厌氧氨氧化工艺占地少、耗能低、成本低、产生氮气、对环境无二次污染,被认为是一种具有显著优势并且符合可持续发展的污水生物脱氮技术。但是厌氧氨氧化工艺存在菌种倍增时间过长、细胞的产率很低、易受基质性毒物及外界环境的干扰等弱点。有鉴于此,本实验将厌氧氨氧化(Anammox)与膜分离技术联合,制作了一种厌氧氨氧化-膜生物反应器(Anammox-MBR),进行氨氮污水脱氮研究。通过控制水力停留时间、氮负荷等参数,考察膜分离厌氧氨氧化工艺的脱氮效率和基质性毒物的影响,找到厌氧氨氧化菌富集的适宜条件;通过粒径分析、血红素测定等手段研究反应器中的污泥和微生物特征,考察其富集情况;通过批式试验监测厌氧氨氧化过程的中间产物变化。厌氧氨氧化反应器的启动过程与运行性能的研究:(1)厌氧氨氧化-膜分离反应器启动过程分为活性迟滞期(5d)与活性恢复期(13d),处理效率达到50%以上,是一种快速启动厌氧氨氧化工艺的方法。通过230d的实验得到适宜本反应器运行的工艺参数,pH值在7.8-8.0之间,温度在(30±1)℃,水力停留时间8h,曝氩气气量为0.15m3/h。(2)通过控制水力停留时间及进水基质浓度来调节反应器内氮负荷,分别为0.102kg/(m3·d),0.15kg/(m3·d),0.204 kg/(m3·d),0.30 kg/(m3·d),各阶段分别运行45d、45d、45d、52d。氮负荷为0.30 kg/(m3·d)时,去除率可以达到82%。总氮去除率随着进水氮负荷增加而逐步提升,一定程度上显示出了本工艺在高氨氮废水处理方面的优势。“低浓度高通量”运行模式的氮去除率比“高浓度低通量”运行模式的去除率高,证明“低浓度高通量”运行模式是一种厌氧氨氧化工艺的稳定且高效的运行模式。通过批式试验,考察厌氧氨氧化过程中基质氮的抑制浓度,得到Haldance模型中各参数,并确定中间产物随基质氮浓度的变化趋势。(1)氨氮半饱和常数为178.64mg/L;亚硝酸氮半饱和常数为49.52mg/L;氨氮抑制常数为957.61mg/L,亚硝酸氮的抑制常数为119.86mg/L;最大基质反应速率为0.082mg·mgMLSS-1h-1。在氮去除速率为0.237kgN·m-3d-1时,Anammox细胞产率大约为0.085gVSS/gNH4+-N,比生长速率为0.0028/h,倍增时间10.29d。(2)随基质氮浓度的增加,厌氧氨氧化过程中的羟氨浓度一直维持在较低的水平,联氨浓度发生明显的累积现象。通过物理学表征及化学性能的研究,考察反应器中高效的厌氧氨氧化污泥的特征。高效厌氧氨氧化污泥的沉降速率为28m/h,SVI30为41mL/g。血红素含量为2.8μmol/gVSS。反应器运行第40d、180d、230d的污泥粒径范围,由5μm-95μm逐渐增长到120μm-210μm。研究表明厌氧氨氧化所需的酶含量较多,厌氧氨氧化污泥逐渐富集并且有颗粒化的趋势。