厭氧氨氧化(ANAMMOX)是一種利用厭氧氨氧化菌(AnAOB)在厭氧/缺氧條件下以NO2−-N為電子受體，將NH4+-N轉(zhuǎn)化為N2和少量NO3−-N的新型生物脫氮技術(shù)。ANAMMOX工藝被公認(rèn)是替代完全硝化-反硝化工藝的廢水脫氮技術(shù)。相比于完全硝化-反硝化工藝，ANAMMOX具有曝氣能耗低、無(wú)需投加有機(jī)碳源和污泥產(chǎn)量少等特點(diǎn)，在處理高氨氮或低C/N廢水時(shí)優(yōu)勢(shì)顯著，是水處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于印染廢水、鐵路糞便污水、垃圾滲濾液、污泥消化液等高氨氮廢水處理領(lǐng)域。垃圾滲濾液是一類典型的含有高濃度NH4+-N和有機(jī)物的難處理廢水。部分亞硝化/厭氧氨氧化(PN/A)作為一種先進(jìn)的自養(yǎng)脫氮技術(shù)特別適用于垃圾滲濾液處理。由于垃圾滲濾液中有機(jī)物濃度過(guò)高，不利于AnAOB生長(zhǎng)，長(zhǎng)期運(yùn)行ANAMMOX甚至可能被反硝化所取代。而且，PN/A工藝的脫氮效率理論上最高只有89%。為了提高脫氮效率，研究者對(duì)基于ANAMMOX的各種組合工藝開(kāi)展了廣泛研究。比如REN等基于一體式固定膜活性污泥的單級(jí)PN/A工藝，建立了連續(xù)推流式多級(jí)缺氧/好氧系統(tǒng)處理垃圾滲濾液，總無(wú)機(jī)氮去除率(TINRE)達(dá)到98.1%，ZHANG等構(gòu)建的兩級(jí)序批式PN/A-PD/A垃圾滲濾液處理系統(tǒng)，TINRE高達(dá)到98.8%。
在工程項(xiàng)目中，某些突發(fā)狀況可能會(huì)導(dǎo)致廢水處理系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。由于AnAOB對(duì)氮素基質(zhì)、溫度、pH和DO等環(huán)境條件的變化較為敏感，ANAMMOX工藝長(zhǎng)期停止運(yùn)行必然會(huì)導(dǎo)致AnAOB活性降低和增殖速度變慢。因此，在工程化廢水處理系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行時(shí)維持AnAOB活性，以及系統(tǒng)運(yùn)行恢復(fù)后快速恢復(fù)工藝性能，對(duì)ANAMMOX工藝的工程應(yīng)用發(fā)展具有極為重要的意義。
王瑩等總結(jié)了溫度、底物基質(zhì)、反應(yīng)器類型和外加條件(重金屬等)對(duì)AnAOB保藏后活性恢復(fù)的影響。李冬等研究發(fā)現(xiàn)，在4℃無(wú)基質(zhì)條件下保藏的ANAMMOX顆粒污泥，投加適量葡萄糖可以提高胞外聚合物(EPS)的含量，豐富ANAMMOX反應(yīng)途徑，使菌種活性更快恢復(fù)。XING等評(píng)估了高活性的ANAMMOX顆粒污泥在4℃條件下饑餓50d后的再活化特征，發(fā)現(xiàn)恢復(fù)運(yùn)行4d后即可恢復(fù)污泥脫氮性能，8d后可完全恢復(fù)活性。YE等對(duì)ANAMMOX污泥進(jìn)行了重復(fù)短期饑餓后再活化實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在低底物濃度條件下ANAMMOX脫氮能力迅速恢復(fù)。馬冰冰等探究了ANAMMOX生物濾柱和膜生物反應(yīng)器長(zhǎng)期饑餓后的恢復(fù)特征，結(jié)果表明長(zhǎng)期斷流后生物濾柱具有較高的穩(wěn)定性，性能更易恢復(fù)，經(jīng)過(guò)39d總氮去除率恢復(fù)87.0%；膜生物反應(yīng)器則在進(jìn)水基質(zhì)濃度較高的條件下恢復(fù)效果更好。李祥等在實(shí)驗(yàn)室室溫條件下驗(yàn)證了定期投加基質(zhì)緩解ANAMMOX污泥活性衰減的可行性；另一研究結(jié)果表明微生物在低負(fù)荷條件下會(huì)分泌更多的EPS，有助于系統(tǒng)應(yīng)對(duì)氮負(fù)荷的變化。這為通過(guò)此類方法保持ANAMMOX污泥活性提供了理論依據(jù)。
