论文部分内容阅读
摘要：在稳定运行的厌氧氨氧化滤池基础上，研究了pH、有机物、溶解氧对厌氧氨氧化反应器运行性能的影响。结果表明：高、低pH会明显影响厌氧氨氧化反应器的脱氮性能，最适pH范围为7.65~8.25；一定浓度范围的有机物可以引起滤池内反硝化菌和厌氧氨氧化菌的协同作用，提高滤池的脱氮效果。溶解氧对厌氧氨氧化菌活性的抑制是可逆的。
关键词：厌氧氨氧化，pH，有机物，溶解氧
The study of the factors affecting on Anammox process
Abstract: In this paper, the impacts of pH, organic compound, dissolved oxygen on the Anammox reactor performance in the stable operation of anaerobic ammonium oxidation filter. The results indicated: High or low pH could influence the performance of nitrogen removal of the reactor, the appropriate range of pH is 7.65~8.25; a certain concentration of organic compound could improve the denitrification effect because of synergistic effect of denitrifying bacteria and anaerobic ammonium-oxidizing bacteria in the filter; the inhibition of dissolved oxygen on the activity anammox bacteria is reversible.
Keywords: Anaerobic ammonium oxidation; pH; organic compound; dissolved oxygen.
厌氧氨氧化工艺由荷兰Delft技术大学开发[1]，它建立在新发现的氮素循环细菌作用的基础上，完全突破了传统脱氮理论，是一种高效节能的脱氮技术。与传统的全程生物硝化-反硝化脱氮技术相比，厌氧氨氧化技术可节省62.5%的供氧量和50%的耗碱量，无需消耗有机碳，且产泥量仅为传统生物脱氮过程的15%，因此，自被发现至今，厌氧氨氧化技术便备受青睐。但是，由于ANAMMOX细菌缓慢的增长率（长达10天之久）及苛刻的生长环境的要求[2, 3,4]，给反应器的启动带来了阻碍，同时亦成为厌氧氨氧化技术推广应用的瓶颈。因此，研究外界环境对厌氧氨氧化工艺的影响，可以为厌氧氨氧化工艺的工程应用提供技术支撑。本文在稳定运行的厌氧氨氧化反应器基础之上，研究了pH、有机物、溶解氧对滤池脱氮性能的影响。
1实验装置与方法
1.1实验装置
本实验装置如图1所示，为上向流生物滤池，有机玻璃制成，内径6 cm，内填陶粒作为填料，填充高度1.65 m，沿滤柱高度每间隔20 cm设有一取样口。实验室采用人工配水模拟城市污水厂二级处理出水，以NH4Cl和NaNO2 作为基质，加入少量的NaHCO3、KH2PO4 ，水温为15~30℃。
1.2 分析项目和检测方法
实验分析项目主要有：NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法，NO2--N 采用N-(1-萘基)-已二胺光度法，NO3--N采用麝香草酚分光光度法，pH 采用雷磁PHS-3C精密pH计，COD采用5B-1型快速测定仪，DO 采用oxi315i便携溶解氧仪。
2 结果与讨论
2.1 pH对厌氧氨氧化滤池的影响
pH作为微生物对环境条件的基本要求之一，对微生物的活性起着不可忽视的作用。据报道，厌氧氨氧化菌在代谢过程中会消耗酸度，引起pH的升高[5,6]。在试验中进水水质不仅要满足厌氧氨氧化菌生长要求，还要考虑厌氧氨氧化反应引起的反应器内的碱度波动。
本试验在进水中投加一定的NaHCO3，满足厌氧氨氧化菌对碱度的要求，同时缓和反应器内的pH波动。通过添加HCl和NaOH来调节滤池进水的pH，考察pH对厌氧氨氧化滤池脱氮性能的影响，从而确定本试验厌氧氨氧化滤池最佳的pH值范围，不同进水pH值条件下滤池的运行效果见图2。
图2 pH对滤池脱氮效果的影响
