近年來，隨著我國農村經(jīng)濟發(fā)展與農村生活水平的提高LYHLYHwefa，越來越多的農村生活污水進入水體，對水體環(huán)境產生嚴重污染。農村生活污水的隨意排放是我國農村地區(qū)水環(huán)境污染的主要原因。如太湖水體富營養(yǎng)化的主要污染物中，25．1%的氮、60%的磷源于農村生活污水。  

目前，國家已將《農村環(huán)境連片整治》列入環(huán)境保護“十二五”規(guī)劃的重點治理項目，其中農村生活污水的治理列為重點。脫氮是污水處理的重要功能之一，而目前傳統(tǒng)的生物脫氮方式主要是通過硝化過程將NH4+氧化成NO3-，再通過反硝化過程將NO3-還原為N2排入大氣。在反硝化過程中需要消耗大量的有機碳源，而目前的農村生活污水C/N較低，致使反硝化過程所需碳源不足，造成脫氮效率下降。因此研究和應用節(jié)能高效的廢水脫氮工藝技術，已成為當今水污染控制領域的研究熱點。厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝，是由荷蘭Delft理工大學根據(jù)厭氧氨氧化原理研究開發(fā)的一種新型污水生物脫氮工藝。在此基礎上發(fā)展出了多種生物脫氮工藝，如:CANON、OLAND等。但實際氨氮廢水的產生中往往會有一定濃度的COD，限制了該技術在工程上的實際應用。近研究表明，ANAMMOX菌可成功的氧化丙酸，同時葡萄糖、甲酸、丙氨酸并不影響ANAMMOX過程，而且ANAMMOX菌能夠與異養(yǎng)反硝化菌競爭利用有機物，例如丙酸。因此對ANAMMOX與硝化/反硝化的相互關系的研究相當活躍，出現(xiàn)了同時亞硝化、ANAMMOX和反硝化工藝(SNAD)。  

本文以模擬廢水為原水，首先在厭氧水解酸化單元除去部分COD并同時將大分子碳源水解成小分子脂肪酸;然后進行SNAD處理單元，通過對其運行條件的控制，進行氮和COD的同時去除。本研究首先馴化培養(yǎng)亞硝化與反硝化菌種，然后進行SNAD生物膜的馴化培養(yǎng);然后通過水解酸化+考察氮和COD的去除能力，實現(xiàn)自養(yǎng)、異養(yǎng)脫氮工藝的高效、低耗及長期穩(wěn)定運行。該組合工藝與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比大大降低了運行成本，為農村生活污水的高效除碳脫氮的實現(xiàn)提供新工藝和新方法。  

1材料與方法  

1．1實驗原水  

原水采用人工模擬污水，其營養(yǎng)鹽組成為:KHCO31．25，KH2PO40．025，CaCl2·2H2O0．35，MgSO4·7H2O0．2，F(xiàn)eSO40．00625，EDTA0．00625，KCl0．014，NaCl0．01g/L。  

進行亞硝化菌培養(yǎng)與SNAD填料掛膜時通過投加NH4Cl、乙酸與丙酸以提供NH4+-N(100～150mg/L)與COD(100mg/L)。  

進行水解酸化-SNAD組合工藝連續(xù)實驗時，為體現(xiàn)農村生活污水低C/N比的水質特點，通過投加NH4Cl與淀粉，模擬農村生活污水COD配制為100～150mg/L左右，NH+4-N濃度為50mg/L左右。  

1．2實驗裝置  

本裝置是一種新型水解酸化-SNAD兩段式反應器，其中SNAD單元采用拔風濺水生物濾池。生物濾池的填料采用造價低、質量輕、孔隙度大的無紡布填料(填料外形尺寸為Ф40×20mm，無紡布在填料內壁厚度為2mm，見圖1)，填料共140個，濾池內基質以及氣液固三相混合均勻，溶解氧的控制簡便。無紡布有較大的孔隙度，表面粗糙，有利于微生物的附著、生長與繁殖，特別適合于生長緩慢的微生物的培養(yǎng)及其工藝的運行。生物濾池填料表面生物膜由內向外依次為ANAMMOX菌、反硝化菌和亞硝化菌。濾池下部設置通風口，污水從上部濺水盤滴下，與空氣流逆流接觸，同時發(fā)生亞硝化、反硝化和ANAMMOX反應，同時除碳脫氮。如圖1所示，水解酸化池有效容積為5L，為上流式水解反應器，HＲT為3．6h，實驗期間溫度保持室溫。生物濾池呈圓柱形，填料填充部分有效容積為6L(填料填充比為58%左右)，拔風管高度為1m，拔風管口設有通氣閥門，調節(jié)裝置內部溶解氧，布水裝置為3條半管式溢流布水器，間距為2cm。濺水區(qū)由2塊交錯的開縫PVC板(上層盤縫隙寬度為5mm，板縫比為8∶1;下層盤縫隙寬度為5mm，板縫比為4∶1)組成，2塊板相距20cm。從反應第20d起，生物濾池出水通過回流泵返回進水口(回流比為300%)。生物濾池外纏繞一層保溫水管，通過調整恒溫水浴使反應器內溫度控制在34±1℃左右(從反應第21d開始)。  