但是，在實(shí)驗(yàn)室小試和模擬廢水條件下對(duì)菌種活性保藏和恢復(fù)的研究與工程應(yīng)用中面臨的情況存在較大差距，對(duì)指導(dǎo)工程項(xiàng)目實(shí)施的可參考性存在一定的疑問(wèn)。為此，本研究以處理典型老齡垃圾滲濾液的中試規(guī)模前置反硝化部分亞硝化耦合PN/A脫氮系統(tǒng)為研究對(duì)象，探討了在系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行時(shí)通過(guò)維持PN/A單元低負(fù)荷運(yùn)行保持AnAOB活性的策略，并考察了系統(tǒng)性能恢復(fù)特征和微生物種群結(jié)構(gòu)的變化特征，以期為ANAMMOX工藝在老齡垃圾滲濾液處理工程中的應(yīng)用提供技術(shù)指導(dǎo)。
1、材料與方法
1.1 滲濾液水質(zhì)特征和實(shí)驗(yàn)裝置
中試項(xiàng)目位于某生活垃圾填埋場(chǎng)，老齡垃圾滲濾液經(jīng)調(diào)節(jié)池收集沉淀后直接進(jìn)入中試裝置進(jìn)行處理。實(shí)驗(yàn)期間原水水質(zhì)特征如下：(2085.3~3707.1mg·L−1)NH4+-N，滲濾液原水中檢測(cè)不到NO2−-N，(24.1~32.6mg·L−1)NO3−-N，pH=7.74~8.13，(2189.5~4296.5mg·L−1)COD，C/N比為COD值與TIN(總無(wú)機(jī)氮)質(zhì)量濃度之比(0.83~1.24)，屬于典型的老齡化低C/N垃圾滲濾液。
圖1為中試規(guī)模前置反硝化部分亞硝化耦合PN/A組合工藝(下稱“組合工藝”)實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。原水桶體積5m3，通過(guò)進(jìn)水泵連續(xù)進(jìn)水至反硝化池底部。反硝化池體積5m3，部分亞硝化池體積8m3，部分亞硝化池出水通過(guò)管道溢流至反硝化池，部分亞硝化池和反硝化池安裝球形組合填料，填充率5%。沉淀池體積3m3，上清液通過(guò)提升泵輸送至PN/A池頂部。PN/A池體積30m3，池內(nèi)安裝纖維填料，填充率20%，出水池體積3m3，通過(guò)溢流出水至出水桶。污泥回流從沉淀池回流至部分亞硝化池；外回流從出水池回流至部分亞硝化池，用于稀釋污泥回流液；PN/A單元內(nèi)回流從出水池回流至PN/A單元前部用于稀釋PN/A單元的進(jìn)水。在部分亞硝化池和PN/A池底部安裝曝氣盤(pán)，通過(guò)風(fēng)機(jī)連續(xù)曝氣。其中PN/A單元和出水池集成為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化集裝箱，除進(jìn)水池外其他所有單元和控制設(shè)備集成在另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化集裝箱中，標(biāo)準(zhǔn)化集裝箱的尺寸為6m×2.4m×3m，采用鋼結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計(jì)。
圖1前置反硝化部分亞硝化耦合PN/A工藝流程示意圖
1.2 裝置運(yùn)行設(shè)計(jì)
滲濾液原水與部分亞硝化池出水混合進(jìn)入反硝化池，反硝化菌利用滲濾液中的可生化COD作為反硝化碳源，主要利用部分亞硝化池提供的NO2−-N作為氮源，實(shí)現(xiàn)部分有機(jī)物和氮素的去除，避免過(guò)量有機(jī)物影響后續(xù)的ANAMMOX工藝。反硝化池出水分2個(gè)部分，一部分進(jìn)入部分亞硝化池，為氨氧化菌(ammoniaoxidizingbacteria，AOB)提供NH4+-N；另一部分作為PN/A單元進(jìn)水，廢水中約55%的NH4+-N在AOB作用下轉(zhuǎn)化為NO2−-N，剩余NH4+-N與產(chǎn)生的NO2−-N在AnAOB作用下轉(zhuǎn)化為N2和少量NO3−-N。系統(tǒng)在環(huán)境溫度下運(yùn)行，反硝化、部分亞硝化和PN/A單元的水溫在(35±5)℃。