从图2中可知，在进水pH在6.5~8.95之间变化时，厌氧氨氧化滤池对TN的去除率变化趋势呈抛物线趋势。在pH为7.65和8.25时，滤池的TN去除率达到峰点，最高为84.3%。当进水pH为8.95时，滤池的脱氮效果略有下降，出水NO2--N和NH4+-N为3.6mg/L、7.4mg/L，TN的去除率为72.8%。而当进水pH值为5.60时，厌氧氨氧化滤池几乎崩溃，TN的去除率只有11.8%。
分析表明，本试验中，当进水pH较低或较高时，均会对厌氧氨氧化滤池的脱氮性能产生一定抑制作用。最终确定的厌氧氨氧化滤池最适pH范围为7.65~8.25，与其他研究报道相吻合[7]，进一步证实了厌氧氨氧化菌更趋向于偏碱性环境，在以上pH范围内TN的去除率可稳定保持在84%左右。
2.2 高pH和低pH对厌氧氨氧化滤池的冲击影响
根据以上研究，厌氧氨氧化滤池的最佳pH值范围为7.65~8.25，较高或较低的pH值都将会对滤池的脱氮效果造成影响。同时，我们对高、低pH值进水对反应器的冲击影响及反应器的恢复能力进行了深入的探討。
试验过程中，维持进水NH4+-N ≈ 26mg/L，NO2--N ≈ 36mg/L，水力负荷稳定0.354 m3/m2.h，以排除基质浓度和水力负荷的干扰。在厌氧氨氧化滤池稳定运行的基础上，第4天开始将进水pH值调为8.95或5.60，连续运行一至两天，观察滤池脱氮效果的变化。随后恢复正常进水，考察滤池的恢复能力，结果分别见图3、图4。
图3高pH值进水对反应器的冲击影响
由图3可知，在未增加pH值的进水冲击之前，反应器出水NH4+-N保持在3mg/L左右、NO2--N趋于零，脱氮效率稳定在较高水平。第4天，将进水pH值调整至8.95，反应器的脱氮效果立即下降，出水NH4+-N和NO2--N分别为6.2mg/L、2.5mg/L。在此高pH值进水状态下连续运行两天，厌氧氨氧化滤池的脱氮效能有进一步恶化的趋势，出水NH4+-N和NO2--N分别上升至7.4mg/L、3.6mg/L，相应的去除率由冲击前的88.1%、99.9%下降到72.2%、90.3%。在本次试验的第6天，将进水pH值恢复至常态（7.9左右），反应器运行1天后，滤池的脱氮效果迅速恢复到了冲击前的水平。
图4低pH值进水对反应器的冲击影响
试验过程中，同时还探讨了低pH值进水对反应器的冲击影响，结果如图4所示。在图4中，第1~3天为滤池在正常状态下稳定运行的脱氮效果，在此期间NH4+-N和NO2--N的去除效果均稳定在较高水平，去除率分别高达87.4%和99.9%。第4天，试验中将反应器进水pH值下调为5.6，经过一天的运行后，反应器的脱氮性能急剧下降，出水水质严重恶化，NH4+-N和NO2--N的去除率分别降到了9.4%和14.9%，反应器脱氮功能近乎失效。在试验的第5天，将反应器进水pH恢复至常态（7.9左右），当天滤池的运行性能有所恢复，NH4+-N和NO2--N的去除率上升到47.2%和57.1%；恢复正常进水pH值的第3天，厌氧氨氧化滤池的脱氮效果基本恢复到了冲击前的水平。
从上述试验结果可知：进水中较高或较低的pH都会对厌氧氨氧化反应器带来不利的影响，但短时间内该因素带来的负面影响可以通过调整滤池的运行状态解除。通过在较低pH值和较高pH值进水两种条件下滤池脱氮性能的对比分析，低pH值进水对厌氧氨氧化菌的活性抑制作用更为强烈，滤池性能恢复需要的时间也更长。
2.3 有机物对厌氧氨氧化滤池的影响
厌氧氨氧化菌为自养菌，在代谢过程中以CO2为碳源，不需要外加碳源，这是厌氧氨氧化反应备受关注的另一主要原因。但是，在实际废水处理过程中，不可避免地会存在有机物进入厌氧氨氧化反应器；由于异养菌的快速生长，有机物的存在是否会引起异养菌的快速繁殖，对厌氧氨氧化菌是否会带来不利影响？本试验过程中，有机物对厌氧氨氧化的影响进行了深入的探讨。
试验中以蔗糖为有机物，研究了有机物浓度对反应器运行性能的影响，有机物的濃度值分别为40、80、90、100、120、150mg/L。图5为在不同COD浓度值条件下反应器的运行性能。
图5 有机物浓度对滤池脱氮效果的影响
从图5中可以看到，在加入有机物后，厌氧氨氧化滤池的TN去除率表现为先升后降，而NH4+-N的去除率则随着有机物的加入不断下降。出现这一现象的主要原因是由于：当进水中有机物浓度增加时，有机物的加入为滤池内的异养反硝化菌提供了碳源，促进了其增长及异养反硝化过程的进行，从而促使出水NO3--N浓度的降低，TN的去除率也相应得到了显著提高，由81.9%上升到90.6%；但是随着进水中有机物浓度的进一步增加（>80mg/L），由于反硝化不仅消耗厌氧氨氧化反应的产物NO3--N，也消耗了厌氧氨氧化菌的底物NO2--N，造成了NO2--N的不足，厌氧氨氧化菌生长受到反应基质匮乏的限制，致使NH4+-N去除不完全，NH4+-N的去除率大幅下降，由96.6%降到74.0%，同时TN的去除率也随之出现下降趋势，由90.6%下降到87.0%；当进水中有机物浓度进一步增大时，这种现象愈为明显。
