl2.4H2O，5.0g/L；CuSO4.5H2O，1.6g/L；MgSO4.7H2O，5.0g/L；(NH4)6Mo7O24.4H2O，1.1g/L；NiSO4.6H2O，0.42g/L。试验分析项目及测定方法同2.1所述。2.2.2结果与讨论①外回流比对集成系统运行性能的影响1）外回流比对去除亚硝态氮和硝态氮的影响由于EGSB反应器中存在着大量的厌氧氨氧化菌和短程、全程反硝化细菌，EGSB反应器出水中亚硝态氮、硝态氮浓度始终为零。外回流将BAF反应器产生的亚硝态氮和少量硝态氮回流至EGSB反应器，通过后者的厌氧氨氧化和反硝化反应进一步去除氨氮、亚硝态氮及硝态氮。如图2.8，当外回流比为100%时，由BAF回流到EGSB反应器的亚硝态氮、硝态氮的较少，系统对亚硝态氮、硝态氮去性能低，BAF出水（或系统出水）的亚硝态氮和硝态氮浓度较高；当外回流比提高到200%时，BAF出水的亚硝态氮浓度为4.3mg/L，硝态氮浓度为2.56mg/L。因此，适当比例的外回流增大了EGSB反应器中的厌氧氨氧化和反硝化反应的基质浓度和反应速率，提高了EGSB反应器去除亚硝态氮和硝态氮的能力，最终使得系统出水中亚硝态氮和硝态氮浓度降低。2）外回流比对去除氨氮和总氮的影响如图2.9，当外回流比为100%时，总氮去除率为68.5%。由于外回流比较低，使得本系统中BAF的上升流速较小，导致基质和溶解氧与好氧氨氧化菌的接触不充分，不利于好氧氨氧化反应的进行；而且，由于回流到EGSB反应器的亚硝态氮和硝态氮量太少，也不利于EGSB反应器的厌氧氨氧化和反硝化反应进行，总氮去除率降低。当外回流比为200%时，系统去除氨氮的效果最好，终出水氨氮浓度为1.05mg/L，总氮去除率达到80.6%。进一步增大外回流比时，BAF中上升流速太大导致污泥流失，不利于好氧氨氧化菌的生长和富集；同时，由于进入EGSB23n重庆大学硕士学位论文2EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化反应器中的溶解氧将抑制EGSB反应器中的厌氧氨氧化菌和反硝化菌的生长，造成系统氨氮和总氮去除性能下降。1.661.451.24)10.830.62态氮浓度(mg/L)0.4氮浓度(mg/L1EGSB进水亚硝态氮和硝0.200BAF出水亚硝态氮和硝态100200300500外回流比(%)图2.8外回流比对系统亚硝酸盐和硝酸盐的影响Fig2.8Theeffectofouterrecycleratioonthenitriteandnitrateinthesystem—□—EGSB进水亚硝态氮；—△—BAF出水亚硝态氮；—◇—EGSB进水硝态氮；——BAF出水硝态氮455040453540))353030252520201515氨氮浓度(mg/L10总氮浓度(mg/L1055000200400600外回流比(%)图2.9外回流比对系统氨氮和总氮的影响Fig2.9Theeffectofouterrecycleratioontheammoniumnitrogenandtotalnitrogeninthesystem—◇—EGSB进水氨氮；—□—EGSB出水氨氮；—△—BAF出水氨氮；——EGSB进水总氮；—*—EGSB出水总氮；———BAF出水总氮3）外回流比对去除COD的影响如图2.10，EGSB反应器进水的COD浓度在450mg/L左右，EGSB出水COD24n重庆大学硕士学位论文2EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化浓度在110mg/L左右，BAF出水COD浓度基本稳定在40mg/L左右，随外回流比的变化小。但是，过大的回流比不但导致曝气生物滤池污泥流失，而且溶解氧进入EGSB反应器后将抑制产甲烷化反应。600500)400300200COD浓度(mg/L10000100200300400500600外回流比(%)图2.10外回流比对系统COD的影响Fig2.10TheeffectofouterrecycleratioontheCODinthesystem—◇—EGSB进水COD；—□—EGSB出水COD；—△—BAF出水COD②外回流比为200%时系统运行情况集成系统在外回流比为200%下运行，COD和氨氮的去除率逐渐升高，出水--的NO2-N浓度和NO3-N浓度逐渐降低，在57d后逐渐趋于稳定，如图2.11和2.12。对系统稳定运行数据进行统计分析，结果见表2.2和表2.3。从表2.3中数据可以+--发现，在EGSB反应器中，COD、NH4-N、NO2-N和NO3-N同时得到去除。③系统运行性能EGSB反应器取出污泥进行厌氧氨氧化间隙试验，得到发生厌氧氨氧化反应时[91]亚硝态氮反应速率=1.311×氨氮反应速率。EGSB反应器中氨去除速率为-59.5472×10kg/d。假设EGSB反应器中的氨去除完全取决于由厌氧氨氧化反应，-4得到EGSB反应器中厌氧氨氧化去除亚硝态氮速率1.2516×10kg/d；短程反硝化-5去除亚硝态氮速率=总亚硝态氮速率-厌氧氨氧化去除亚硝态氮速率=3.871×10-4kg/d，反硝化去除硝态氮速率为1.0339×10kg/d。由表2.3可以看出，在EGSB反应器总氮去除中，厌氧氨氧化途径占61%，短程反硝化途径占11%，全程反硝化途径占28%。25n重庆大学硕士学位论文2EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化600500)400300200COD浓度(mg/L10000371112193233405758626670时间(d)图2.11回流比为200%时系统的COD浓度变化Fig2.11CODvariationinthesystemattheouterrecycleratioof200%—□—EGSB进水COD；—◇—EGSB出水COD；—△—BAF出水COD950845740)356)305254(mg/L20315210氨氮浓度(mg/L亚硝态氮和硝态氮浓度15000371112193233405758626670时间(d)＋--图2.12回流比为200%时系统NH4-N、NO2-N和NO3-N浓度的变化＋--Fig2.12NH4-N,NO2-NandNO3-Nvariationsinthesystemattheouterrecycleratioof200%＋＋＋—◇—EGSB进水NH4-N；—□—EGSB出水NH4-N；—△—BAF出水NH4-N；——BAF-—出水NO2-N；—*—BAF出水NO3N26n重庆大学硕士学位论文2EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化表2.2回流比为200%时集成系统稳定运行性能Table2.2Thestableoperationperformanceforthesystemattheouterrecycleratioof200%污染物种类进水浓度EGSB出水浓度BAF出水浓系统去除(mg/L)(mg/L)度(mg/L)效率（%）氨氮40.4612.51.0797.36亚硝态氮0.03504.36/硝态氮0.3802.57/COD461.32105.435.492.33总氮40.87512.5880.43表2.3回流比为200%时集成系统物料衡算Table2.3Massbalanceinthesystemattheouterrecycleratioof200%BAF去除EGSB去BAF去除污染物进水速率EGSB去除系统去除速率除百分比百分比种类(kg/d)速率(kg/d)速率(kg/d)(kg/d)（%）（%）8.63614.04213.93127.9733COD50.749.3-3-3-3-3×10×10×10×10亚硝态6.6241.6387-2.448-8.0928//-7-4-4-5氮×10×10×10×107.0561.0339-1.44-4.104硝态氮//-6-4-4-5×10×10×10×107.57449.54726.41957.3742氨氮12.987.1-4-5-4-4×10×10×10×107.65223.62742.53156.1546总氮58.941.1-4-4-4-4×10×10×10×10注释：-表示生成速率反硝化异养菌自身合成需消耗COD，故反硝化过程消耗的COD与异养菌产率[92]YH有关。取YH的典型参数值0.67g（细胞COD）/g（氧化COD）。根据EGSB中短程反硝化和全程反硝化的氮去除量（见表2.3），可以计算得到各自消耗COD-4-4-32.0059×10kg/d和8.9605×10kg/d，即反硝化去除的COD量为1.0966×10kg/d。厌-3氧氨氧化不消耗COD。由表2.3可见，EGSB总COD去除量为4.0421×10kg/d，减去以上用于反硝化COD量，剩余COD则通过厌氧甲烷化去除，即可甲烷化COD量27n重庆大学硕士学位论文2EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化-3为2.9455×10kg/d，即能回收甲烷1.03L/d，占EGSB反应器COD去除量的73%，占系统COD去除量的37%。以完全硝化反硝化脱氮过程为基准，计算得到EGSB反应器厌氧氨氧化和短程-4-5-3反硝化各自节约O25.7948×10kg/d和4.424×10kg/d，节约COD1.9121×10kg/d-4-4-3和1.349×10kg/d，总计节约O26.2372×10kg/d和COD2.047×10kg/d。所节约COD量通过EGSB反应器中厌氧甲烷化过程转化成生物能源甲烷。