此組合工藝中部分亞硝化池的優(yōu)點(diǎn)在于不必嚴(yán)格控制NO2−-N的產(chǎn)量，部分亞硝化池產(chǎn)生的NO2−-N主要為反硝化池提供基質(zhì)，反硝化池出水中的NO2−-N也可作為后續(xù)PN/A池ANAMMOX的反應(yīng)基質(zhì)。此中試項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)要求組合工藝出水NH4+-N低于300mg·L−1，TIN低于450mg·L−1，pH在6~9，以便進(jìn)行下一階段處理。
系統(tǒng)在不同階段的具體運(yùn)行操作步驟如下。正常運(yùn)行階段：連續(xù)進(jìn)水，部分亞硝化池和PN/A池的曝氣量分別為40m3·h−1和85m3·h−1，DO分別控制在3.5mg·L−1和3.0mg·L−1左右，外回流0.3~0.4m3·h−1，污泥回流約0.3m3·h−1，PN/A單元內(nèi)回流8~9m3·h−1。PN/A單元低負(fù)荷運(yùn)行階段：停止進(jìn)水，投加NH4Cl和NaHCO3作為氮源和堿度。PN/A單元內(nèi)回流維持運(yùn)行，曝氣量降低至15m3·h−1，DO維持在1mg·L−1。關(guān)閉進(jìn)水泵、提升泵、外回流泵和污泥回流泵，停止部分亞硝化池曝氣，部分亞硝化池和反硝化池停止運(yùn)行。PN/A單元恢復(fù)階段：連續(xù)進(jìn)水，部分亞硝化池曝氣量恢復(fù)至40m3·h−1，PN/A池曝氣量根據(jù)穩(wěn)定運(yùn)行階段負(fù)荷和曝氣量的比例關(guān)系(負(fù)荷為0.5kg·(m3·d)−1時(shí)，所需的曝氣量約80m3·h−1)，在提高負(fù)荷的同時(shí)逐步提高曝氣量，使PN/A池DO維持在3.0mg·L−1左右，外回流0.3~0.4m3·h−1，污泥回流約0.3m3·h−1，PN/A單元內(nèi)回流8~9m3·h−1。
1.3 分析項(xiàng)目及測(cè)試方法
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)方法參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》：NH4+-N采用納氏試劑分光光度法測(cè)定，NO2−-N采用N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法測(cè)定，NO3−-N采用紫外分光光度法測(cè)定，COD采用重鉻酸鉀法測(cè)定。TIN計(jì)為NH4+-N、NO2−-N和NO3−-N質(zhì)量濃度之和。pH測(cè)定采用梅特勒-托利多SG23型多參數(shù)測(cè)試儀，溫度和DO的測(cè)定采用雷磁JPB-607A便攜式溶解氧測(cè)定儀。三維熒光光譜分析：水樣用0.45µm濾膜過(guò)濾，使用超純水稀釋150倍，將待測(cè)溶液TOC調(diào)節(jié)至10mg·L−1左右，用超純水做空白。三維熒光光譜儀參數(shù)如下：發(fā)射波長(zhǎng)(Em)220~550nm，激發(fā)波長(zhǎng)(Ex)為200~400nm，掃描速度1200nm·min−1。
高通量測(cè)序：在系統(tǒng)正常運(yùn)行最后1d，PN/A單元低負(fù)荷運(yùn)行最后1天和恢復(fù)運(yùn)行第9天取PN/A單元的污泥，樣品分別記為S1、S2和S3。采用高通量基因測(cè)序技術(shù)分析微生物群落結(jié)構(gòu)變化特征，樣品測(cè)序由上海派森諾生物科技公司完成。方法如下：取適量污泥樣品，采用PowersoilDNA試劑盒提取樣品DNA，使用特異性引物319F-806R對(duì)細(xì)菌的16SrRNAV3V4區(qū)進(jìn)行PCR擴(kuò)增反應(yīng)，在Novaseq-PE250測(cè)序平臺(tái)進(jìn)行測(cè)序。
參考文獻(xiàn)中方法計(jì)算氨氮去除率(ARE)、總無(wú)機(jī)氮去除率、進(jìn)水氨氮負(fù)荷(ALR)和總無(wú)機(jī)氮去除負(fù)荷(TINRR)。參考LI等的方法，將PN/A單元每日去除氮的總量占整個(gè)組合工藝每日去除氮的總量的百分比作為PN/A單元的脫氮貢獻(xiàn)率。