从进出水NO3--N的变化可以看出，在厌氧氨氧化反应器中自养反硝化菌（厌氧氨氧化菌）和异养反硝化菌共存。适当增加进水中的有机物含量，可以提高反应器的脱氮效率；但当进水中有机物浓度达到一定值时，本反应器的脱氮效率将出现下降的趋势，这主要是由于有机物的增加，促进了异养反硝化菌的增长，使其成为反应器中的优势菌种，其与厌氧氨氧化菌争夺反应基质NO2--N，致使厌氧氨氧化菌的生长受到限制，从而导致反应器NH4+-N去除效率降低。
根据本试验成果，建议厌氧氨氧化反应器进水有机物浓度不宜超过80mg/L；而此前相关研究[8]认为当COD浓度为800±50mg/ L时，厌氧氨氧化速率达到最大；与本研究结果相差较大，可能与接种污泥、启动过程、运行条件等因素有关。
2.4 溶解氧对厌氧氨氧化滤池的影响
厌氧氨氧化菌为严格的厌氧菌，对氧气的存在极为敏感，据报道，0.5% 空气饱和度的氧气就会对厌氧氨氧化菌产生明显的抑制作用[9]，但该抑制作用是可逆性的。在实际工程应用中，厌氧氨氧化工艺的进水中不可避免地会携带部分氧气，且前段的处理工艺运行不稳定或出现事故时，厌氧氨氧化反应单元的进水水质亦会存在波动。本试验过程中，考察了当进水出现波动、携带较高浓度的氧气时，厌氧氨氧化反应器脱氮效果的变化，以及反应器对氧气的抗冲击能力，以便于更好地指导实际工程。
整个试验过程中，未对厌氧氨氧化反应器的进水进行脱氧处理，进水DO浓度维持在1.5mg/L左右；此外，考虑到污水处理流程中的曝气池出水DO一般在4mg/L左右，本试验中调整进水DO约为8mg/L，维持滤池在此条件下运行一天，之后迅速恢复其正常进水，同步考察DO变化对厌氧氨氧化菌脱氮功能的影响及其恢复情况。脱氮情况详见图6所示。
图6 溶解氧对滤池脱氮效果的影响
从图6可以看出，在第3天，当进水DO增高时，NH4+-N和NO2--N的去除率分别由96.7%和98.6%降低到18.3%和24.2%。在随后进水恢复正常DO浓度的运行过程中，反应器对NH4+-N和NO2--N的去除能力逐渐得到恢复。NO2--N的恢复较快，在进水恢复正常后的第2天（即试验进行的第4天之后），NO2--N的去除效果就达到了DO冲击前的水平，但是试验同时发现出水中的NO3--N也有大幅的上升。笔者分析，因本试验中未对进水进行特殊的脱氧处理，进水中仍存在一定浓度的DO，因此在厌氧氨氧化反应器中并非单纯的厌氧氨氧化菌，还存在有少量的硝化菌，其利用进水中含有的DO进行硝化反应，同时产生NO2--N以供厌氧氨氧化菌生长之用；亦即，在本试验的反应器中，厌氧氨氧化菌和硝化菌之间协同共存。之后，当进水水质恢复正常时，反应器内的DO浓度逐渐降低，厌氧氨氧化菌的活性也逐渐得以恢复。在恢复进水的第4天，生物滤池对NH4+-N和NO2--N的去除率达到了96.6%和99.9%，脱氮能力基本恢复到冲击前的水平。
此外，另一方面，由于本试验接种污泥为污水厂的好氧污泥，反应器内存在一定数量的好氧氨氧化菌。当厌氧氨氧化滤池的进水携入氧气时，好氧氨氧化菌可以消耗氧气，解除氧气对厌氧氨氧化菌的活性抑制，为厌氧氨氧化菌创造良好的生长环境。
由上述分析可以得出结论：高DO会对厌氧氨氧化生物滤池产生明显的抑制作用，但是短期内的DO冲击影响是可逆性的；通过调节进水水质和运行状态可以实现厌氧氨氧化滤池脱氮功能的快速恢复；反应器内的微生物种群多样性有助于抵抗外界条件波动的冲击，维持厌氧氨氧化滤池的稳定运行。
3.结论
通过本课题的研究，可以得出以下结论：
⑴ 厌氧氨氧化反应器的最适进水pH范围为7.65~8.25，在此范围内滤池表现出良好的脱氮性能；较高或较低的pH进水将对反应器的运行带来明显的负面影响，低pH进水的冲击尤为明显。
⑵ 一定浓度范围的有机物可以刺激滤池内自养反硝化菌的反硝化作用，在反硝化和厌氧氨氧化的协同作用下，滤池的脱氮能力得到提高；但当进水有机物浓度过高时，将会引起异养菌的繁殖，削弱厌氧氨氧化菌的主体优势，导致反应器的脱氮效果恶化；建议厌氧氨氧化反应器的进水有机物浓度值控制在80mg/L以下。
⑶ 氧气对厌氧氨氧化菌的活性会产生明显的抑制作用，但是短期的这种抑制作用是可逆的。