由图2.8和2.9可以看出，BAF出水氨氮浓度大大低于EGSB出水，亚硝态氮和硝态氮浓度（特别是亚硝态氮）明显增高，说明在BAF反应器中发生了短程硝化和较小部分的全程硝化，将氨氮转化为亚硝态氮和硝态氮；加上BAF反应器中实际可能存在缺氧区，将发生反硝化导致氮损失。BAF总氮去除速率=氨氮去除速率-4-亚硝态氮生成速度-硝态氮生成速率=2.5315×10kg/d。假设BAF反应器中反硝化-3全部是短程反硝化，由短程反硝化导致COD去除速率为1.3118×10kg/d，约占BAF-3反应器COD去除速率（3.9312×10kg/d）的33%；余下的进入BAF反应器的COD则是通过异养菌的好氧氧化去除。以完全硝化反硝化脱氮过程为基准，计算BAF-4-4反应器短程硝化反硝化可节约的O22.8931×10kg/d和COD8.8219×10kg/d。-3表2.3给出了集成系统对各种组分的去除速率数据，COD：7.9733×10kg/d，-4-4总氮：6.1546×10kg/d，氨氮：7.3742×10kg/d；换算为系统去除负荷速率（去33除速率除以2个反应器的总体积），COD：1.7718kg/(m.d)，总氮：0.1368kg/(m.d)，3氨氮：0.1639kg/(m.d)。由表中数据可以发现，COD在2个反应器中的去除速率基本相等，各自约占系统COD去除速率的50%；EGSB的总氮去除速率约占系统总氮去除速率的59%，BAF总氮去除速率约占41%；在EGSB中由于厌氧氨氧化反应导致的氨去除速率约占系统氨去除速率的13%；余下约87%的氨去除在BAF反应器中主要通过短程硝化去除。在系统总氮去除中，厌氧氨氧化途径占35.8%，短程反硝化途径占47.4%，全程反硝化途径占16.8%。-4以完全硝化反硝化脱氮过程为基准，计算得到系统可节约O29.1303×10kg/d-3-3和COD2.9292×10kg/d。所节约COD量占进水COD总量（8.6361×10kg/d）的34%，其中的一部分通过EGSB反应器中厌氧甲烷化过程转化成生物能源甲烷。与传统活性污泥过程相比较，该系统节约了大量曝气供氧的能源消耗，并将废水中大量COD转化成生物能源甲烷予以回收。④生物化学反应机理BAF反应器的进水（即EGSB的出水）中含有COD和氨组分，而出水中还含有亚硝态氮、硝态氮和少量氨。通过物料恒算发现，BAF反应器中出现了氮损失，[93]表明其中发生了反硝化。王春荣等采用两段曝气生物滤池进行了实际生活污水的试验研究，结果表明在反硝化过程中，从亚硝酸盐直接进行反硝化，其比反硝28n重庆大学硕士学位论文2EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化化速率要比从硝酸盐进行反硝化快1.15倍,大大缩短反硝化所需时间。由于本系统BAF反应器出水中还残留有亚硝态氮，这表明该反应器内发生的是短程反硝化。EGSB反应器原始进水中只含有COD和氨组分，由于外回流将BAF中的亚硝态氮和少量硝态氮带至EGSB反应器。污泥细胞总DNA的16SrDNA部分基因测序结[91]果表明，EGSB反应器污泥中存在一种新的厌氧氨氧化菌。结合EGSB反应器中+-同时发生了NH4-N和NO2-N的去除，表明该反应器中发生了厌氧氨氧化生物化学--反应。同时，在EGSB反应器中出现了额外的NO2-N、少量NO3-N和大量COD损[38,41]失，表明反应器中发生了厌氧氨氧化甲烷化和反硝化。有关研究表明，EGSB反应器发生的生物化学反应十分复杂，除了上述反应外，还可能发生厌氧甲烷氧化、好氧氨氧化等。[94]祖波等将好氧活性污泥接种于EGSB反应器中，经过120d运行形成颗粒污泥，然后在进水中添加亚硝酸盐和氨盐，合理控制温度、pH值、氧化还原电位等条件逐步富集和耦合产甲烷菌、反硝化菌和厌氧氨氧化菌。在有机容积负荷速率33为4.800(kg/m.d)(以COD计)和1.152(kg/m.d)(以N计)的条件下，COD、氨氮、[95]亚硝态氮和总氮去除率分别为85%，35%，99.9%和67%。朱静平等研究了厌氧氨氧化ASBR反应器中发生的主要反应，认为在COD、氨氮和亚硝态氮等存在条[96,97]件下，可发生好氧硝化、厌氧氨氧化和异养反硝化反应。Kalyuzhnyi等开发了反硝化氨氧化（DEMMOX,DnitrifyingAMMoniumOXidation）过程，利用硫化物作为电子共体的自营养的部分反硝化，以及利用挥发性脂肪酸作为电子共体的异营养部分反硝化，将硝酸还原成亚硝酸后与Anammox耦合，在缺氧条件下实现氨的去除。[98]实验研究证明,厌氧甲烷氧化是甲烷生成的逆向过程。海洋沉积环境中广泛存在着厌氧甲烷氧化生物地球化学过程，已经发现了三个古细菌进化分支[99][100~102](ANME-1,ANME-2,andANME-3)催化这一过程。现场和实验研究证明，甲烷营养古细菌和硫酸盐还原细菌相互协同作用，形成特殊的微生物群落，在还[103]原硫酸盐的同时氧化甲烷。Raghoebarsing等的研究表明，厌氧甲烷氧化还能够与反硝化协同耦合，硝酸盐取代了硫酸盐作为氧化剂，而这种不能培养的细菌代表了一个新的细菌门，与已经发现的海洋环境中厌氧甲烷氧化菌具远源性亲源关系。[104]Sabumon通过对多种来源的污泥进行SBR厌氧驯化和培养实验发现,即使在O2胁迫或缺O2下，自营养硝化菌活性仍然高，能够利用痕量O2将氨转化为硝酸盐；兼性异营养菌利用系统中COD进行反硝化，再将硝酸盐转化为氮气；尽管反硝化脱氮途径的效率和速率占据优势，但ANAMMOX反应仍然同时进行；氨氧化所需要的O2来自于兼性厌氧菌的过氧化氢酶对H2O2的转化，同时，兼性厌氧菌利29n重庆大学硕士学位论文2EGSB-BAF集成系统实现厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化-用过氧化物酶反应的抗氧化物机制产生和聚集H2O2；在NO2无机电子受体条件下，实现缺氧去除氨最具有优势。[105]Holmes等对甲烷菌中含有的颗粒性甲烷加氧酶(pMMO)和氨氧化菌中的AMO的研究发现，两类酶具有同源性，这意味着异营养甲烷菌可以氧化氨。另一方面，某些氨氧化菌具有氧化甲烷的能力，将甲烷氧化为低级有机醇和酸。Murrell[106]等对Nitrosocoocus和Nitrosomonas中AMO-A的对比研究表明,proteobacteria科β-亚纲的氨氧化菌中的AMO只具有氨氧化能力，而γ-亚纲的氨氧化细菌则同时具有氨氧化和甲烷氧化的能力。本系统实现了厌氧氨氧化、甲烷化和短程硝化反硝化的集成，反应器性能宏观表现出有机COD、亚硝态氮、硝态氮和氨的去除，其作用是否与上述复杂生物反应过程有关还有待进一步研究，以便采取具体的针对性措施提高系统的脱氮性能。2.3本章小结①曝气生物滤池进水氨氮为50mg/L左右、COD为100mg/L左右和回流比为200%时，经过20多天的运行，出水氨氮小于0.1mg/L、COD小于30mg/L、亚硝态氮为45.55mg/L和硝态氮为4.18mg/L，成功实现了稳定的短程硝化；过大和过小的回流比对BAF的运行性能都是不利的。②EGSB与BAF系统实现了厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化的集成，系统处理含氨氮40mg/L和COD500mg/L合成废水，当外回流比为200%时，系统去除效果达到最好，COD去除率92.4%、氨氮去除率97.4%、总氮去除率80.6％；出水氨氮浓度1.05mg/L、亚硝态氮浓度4.3mg/L、硝态氮浓度2.56mg/L、COD浓度335.28mg/L。系统总COD去除负荷速率1.7718kg/(m.d)，总氮去除负荷速率0.136833kg/(m.d)，总氨氮去除负荷速率0.1639kg/(m.d)。③由于采用了厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化耦合的新工艺，与传统的活-4-3性污泥工艺相比较，系统可以节约O29.1303×10kg/d和COD2.9292×10kg/d，所-3节约COD量占进水COD总量（8.6361×10kg/d）的34%；回收甲烷1.03L/d，占系统COD去除量的37%。④在系统总氮去除中，厌氧氨氧化途径占35.8%，短程反硝化途径占47.4%，全程反硝化途径占16.8%；在EGSB反应器总氮去除中，厌氧氨氧化途径占61%，短程反硝化途径占11%，全程反硝化途径占28%。⑤系统所涉及的生物化学反应机理还需要进一步深入研究证实，特别是系统的EGSB反应器中氨氧化菌利用痕量O2的特性，以及厌氧甲烷氧化与反硝化耦合的特性。30n重庆大学硕士学位论文3EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验3EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验在2.2节试验中，EGSB-BAF集成系统的进水基质浓度均为：COD（乙酸+乙+酸钠），500mg/L；NH4-N，40mg/L。本试验将集成系统用于处理几种不同浓度的合成废水，进水基质浓度根据典型城市生活污水以及常见食品废水的浓度来选择，以探讨集成系统的适用范围，以及有机物浓度、氨氮浓度对系统运行性能的影响。3.1材料与方法试验装置与工艺流程见图2.7，原始废水从EGSB反应器进入，处理出水从BAF反应器流出。反应器采用有机玻璃加工制作，具体参数见2.2.1所述，两个反应器集成前各自的稳定运行性能参见2.2.1所述。用乳胶管包裹EGSB和BAF反应器，在乳胶管内泵入循环热水，将反应器内部温度维持在32～35℃；同时，反应器内部pH维持在7.3~8.3。