2、結(jié)果與討論
2.1 工藝穩(wěn)定運(yùn)行階段性能
圖2(a)為穩(wěn)定運(yùn)行階段組合工藝進(jìn)水、出水氮素濃度變化和去除率。由于進(jìn)水NH4+-N質(zhì)量濃度(2085.3~3462.7mg·L−1)受降雨影響變化較大，穩(wěn)定運(yùn)行階段根據(jù)進(jìn)水NH4+-N質(zhì)量濃度調(diào)節(jié)進(jìn)水量。平均出水NH4+-N、NO2−-N和NO3−-N質(zhì)量濃度分別為102.0、12.3和2.0mg·L−1，平均ARE和TINRE分別達(dá)到96.6%和96.1%以上，最高ARE和TINRE分別達(dá)到99.5%和99.0%，組合工藝表現(xiàn)出優(yōu)異的脫氮性能。其中出水中NO3−-N質(zhì)量濃度低于理論值，這可能是來(lái)自反硝化池的反硝化菌與PN/A單元的AOB和AnAOB共存，通過(guò)反硝化作用將ANAMMOX產(chǎn)生的NO3−-N轉(zhuǎn)化為NO2−-N或N2。
圖2穩(wěn)定運(yùn)行階段氮素濃度和COD的變化
穩(wěn)定運(yùn)行階段各處理單元的COD變化和組合工藝的COD去除率見(jiàn)圖2(b)。進(jìn)水COD(2189.5~3416.0mg·L−1)受降雨影響波動(dòng)較大，但平均出水COD穩(wěn)定在1282.4mg·L−1，說(shuō)明處理系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水水質(zhì)變化所導(dǎo)致的負(fù)荷沖擊有很大的耐受性。王凡等采用反硝化-短程硝化-厭氧氨氧化工藝處理老齡垃圾滲濾液，COD去除率為36.7%。本組合工藝對(duì)垃圾滲濾液的COD去除率更高，平均可達(dá)53.1%。組合工藝處理前后滲濾液中有機(jī)物的三維熒光特性分析結(jié)果表明，出水中的COD主要是難降解的類腐殖酸類有機(jī)物。
圖3(a)反映了組合工藝穩(wěn)定運(yùn)行階段各處理單元出水pH變化情況。其中，進(jìn)水pH在7.74~8.13；因?yàn)榉聪趸磻?yīng)會(huì)產(chǎn)生堿度，而亞硝化反應(yīng)消耗堿度，同時(shí)由于存在污泥回流和外回流的混合稀釋作用，各個(gè)反應(yīng)單元的pH在7.6~8.4。AOB菌群的最適宜pH約8.0，亞硝酸鹽氧化菌(nitriteoxidizingbacteria，NOB)的最適宜pH約7.0。因此，組合工藝正常運(yùn)行時(shí)無(wú)需調(diào)節(jié)pH，部分亞硝化池和PN/A池也更有利于AOB生長(zhǎng)。
圖3中試系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行階段pH和TINRR的變化
匯總各單元水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，正常運(yùn)行階段組合工藝的TINRR變化和PN/A單元的脫氮貢獻(xiàn)率如圖3(b)所示。結(jié)果表明，組合工藝平均TINRR為0.359kg·(m3·d)−1，PN/A單元的平均TINRRPN/A為0.525kg·(m3·d)−1，最高可達(dá)0.655kg·(m3·d)−1，PN/A單元的平均脫氮貢獻(xiàn)率達(dá)到81.5%。由上述結(jié)果可知，組合工藝的PN/A單元展示出極穩(wěn)定的脫氮性能，能大幅削減老齡垃圾滲濾液的TIN。
2.2 厭氧氨氧化菌活性維持策略