⑷ 本厌氧氨氧化反应器中，存在有自养反硝化菌（厌氧氨氧化菌）、异养反硝化菌以及好氧氨氧化菌等，它们之间协同共存，理想的进水水质可以获得良好的脱氮效果。
参考文献：
1 Mulder A., van de Graaf, A. A., Robertson, L. A., Kuenen, J. G.. Anaerobic ammonium oxidation discovered in a denitrifying fluidized-bed reactor. FEMS Microbiol. Ecol. 1995, 16: 177–183
2 张树德, 李捷, 杨宏等. 亚硝酸盐对厌氧氨氧化的影响研究. 环境污染与防治. 2005,27(5):324~326
3 杨朝晖, 徐峥勇, 曾光明等. 不同低温驯化策略下的厌氧氨氧化活性. 中国环境科学. 2007,27(3):300~305
4 J. Dosta, I. Fern´andez, J.R. V´azquez-Pad´ın, A. Mosquera-Corral, et al. Short- and long-term effects of temperature on the Anammox process. Journal of Hazardous Materials. 2008,154: 688~693
5 周少奇. 厌氧氨氧化与反硝化协同作用化学计量学分析. 华南理工大学学报. 2006,34(5): 1~4
6 Marc Strous, J. Gijs Kuenen, John A. Fuerst, et al. The anammox case-A new experimental manifesto for microbiological eco-physiology. Antonie van Leeuwenhoek. 2002,81: 693~702
7 Mike S MJeteen, Marc Strous, Katinaka T, Van de Pas-schoonen. The anaerobic oxidation of ammonium. FEMS Microbiogy Reviews, 1999,22:421~437
8 魏学军, 邓华, 谈红. 厌氧氨氧化反应器的启动及运行. 新疆环境保护. 2002 ,24 (1):17～21
9 Strous M, vanGerven E, Kuenen J G, Jetten M. Effects of aerobic and microaerobic conditions on anaerobic ammoniumoxidizing (Anammox) sludge. Appl. Environ. Microbiol. 1997, 63: 2446~2448
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：厌氧氨氧化，pH，有机物，溶解氧
The study of the factors affecting on Anammox process
Abstract: In this paper, the impacts of pH, organic compound, dissolved oxygen on the Anammox reactor performance in the stable operation of anaerobic ammonium oxidation filter. The results indicated: High or low pH could influence the performance of nitrogen removal of the reactor, the appropriate range of pH is 7.65~8.25; a certain concentration of organic compound could improve the denitrification effect because of synergistic effect of denitrifying bacteria and anaerobic ammonium-oxidizing bacteria in the filter; the inhibition of dissolved oxygen on the activity anammox bacteria is reversible.
