高溶解氧条件下短程硝化工艺的关键调控技术研究.pdf

摘要

含氮废水如果未经处理直接排放会造成水体富营养化。近年来，短程硝化-厌氧

氨氧化工艺在处理高氨氮废水方面取得较好的成果。而实现该工艺的前提是维持长

期稳定的短程硝化，目前大多数研究都采用低溶解氧（dissolvedoxygen，DO）控制

实现短程硝化，然而长期在低DO条件下会降低系统的氨氧化速率，也难以维持短程

硝化的稳定运行。为强化短程硝化系统的处理能力和稳定性，本研究在高DO条件下，

采用高游离氨（freeammonia，FA）控制策略，考察不同曝气量对短程硝化的性能及

微生物群落的影响，揭示高DO（2.50mg/L）和高FA（10~20mg/L）联合控制对短

程硝化高效稳定运行的调控机理，得到最优的曝气量；在此基础上，研究低FA条件

下，高DO和群体感应联合控制策略，探讨不同种类和浓度的酰基高丝氨酸内酯（N-

acyl-homoserinelactone，AHLs）对短程硝化性能和微生物群落演替的影响，为短程

硝化的快速启动及高效稳定运行提供技术支持。

本研究结果表明：

（1）采用高DO（2.50mg/L）和高FA（10~20mg/L）联合控制的策略，可同

时提高氨氧化细菌（Ammoniaoxidizingbacteria，AOB）活性和抑制亚硝酸盐氧化菌

（Nitriteoxidizingbacteria，NOB）活性，从而实现短程硝化的高效稳定运行。反应

器的氨氧化率维持在50%左右，亚硝酸盐积累率（nitriteaccumulationrate，NAR）稳

定在99%以上。在曝气量为3.3L/(min·L)和5.0L/(min·L)的条件下，反应器的氨氧化

速率较高。在此条件下，反应器中AOB的优势菌属为Nitrosomonas，丰度分别为

0.18%和1.09%；而NOB被成功抑制，丰度较小。

（2）在低FA条件下，采用高DO（2.50mg/L）和群体感应联合控制的策略，

可促进短程硝化的稳定运行。AHLs种类和浓度对短程硝化系统产生的影响不同。

400nmol/L的C-HSL、C-HSL、3-oxo-C-HSL分别提高系统的氨氧化速率和亚氮

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生成速率至3gN/(kgMLSS·h)左右，同时系统的NAR均高达85%以上；而800

nmol/L的C-HSL、C-HSL、3-oxo-C-HSL分别显著提高系统的氨氧化速率和亚氮

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生成速率至5gN/(kgMLSS·h)左右，系统的NAR均高达90%以上，有利于维持短程

硝化的高效稳定运行。其中800nmol/L的3-oxo-C14-HSL的对短程硝化性能的影响最

大。另外，AHLs对系统的短程硝化性能影响有一定的持久性，即使不再添加AHLs，

系统内的反应速率和NAR仍能保持在较好水平。

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（3）AHLs调控系统的氨氧化速率的方法有两种：第一是AHLs可通过调控

AOB的活性来提高系统的氨氧化代谢能力，包括400和800nmol/L的C14-HSL，400

nmol/L的3-oxo-C14-HSL。第二是AHLs可同时调控AOB种群丰度和活性来提高系统

的氨氧化速率，包括400nmol/L和800nmol/L的C-HSL，400nmol/L的3-oxo-C-

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HSL。另外400~800nmol/L的C-HSL、C-HSL和3-oxo-C-HSL可通过抑制NOB

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