上述中試項(xiàng)目由于垃圾滲濾液輸送管道改造，滲濾液臨時(shí)無(wú)法供應(yīng)給中試系統(tǒng)。因?yàn)?/span>AnAOB對(duì)環(huán)境條件的變化極為敏感，考慮通過(guò)維持PN/A單元低負(fù)荷運(yùn)行維持AnAOB活性。低負(fù)荷運(yùn)行期間停止進(jìn)水，投加NH4Cl作為氮源，使PN/A池內(nèi)NH4+-N質(zhì)量濃度維持在100~250mg·L−1。按NaHCO3:NH4+-N質(zhì)量比為10:1投加NaHCO3，質(zhì)量比參照實(shí)際垃圾滲濾液的堿度與NH4+-N質(zhì)量濃度確定。關(guān)于NO2−-N對(duì)AnAOB的抑制濃度，從50~350mg·L−1眾說(shuō)紛紜，本實(shí)驗(yàn)過(guò)程中PN/A單元NO2−-N質(zhì)量濃度維持在10mg·L−1左右，避免對(duì)AnAOB產(chǎn)生抑制作用。PN/A單元低負(fù)荷運(yùn)行期間平均TINRRPN/A為0.024kg·(m3·d)−1，遠(yuǎn)低于正常運(yùn)行階段的0.525kg·(m3·d)−1。低負(fù)荷運(yùn)行10d后管道改造施工完成，此時(shí)觀察填料上的污泥呈暗紅色，與正常運(yùn)行階段相比無(wú)明顯變化。在第11天系統(tǒng)調(diào)整回正常運(yùn)行狀態(tài)，恢復(fù)連續(xù)進(jìn)水和曝氣，部分亞硝化池和PN/A池曝氣量與正常運(yùn)行階段一致(這一天作為系統(tǒng)恢復(fù)階段第1天)。第11天系統(tǒng)出水NH4+-N和TIN質(zhì)量濃度分別為340.4mg·L−1和344.4mg·L−1，ARE和TINRE均達(dá)到89.5%以上。TINRRPN/A為0.227kg·(m3·d)−1，達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行階段的43.3%，與低負(fù)荷運(yùn)行階段的TINRRPN/A=0.024kg·(m3·d)−1相比提高9.5倍，表明AnAOB活性保持在較高水平。與李祥等人在實(shí)驗(yàn)室室溫條件下定期投加基質(zhì)將ANAMMOX污泥保存15d后的活性恢復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。
因此，在整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)低負(fù)荷運(yùn)行維持ANAMMOX活性的策略適用于較大規(guī)模ANAMMOX廢水處理項(xiàng)目，可以經(jīng)濟(jì)便利地維持AnAOB活性，有助于應(yīng)對(duì)各種突發(fā)狀況而導(dǎo)致的系統(tǒng)停運(yùn)問(wèn)題。
2.3 組合工藝性能恢復(fù)策略
圖4(a)反映了系統(tǒng)恢復(fù)階段各處理單元COD的變化和去除率。平均進(jìn)水和出水COD分別在3421.7mg·L−1和1405.7mg·L−1，進(jìn)水COD存在較大波動(dòng)，而出水COD較為穩(wěn)定，平均COD去除率達(dá)到58.6%，甚至超過(guò)穩(wěn)定運(yùn)行階段的53.1%，表明系統(tǒng)的COD去除能力可以迅速恢復(fù)。這與以前的研究結(jié)果一致,將活性污泥饑餓處理后恢復(fù)正常運(yùn)行4~5d，污泥的硝化、反硝化和COD去除性能即可恢復(fù)或超過(guò)饑餓前的正常水平。
圖4中試系統(tǒng)恢復(fù)階段COD和氮素濃度變化
關(guān)于系統(tǒng)脫氮性能的恢復(fù)，采用逐步提高ALR，并相應(yīng)的提高PN/A池曝氣量，維持DO與正常運(yùn)行階段基本一致的方法。圖4(b)為恢復(fù)過(guò)程中組合工藝的氮素濃度變化和去除率，由于恢復(fù)運(yùn)行第1天ALR超過(guò)了系統(tǒng)的脫氮能力，出水NH4+-N質(zhì)量濃度達(dá)到340.4mg·L−1，超過(guò)了中試項(xiàng)目設(shè)計(jì)的出水要求。為快速降低PN/A池的NH4+-N，在第2天關(guān)閉進(jìn)水泵、提升泵和外回流泵，并根據(jù)PN/A池負(fù)荷與曝氣量的比例關(guān)系降低曝氣量，悶曝1d后PN/A池NH4+-N降至112.9mg·L−1，然后根據(jù)系統(tǒng)能力恢復(fù)進(jìn)水。由圖4(b)分析可知，在系統(tǒng)脫氮性能恢復(fù)過(guò)程中平均進(jìn)水NH4+-N質(zhì)量濃度為3499.3mg·L−1，平均出水NH4+-N、NO2−-N和NO3−-N質(zhì)量濃度分別在85.6、13.9和15.8mg·L−1，平均ARE和TINRE分別超過(guò)97.5%和96.7%。因此，采用逐步提高ALR的恢復(fù)策略，在恢復(fù)階段系統(tǒng)出水也能滿足工藝設(shè)計(jì)要求。