控制EGSB反应器的内回流量使其上升流速在4.86m/h，控制BAF反应器曝气速率使其出水DO在0.8-1.2mg/L，控制外回流比200%。集成系统试验进水13ml/min，水中(NH4)2SO4，7.6mg/L；KH2PO4，3.04mg/L；K2HPO4，3.96mg/L；NaHCO3，2000mg/L；含微量元素的溶液，2.0mL/L。微量元素溶液的组成参见2.2.1所述。进水基质：COD（乙酸+乙酸钠）、氨氮浓度见表3.1。试验分析项目及测定方法同2.1节所述。表3.1不同合成废水的试验条件Table3.1testconditionondifferentsyntheticwastewater试验序号进水COD浓度（mg/L）进水氨氮浓度（mg/L）a30030b50040c90040d900120e12001203.2结果与讨论3.2.1试验a基质浓度下系统运行情况试验a中进水COD浓度为300mg/L，进水氨氮浓度为30mg/L，模拟一般城31n重庆大学硕士学位论文3EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验市生活污水基质浓度。集成系统在该条件下运行32天后逐渐趋于稳定，如图3.1--和3.2。试验所测得的进水NO2-N浓度和NO3-N浓度分别在0.02mg/L和0.4mg/L--以下，EGSB出水NO2-N浓度和NO3-N浓度分别在0.02mg/L和0.04mg/L以下，浓度很低，因此未在结果图中列出。对系统稳定运行数据进行统计分析，结果见表3.2和3.3。35930872562051543（mg/L）10氨氮浓度(mg/L)251亚硝态氮和硝态氮浓度0010172227323538404345时间（d)图3.1试验a条件下系统氨氮、亚硝态氮、硝态氮浓度的变化＋--Fig3.1NH4-N,NO2-NandNO3-Nvariationsinthesystemontheconditionoftesta—◇—EGSB进水氨氮；—△—EGSB出水氨氮；—□—BAF出水氨氮；——BAF出水亚硝态氮；—*—BAF出水硝态氮按照2.2.2节③中的计算理论可以得到，试验a中EGSB反应器中氨去除速率-5为7.4016×10kg/d，EGSB反应器中厌氧氨氧化去除亚硝态氮速率-5-51.311×7.4016×10=9.7035×10kg/d；短程反硝化去除亚硝态氮速率=总亚硝态氮-5速率-厌氧氨氧化去除亚硝态氮速率=2.9545×10kg/d，反硝化去除硝态氮速率为-54.6368×10kg/d。由表3.3可以看出，在EGSB反应器总氮去除中，厌氧氨氧化途径占69%，短程反硝化途径占12%，全程反硝化途径占19%。考虑反硝化异养菌自身合成需要消耗COD，按照2.2.2节③中的计算理论，可-4以得到EGSB中短程反硝化和全程反硝化各自消耗COD1.531×10kg/d和-4-44.0186×10kg/d，即反硝化去除的COD量为5.5495×10kg/d。厌氧氨氧化不消耗-3COD。由表3.3可见，EGSB总COD去除量为2.7036×10kg/d，减去以上用于反硝-3化COD量，剩余COD则通过厌氧甲烷化去除，即可甲烷化COD量为2.1486×10kg/d，即能回收甲烷0.75L/d，占EGSB反应器COD去除量的79%，占系统COD去除量的40%。32n重庆大学硕士学位论文3EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验以完全硝化反硝化脱氮过程为基准，计算得到EGSB反应器厌氧氨氧化和短程-4-5-3反硝化各自节约O24.4926×10kg/d和3.3766×10kg/d，节约COD1.4824×10kg/d-4-4-3和1.0296×10kg/d，总计节约O24.8302×10kg/d和COD1.5854×10kg/d。所节约COD量通过EGSB反应器中厌氧甲烷化过程转化成生物能源甲烷。350300250200150100COD浓度（mg/L)50010172227323538404345时间（d）图3.2试验a条件下系统COD浓度的变化Fig3.2CODvariationsinthesystemontheconditionoftesta—◇—EGSB进水COD；—△—EGSB出水COD；—□—BAF出水COD表3.2试验a条件下集成系统稳定运行性能Table3.2Thestableoperationperformanceforthesystemontheconditionoftexta进水浓度EGSB出水浓BAF出水浓度系统去除效污染物种类（mg/L)度（mg/L)（mg/L)率(%)氨氮31.029.731.0696.58亚硝态氮0.0090.0163.4硝态氮0.270.0171.13COD301.8264.618.293.97总氮31.2999.7635.5982.1433n重庆大学硕士学位论文3EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验表3.3试验a条件下集成系统物料衡算Table3.3MassbalanceinthesystemontheconditionoftextaEGSBBAF去除去除污染物种进水速率EGSB去除BAF去除速总去除速率百分百分类（kg/d)速率（kg/d)率（kg/d)（kg/d)比（%）比（%）-4-5-4-4氨氮5.8075×107.4016×104.8686×105.6088×1013.286.8-7-4-4-5亚硝态氮1.728×101.2658×10-1.9008×10-6.3504×10\-6-5-5-5硝态氮5.04×104.6368×10-6.2496×10-1.6128×10\-3-3-3-3COD5.6501×102.7036×102.6058×105.3094×1050.949.1-4-4-4-4总氮5.8594×102.4696×102.3429×104.8125×1051.348.7注释：-表示生成速率由图3.1可以看出，BAF反应器中发生了短程硝化和较小部分的全程硝化，将氨氮转化为亚硝态氮和硝态氮；加上BAF反应器中实际可能存在缺氧区，将发生-4反硝化导致氮损失。BAF总氮去除速率为2.3429×10kg/d。假设BAF反应器中反-3硝化全部是短程反硝化，由短程反硝化导致COD去除速率为1.214×10kg/d，约占-3BAF反应器COD去除速率（2.6058×10kg/d）的47%；余下的进入BAF反应器的COD则是通过异养菌的好氧氧化去除。以完全硝化反硝化脱氮过程为基准，计算-4-4BAF反应器短程硝化反硝化可节约O22.6776×10kg/d和COD8.1647×10kg/d。表3.3给出了试验a中集成系统对各种组分的去除速率数据，COD：5.3094×-3-4-410kg/d，总氮：4.8125×10kg/d，氨氮：5.6088×10kg/d；换算为系统去除负荷3速率（去除速率除以2个反应器的总体积），COD：1.1799kg/(m.d)，总氮：0.106933kg/(m.d)，氨氮：0.1246kg/(m.d)。由表中数据可以发现，EGSB的COD去除速率约占系统COD去除速率的51%，BAF的COD去除速率约占49%；EGSB的总氮去除速率约占系统总氮去除速率的51%，BAF总氮去除速率约占49%；在EGSB中由于厌氧氨氧化反应导致的氨去除速率约占系统氨去除速率的13%；余下约87%的氨去除在BAF反应器中主要通过短程硝化去除。在系统总氮去除中，厌氧氨氧化途径占35.6%，短程反硝化途径占54.8%，全程反硝化途径占9.6%。-4以完全硝化反硝化脱氮过程为基准，计算得到系统可节约O27.5078×10kg/d-3-3和COD2.4019×10kg/d。所节约COD量占进水COD总量（5.6501×10kg/d）的43%，其中的一部分通过EGSB反应器中厌氧甲烷化过程转化成生物能源甲烷。结果表明，集成系统能够应用于试验a条件下的合成废水，即该系统可以用于处理一般城市生活用水，得到较好的处理效果，并可以节约大量曝气供氧的能源消耗，34n重庆大学硕士学位论文3EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验同时将废水中大量COD转化成生物能源甲烷予以回收。3.2.2试验b基质浓度下系统运行情况试验b中进水COD浓度为500mg/L，进水氨氮浓度为40mg/L。此部分试验在2.2节中已经完成，结果见图2.11和2.22，在此基质浓度下的集成系统稳定运行性能见表2.2，系统物料横算情况见表2.3。3.2.3试验c基质浓度下系统运行情况试验c中进水COD浓度提高至900mg/L，进水氨氮浓度为40mg/L，模拟典型食品废水浓度。集成系统在该条件下运行41天后逐渐趋于稳定，如图3.3和3.4。--试验所测得的进水NO2-N浓度和NO3-N浓度分别在0.025mg/L和0.4mg/L以下，--EGSB出水NO2-N浓度和NO3-N浓度均为0，因此未在结果图中列出。对系统稳定运行数据进行统计分析，结果见表3.4和3.5。4510403583062520415（mg/L）氨氮浓度(mg/L)1025亚硝态氮和硝态氮浓度0010172734414548515457时间（d）图3.3试验c条件下系统氨氮、亚硝态氮、硝态氮浓度的变化＋--Fig3.3NH4-N,NO2-NandNO3-Nvariationsinthesystemontheconditionoftestc—◇—EGSB进水氨氮；—△—EGSB出水氨氮；—□—BAF出水氨氮；——BAF出水亚硝态氮；—*—BAF出水硝态氮按照2.2.2节③中的计算理论可以得到，试验c中EGSB反应器中氨去除速率-5为5.8464×10kg/d，EGSB反应器中厌氧氨氧化去除亚硝态氮速率-5-51.311×5.8464×10=7.6646×10kg/d；短程反硝化去除亚硝态氮速率=总亚硝态氮-5速率-厌氧氨氧化去除亚硝态氮速率=8.7944×10kg/d，反硝化去除硝态氮速率为-58.0496×10kg/d。