3結(jié)果與討論

3.1短程硝化反應(yīng)器的啟動(dòng)與運(yùn)行

啟動(dòng)階段A（第1～15天）的水質(zhì)情況見圖2。

反應(yīng)器進(jìn)水以人工配水為主，在第1～7天，系統(tǒng)的運(yùn)行較為穩(wěn)定，氨氮的處理效率為45.8%～62.7%。為了使系統(tǒng)慢慢適應(yīng)滲濾液水質(zhì)，在第8天加入了少量的滲濾液，將進(jìn)水的氨氮提高到了200mg/L。經(jīng)歷了短暫的波動(dòng)后，系統(tǒng)迅速恢復(fù)穩(wěn)定，此階段出水主要以硝態(tài)氮為主（>40mg/L），亞硝態(tài)氮積累較少（<10mg/L）。

為了進(jìn)一步提高反應(yīng)器的負(fù)荷，系統(tǒng)進(jìn)入提升階段B和C（第16～47天），該階段逐步增加了進(jìn)水中的滲濾液占比（5%～90%），將氨氮濃度提升至300～800mg/L。由于實(shí)際滲濾液難降解物質(zhì)較多、水質(zhì)波動(dòng)大等原因，在該階段停留了較長(zhǎng)時(shí)間。由圖2可見，出水中的硝態(tài)氮逐漸降低，亞硝態(tài)氮逐漸增加，在第44天后，硝態(tài)氮在出水中占比已低于10%，推測(cè)污泥中亞硝化細(xì)菌逐漸轉(zhuǎn)為優(yōu)勢(shì)菌群。

系統(tǒng)在高負(fù)荷運(yùn)行穩(wěn)定后，進(jìn)入最后的調(diào)試穩(wěn)定階段D（第48～90天）。該階段的進(jìn)水已全部為垃圾滲濾液，其進(jìn)水水質(zhì)基本保持不變，通過采取間歇曝氣的方式和縮短調(diào)整曝氣時(shí)間至12h，來最大化地激活短程硝化，將硝化控制在亞硝態(tài)氮階段，最終系統(tǒng)維持穩(wěn)定，出水中的NO2/NOx一直維持在96%以上，為后續(xù)厭氧氨氧化體系的進(jìn)水提供了良好的條件。

3.2厭氧氨氧化反應(yīng)器的啟動(dòng)與運(yùn)行

厭氧氨氧化反應(yīng)器的運(yùn)行狀況見圖3。

在階段A（第1～22天），為了讓污泥適應(yīng)新的反應(yīng)器，同時(shí)摸索厭氧氨氧化菌的適宜培養(yǎng)環(huán)境，進(jìn)水均采用人工配水完成。由圖3可知，該階段系統(tǒng)出水中氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮變化幅度較大，水質(zhì)不穩(wěn)定。進(jìn)入階段B（第23～44天）后，將進(jìn)水中額外添加了10%的短程硝化出水，并使氨氮與亞硝態(tài)氮的濃度提高至400mg/L。此后，系統(tǒng)受到了較大的沖擊，經(jīng)過15d左右才趨于穩(wěn)定。此時(shí)出水中氨氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮的濃度分別為（111.2±12.3)mg/L、（87.2±9.6)mg/L和（37.5±5.8)mg/L，總氮去除率約80%。

經(jīng)歷了啟動(dòng)階段，厭氧氨氧化反應(yīng)器開始進(jìn)入適應(yīng)階段（第45～72天）。在該過程中，隨著時(shí)間的推移，開始逐步增加進(jìn)水中短程硝化反應(yīng)器出水的含量，直至90%的進(jìn)水都是垃圾滲濾液。由圖3可知，此階段整個(gè)反應(yīng)器的出水水質(zhì)波動(dòng)很大。這可能是由于滲濾液中高含量的COD抑制厭氧氨氧化菌的生物活性，同時(shí)引入的碳源使得反硝化菌得以富集，引起細(xì)菌群落的結(jié)構(gòu)性失衡。Wang等的研究也顯示在厭氧氨氧化處理垃圾滲濾液的體系中，反硝化菌群在脫氮過程中起到了重要作用。另外，通過觀察厭氧氨氧化反應(yīng)器運(yùn)行過程中消耗的亞硝態(tài)氮與氨氮量的比值后發(fā)現(xiàn)，在滲濾液適應(yīng)階段（第45～72天），該值要大于厭氧氨氧化反應(yīng)理論值1.32，可見其消耗的亞硝態(tài)氮大于1.32倍消耗的氨氮，因此亞硝態(tài)氮存在其他消耗途徑，這也側(cè)面驗(yàn)證了反硝化作用的存在。

厭氧氨氧化反應(yīng)器在72d后，進(jìn)入最后的穩(wěn)定階段（第73～90天）。此時(shí)反應(yīng)器的進(jìn)水均為短程硝化反應(yīng)器的出水，進(jìn)水中氨氮含量為（400±30)mg/L，亞硝態(tài)氮的含量為（500±40)mg/L。系統(tǒng)在經(jīng)過5d的變化后，最終保持穩(wěn)定，出水中硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮均降到20mg/L以下，總氮去除率保持在88.2%～90.3%，去除負(fù)荷為0.319kg/（m3·d），去除效果穩(wěn)定。對(duì)穩(wěn)定階段消耗的氨氮、亞硝態(tài)氮及生成硝態(tài)氮的比例進(jìn)行計(jì)算，可以得到其平均化學(xué)計(jì)量關(guān)系為1∶1.4∶0.12，通過氮守恒計(jì)算得出在此厭氧氨氧化系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)下，通過厭氧氨氧化反應(yīng)貢獻(xiàn)了86.5%的氨氮消耗，剩余13.5%的氨氮由反硝化作用等脫氮機(jī)制去除?？傮w而言，整個(gè)短程硝化聯(lián)合厭氧氨氧化脫氮系統(tǒng)的總氮去除率保持在90%以上，去除負(fù)荷0.51kg/（m3·d），實(shí)現(xiàn)了對(duì)氮的深度處理。