圖5為組合工藝恢復(fù)階段ALR和TINRR的變化。在系統(tǒng)性能恢復(fù)階段，PN/A單元和組合工藝的TINRR逐漸升高，在恢復(fù)運(yùn)行第9天，TINRRPN/A已經(jīng)達(dá)到0.513kg·(m3·d)−1，恢復(fù)到穩(wěn)定運(yùn)行階段的97.7%；整個(gè)組合工藝的TINRR也恢復(fù)到0.346kg·(m3·d)−1，達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行階段的96.4%。結(jié)果表明，組合工藝的脫氮性能經(jīng)過(guò)9d得到完全恢復(fù)。
圖5中試系統(tǒng)恢復(fù)階段ALR和TINRR以及DO的變化
通常，當(dāng)ANAMMOX系統(tǒng)處于完全饑餓狀態(tài)時(shí)，菌體會(huì)進(jìn)行內(nèi)源呼吸進(jìn)而導(dǎo)致AnAOB活性降低，甚至大量死亡分解。由于AnAOB生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，倍增速度緩慢，因此，系統(tǒng)性能的恢復(fù)需要較長(zhǎng)時(shí)間。馬冰冰等將ANAMMOX生物濾柱通過(guò)長(zhǎng)期饑餓后，經(jīng)過(guò)39d后NRE恢復(fù)到87.0%；ANAMMOX膜生物反應(yīng)器的恢復(fù)則需要更長(zhǎng)時(shí)間，經(jīng)過(guò)76d后NRE恢復(fù)到87.6%。LI等直接使用滲濾液原水恢復(fù)長(zhǎng)期休眠的DN-PN-ANAMMOX工藝時(shí)，由于原水NH4+-N質(zhì)量濃度很高以及耦合工藝微生物活性難以同時(shí)恢復(fù)，容易導(dǎo)致NH4+-N和NO2−-N積累，抑制微生物活性，通過(guò)延長(zhǎng)HRT，恢復(fù)31d后NRE才達(dá)到70.9%。本研究發(fā)現(xiàn)，采用簡(jiǎn)單投加基質(zhì)維持PN/A單元低負(fù)荷運(yùn)行，可以實(shí)現(xiàn)將AnAOB活性維持在較高水平，這種簡(jiǎn)單的活性維持策略適用于較大規(guī)模的ANAMMOX工藝廢水處理項(xiàng)目。在系統(tǒng)脫氮性能恢復(fù)過(guò)程中直接使用滲濾液原水，通過(guò)逐步提高進(jìn)水負(fù)荷結(jié)合控制DO的恢復(fù)策略可以實(shí)現(xiàn)工藝性能快速恢復(fù)。
2.4 微生物群落結(jié)構(gòu)變化特征
以Goodscoverage(覆蓋度)指數(shù)表征微生物測(cè)序樣品覆蓋度，本實(shí)驗(yàn)中樣品覆蓋度均大于0.99。以Shannon指數(shù)表征微生物群落的多樣性，Shannon指數(shù)越大表明微生物群落多樣性越高。結(jié)果表明，S1和S2的Shannon指數(shù)分別為7.512和7.909，這說(shuō)明PN/A單元低負(fù)荷運(yùn)行期間會(huì)導(dǎo)致優(yōu)勢(shì)菌群比例降低，微生物群落的生物多樣性升高。恢復(fù)運(yùn)行第9天Shannon指數(shù)下降到7.524(S3)，此時(shí)組合工藝的脫氮性能已得到完全恢復(fù)，說(shuō)明原本占優(yōu)勢(shì)的菌種相對(duì)豐度得到恢復(fù)，導(dǎo)致微生物群落的生物多樣性降低。