用于培養(yǎng)亞硝化污泥的反應器呈圓柱形，設置攪拌器，有效體積為12L，溫度控制在30℃左右，pH范圍控制在7．5～8．0，HＲT為24h。出水進入沉淀池(有效體積為2L)，污泥通過蠕動泵回流至反應器。  

用于ANAMMOX污泥培養(yǎng)與SNAD填料掛膜的反應器為圓柱形的密閉的反應容器，有效體積為15L，通過設置加熱管將溫度保持在30℃左右，pH范圍控制在7．5～8．0，HＲT為24h。出水進入沉淀池(有效體積為2L)，污泥通過蠕動泵回流至反應器。  

1．3接種污泥  

接種好氧活性污泥取自大連凌水河污水處理廠，用于培養(yǎng)亞硝化污泥，接種污泥懸浮顆粒濃度為3000mg/L;填料上接種的反硝化菌與ANAMMOX菌種取自本實驗室，其中厭氧氨氧化活性為30mmol/(g·d)。  

水解酸化污泥取自大連夏家河子污水處理廠，接種污泥懸浮顆粒濃度為3500mg/L。  

1．4分析方法  

NH4+-N、NO2--N、NO3--N等均采用國家標準方法分析，揮發(fā)性有機酸(VFA)采用氣相色譜法，COD采用重鉻酸鉀法，總氮采用TOC(TOC2VCPH，Shimadzu)分析儀測定。水中溶解氧濃度(DO)和pH分別采用溶解氧分析儀(YSI，Model55，USA)和pH計(SartoriusAG)測定。  

1．5實驗步驟  

實驗主要分為兩個階段:  

一階段:亞硝化污泥培養(yǎng)與SNAD填料掛膜  

首先，將凌水污水廠活性污泥投入亞硝化污泥培養(yǎng)反應器，連續(xù)曝氣24h后，排出懸浮污泥。連續(xù)進入NH4+-N廢水，通過控制溶解氧濃度實現(xiàn)亞硝化污泥的馴化培養(yǎng)。亞硝化污泥馴化階段為45d。同時在培養(yǎng)ANAMMOX污泥的反應器中投入填料與ANAMMOX污泥，繼續(xù)連續(xù)模擬氨氮廢水掛膜5d。將馴化的亞硝化污泥投入?yún)捬醢毖趸囵B(yǎng)反應器中，控制好溫度、pH與溶解氧，掛膜24d。為避免原水COD對自養(yǎng)脫氮菌的干擾，后將反硝化菌投入其中，進水中加入NH4+-N與有機碳源，掛膜12d。  

二階段:水解酸化-SNAD反應器處理模擬農村生活廢水  

將已經(jīng)掛膜的SNAD填料投入SNAD生物濾池，同時啟動厭氧水解酸化與SNAD單元，形成組合工藝，并用模擬農村生活污水進行貫通實驗驗證，實驗期間為40d。  

(1)水解酸化單元在C/N比2∶1條件下，COD的去除率可達到69%，出水C/N比為3∶5;VFAs成分主要為乙酸，丙酸和正丁酸三種，濃度含量平均分別為88．4%、6．5%以及5．1%，VFAs/COD為0．74。  

(2)在SNAD脫氮單元，通過亞硝化、反硝化與厭氧氨氧化的耦合作用，COD與總氮的去除率分別可達到76．7%和84．1%。脫氮主要由ANAMMOX反應完成。  

(3)厭氧水解-SNAD組合工藝COD與總氮總去除率分別達到92．8%和84．1%。