由表3.5可以看出，在EGSB反应器总氮去除中，厌氧氨氧化途径占45%，短程反硝化途径占29%，全程反硝化途径占26%。35n重庆大学硕士学位论文3EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验1000300250800200600150400（mg/L）100进水COD浓度(mg/L)20050EGSB出水和BAF出水COD浓度0010172734414548515457时间（d）图3.4试验c条件下系统COD浓度的变化Fig3.4CODvariationsinthesystemontheconditionoftestc—◇—EGSB进水COD；—△—EGSB出水COD；—□—BAF出水COD表3.4试验c条件下集成系统稳定运行性能Table3.4Thestableoperationperformanceforthesystemontheconditionoftextc进水浓度EGSB出水浓BAF出水浓度系统去除效污染物种类（mg/L)度（mg/L)（mg/L)率(%)氨氮40.6713.231.0797.37亚硝态氮0.01204.39硝态氮0.3601.97COD901.53192.9670.4792.18总氮41.04213.237.4381.9考虑反硝化异养菌自身合成需要消耗COD，按照2.2.2节③中的计算理论，可-4以得到EGSB中短程反硝化和全程反硝化各自消耗COD4.5571×10kg/d和-4-36.9763×10kg/d，即反硝化去除的COD量为1.1533×10kg/d。厌氧氨氧化不消耗-3COD。由表3.5可见，EGSB总COD去除量为8.6784×10kg/d，减去以上用于反硝-3化COD量，剩余COD则通过厌氧甲烷化去除，即可甲烷化COD量为7.5251×10kg/d，即能回收甲烷2.63L/d，占EGSB反应器COD去除量的87%，占系统COD去除量的48%。36n重庆大学硕士学位论文3EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验表3.5试验c条件下集成系统物料衡算Table3.5MassbalanceinthesystemontheconditionoftextcEGSBBAF去除去除污染物种进水速率EGSB去除BAF去除速总去除速率百分百分类（kg/d)速率（kg/d)率（kg/d)（kg/d)比（%）比（%）-4-5-4-4氨氮7.6133×105.8464×106.8285×107.4131×107.992.1-7-4-4-5亚硝态氮2.304×101.6459×10-2.4653×10-8.1936×10-6-5-4-5硝态氮6.768×108.0496×10-1.1059×10-3.0096×10-2-3-3-2COD1.6877×108.6784×106.879×101.5557×1055.844.2-4-4-4-4总氮7.6824×103.0355×103.2573×106.2928×1048.251.8注释：-表示生成速率以完全硝化反硝化脱氮过程为基准，计算得到EGSB反应器厌氧氨氧化和短程-4-4-3反硝化各自节约O23.5486×10kg/d和1.0051×10kg/d，节约COD1.171×10kg/d-4-4-3和3.0647×10kg/d，总计节约O24.5537×10kg/d和COD1.4774×10kg/d。所节约COD量通过EGSB反应器中厌氧甲烷化过程转化成生物能源甲烷。由图3.3可以看出，BAF反应器中发生了短程硝化和较小部分的全程硝化，将氨氮转化为亚硝态氮和硝态氮；加上BAF反应器中实际可能存在缺氧区，将发生-4反硝化导致氮损失。BAF总氮去除速率为3.2573×10kg/d。假设BAF反应器中反-3硝化全部是短程反硝化，由短程反硝化导致COD去除速率为1.6879×10kg/d，约-3占BAF反应器COD去除速率（6.879×10kg/d）的25%；余下的进入BAF反应器的COD则是通过异养菌的好氧氧化去除。以完全硝化反硝化脱氮过程为基准，计-4-3算BAF反应器短程硝化反硝化可节约O23.7226×10kg/d和COD1.1351×10kg/d。-2表3.5给出了集成系统对各种组分的去除速率数据，COD：1.5557×10kg/d，-4-4总氮：6.2928×10kg/d，氨氮：7.4131×10kg/d；换算为系统去除负荷速率（去33除速率除以2个反应器的总体积），COD：3.4571kg/(m.d)，总氮：0.1398kg/(m.d)，3氨氮：0.1647kg/(m.d)。由表中数据可以发现，EGSB的COD去除速率约占系统COD去除速率的56%，BAF的COD去除速率约占44%；EGSB的总氮去除速率约占系统总氮去除速率的48%，BAF总氮去除速率约占52%；在EGSB中由于厌氧氨氧化反应导致的氨去除速率约占系统氨去除速率的8%；余下约92%的氨去除在BAF反应器中主要通过短程硝化去除。在系统总氮去除中，厌氧氨氧化途径占21.5%，短程反硝化途径占65.7%，全程反硝化途径占12.8%。-4以完全硝化反硝化脱氮过程为基准，计算得到系统可节约O28.2763×10kg/d37n重庆大学硕士学位论文3EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验-3-2和COD2.6125×10kg/d。所节约COD量占进水COD总量（1.6877×10kg/d）的15%，其中的一部分通过EGSB反应器中厌氧甲烷化过程转化成生物能源甲烷。结果表明，集成系统能够应用于试验c条件下的合成废水。与试验a和b结果相比，由于进水有机物浓度的增高，使得EGSB中污泥表现出较高的反硝化活性，抑制了厌氧氨氧化过程，这表明反硝化过程同厌氧氨氧化过程之间存在着基质竞争。另外，大量有机物的加入也使得EGSB中甲烷菌的活性增强，理论可甲烷化COD量比重增加。3.2.3试验d基质浓度下系统运行情况试验d中进水COD浓度为900mg/L，进水氨氮浓度提高至120mg/L。集成系统在该条件下运行35天后逐渐趋于稳定，如图3.5和3.6。试验所测得的进水---NO2-N浓度和NO3-N浓度分别在0.15mg/L和0.7mg/L以下，EGSB出水NO2-N-浓度和NO3-N浓度分别在0.032mg/L和0.02mg/L以下，浓度很低，因此未在结果图中列出。对系统稳定运行数据进行统计分析，结果见表3.6和3.7。14030120251002080156010（mg/L）40氨氮浓度(mg/L)205亚硝态氮和硝态氮浓度00101724303540434547时间（d）图3.5试验d条件下系统氨氮、亚硝态氮、硝态氮浓度的变化＋--Fig3.5NH4-N,NO2-NandNO3-Nvariationsinthesystemontheconditionoftestd—◇—EGSB进水氨氮；—△—EGSB出水氨氮；—□—BAF出水氨氮；——BAF出水亚硝态氮；—*—BAF出水硝态氮按照2.2.2节③中的计算理论可以得到，试验d中EGSB反应器中氨去除速率-4为2.2795×10kg/d，EGSB反应器中厌氧氨氧化去除亚硝态氮速率-4-41.311×2.2795×10=2.9884×10kg/d；短程反硝化去除亚硝态氮速率=总亚硝态氮-4速率-厌氧氨氧化去除亚硝态氮速率=1.837×10kg/d，反硝化去除硝态氮速率为-41.0858×10kg/d。由表3.7可以看出，在EGSB反应器总氮去除中，厌氧氨氧化途38n重庆大学硕士学位论文3EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验径占64%，短程反硝化途径占23%，全程反硝化途径占13%。1000300250800200600150400（mg/L）100进水COD浓度(mg/L)20050EGSB出水和BAF出水COD浓度00101724303540434547时间（d）图3.6试验d条件下系统COD浓度的变化Fig3.6CODvariationsinthesystemontheconditionoftestd—◇—EGSB进水COD；—△—EGSB出水COD；—□—BAF出水COD表3.6试验d条件下集成系统稳定运行性能Table3.6Thestableoperationperformanceforthesystemontheconditionoftextd进水浓度EGSB出水浓BAF出水浓度系统去除效污染物种类（mg/L)度（mg/L)（mg/L)率(%)氨氮12137.642.0598.31亚硝态氮0.080.02712.89硝态氮0.640.0142.6COD900.65181.3544.0895.11总氮121.7237.68117.5485.59考虑反硝化异养菌自身合成需要消耗COD，按照2.2.2节③中的计算理论，可-4以得到EGSB中短程反硝化和全程反硝化各自消耗COD9.5189×10kg/d和-4-39.4103×10kg/d，即反硝化去除的COD量为1.8929×10kg/d。厌氧氨氧化不消耗-3COD。