间歇曝气膜生物反应器中同时部分硝化，厌氧氨氧化，反硝化过程的研究
摘要：同时部分硝化，厌氧氨氧化和反硝化（SNAD）过程被应用于去除在间歇曝气膜生物反应器（MBR）中废水中的氨氮和COD。该运行参数（进水碳氮比（C / N），交替好氧/厌氧（Tae / Tan）周期和空气流量）通过响应面法（RSM）进行了优化。最佳的操作参数为：C / N为0.42-0.55，Tae / Tan为1min /（2.5-3.1）min，空气流量为0.48-0.51Lmin-1。在这些条件下，平均N2O和NO（沼气）排放量分别为进入的总氮的2.0％和0.17％。对于反硝化过程，化学计量模拟结果表明总数厌氧氨氮去除率为76.1％，异养脱氮负责总氮去除率为19.0％，COD去除率为95.0％。通过扫描电子显微镜（SEM）和荧光原位杂交（FISH）分析SNAD颗粒的照片，证明了AOB，ANAMMOX和反硝化细菌在反应器中共存，显示SNAD颗粒外部的生物量大部分是氨氧化细菌，而ANAMMOX和反硝化是在内部缺氧部分。这些结果提供为SNAD进程的应用提供有用的信息。
关键词：SNAD 膜生物反应器 优化 沼气 质量平衡方法
1.前言
在许多富氮废水中，有机碳含量低是不足以完成脱氮，需要外加有机物碳源（甲醇或乙酸）从而增加污水处理厂的运营成本。 因此，新颖且具有成本效益的生物除氮工艺已被开发用于处理低碳氮比废水。 这些新工艺包括单一反应器亚硝酸盐高铵去除系统，限氧自养硝化 - 反硝化作用，完全自养的氮去除亚硝酸盐，并采用同步部分亚硝化除氮和厌氧氨氧化。 部分硝化和厌氧氨氧化的组合是最常用的除氮工艺。 这个过程几乎完全转化铵N2，伴随少量的NO3 - ，这可能超过废水排放标准。而且，这个过程更加合适用于没有有机物的高NH4 浓度的废水。因此，为了去除残留的NO3 - 和COD，厌氧氨氧化和脱氮工艺的组合也是必要的。实质性的实验结果清楚地显示出来反硝化过程和厌氧氨氧化可以在厌氧环境共存，其组合可以保护厌氧氨氧化过程受到有机碳的抑制。
最近，同时部分硝化，厌氧氨氧化和反硝化过程有潜力消除NH4 和废水中可生物降解的有机物而得到开发。这个过程的好处是完整的氮气在一个系统中去除和减少COD，而不是使用几个连续的循环。同时，反硝化过程可以保护厌氧氨氧化活性免受溶解氧和有机碳的抑制。主要生化及反硝化过程的机制如下：
部分硝化亚硝酸盐是在缺氧条件下实现的，而反硝化和厌氧氨氧化是在厌氧条件下且需要电子供体存在。 因此，低氧浓度对于SNAD系统的高效稳定运行是很重要的。 在氧的限制下，根据公式 （1）氨被氨氧化细菌氧化成亚硝酸盐，根据公式 （3）ANAMMOX细菌将剩余的氨由亚硝酸盐转化成N2，在此过程中释放出低浓度的硝酸盐。 之后，亚硝酸盐的残留物和产生的硝酸盐是通过反硝化过程还原成氮气按照公式（4-6）。 一种微生物的生长和新陈代谢为下一步提供基质，建立一连串的细菌。 在反应器的合作可以有效去除氨和COD。
间歇曝气膜生物反应器实现了完全分离的水力停留时间（HRT）和污泥龄（SRT），维持高浓度微生物生物量。研究人员已经调查SNAD工艺在间歇曝气膜生物反应器中的可行性。使用MBR有利于更好地培育并为缓慢生长的ANAMMOX提供完整的生物量保留。在这项研究中，间歇曝气膜生物反应器（MBR）被用于SNAD过程。为了实现SNAD系统成功运行， Box-Behnken设计（BBD）和响应曲面法（RSM）被用来优化MBR操作参数（C / N，交替好氧/厌氧（Tae / Tan）时间和气流）。还分析了在实验过程中产生的温室气体。另外，化学计量氮和COD的去除率使用质量平衡方法评估。硝化细菌，厌氧氨氧化细菌，反硝化细菌生物群落和空间分布通过原位荧光法（FISH）和扫描电子显微镜观察。
2.材料和方法
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