圖6為脫氮相關(guān)功能微生物在屬水平上的分布情況。AnAOB屬于浮霉菌屬的一個(gè)分支，目前共有7個(gè)菌屬被鑒定為屬于AnAOB，Ca_Anammoxoglobus和Ca_Kuenenia兩個(gè)ANAMMOX菌屬在3個(gè)污泥樣品中均被檢出。穩(wěn)定運(yùn)行階段2個(gè)菌屬的相對(duì)豐度分別為12.41%和3.17%(S1)，低負(fù)荷運(yùn)行10d后相對(duì)豐度均有所降低，分別為5.88%和0.85%(S2)，系統(tǒng)恢復(fù)后的相對(duì)豐度分別為11.19%和0.51%(S3)。說(shuō)明Ca_Anammoxoglobus更能適應(yīng)老齡垃圾滲濾液水質(zhì)，是PN/A單元的AnAOB優(yōu)勢(shì)菌屬�；謴�(fù)運(yùn)行第9天，Ca_Anammoxoglobus菌屬的相對(duì)豐度已基本恢復(fù)到系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的正常水平，這與整個(gè)系統(tǒng)的脫氮能力恢復(fù)情況相吻合。而S3中Ca_Kuenenia菌屬的相對(duì)豐度相比于S2進(jìn)一步降低，CAO等研究發(fā)現(xiàn)Ca_Kuenenia菌屬的生長(zhǎng)速率較低，因此在系統(tǒng)恢復(fù)過(guò)程中Ca_Kuenenia菌屬的增殖速度較慢，導(dǎo)致其相對(duì)豐度進(jìn)一步降低。
圖6脫氮功能微生物在屬水平上分布情況
由圖6可知，在S1中AOB菌屬Nitrosomonas的相對(duì)豐度為5.78%，低負(fù)荷運(yùn)行10d后，由于原本占優(yōu)勢(shì)的AnAOB相對(duì)豐度下降，Nitrosomonas的相對(duì)豐度上升到8.16%(S2)，系統(tǒng)完全恢復(fù)后Nitrosomonas的相對(duì)豐度下降到8.01%(S3)。NOB在PN/A單元未檢出，這是因?yàn)橛坞x氨(FA)質(zhì)量濃度處于2.33~58.80mg·L−1，高于其對(duì)NOB的抑制范圍(0.1~1mg·L−1),實(shí)現(xiàn)對(duì)NOB菌群的選擇性抑制。在PN/A單元低負(fù)荷運(yùn)行期間，DO質(zhì)量濃度維持在1mg·L−1，低于NOB的氧飽和系數(shù)(1.2~1.5mg·L−1)，同樣可以選擇性抑制NOB。由圖6可知，在PN/A單元占優(yōu)勢(shì)的反硝化菌屬有3種，分別為SBR1031、Limnobacter和Truepera，其中SBR1031是常見(jiàn)的與AnAOB共存的短程反硝化菌屬，有研究表明，Limnobacter可以保護(hù)AnAOB免受高濃度有機(jī)物和高DO的影響，上述3種反硝化菌屬相對(duì)豐度的變化與AOB菌屬相同。這些具有反硝化脫氮功能的微生物在PN/A單元可通過(guò)與AnAOB合作互補(bǔ)的形式參與脫氮，使PN/A出水中的NO3−-N濃度低于理論值。
3、結(jié)論
1)中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在脫氮系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行時(shí)，維持組合工藝的PN/A單元低負(fù)荷運(yùn)行可以有效保持AnAOB活性。
2)通過(guò)逐步提高進(jìn)水負(fù)荷結(jié)合控制DO的恢復(fù)策略，僅需9d即可快速恢復(fù)組合工藝的脫氮性能，TINRRPN/A達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行階段的97.7%，整個(gè)組合工藝的TINRR達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行階段的96.4%。
3)高通量測(cè)序結(jié)果表明，Ca_Anammoxoglobus菌屬更能適應(yīng)老齡垃圾滲濾液水質(zhì)，是PN/A單元的AnAOB優(yōu)勢(shì)菌屬，其在穩(wěn)定運(yùn)行階段最后1d和恢復(fù)運(yùn)行第9天的相對(duì)豐度分別為12.41%和11.19%，其相對(duì)豐度的變化與系統(tǒng)脫氮能力的恢復(fù)情況相吻合。（來(lái)源：華南理工大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院，華南師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，佛山市化爾銨生物科技有限公司）