Keywords: Anaerobic ammonium oxidation; pH; organic compound; dissolved oxygen.
厌氧氨氧化工艺由荷兰Delft技术大学开发[1]，它建立在新发现的氮素循环细菌作用的基础上，完全突破了传统脱氮理论，是一种高效节能的脱氮技术。与传统的全程生物硝化-反硝化脱氮技术相比，厌氧氨氧化技术可节省62.5%的供氧量和50%的耗碱量，无需消耗有机碳，且产泥量仅为传统生物脱氮过程的15%，因此，自被发现至今，厌氧氨氧化技术便备受青睐。但是，由于ANAMMOX细菌缓慢的增长率（长达10天之久）及苛刻的生长环境的要求[2, 3,4]，给反应器的启动带来了阻碍，同时亦成为厌氧氨氧化技术推广应用的瓶颈。因此，研究外界环境对厌氧氨氧化工艺的影响，可以为厌氧氨氧化工艺的工程应用提供技术支撑。本文在稳定运行的厌氧氨氧化反应器基础之上，研究了pH、有机物、溶解氧对滤池脱氮性能的影响。
1实验装置与方法
1.1实验装置
本实验装置如图1所示，为上向流生物滤池，有机玻璃制成，内径6 cm，内填陶粒作为填料，填充高度1.65 m，沿滤柱高度每间隔20 cm设有一取样口。实验室采用人工配水模拟城市污水厂二级处理出水，以NH4Cl和NaNO2 作为基质，加入少量的NaHCO3、KH2PO4 ，水温为15~30℃。
1.2 分析项目和检测方法
实验分析项目主要有：NH4+-N采用纳氏试剂分光光度法，NO2--N 采用N-(1-萘基)-已二胺光度法，NO3--N采用麝香草酚分光光度法，pH 采用雷磁PHS-3C精密pH计，COD采用5B-1型快速测定仪，DO 采用oxi315i便携溶解氧仪。
2 结果与讨论
2.1 pH对厌氧氨氧化滤池的影响
pH作为微生物对环境条件的基本要求之一，对微生物的活性起着不可忽视的作用。据报道，厌氧氨氧化菌在代谢过程中会消耗酸度，引起pH的升高[5,6]。在试验中进水水质不仅要满足厌氧氨氧化菌生长要求，还要考虑厌氧氨氧化反应引起的反应器内的碱度波动。
本试验在进水中投加一定的NaHCO3，满足厌氧氨氧化菌对碱度的要求，同时缓和反应器内的pH波动。通过添加HCl和NaOH来调节滤池进水的pH，考察pH对厌氧氨氧化滤池脱氮性能的影响，从而确定本试验厌氧氨氧化滤池最佳的pH值范围，不同进水pH值条件下滤池的运行效果见图2。
图2 pH对滤池脱氮效果的影响
从图2中可知，在进水pH在6.5~8.95之间变化时，厌氧氨氧化滤池对TN的去除率变化趋势呈抛物线趋势。在pH为7.65和8.25时，滤池的TN去除率达到峰点，最高为84.3%。当进水pH为8.95时，滤池的脱氮效果略有下降，出水NO2--N和NH4+-N为3.6mg/L、7.4mg/L，TN的去除率为72.8%。而当进水pH值为5.60时，厌氧氨氧化滤池几乎崩溃，TN的去除率只有11.8%。
分析表明，本试验中，当进水pH较低或较高时，均会对厌氧氨氧化滤池的脱氮性能产生一定抑制作用。最终确定的厌氧氨氧化滤池最适pH范围为7.65~8.25，与其他研究报道相吻合[7]，进一步证实了厌氧氨氧化菌更趋向于偏碱性环境，在以上pH范围内TN的去除率可稳定保持在84%左右。
2.2 高pH和低pH对厌氧氨氧化滤池的冲击影响
根据以上研究，厌氧氨氧化滤池的最佳pH值范围为7.65~8.25，较高或较低的pH值都将会对滤池的脱氮效果造成影响。同时，我们对高、低pH值进水对反应器的冲击影响及反应器的恢复能力进行了深入的探討。
