新加坡经验：溶解氧对主流厌氧氨氧化工艺的影响

时间：2019-04-16 18:54:34 来源：IWA国际水协会 作者：

氮的物料平衡和去向分析

研究团队通过污水厂的常规监测数据，包括初沉出水和最终出水的氮、TN/TSS比、剩余污泥量、平均原位硝化率和NAR等数值，对氮的转化和去向进行计算。

结果显示在第一阶段，基于Anammox的自养脱氮占总氮的37.5％，比传统反硝化的贡献值（27.1％）要高。这与第一阶段观察到的较高的异位NAR相符（79％）。在第二阶段，自养脱氮只占总氮的25.4％，低于异养脱氮的37.2％。第二阶段的异位NAR比率较低，仅为29％，说明该阶段NOB抑制较少和更多的异养反硝化作用。

在新加坡生物脱氮工艺的能耗约为0.15-0.19kWh/m³，研究期间的平均曝气能耗仅为0.13 kWh/m³。与此同时，86%的总氮去除率远高于传统的60％，这两个数值展示了PN/A工艺在节能和性能表现的优势。

AOB与NOB微生物群落

表3显示第二阶段的AOB 的显着减少（特别是Nitrosomonas），可能是由于DO降低所致。然而，尽管AOB丰度减少了30倍，其活性只减少了13％，并且在第二阶段亚硝化作用仍保持高效运作。第二阶段的平均出水氨氮仅增加了1.1 mg/L。这表明第二阶段中AOB特定细菌活性增加了，对此研究团队认为需要进一步的研究来解释。同时也反映在研究NOB抑制作用时，AOB/NOB活性比是更有指导意义的参数。

表3. AOB、NOB和Anammox的丰度及活性（rRNA拷贝数基于q-PCR数据）

q-PCR测试显示其Anammox优势菌种为Candidatus Brocadia sp. 40。尽管它常被认为是种生长极慢的细菌，但最近的研究显示在30℃条件下其单位生长速率可达0.33/d，也就是说其增倍时间约为2.1天，而樟宜再生水厂的SRT为5天，这些数据都支持系统存在厌氧氨氧化菌。

研究人员一方面认为低DO值是导致AOB和NOB群落组成变化的因素之一，但也表示其他研究对低DO的影响有不同的看法。虽然大家都建议低DO的曝气策略，但实际运行会涉及许多复杂因素，例如DO、温度和pH值，这给不同的AOB和NOB创造了有利的小生境。鉴于絮体中AOB和NOB竞争的复杂微环境，传统的悬浮生长系统的研究方法因忽略了絮体内的物质传递而显得过于简化，而AOB和NOB动力学参数显然与它们的分布模式和菌落大小、颗粒形态有关。这些方面都有待进一步的探索。

对于单阶主流PN/A生物膜工艺，较低的DO可能降低AOB活性；而对于混合PN/A工艺，较低的DO尽管可保护厌氧氨氧化菌免受氧气的影响，但由于液相中的异养反硝化作用，可能导致亚硝酸盐进入生物膜的通量降低。液相的高DO可抵消这些缺点，但又需要培养出更厚的生物膜，从而在膜深处积累更多活性Anammox菌（尤其是在低温环境下）。因此可能有必要对AOB和NOB的属（genus）甚至是种（species）层面的内在动力学进行研究。

小结

该研究是业内首次展示了DO的减少对氮转化、微生物群落结构以及悬浮生长系统的PN/A工艺性能的影响。研究结果显示DO是影响主流PN/A工艺表现的重要参数。对于悬浮生长的主流PN/A工艺，好氧区DO的降低虽然减少能耗，但也可能不利于NOB的抑制，致使尽管有其他有利条件的支持，仍会降低PN/A表现。虽然研究展示了PN/A的工艺优势，但仍有许多未知问题尚待解决。

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