由表3.7可见，EGSB总COD去除量为8.3259×10kg/d，减去以上用于反硝-3化COD量，剩余COD则通过厌氧甲烷化去除，即可甲烷化COD量为6.433×10kg/d，即能回收甲烷2.25L/d，占EGSB反应器COD去除量的77%，占系统COD去39n重庆大学硕士学位论文3EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验除量的40%。表3.7试验d条件下集成系统物料衡算Table3.7MassbalanceinthesystemontheconditionoftextdEGSBBAF去除去除污染物种进水速率EGSB去除速BAF去除速总去除速率百分百分类（kg/d)率（kg/d)率（kg/d)（kg/d)比（%）比（%）-3-4-3-3氨氮2.2651×102.2795×101.9987×102.2268×1010.289.8-6-4-4-4亚硝态氮1.44×104.8254×10-7.2245×10-2.3976×10-5-4-4-5硝态氮1.1952×101.0858×10-1.453×10-3.672×10-2-3-3-2COD1.686×108.3259×107.709×101.6035×1051.948.1-3-4-3-3总氮2.2787×108.1907×101.1311×101.9502×104258注释：-表示生成速率以完全硝化反硝化脱氮过程为基准，计算得到EGSB反应器厌氧氨氧化和短程-3-4-3反硝化各自节约O21.3836×10kg/d和2.0994×10kg/d，节约COD4.5655×10kg/d-4-3-3和6.4016×10kg/d，总计节约O21.5935×10kg/d和COD5.2057×10kg/d。所节约COD量通过EGSB反应器中厌氧甲烷化过程转化成生物能源甲烷。由图3.5可以看出，BAF反应器中发生了短程硝化和较小部分的全程硝化，将氨氮转化为亚硝态氮和硝态氮；加上BAF反应器中实际可能存在缺氧区，将发生-3反硝化导致氮损失。BAF总氮去除速率为1.1311×10kg/d。假设BAF反应器中反-3硝化全部是短程反硝化，由短程反硝化导致COD去除速率为5.8612×10kg/d，约-3占BAF反应器COD去除速率（7.709×10kg/d）的76%；余下的进入BAF反应器的COD则是通过异养菌的好氧氧化去除。以完全硝化反硝化脱氮过程为基准，计-3-3算BAF反应器短程硝化反硝化可节约O21.2927×10kg/d和COD3.9417×10kg/d。-2表3.7给出了集成系统对各种组分的去除速率数据，COD：1.6035×10kg/d，-3-3总氮：1.9502×10kg/d，氨氮：2.2268×10kg/d；换算为系统去除负荷速率（去33除速率除以2个反应器的总体积），COD：3.5633kg/(m.d)，总氮：0.4334kg/(m.d)，3氨氮：0.4948kg/(m.d)。由表中数据可以发现，EGSB的COD去除速率约占系统COD去除速率的52%，BAF的COD去除速率约占48%；EGSB的总氮去除速率约占40n重庆大学硕士学位论文3EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验系统总氮去除速率的42%，BAF总氮去除速率约占58%；在EGSB中由于厌氧氨氧化反应导致的氨去除速率约占系统氨去除速率的10%；余下约90%的氨去除在BAF反应器中主要通过短程硝化去除。在系统总氮去除中，厌氧氨氧化途径占27%，短程反硝化途径占67.4%，全程反硝化途径占5.6%。-3以完全硝化反硝化脱氮过程为基准，计算得到系统可节约O22.8862×10kg/d-3-2和COD9.1474×10kg/d。所节约COD量占进水COD总量（1.686×10kg/d）的54%，其中的一部分通过EGSB反应器中厌氧甲烷化过程转化成生物能源甲烷。结果表明，集成系统能够应用于试验d条件下的合成废水。与试验c结果相比，由于进水氨氮浓度的增高，使得BAF中短程硝化过程加强，即通过外回流而进入EGSB的亚硝态氮浓度增高，从而使得污泥厌氧氨氧化活性增强，EGSB和集成系统的氨氮、总氮去除效率均有所提高。3.2.4试验e基质浓度下系统运行情况试验e中进水COD浓度提高至1200mg/L，进水氨氮浓度为120mg/L。集成系统在该条件下运行45天后逐渐趋于稳定，如图3.7和3.8。试验所测得的进水---NO2-N浓度和NO3-N浓度分别在0.2mg/L和0.7mg/L以下，EGSB出水NO2-N-浓度和NO3-N浓度均为0，未在结果图中列出。对系统稳定运行数据进行统计分析，结果见表3.8和3.9。按照2.2.2节③中的计算理论可以得到，试验e中EGSB反应器中氨去除速率-4为1.3968×10kg/d，EGSB反应器中厌氧氨氧化去除亚硝态氮速率-4-41.311×1.3968×10=1.8312×10kg/d；短程反硝化去除亚硝态氮速率=总亚硝态氮-4速率-厌氧氨氧化去除亚硝态氮速率=2.1677×10kg/d，反硝化去除硝态氮速率为-41.2614×10kg/d。由表3.9可以看出，在EGSB反应器总氮去除中，厌氧氨氧化途径占48%，短程反硝化途径占33%，全程反硝化途径占19%。考虑反硝化异养菌自身合成需要消耗COD，按照2.2.2节③中的计算理论，可-3以得到EGSB中短程反硝化和全程反硝化各自消耗COD1.1233×10kg/d和-3-31.0932×10kg/d，即反硝化去除的COD量为2.2165×10kg/d。厌氧氨氧化不消耗-2COD。由表3.9可见，EGSB总COD去除量为1.2711×10kg/d，减去以上用于反-2硝化COD量，剩余COD则通过厌氧甲烷化去除，即可甲烷化COD量为1.0495×10kg/d，即能回收甲烷3.67L/d，占EGSB反应器COD去除量的83%，占系统COD去除量的50%。以完全硝化反硝化脱氮过程为基准，计算得到EGSB反应器厌氧氨氧化和短-4-4-3程反硝化各自节约O28.4782×10kg/d和2.4774×10kg/d，节约COD2.7976×10-4-3-3kg/d和7.5541×10kg/d，总计节约O21.0956×10kg/d和COD3.553×10kg/d。所节约COD量通过EGSB反应器中厌氧甲烷化过程转化成生物能源甲烷。41n重庆大学硕士学位论文3EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验140301202510020801560（mg/L）1040氨氮浓度(mg/L)205亚硝态氮和硝态氮浓度00101727354550535557时间（d）图3.7试验e条件下系统氨氮、亚硝态氮、硝态氮浓度的变化＋--Fig3.7NH4-N,NO2-NandNO3-Nvariationsinthesystemontheconditionofteste—◇—EGSB进水氨氮；—△—EGSB出水氨氮；—□—BAF出水氨氮；——BAF出水亚硝态氮；—*—BAF出水硝态氮140035012003001000250800200600150（mg/L）400100进水COD浓度(mg/L)20050EGSB出水和BAF出水COD浓度00101727354550535557时间（d）图3.8试验e条件下系统COD浓度的变化Fig3.8CODvariationsinthesystemontheconditionofteste—◇—EGSB进水COD；—△—EGSB出水COD；—□—BAF出水COD42n重庆大学硕士学位论文3EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验表3.8试验e条件下集成系统稳定运行性能Table3.8Thestableoperationperformanceforthesystemontheconditionoftexte进水浓度EGSB出水浓BAF出水浓度系统去除效污染物种类（mg/L)度（mg/L)（mg/L)率(%)氨氮120.6539.873.2197.34亚硝态氮0.12010.62硝态氮0.6603.04COD1200.66231.6686.6792.78总氮121.4339.8716.8786.11表3.9试验e条件下集成系统物料衡算Table3.9MassbalanceinthesystemontheconditionoftexteEGSBBAF去除去除污染物种进水速率EGSB去除BAF去除速总去除速率百分百分类（kg/d)速率（kg/d)率（kg/d)（kg/d)比（%）比（%）-3-4-3-3氨氮2.2586×101.3968×102.0588×102.1984×106.493.6-6-4-4-4亚硝态氮2.304×103.9989×10-5.9645×10-1.9656×10-5-4-4-5硝态氮1.2384×101.2614×10-1.7078×10-4.4496×10-2-2-3-2COD2.2476×101.2711×108.1426×102.0854×106139-3-4-3-3总氮2.2732×106.6571×101.2917×101.9574×103466注释：-表示生成速率由图3.7可以看出，BAF反应器中发生了短程硝化和较小部分的全程硝化，将氨氮转化为亚硝态氮和硝态氮；加上BAF反应器中实际可能存在缺氧区，将发生-3反硝化导致氮损失。BAF总氮去除速率为1.2917×10kg/d。假设BAF反应器中反-3硝化全部是短程反硝化，由短程反硝化导致COD去除速率为6.6934×10kg/d，约-3占BAF反应器COD去除速率（8.1426×10kg/d）的82%；余下的进入BAF反应器的COD则是通过异养菌的好氧氧化去除。