试验过程中，维持进水NH4+-N ≈ 26mg/L，NO2--N ≈ 36mg/L，水力负荷稳定0.354 m3/m2.h，以排除基质浓度和水力负荷的干扰。在厌氧氨氧化滤池稳定运行的基础上，第4天开始将进水pH值调为8.95或5.60，连续运行一至两天，观察滤池脱氮效果的变化。随后恢复正常进水，考察滤池的恢复能力，结果分别见图3、图4。
图3高pH值进水对反应器的冲击影响
由图3可知，在未增加pH值的进水冲击之前，反应器出水NH4+-N保持在3mg/L左右、NO2--N趋于零，脱氮效率稳定在较高水平。第4天，将进水pH值调整至8.95，反应器的脱氮效果立即下降，出水NH4+-N和NO2--N分别为6.2mg/L、2.5mg/L。在此高pH值进水状态下连续运行两天，厌氧氨氧化滤池的脱氮效能有进一步恶化的趋势，出水NH4+-N和NO2--N分别上升至7.4mg/L、3.6mg/L，相应的去除率由冲击前的88.1%、99.9%下降到72.2%、90.3%。在本次试验的第6天，将进水pH值恢复至常态（7.9左右），反应器运行1天后，滤池的脱氮效果迅速恢复到了冲击前的水平。
图4低pH值进水对反应器的冲击影响
试验过程中，同时还探讨了低pH值进水对反应器的冲击影响，结果如图4所示。在图4中，第1~3天为滤池在正常状态下稳定运行的脱氮效果，在此期间NH4+-N和NO2--N的去除效果均稳定在较高水平，去除率分别高达87.4%和99.9%。第4天，试验中将反应器进水pH值下调为5.6，经过一天的运行后，反应器的脱氮性能急剧下降，出水水质严重恶化，NH4+-N和NO2--N的去除率分别降到了9.4%和14.9%，反应器脱氮功能近乎失效。在试验的第5天，将反应器进水pH恢复至常态（7.9左右），当天滤池的运行性能有所恢复，NH4+-N和NO2--N的去除率上升到47.2%和57.1%；恢复正常进水pH值的第3天，厌氧氨氧化滤池的脱氮效果基本恢复到了冲击前的水平。
从上述试验结果可知：进水中较高或较低的pH都会对厌氧氨氧化反应器带来不利的影响，但短时间内该因素带来的负面影响可以通过调整滤池的运行状态解除。通过在较低pH值和较高pH值进水两种条件下滤池脱氮性能的对比分析，低pH值进水对厌氧氨氧化菌的活性抑制作用更为强烈，滤池性能恢复需要的时间也更长。
2.3 有机物对厌氧氨氧化滤池的影响
厌氧氨氧化菌为自养菌，在代谢过程中以CO2为碳源，不需要外加碳源，这是厌氧氨氧化反应备受关注的另一主要原因。但是，在实际废水处理过程中，不可避免地会存在有机物进入厌氧氨氧化反应器；由于异养菌的快速生长，有机物的存在是否会引起异养菌的快速繁殖，对厌氧氨氧化菌是否会带来不利影响？本试验过程中，有机物对厌氧氨氧化的影响进行了深入的探讨。
试验中以蔗糖为有机物，研究了有机物浓度对反应器运行性能的影响，有机物的濃度值分别为40、80、90、100、120、150mg/L。图5为在不同COD浓度值条件下反应器的运行性能。
图5 有机物浓度对滤池脱氮效果的影响
从图5中可以看到，在加入有机物后，厌氧氨氧化滤池的TN去除率表现为先升后降，而NH4+-N的去除率则随着有机物的加入不断下降。出现这一现象的主要原因是由于：当进水中有机物浓度增加时，有机物的加入为滤池内的异养反硝化菌提供了碳源，促进了其增长及异养反硝化过程的进行，从而促使出水NO3--N浓度的降低，TN的去除率也相应得到了显著提高，由81.9%上升到90.6%；但是随着进水中有机物浓度的进一步增加（>80mg/L），由于反硝化不仅消耗厌氧氨氧化反应的产物NO3--N，也消耗了厌氧氨氧化菌的底物NO2--N，造成了NO2--N的不足，厌氧氨氧化菌生长受到反应基质匮乏的限制，致使NH4+-N去除不完全，NH4+-N的去除率大幅下降，由96.6%降到74.0%，同时TN的去除率也随之出现下降趋势，由90.6%下降到87.0%；当进水中有机物浓度进一步增大时，这种现象愈为明显。