3.3系統(tǒng)參數(shù)影響分析

大量研究表明，在短程硝化過程啟動(dòng)和運(yùn)行過程中，pH和溶解氧起著至關(guān)重要的作用。其中對(duì)于pH，一般認(rèn)為弱堿性條件是亞硝化細(xì)菌富集的關(guān)鍵參數(shù)，過高（>9）或者過低（<6）均會(huì)強(qiáng)烈地抑制亞硝化過程。本試驗(yàn)基于先前的研究，通過添加堿劑將pH在啟動(dòng)階段維持在8左右，使亞硝化細(xì)菌處于良好生存環(huán)境，在進(jìn)入調(diào)試穩(wěn)定階段后，使其整體pH穩(wěn)定在7.5～8.5。從亞硝態(tài)氮的累積率上看，本研究的pH范圍可以使得短程硝化過程穩(wěn)定進(jìn)行。另外，通過測(cè)定不同階段溶解氧含量，得到在啟動(dòng)階段溶解氧基本穩(wěn)定在1.2～1.6mg/L，而調(diào)試穩(wěn)定階段維持在0.9～1.2mg/L。盡管溶解氧含量下降可能會(huì)導(dǎo)致亞硝化細(xì)菌增殖速率放緩，但從出水結(jié)果上看，其在該濃度范圍內(nèi)未受到明顯影響。這也表明通過適當(dāng)縮短曝氣時(shí)間和采用間接曝氣的策略，有利于亞硝態(tài)氮的積累。

值得注意的是，本研究使用的水為實(shí)際厭氧段出水，其BOD/COD維持在0.2左右，盡管該比例相對(duì)于原水下降程度較大，但從短程硝化B、C段及厭氧氨氧化B、C、D段的提升階段可以看到，該比例對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性存在一定的沖擊，恢復(fù)時(shí)間均較長(zhǎng)。通過進(jìn)入穩(wěn)定期的出水結(jié)果看，該比例下對(duì)于兩個(gè)生物脫氮過程均處于一個(gè)可以接受的范圍。多數(shù)研究表明，一方面，大量BOD的引入會(huì)使得其微生物氧化和氨氮的亞硝化形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，同時(shí)COD的引入會(huì)抑制厭氧氨氧化系統(tǒng)；另一方面，BOD還可以為反硝化提供一定的碳源，促進(jìn)反硝化的進(jìn)行?？紤]到二者的重要性，在今后的研究中有必要進(jìn)一步探討不同BOD和COD負(fù)荷對(duì)短程硝化-厭氧氨氧化系統(tǒng)的影響。

3.4氮循環(huán)功能基因分析

由表4可知，對(duì)于固氮基因nifH，三者沒有明顯差別，其平均含量均在5.49lg(copies/mgMLSS）左右（copies指基因擴(kuò)增片段的拷貝數(shù)）；對(duì)于短程硝化的功能基因amoA，在PNMLSS中的豐度要顯著高于ANMLSS-B與ANMLSS-A(p<0.05），同時(shí)硝化功能基因nxrA的值顯著低于ANMLSS-B與ANMLSS-A(p<0.05），可見短程硝化反應(yīng)已成為PNMLSS的優(yōu)勢(shì)過程，在反應(yīng)器內(nèi)主要發(fā)生氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝氮的短程硝化反應(yīng)。另外，對(duì)于控制反硝化反應(yīng)的4種功能基因narG、nirS、norB和nosZ，它們?cè)?種污泥中的豐度都逐漸增高，這一現(xiàn)象證明，隨著垃圾滲濾液的加入，實(shí)驗(yàn)室建立的厭氧氨氧化反應(yīng)器中反硝化過程逐漸變得活躍，并存在反硝化協(xié)同厭氧氨氧化共同脫氮現(xiàn)象。然而，對(duì)于厭氧氨氧化功能基因hsB，隨著反應(yīng)器的培養(yǎng)，其培養(yǎng)后的豐度卻略低于培養(yǎng)前，這可能是由于COD的影響導(dǎo)致的。雖然如此，通過觀察總氮的去除率可知整個(gè)體系脫氮效果要優(yōu)于培養(yǎng)前，這說明反硝化菌群的富集，在一定程度上提高了厭氧氨氧化系統(tǒng)的性能。最后，根據(jù)消耗的亞硝態(tài)氮與氨氮的比值高于1.32可以判斷，厭氧氨氧化反應(yīng)可能仍起著主要的脫氮作用。

4結(jié)論

1）短程硝化反應(yīng)器在經(jīng)過48d的馴化后，其出水的亞硝態(tài)氮累積率可達(dá)96%以上，實(shí)現(xiàn)了由全程硝化向短程硝化的轉(zhuǎn)變。厭氧氨氧化反應(yīng)器在72d后，進(jìn)入穩(wěn)定階段，出水中硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮均降到20mg/L以下，總氮去除率保持在88.2%～90.3%，去除負(fù)荷為0.319kg/（m3·d）。

2）在無外加碳源的條件下，本研究建立的短程硝化-厭氧氨氧化系統(tǒng)對(duì)實(shí)際垃圾滲濾液的總氮去除率維持在90%以上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)氮的深度處理。

3）氮循環(huán)功能基因分析表明，隨著進(jìn)水滲濾液濃度升高，厭氧氨氧化過程主導(dǎo)的脫氮性能略微下降，此時(shí)反硝化承擔(dān)了部分脫氮功能，同時(shí)整體脫氮效果得到提升。

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