以完全硝化反硝化脱氮过程为基准，计-3-3算BAF反应器短程硝化反硝化可节约O21.4762×10kg/d和COD4.5014×10kg/d。-2表3.9给出了集成系统对各种组分的去除速率数据，COD：2.0854×10kg/d，-3-3总氮：1.9574×10kg/d，氨氮：2.1984×10kg/d；换算为系统去除负荷速率（去33除速率除以2个反应器的总体积），COD：4.6342kg/(m.d)，总氮：0.435kg/(m.d)，43n重庆大学硕士学位论文3EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验3氨氮：0.4885kg/(m.d)。由表中数据可以发现，EGSB的COD去除速率约占系统COD去除速率的61%，BAF的COD去除速率约占39%；EGSB的总氮去除速率约占系统总氮去除速率的34%，BAF总氮去除速率约占66%；在EGSB中由于厌氧氨氧化反应导致的氨去除速率约占系统氨去除速率的6%；余下约94%的氨去除在BAF反应器中主要通过短程硝化去除。在系统总氮去除中，厌氧氨氧化途径占16.5%，短程反硝化途径占77.1%，全程反硝化途径占6.4%。-3以完全硝化反硝化脱氮过程为基准，计算得到系统可节约O22.5718×10kg/d-3-2和COD8.0544×10kg/d。所节约COD量占进水COD总量（2.2476×10kg/d）的36%，其中的一部分通过EGSB反应器中厌氧甲烷化过程转化成生物能源甲烷。结果表明，集成系统能够应用于试验e条件下的合成废水。在此试验中，进水有机物浓度进一步增高，EGSB中污泥的反硝化活性和甲烷化活性，BAF中污泥的反硝化活性均不同程度增强。由于反硝化菌同厌氧氨氧化菌竞争底物亚硝态氮，高的反硝化活性使得EGSB中的亚硝态氮浓度降低，从而抑制了厌氧氨氧化过程，使得EGSB和集成系统的氨氮去除效率均下降，而活跃的反硝化过程保证了系统对总氮的去除效率变化不大。3.2.5有机物浓度对集成系统运行性能的影响厌氧氨氧化菌是自养菌，而反硝化菌和产甲烷菌是异养菌，因此反硝化菌和产甲烷菌更易生长。厌氧氨氧化菌的生长无需有机碳的参与，但有机物作为废水生物处理中常见的电子供体，易与亚硝态氮发生反硝化反应。因此不同浓度有机物的加入会影响集成系统的运行性能。试验a、b、c中，进水氨氮浓度相差不大，进水COD浓度逐渐增高，分别为300mg/L、500mg/L、900mg/L。三个试验中，EGSB中由于厌氧氨氧化反应导致的氨去除速率分别约占系统氨去除速率的13.2%、12.9%、7.9%，厌氧氨氧化途径在EGSB总氮去除中分别约占69%、61%、45%，所占比例逐渐减小。这一结果同样可以从试验d和e的比较中得出，试验d和e的进水氨氮浓度均为120mg/L，进水COD浓度分别为900mg/L和1200mg/L。两个试验中，EGSB中由于厌氧氨氧化反应导致的氨去除速率分别约占系统氨去除速率的10%和6%，厌氧氨氧化途径在EGSB总氮去除中分别约占64%和48%。这是由于随着有机物浓度的增加，EGSB中的反硝化过程明显增强，使得与其竞争底物亚硝态氮的厌氧氨氧化过程受到抑制，进水COD浓度越高，厌氧氨氧化菌活性越低，EGSB中氨氮去除效率越低。另一方面，有机物浓度增加，BAF中短程反硝化活性同样增强，这就使得回流进入EGSB中的亚硝态氮浓度降低，不利于厌氧氨氧化反应的进行。[107]杨洋等对有机物（以葡萄糖为代表）是否影响厌氧氨氧化污泥活性进行了+研究。试验条件为：温度30℃，pH值8.3，污泥浓度约为1.6g/L，起始基质（NH4、44n重庆大学硕士学位论文3EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验-NO2和葡萄糖）浓度、污泥厌氧氨氧化与反硝化活性试验结果见表3.10。表3.10有机物对厌氧氨氧化污泥活性影响的试验条件及结果Table3.10Textconditionsandresultsoneffectoforganicsubstance污泥厌氧氨氧污泥反硝化起始基质成分（mg/L）化速率速率＋-试验葡萄糖mgNH4-NmgNO2-N序号NH4HCO3NaNO2（COD）/(mg.d)/(mg.d)a20020000.1740b200200200.1720.005c2002002000.1110.18d2003002000.1480.236e2003502000.1780.304在试验a中，基质中只有氨氮和亚硝酸盐，不含有机物，污泥表现出较高的厌氧氨氧化活性0.174mg/(mg.d)。在试验b和c中，分别加入了少量（20mg/L）和大量（200mg/L）葡萄糖。结果表明，少量有机物的加入对污泥的厌氧氨氧化活性影响不大；加入大量有机物在明显抑制其厌氧氨氧化活性的同时，使污泥表现出较高的反硝化活性，这表明反硝化过程与厌氧氨氧化过程之间存在着对其共同-[107]基质NO2的竞争，当有机物COD含量较高时反硝化处于竞争优势。3.2.6氨氮浓度对集成系统运行性能的影响集成系统中氨氮的消耗主要通过两个途径完成，一是BAF中的短程硝化过程，将氨氮转化为亚硝态氮，少量氨氮通过全程硝化转化成硝态氮；二是在EGSB中与亚硝态氮发生厌氧氨氧化而得以去除。进水氨氮浓度的变化不仅会直接影响集成系统的运行性能，还会使BAF中亚硝态氮的产生量发生变化，从而影响EGSB中的厌氧氨氧化和反硝化过程。试验c和d中，进水COD浓度均为900mg/L，进水氨氮浓度分别为40mg/L和120mg/L。两个试验中，EGSB中由于厌氧氨氧化反应导致的氨去除速率分别约占系统氨去除速率的8%和10%，厌氧氨氧化途径在EGSB总氮去除中分别约占45%和64%。这是由于随着氨氮浓度的增加，BAF中的短程硝化作用增强，从而有更多的亚硝态氮通过外回流进入EGSB中。结果表明，亚硝态氮浓度的增加缓解了EGSB中厌氧氨氧化和反硝化之间的基质竞争，充足的亚硝态氮使得EGSB中厌氧氨氧化活性得以增强，从而减弱了高有机物浓度给集成系统带来的不利影响。[107]杨洋等对有机物（以葡萄糖为代表）是否影响厌氧氨氧化污泥活性的研究45n重庆大学硕士学位论文3EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验试验d和e中（试验条件见3.2.5节所述，起始基质浓度及试验结果见表3.10），分别在试验c的基础上不同程度地增加了亚硝酸盐浓度。结果表明，随着亚硝酸盐浓度的提高，氨氮、亚硝酸氮和有机COD的去处速率均有所增加，在亚硝酸氮充足的情况下（试验e），氨氮的去处速率为0.178mg/(mg.d)，污泥厌氧氨氧化活性恢复到体系中不含有机物（试验a）的水平，这表明基质竞争引起的抑制作用是可逆的。3.3本章小结①集成系统处理含氨氮30mg/L和COD300mg/L的合成废水a，当外回流比为200%时，COD去除率94%、氨氮去除率96.6%、总氮去除率82.1％；出水氨氮浓度1.06mg/L、亚硝态氮浓度3.4mg/L、硝态氮浓度1.13mg/L、COD浓度18.2mg/L。33系统总COD去除负荷速率1.1799kg/(m.d)，总氮去除负荷速率0.1069kg/(m.d)，3总氨氮去除负荷速率0.1246kg/(m.d)，表明集成系统可以用于处理该条件的合成废水，得到较好的处理效果。与传统的活性污泥工艺相比较，系统可以节约-4-3O27.5078×10kg/d和COD2.4019×10kg/d，所节约COD量占进水COD总量-3（5.6501×10kg/d）的43%；回收甲烷0.75L/d，占系统COD去除量的40%。在系统总氮去除中，厌氧氨氧化途径占35.6%，短程反硝化途径占54.8%，全程反硝化途径占9.6%；在EGSB反应器总氮去除中，厌氧氨氧化途径占69%，短程反硝化途径占12%，全程反硝化途径占19%。结果表明该系统可以用于处理一般城市生活用水，得到较好的处理效果，并可以节约大量曝气供氧的能源消耗，同时将废水中大量COD转化成生物能源甲烷予以回收。②集成系统处理含氨氮40mg/L和COD900mg/L的合成废水c，当外回流比为200%时，COD去除率92.2%、氨氮去除率97.4%、总氮去除率81.9％；出水氨氮浓度1.07mg/L、亚硝态氮浓度4.39mg/L、硝态氮浓度1.97mg/L、COD浓度370.47mg/L。系统总COD去除负荷速率3.4571kg/(m.d)，总氮去除负荷速率0.139833kg/(m.d)，总氨氮去除负荷速率0.1647kg/(m.d)，表明集成系统可以用于处理该条件的合成废水，得到较好的处理效果。与传统的活性污泥工艺相比较，系统可以-4-3节约O28.2763×10kg/d和COD2.6125×10kg/d，所节约COD量占进水COD总-2量（1.6877×10kg/d）的15%；回收甲烷2.63L/d，占系统COD去除量的48%。在系统总氮去除中，厌氧氨氧化途径占21.5%，短程反硝化途径占65.7%，全程反硝化途径占12.8%；在EGSB反应器总氮去除中，厌氧氨氧化途径占45%，短程反硝化途径占29%，全程反硝化途径占26%。由于进水有机物浓度的增高，使得EGSB中污泥表现出较高的反硝化活性，抑制了厌氧氨氧化过程。另外，大量有机物的加入也使得EGSB中甲烷菌的活性增强，可甲烷化COD量比重增加。46n重庆大学硕士学位论文3EGSB-BAF集成系统处理合成废水试验③集成系统处理含氨氮120mg/L和COD900mg/L的合成废水d，当外回流比为200%时，COD去除率95.1%、氨氮去除率98.3%、总氮去除率85.6％；出水氨氮浓度2.05mg/L、亚硝态氮浓度12.89mg/L、硝态氮浓度2.6mg/L、COD3浓度44.08mg/L。