从进出水NO3--N的变化可以看出，在厌氧氨氧化反应器中自养反硝化菌（厌氧氨氧化菌）和异养反硝化菌共存。适当增加进水中的有机物含量，可以提高反应器的脱氮效率；但当进水中有机物浓度达到一定值时，本反应器的脱氮效率将出现下降的趋势，这主要是由于有机物的增加，促进了异养反硝化菌的增长，使其成为反应器中的优势菌种，其与厌氧氨氧化菌争夺反应基质NO2--N，致使厌氧氨氧化菌的生长受到限制，从而导致反应器NH4+-N去除效率降低。
根据本试验成果，建议厌氧氨氧化反应器进水有机物浓度不宜超过80mg/L；而此前相关研究[8]认为当COD浓度为800±50mg/ L时，厌氧氨氧化速率达到最大；与本研究结果相差较大，可能与接种污泥、启动过程、运行条件等因素有关。
2.4 溶解氧对厌氧氨氧化滤池的影响
厌氧氨氧化菌为严格的厌氧菌，对氧气的存在极为敏感，据报道，0.5% 空气饱和度的氧气就会对厌氧氨氧化菌产生明显的抑制作用[9]，但该抑制作用是可逆性的。在实际工程应用中，厌氧氨氧化工艺的进水中不可避免地会携带部分氧气，且前段的处理工艺运行不稳定或出现事故时，厌氧氨氧化反应单元的进水水质亦会存在波动。本试验过程中，考察了当进水出现波动、携带较高浓度的氧气时，厌氧氨氧化反应器脱氮效果的变化，以及反应器对氧气的抗冲击能力，以便于更好地指导实际工程。
整个试验过程中，未对厌氧氨氧化反应器的进水进行脱氧处理，进水DO浓度维持在1.5mg/L左右；此外，考虑到污水处理流程中的曝气池出水DO一般在4mg/L左右，本试验中调整进水DO约为8mg/L，维持滤池在此条件下运行一天，之后迅速恢复其正常进水，同步考察DO变化对厌氧氨氧化菌脱氮功能的影响及其恢复情况。脱氮情况详见图6所示。
图6 溶解氧对滤池脱氮效果的影响
从图6可以看出，在第3天，当进水DO增高时，NH4+-N和NO2--N的去除率分别由96.7%和98.6%降低到18.3%和24.2%。在随后进水恢复正常DO浓度的运行过程中，反应器对NH4+-N和NO2--N的去除能力逐渐得到恢复。NO2--N的恢复较快，在进水恢复正常后的第2天（即试验进行的第4天之后），NO2--N的去除效果就达到了DO冲击前的水平，但是试验同时发现出水中的NO3--N也有大幅的上升。笔者分析，因本试验中未对进水进行特殊的脱氧处理，进水中仍存在一定浓度的DO，因此在厌氧氨氧化反应器中并非单纯的厌氧氨氧化菌，还存在有少量的硝化菌，其利用进水中含有的DO进行硝化反应，同时产生NO2--N以供厌氧氨氧化菌生长之用；亦即，在本试验的反应器中，厌氧氨氧化菌和硝化菌之间协同共存。之后，当进水水质恢复正常时，反应器内的DO浓度逐渐降低，厌氧氨氧化菌的活性也逐渐得以恢复。在恢复进水的第4天，生物滤池对NH4+-N和NO2--N的去除率达到了96.6%和99.9%，脱氮能力基本恢复到冲击前的水平。
此外，另一方面，由于本试验接种污泥为污水厂的好氧污泥，反应器内存在一定数量的好氧氨氧化菌。当厌氧氨氧化滤池的进水携入氧气时，好氧氨氧化菌可以消耗氧气，解除氧气对厌氧氨氧化菌的活性抑制，为厌氧氨氧化菌创造良好的生长环境。
由上述分析可以得出结论：高DO会对厌氧氨氧化生物滤池产生明显的抑制作用，但是短期内的DO冲击影响是可逆性的；通过调节进水水质和运行状态可以实现厌氧氨氧化滤池脱氮功能的快速恢复；反应器内的微生物种群多样性有助于抵抗外界条件波动的冲击，维持厌氧氨氧化滤池的稳定运行。
3.结论
通过本课题的研究，可以得出以下结论：
