近年來，隨著我國農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展與農(nóng)村生活水平的提高，越來越多的農(nóng)村生活污水進(jìn)入水體，對水體環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染。農(nóng)村生活污水的隨意排放是我國農(nóng)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，百分之二十五的氮、百分之六十的磷源于農(nóng)村生活污水。

目前，已將《農(nóng)村環(huán)境連片整治》列入環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃的治理項目，其中農(nóng)村生活污水的治理列為中 心。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(jī)碳源，而目前的農(nóng)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(yīng)用節(jié)能的廢水脫氮工藝技術(shù)，已成為當(dāng)今水污染控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。厭氧氨氧化（ANAMMOX）工藝，是由荷蘭Delft 理工大學(xué)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(chǔ)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(chǎn)生中往往會有濃度的COD，限制了該技術(shù)在工程上的實際應(yīng)用。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(jī)物，例如丙酸。因此對ANAMMOX 與硝化/反硝化的相互關(guān)系的研究相當(dāng)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(jìn)行SNAD 處理單元，通過對其運(yùn)行條件的控制，進(jìn)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(jìn)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)脫氮工藝的低耗及長期穩(wěn)定運(yùn)行。該組合工藝與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比大大降低了運(yùn)行成本，為農(nóng)村生活污水 的除碳脫氮的實現(xiàn)提供新工藝和新方法。

一、材料與方法

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，KH2PO4 0.025，CaCl2 ·2H2O 0.35，MgSO4·7H2O 0.2，FeSO4 0.00625，EDTA 0.00625，KCl 0.014，NaCl 0.01 g/L。

進(jìn)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（100 mg/L）。

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

2、實驗裝置

本裝置是一種新型水解酸化-SNAD 兩段式反應(yīng)器，其中SNAD 單元采用拔風(fēng)濺水生物濾池。生物濾池的填料采用造價低、質(zhì)量輕、孔隙度大的無紡布填料（填料外形尺寸為Ф40 × 20 mm，無紡布在填料內(nèi)壁厚度為2 mm），填料共140 個，濾池內(nèi)基質(zhì)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(yùn)行。生物濾池填料表面生物膜由內(nèi)向外依次為ANAMMOX 菌、反硝化菌和亞硝化菌。濾池下部設(shè)置通風(fēng)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(yīng)，同時除碳脫氮。水解酸化池有效容積為5 L，為水解反應(yīng)器，HＲT 為3.6 h，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6 L（填料填充比為百分之五十八左右），拔風(fēng)管高度為1 m，拔風(fēng)管口設(shè)有通氣閥門，調(diào)節(jié)裝置內(nèi)部溶解氧，布水裝置為3 條半管式溢流布水器，間距為2 cm。濺水區(qū)由2 塊交錯的開縫PVC 板（上層盤縫隙寬度為5 mm，板縫比為8∶1;下層盤縫隙寬度為5 mm，板縫比為4∶1）組成，2 塊板相距20 cm。從反應(yīng)第20 d 起，生物濾池出水通過回流泵返回進(jìn)水口（回流比為百分之三百）。生物濾池外纏繞一層保溫水管，通過調(diào)整恒溫水浴使反應(yīng)器內(nèi)溫度控制在34±1℃左右（從反應(yīng)第21 d 開始）。

用于培養(yǎng)亞硝化污泥的反應(yīng)器呈圓柱形，設(shè)置攪拌器，有效體積為12 L，溫度控制在30 ℃左右，pH 范圍控制在7.5～8.0，HＲT 為24 h。出水進(jìn)入沉淀池（有效體積為2 L），污泥通過蠕動泵回流至反應(yīng)器。

用于ANAMMOX 污泥培養(yǎng)與SNAD 填料掛膜的反應(yīng)器為圓柱形的密閉的反應(yīng)容器，有效體積為15L，通過設(shè)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24 h。出水進(jìn)入沉淀池（有效體積為2 L），污泥通過蠕動泵回流至反應(yīng)器。

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3 000 mg/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3500 mg/L。

4、分析方法

NH4+-N、NO2--N、NO3--N 等均采用標(biāo)準(zhǔn)方法分析，揮發(fā)性有機(jī)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（Sartorius AG）測定。

5、實驗步驟

實驗主要分為兩個階段：

第 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(yīng)器，連續(xù)曝氣24 h 后，排出懸浮污泥。連續(xù)進(jìn)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45 d。同時在培養(yǎng)ANAMMOX 污泥的反應(yīng)器中投入填料與ANAMMOX污泥，繼續(xù)連續(xù)模擬氨氮廢水掛膜5 d。將馴化的亞硝化污泥投入?yún)捬醢毖趸囵B(yǎng)反應(yīng)器中，控制好溫度、pH 與溶解氧，掛膜24 d。為避免原水COD對自養(yǎng)脫氮菌的干擾，將反硝化菌投入其中，進(jìn)水中加入NH4+-N與有機(jī)碳源，掛膜12 d。

第 二階段：水解酸化-SNAD 反應(yīng)器處理模擬農(nóng)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(nóng)村生活污水進(jìn)行貫通實驗驗證，實驗期間為40 d。