系统总COD去除负荷速率3.5633kg/(m.d)，总氮去除负荷速率330.4334kg/(m.d)，总氨氮去除负荷速率0.4948kg/(m.d)，表明集成系统可以用于处理该条件的合成废水，得到较好的处理效果。与传统的活性污泥工艺相比较，系-3-3统可以节约O22.8862×10kg/d和COD9.1474×10kg/d，所节约COD量占进水-2COD总量（1.686×10kg/d）的54%；回收甲烷2.25L/d，占系统COD去除量的40%。在系统总氮去除中，厌氧氨氧化途径占27%，短程反硝化途径占67.4%，全程反硝化途径占5.6%；在EGSB反应器总氮去除中，厌氧氨氧化途径占64%，短程反硝化途径占23%，全程反硝化途径占13%。由于进水氨氮浓度的增高，BAF中短程硝化过程加强，通过外回流而进入EGSB的亚硝态氮浓度增高，从而使得污泥厌氧氨氧化活性增强，EGSB和集成系统的氨氮、总氮去除效率均有所提高。④集成系统处理含氨氮120mg/L和COD1200mg/L的合成废水e，当外回流比为200%时，COD去除率92.8%、氨氮去除率97.3%、总氮去除率86.1％；出水氨氮浓度3.21mg/L、亚硝态氮浓度10.62mg/L、硝态氮浓度3.04mg/L、COD浓3度86.67mg/L。系统总COD去除负荷速率4.6342kg/(m.d)，总氮去除负荷速率330.435kg/(m.d)，总氨氮去除负荷速率0.4885kg/(m.d)，表明集成系统可以用于处理该条件的合成废水，得到较好的处理效果。与传统的活性污泥工艺相比较，系-3-3统可以节约O22.5718×10kg/d和COD8.0544×10kg/d，所节约COD量占进水-2COD总量（2.2476×10kg/d）的36%；回收甲烷3.67L/d，占系统COD去除量的50%。在系统总氮去除中，厌氧氨氧化途径占16.5%，短程反硝化途径占77.1%，全程反硝化途径占6.4%；在EGSB反应器总氮去除中，厌氧氨氧化途径占48%，短程反硝化途径占33%，全程反硝化途径占19%。进水有机物浓度进一步增大，高的反硝化活性使得EGSB中的亚硝态氮浓度降低，从而抑制了厌氧氨氧化过程，使得EGSB和集成系统的氨氮去除效率均下降，而活跃的反硝化过程保证了系统对总氮的去除效率变化不大。⑤比较试验a-e的结果表明，进水COD浓度越高，厌氧氨氧化菌活性越低，EGSB中氨氮去除效率越低。EGSB中污泥的反硝化和甲烷化活性，BAF中污泥的反硝化活性则随着有机物浓度的增大均得到不同程度增强。集成系统处理高有机物浓度废水时，只要氨氮达到一定的浓度，使得BAF中的短程硝化作用产生充足的亚硝态氮通过外回流进入EGSB中，就能缓解厌氧氨氧化和反硝化之间的基质竞争，使污泥的厌氧氨氧化活性增强，系统在得到较好去除效果的同时能够节约更多曝气供氧的能源消耗和有机碳源。47n重庆大学硕士学位论文4结论与建议4结论与建议4.1结论①曝气生物滤池进水氨氮为50mg/L左右、COD为100mg/L左右和回流比为200%时，经过20多天的运行，出水氨氮小于0.1mg/L、COD小于30mg/L、亚硝态氮为45.55mg/L和硝态氮为4.18mg/L，成功实现了稳定的短程硝化；过大和过小的回流比对BAF的运行性能都是不利的。②EGSB与BAF系统实现了厌氧氨氧化甲烷化短程硝化反硝化的集成，系统处理含氨氮40mg/L和COD500mg/L合成废水，当外回流比为200%时，系统去除效果达到最好，COD去除率92.4%、氨氮去除率97.4%、总氮去除率80.6％；出水氨氮浓度1.05mg/L、亚硝态氮浓度4.3mg/L、硝态氮浓度2.56mg/L、COD浓3度35.28mg/L。系统总COD去除负荷速率1.7718kg/(m.d)，总氮去除负荷速率330.1368kg/(m.d)，总氨氮去除负荷速率0.1639kg/(m.d)。与传统的活性污泥工艺相-4-3比较，系统可以节约O29.1303×10kg/d和COD2.9292×10kg/d，所节约COD量-3占进水COD总量（8.6361×10kg/d）的34%；回收甲烷1.03L/d，占系统COD去除量的37%。在系统总氮去除中，厌氧氨氧化途径占35.8%，短程反硝化途径占47.4%，全程反硝化途径占16.8%；在EGSB反应器总氮去除中，厌氧氨氧化途径占61%，短程反硝化途径占11%，全程反硝化途径占28%。系统所涉及的生物化学反应机理还需要进一步深入研究证实，特别是系统的EGSB反应器中氨氧化菌利用痕量O2的特性，以及厌氧甲烷氧化与反硝化耦合的特性。③集成系统处理含氨氮30mg/L和COD300mg/L的合成废水a，当外回流比为200%时，COD去除率94%、氨氮去除率96.6%、总氮去除率82.1％；出水氨氮浓度1.06mg/L、亚硝态氮浓度3.4mg/L、硝态氮浓度1.13mg/L、COD浓度18.2mg/L。33系统总COD去除负荷速率1.1799kg/(m.d)，总氮去除负荷速率0.1069kg/(m.d)，3总氨氮去除负荷速率0.1246kg/(m.d)，表明集成系统可以用于处理该条件的合成废水，得到较好的处理效果。与传统的活性污泥工艺相比较，系统可以节约-4-3O27.5078×10kg/d和COD2.4019×10kg/d，所节约COD量占进水COD总量-3（5.6501×10kg/d）的43%；回收甲烷0.75L/d，占系统COD去除量的40%。在系统总氮去除中，厌氧氨氧化途径占35.6%，短程反硝化途径占54.8%，全程反硝化途径占9.6%；在EGSB反应器总氮去除中，厌氧氨氧化途径占69%，短程反硝化途径占12%，全程反硝化途径占19%。④集成系统处理含氨氮40mg/L和COD900mg/L的合成废水c，当外回流比为200%时，COD去除率92.2%、氨氮去除率97.4%、总氮去除率81.9％；出水氨48n重庆大学硕士学位论文4结论与建议氮浓度1.07mg/L、亚硝态氮浓度4.39mg/L、硝态氮浓度1.97mg/L、COD浓度370.47mg/L。系统总COD去除负荷速率3.4571kg/(m.d)，总氮去除负荷速率0.139833kg/(m.d)，总氨氮去除负荷速率0.1647kg/(m.d)，表明集成系统可以用于处理该条件的合成废水，得到较好的处理效果。与传统的活性污泥工艺相比较，系统可以-4-3节约O28.2763×10kg/d和COD2.6125×10kg/d，所节约COD量占进水COD总-2量（1.6877×10kg/d）的15%；回收甲烷2.63L/d，占系统COD去除量的48%。在系统总氮去除中，厌氧氨氧化途径占21.5%，短程反硝化途径占65.7%，全程反硝化途径占12.8%；在EGSB反应器总氮去除中，厌氧氨氧化途径占45%，短程反硝化途径占29%，全程反硝化途径占26%。⑤集成系统处理含氨氮120mg/L和COD900mg/L的合成废水d，当外回流比为200%时，COD去除率95.1%、氨氮去除率98.3%、总氮去除率85.6％；出水氨氮浓度2.05mg/L、亚硝态氮浓度12.89mg/L、硝态氮浓度2.6mg/L、COD3浓度44.08mg/L。系统总COD去除负荷速率3.5633kg/(m.d)，总氮去除负荷速率330.4334kg/(m.d)，总氨氮去除负荷速率0.4948kg/(m.d)，表明集成系统可以用于处理该条件的合成废水，得到较好的处理效果。与传统的活性污泥工艺相比较，系-3-3统可以节约O22.8862×10kg/d和COD9.1474×10kg/d，所节约COD量占进水-2COD总量（1.686×10kg/d）的54%；回收甲烷2.25L/d，占系统COD去除量的40%。在系统总氮去除中，厌氧氨氧化途径占27%，短程反硝化途径占67.4%，全程反硝化途径占5.6%；在EGSB反应器总氮去除中，厌氧氨氧化途径占64%，短程反硝化途径占23%，全程反硝化途径占13%。⑥集成系统处理含氨氮120mg/L和COD1200mg/L的合成废水e，当外回流比为200%时，COD去除率92.8%、氨氮去除率97.3%、总氮去除率86.1％；出水氨氮浓度3.21mg/L、亚硝态氮浓度10.62mg/L、硝态氮浓度3.04mg/L、COD浓3度86.67mg/L。系统总COD去除负荷速率4.6342kg/(m.d)，总氮去除负荷速率330.435kg/(m.d)，总氨氮去除负荷速率0.4885kg/(m.d)，表明集成系统可以用于处理该条件的合成废水，得到较好的处理效果。与传统的活性污泥工艺相比较，系-3-3统可以节约O22.5718×10kg/d和COD8.0544×10kg/d，所节约COD量占进水-2COD总量（2.2476×10kg/d）的36%；回收甲烷3.67L/d，占系统COD去除量的50%。在系统总氮去除中，厌氧氨氧化途径占16.5%，短程反硝化途径占77.1%，全程反硝化途径占6.4%；在EGSB反应器总氮去除中，厌氧氨氧化途径占48%，短程反硝化途径占33%，全程反硝化途径占19%。⑦比较试验a-e的结果表明，进水COD浓度越高，厌氧氨氧化菌活性越低，EGSB中氨氮去除效率越低。EGSB中污泥的反硝化和甲烷化活性，BAF中污泥的反硝化活性则随着有机物浓度的增大均得到不同程度增强。集成系统处理高有机49n重庆大学硕士学位论文4结论与建议物浓度废水时，只要氨氮达到一定的浓度，使得BAF中的短程硝化作用产生充足的亚硝态氮通过外回流进入EGSB中，就能缓解厌氧氨氧化和反硝化之间的基质竞争，使污泥的厌氧氨氧化活性增强，系统在得到较好去除效果的同时能够节约更多曝气供氧的能源消耗和有机碳源。4.2建议由于时间、仪器等各方面因素的限制，论文中还有诸多不足，希望在下一步的工作中加以解决：①本试验在研究过程中，仅仅从理论上计算了集成系统可甲烷化的COD量，得到回收的甲烷量。