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海洋厌氧氨氧化菌(Marine Anaerobic Ammonium-Oxidizing Bacteria,MAB)在海洋生态系统的氮循环中起重要作用。MAB的生物多样性低、分布不均匀、生长速率慢、环境敏感性强等特性,制约海洋厌氧氨氧化工艺的研究与推广。本文拟针对该工艺的启动、运行、重启及动力学进行全面研究,完善该工艺的快速启动和运行调控策略,并实现工艺的高效脱氮。主要研究成果如下: (1)探究海洋厌氧氨氧化生物反应器(Marine Anammox Bioreactor,MABR)的快速启动。以海洋厌氧氨氧化污泥为接种物,以无纺布为细菌载体,成功快速的启动了MABR。大阪1号经过短暂的活性迟滞,迅速进入活性提高阶段。运行至第16天,NH4+-N和NO2--N的出水浓度均降至5.0mg/L左右,并生成5.7mg/L的NO3--N。反应器运行90天,NH4+-N:NO2--N:NO3--N为1.0:1.27:0.18,获得容积负荷0.37kgN/m3/d、容积去除速率0.30kgN/m3/d,且氮去除率均高于80.0％。反应器快速启动阶段,氮去除率较高,脱氮性能稳定。 (2)研究MABR的脱氮性能及潜能。通过调节基质浓度和水力停留时间(Hydraulic Retention Time,HRT)逐渐提升容积负荷,并由改良Stover-Kincannon模型评价其脱氮潜能。本试验中,大阪1号运行178天,容积负荷从0.43kgN/m3/d升至4.81kgN/m3/d,获得最高容积去除速率2.15kgN/m3/d。此去除速率在海洋厌氧氨氧化工艺中鲜见报道。此外,基质浓度提升阶段(总氮354.1mg/L升至655.6mg/L),反应器脱氮性能稳定且保持80.0%左右的氮去除率。然而,HRT负荷提升阶段(18h降至2h),其脱氮性能及稳定性在HRT小于4h时发生变化,氮去除率在HRT为2h时迅速降至35.0%。由改良Stover-Kincannon模型可得,反应器的最大氮去除速率为12.50kgN/m3/d,约为试验最高值的5.8倍,这表明MABR有较高的脱氮潜能。 (3)探究MABR的重启。以三个经过高氮负荷冲击后的MABR为研究对象,其脱氮性能差、细菌生物活性低,探究其快速重启措施。结果显示,大阪3号运行13天后恢复脱氮性能,NH4+-N和NO2--N的去除率分别为92.5%、85.7%,运行46天,容积负荷及去除速率分别为0.34kgN/m3/d和0.25kgN/m3/d,NH4+-N:NO2--N:NO3--N为1.0:1.29:0.19。然而,大阪1号在第51天恢复脱氮性能,运行83天,获得容积去除速率0.36kgN/m3/d;大阪2号在第20天恢复脱氮性能,运行57天,获得容积去除速率0.23kgN/m3/d。研究表明,相比高浓度短HRT和低浓度短HRT,低基质浓度长HRT是快速重启MABR的优选措施。 (4)研究MABR的动力学。首次报道海洋厌氧氨氧化工艺的动力学研究。结果显示,二阶动力学模型、改良Stover-Kincannon模型和莫诺方程的相关系数依次为0.9915、0.9928、0.9929,表明其可用于模拟和预测海洋厌氧氨氧化工艺的脱氮性能。由模型计算可得,MABR的最大基质去除速率为6.41kgN/m3/d,最大比基质去除速率常数为0.952g substrate/g MLVSS/d。对比研究显示,预测值和实测值紧密分布在y=x上及两侧,验证了模型的准确性和适用性。此外,本研究获得可准确预测出水浓度、氮去除率和细菌生物量浓度的模型。