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氨气是许多工业、农业生产过程中均产生的一种无色有刺激性恶臭气味气体,处理不当对人体和环境造成巨大伤害,如生理呕吐、氨气中毒、土壤及地表水酸化和富营养化等,但目前常见的处理方法(如物理吸附、化学催化等)存在高成本、产生二次污染物和高能耗的缺点,均难以达到最佳处理效果和经济效益的平衡。厌氧氨氧化工艺(anaerobic ammonium oxidation,anammox)是近年来研发的高效经济新型生物脱氮技术。有鉴于此,本研究中将通过化学吸收法与废水生物脱氮技术,在中性条件下湿法将氨气吸收到水相,利用同步硝化厌氧氨氧化反硝化技术对吸收液进行生物脱氮,同步实现化学吸收与生物脱氮过程,达到降低运营成本,减少二次污染并降低能耗的目的。本研究主要研究内容如下:分别向两个反应器内接种污水处理厂活性污泥(命名为F反应器和S反应器),通过控制进水氨氮和亚硝酸盐氮浓度,考察富集启动和稳定运行过程中两个反应器的脱氮特性和污泥活性。研究控制反应器温度为35±1 oC,反应器内搅拌器转速为80±10rpm,pH为7.5±0.2,溶解氧为0。经过启动富集,F反应器和S反应器氨氮去除率分别为92.6%和93.9%,亚硝酸盐氮去除率分别为99.5%和99.8%,总氮(TN)去除率分别为86.4%和91.2%,污泥活性分别为26.3和38.2μmol NH4+·gprot-1·h-1,稳定运行阶段氨氮消耗量:亚硝态氮消耗量:硝态氮生成量分别为1:1.24:0.23和1:1.27:0.06,接近理论值(1:1.32:0.26),anammox菌(Planctomycetales)分别占细菌总数的30.1%(Candidatus Kuenenia sp.)和17.3%(Ca.Kuenenia sp.),初步判定anammox反应器启动成功。在两个反应器中,分别以不同方式加入氨气,探讨氨气加入方式对反应器脱氮特性的影响。F反应器内采用氨气逐渐增加替代模拟废水中氨氮的投加方式,该阶段氨氮和TN最终去除率分别为96.1%和98.0%,最终污泥反应器的氨氮负荷达到9.63 mmol·d-1,anammox活性为58.4μmol NH4+·gprot-1·h-1,氨氮消耗量:亚硝态氮消耗量:硝态氮生成量分别为1:1.30:0.31,F反应器研究过程中产生的N2O含量最高为0.42%N;S反应器采用氨气一次性替代模拟废水中液态氨的投加方式,该阶段内氨氮和TN最终去除率分别为94.1%和92.0%,最终污泥反应器的氨氮负荷达到6.42 mmol·d-1,anammox活性为35.2μmol NH4+·gprot-1·h-1,氨氮消耗量:亚硝态氮消耗量:硝态氮生成量为1:1.27:0.19,S反应器研究过程中产生的N2O含量最高为0.61%N,F和S反应器在该阶段内anammox菌(Planctomycetales)相对丰对分别增长至68.8%和37.6%,部分反硝化菌(如Pseudomonas、Comamona、Thermomonas和Thiobacillus等)相对丰度分别达到3.96%和3.46%。上述结果表明,两种氨气投加方式均成功处理含氨废气,投加氨气有利于anammox菌和反硝化菌的生长增长。逐渐增大外源氨气投加量的F反应器脱氮效率高于一次性投加以替代模拟废水氨氮的S反应器,F反应器耐受氨气负荷也高于S反应器,系统内anammox菌活性更强;前一种投加方法下反硝化菌的生长速率低于后一种方法,生成的N2O含量也更低,表明逐渐增大外源氨气的投加方式更利于anammox工艺处理含氨废气。两种氨气投加方式对氨气的吸收效率均无明显影响。S反应器内投加氧气,构建同步硝化厌氧氨氧化反硝化脱氮(SNAD,simultaneous partial nitrification,anammox and denitrification)工艺,探讨该工艺处理含氨废气的脱氮特性。实验所得SNAD工艺最大氨气处理负荷为6.42 mmol·d-1,氧气投加负荷为8.09mmol·d-1。比较发现,投加氧气前后氨氮去除率由94.1%升高至97%,TN去除效率由92.0%升高至99.4%,反应器内anammox菌活性未受影响、好氧氨氧化菌(AOB,aerobic ammonia-oxidizing bacteria)活性显著提高(从0增长至36.1μmol NH4+·gprot-1·h-1),反应器中anammox菌(Planctomycetales)相对丰度最终达到44.9%,出气中N2O的排放最大量为1.82%N。到目前为止,本文是首次使用anammox相关工艺进行氨气生物处理的研究,为氨气去除提供一种可能的高效且经济的解决方案,与硝化-反硝化工艺相比,SNAD工艺具有更低的能耗(>减少30%),更少的污泥产量(>减产90%),更小的温室气体排放量(减排70-80%)和更低的废水产生量(无废水产生)。因此,该工艺有较高应用价值和市场前景。