但这只是基于EGSB中只发生厌氧氨氧化、甲烷化、短程反硝化和全程反硝化反应的假设基础上而计算出的值，并不能代表反应器中生物化学反应的真实情况。从2.2.2节讨论可知，EGSB中可能发生的生物化学反应十分复杂，因此建议后续试验中对系统产生的气体进行收集和分析，以得到系统实际产生的甲烷量，从而方便对系统所涉及的生物化学反应机理进行深入研究。②本试验将集成系统用于处理几种不同浓度的合成废水，进水基质浓度的选择是根据查阅相关文献而确定的典型城市生活污水以及常见食品废水浓度，虽然结果表明系统均适用于处理这些废水，但同时也表明C/N对系统的运行结果有较大影响，需做进一步研究。因此建议对EGSB颗粒污泥进行不同C/N批试验，以最大化厌氧氨氧化和最小化反硝化为约束条件，探讨EGSB-BAF集成系统的适用范围以及最佳操作条件，建立工艺模型，进行中试研究；并把项目研究开发的废水生物处理新技术应用于一般城市污水以及含高COD高氨氮工业废水的处理。50n重庆大学硕士学位论文致谢致谢本论文是在恩师张代钧教授的悉心指导下完成的。从课题的选定、实验方案的确定、实验中各种问题的解决到论文的撰写，无不凝结着恩师的心血和智慧。导师渊博的学识，严谨的治学态度和谦虚儒雅的学者风范给我留下了深刻的印象。特别感谢恩师在我研究工作遇到较大困难时给予的鼓励和帮助，我将铭刻这份恩情，以恩师为榜样，鞭策自己在人生道路上努力学习和工作。在此，谨向尊敬的导师及其家人致以诚挚的谢意！希望严师的事业蒸蒸日上！全家幸福美满！研究生期间祖波师兄对我的工作和学习给予了很多指导和帮助，临毕业之际，特别向师兄表示衷心的感谢！感谢任宏洋师兄、张萍师姐、白玉华师姐、汪林师兄、同门丛丽影、白翠以及蔡庆师弟在实验工作上给予我的帮助！感谢卢培利师兄、张欣师姐等其他师兄、师姐、师弟、师妹的关心和无私帮助，一路走来，能与你们分享学习生活中的点点滴滴，我感到非常地荣幸和高兴！感谢我的好友丛丽影，感谢你和我一起走过最美好的大学和读研的岁月，陪我一起哭一起笑。在即将分别的时刻，衷心地祝福你前程似锦，永远幸福！最后，把此文献给我的父亲、母亲和男友，感谢父母在物质上和精神上给我的支持；感谢男友王东一直的鼓励和陪伴！并由衷感谢在百忙之中评阅本论文和参加答辩的各位专家、教授！祝你们事业更上一层楼，万事如意，一切美满！阎青二OO八年十一月于重庆大学51n重庆大学硕士学位论文参考文献参考文献[1]VerstraeteW,VandevivereP.Broaderandnewerapplicationofanaerobicdigestion[J].CritRevEnvSciTec,1999,28:151-173.[2]KaoM,FieldJAandLettingaG.TheanaerobictreatmentoflowstrengthwastewaterinUASBandEGSBreactor[J].WaterSciTechnol,1997,36(6-7):375-382.[3]VillaverdeS.Recentdevelopmentsonbiologicalnutrientremovalprocessesforwastewatertreatment[J].ReviewsinEnvironmentalScienceandBio/Technology,2004,3:171~183.[4]何连生,朱迎波.高效厌氧生物反应器研究动态及趋势[J].环境工程,2004,22（1）:7-13.[5]SchmidtJE,AhringBK.GranularSludgeFormationinUpflowAnaerobicSludgeBlanket(UASB)Reactors[J].BiotechnolBioeng,1996,49:229-246.[6]周琪.升流式厌氧污泥层反应器处理生活污水工艺与机理的研究[D].清华大学博士论文,1993.[7]RebacS.Highrateanaerobictreatmentofmaltingwastewaterinapilot-scaleEGSBsystemunderpsychrophilicconditions[J].ChemTechBiotechnol,1997,68:135-146.[8]anderLARM,LettingaG.Anaerobictreatmentofdomesticsewageundermoderateclimatic(Dutch)conditionsusingupflowreactorsatincreasedsuperficiallevelcities[J].WatSciTech,1992,25(7):167-178.[9]Austermann-HaunU,MeyerH,SeyfriedCF,etal.Fullscaleexperienceswithanaerobictreatmentplantsinthefoodandbeverageindustry[J].WatSciTech,1999,40(1):305-312.[10]ZoutbergGeorgeR,EkerZ.Anaerobictreatmentofpotatoprocessingwastewater[J].WatSciTech,1999,40(1):297-304.[11]DriesJ,SmulAD,GoethalsL.Highratebiologicaltreatmentofsulfate-richwastewaterinanacetatefedEGSBreactor[J].Biodegradation,1998,9:103-111.[12]HwuCS,vanLierJB,LettingaG.Physicochemicalandbiologicalperformanceofexpandedgranularsludgebedreactorstreatinglong-chainfattyacids[J].ProcessBiochemistry,1998.33(1):75-81.[13]ZoutbergGR,FrankingR.Anaerobictreatmentofchemicalandbrewerywastewaterwithanewtypeofanaerobicreactor：theBiobedorEGSBreactor[J].WatSciTech,1996,34(5-6)：375-381.[14]左剑恶,王妍春,陈浩,等.EGSB反应器的启动运行研究[J].给水排水,2001,27(3):25-31.[15]任洪强,丁丽丽,陈坚,等.EGSB反应器中颗粒污泥床工作状况及污泥性质研究[J].环境科学研究,2001,14(3):33-38.52n重庆大学硕士学位论文参考文献[16]AkunnaJC,BizeauCandMolettaR.Nitratereductionbyanaerobicsludgeusingglucoseatvariousnitrateconcentrations-ammonification-denitrificationandmethanogenicactivities[J].EnvironTechnol,1994,15:41-49.[17]FetzerSandConradR.EffectofredoxpotentialonmethanogenesisbyMethanosarcinabarkeri[J].ArchMicrobiol,1993,160:108-113.[18]RoyR,ConradR.Effectofmethanogenicprecursors(acetate,hydrogen,propionate)onthesuppressionofmethaneproductionbynitrateinanoxicricefieldsoil[J].FEMSMicrobiologyEcology,1999,28:49-61.[19]KluberHD,ConradR.Inhibitoryeffectsofnitrate,nitrite,NOandN2OonmethanogenesisbyMethanosarcinabarkeriandMethanobacteriumbryantii[J].FEMSMicrobiolEcol,1998,25:331-339.[20]BelayN,JungKY,RajogopalBS,etal.NitrateasasolenitrogensourceforMethanococcusthermolithotrophicusanditseffectongrowthofseveralmethanogenicbacteria[J].CurrMicrobiol,1990,21:193-198.[21]FischerR,ThauerRK.MethanogenesisfromacetateincellextractsofMethanosarcinabarkeri:IsotopeexchangebetweenCO2andthecarbonylgroupofacetyl-CoA,andtheroleofH2[J].ArchMicrobiol,1990,153:156-162.[22]ClarensM,BernetN,DelgenesJP,etal.EffectsnitrogenoxidesanddenitrificationbypseudomonasstutzerionacetotrophicmethanogenesisbyMethanosarcinamazei[J].FEMSMicrobiol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