⑴ 厌氧氨氧化反应器的最适进水pH范围为7.65~8.25，在此范围内滤池表现出良好的脱氮性能；较高或较低的pH进水将对反应器的运行带来明显的负面影响，低pH进水的冲击尤为明显。
⑵ 一定浓度范围的有机物可以刺激滤池内自养反硝化菌的反硝化作用，在反硝化和厌氧氨氧化的协同作用下，滤池的脱氮能力得到提高；但当进水有机物浓度过高时，将会引起异养菌的繁殖，削弱厌氧氨氧化菌的主体优势，导致反应器的脱氮效果恶化；建议厌氧氨氧化反应器的进水有机物浓度值控制在80mg/L以下。
⑶ 氧气对厌氧氨氧化菌的活性会产生明显的抑制作用，但是短期的这种抑制作用是可逆的。
⑷ 本厌氧氨氧化反应器中，存在有自养反硝化菌（厌氧氨氧化菌）、异养反硝化菌以及好氧氨氧化菌等，它们之间协同共存，理想的进水水质可以获得良好的脱氮效果。
参考文献：
1 Mulder A., van de Graaf, A. A., Robertson, L. A., Kuenen, J. G.. Anaerobic ammonium oxidation discovered in a denitrifying fluidized-bed reactor. FEMS Microbiol. Ecol. 1995, 16: 177–183
2 张树德, 李捷, 杨宏等. 亚硝酸盐对厌氧氨氧化的影响研究. 环境污染与防治. 2005,27(5):324~326
3 杨朝晖, 徐峥勇, 曾光明等. 不同低温驯化策略下的厌氧氨氧化活性. 中国环境科学. 2007,27(3):300~305
4 J. Dosta, I. Fern´andez, J.R. V´azquez-Pad´ın, A. Mosquera-Corral, et al. Short- and long-term effects of temperature on the Anammox process. Journal of Hazardous Materials. 2008,154: 688~693
5 周少奇. 厌氧氨氧化与反硝化协同作用化学计量学分析. 华南理工大学学报. 2006,34(5): 1~4
6 Marc Strous, J. Gijs Kuenen, John A. Fuerst, et al. The anammox case-A new experimental manifesto for microbiological eco-physiology. Antonie van Leeuwenhoek. 2002,81: 693~702
7 Mike S MJeteen, Marc Strous, Katinaka T, Van de Pas-schoonen. The anaerobic oxidation of ammonium. FEMS Microbiogy Reviews, 1999,22:421~437
8 魏学军, 邓华, 谈红. 厌氧氨氧化反应器的启动及运行. 新疆环境保护. 2002 ,24 (1):17～21
9 Strous M, vanGerven E, Kuenen J G, Jetten M. Effects of aerobic and microaerobic conditions on anaerobic ammoniumoxidizing (Anammox) sludge. Appl. Environ. Microbiol. 1997, 63: 2446~2448
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。