与传统的反硝化工艺相比，厌氧氨氧化工艺节省了62.5％的曝气量，反硝化路径短，不需要额外的碳源，并且温室气体排放低，使其成为最有希望的废水反硝化工艺。
厌氧氨氧化细菌适用于处理高温高氨氮污水，而城市污水是典型的低温，低氨氮水质。如何将厌氧氨氧化工艺应用于市政污水处理厂是一个长期存在的难题。在国外，厌氧氨氧化工艺已成功应用于污水处理厂，用于处理垃圾渗滤液，消化上清液和水产养殖废水等高氨氮废水，而市政污水处理厂厌氧氨氧化工艺的研究仍在进行中。在试验阶段。但是，厌氧氨氧化工艺主要限于实验室研究，很少有关于实际污水处理厂中厌氧氨氧化工艺长期运行的报道。
在低温，低氨氮的环境下，厌氧氨氧化工艺的处理负荷较低。通常认为，在室温下驯化可以使厌氧氨氧化细菌逐渐适应低温环境。以前的研究是在实验室中进行的，其中以人造水为底物，并采用氨氮浓度。它为100〜350 mgL-1，工作温度为18〜25℃，驯化时间短。实际生活污水成分复杂，硝化后生活污水中氨氮浓度为10〜25 mgL-1，水温为10〜24℃。因此，在市政污水处理厂，研究长期正常低温驯化对厌氧氨氧化细菌的影响具有重要意义。
基于此，在本研究中，在污水处理厂中，A / O除磷和亚硝化过程串联在一起作为预处理过程，厌氧氨氧化过程的中试试验开始并长期运行。预处理的生活污水作为基质。长期运行期间分析厌氧氨氧化细菌的活性。
1.材料与方法
1.1试验设备
该测试使用上流式生物滤池柱反应器（图1）。该设备由有机玻璃制成，内径为20 cm，支撑层填充为5 cm，过滤材料填充为45 cm，反应器的有效体积为18L。使用4至8毫米的材料，过滤材料为直径5至10毫米的黑色火山岩。最低的采样口距过滤器柱底部10厘米，从底部到顶部每25厘米设置一个采样口。设置了用于反冲洗的曝气装置，黑色绝缘棉缠绕在外面，以避光和保温。
1.2测试水和接种污泥
A / O除磷与亚硝化过程串联连接作为预处理过程，将预处理的生活污水作为厌氧氨氧化过程的底物，具体水质指标见表1。
用4 L浓度为2 200 mg·L-1的厌氧氨氧化絮凝污泥接种反应器。厌氧氨氧化絮凝污泥来自于厌氧氨氧化SBR反应器SBR的稳定运行。反应器的总脱氮率稳定在85％左右，总脱氮负荷为0.5 kg·（m3·d） -1。1.3运行参数
在整个运行阶段，进水基质和过滤速率保持不变，运行期间的季节和进水温度如表2所示。
1.4化学分析方法及反应速率的确定
在水样分析中，通过Nessler试剂分光光度法测量NH4 + -N，通过N-（1-萘基）乙二胺分光光度法测量NO2--N，通过紫外分光光度法测量NO3--N，通过CO2进行化学需氧量。快速测试者。用WTW便携式分析仪测量DO，pH和水温，并使用国家标准方法分析其余水质指标。
反应速率的测量：从反应器中取出滤料，刮去生物膜，放入2个烧杯中，分别测量30℃和15℃下的厌氧氨氧化反应速率，代表了高温厌氧氨氧化速率。和低温厌氧氨氧化速率。通过机械搅拌设定烧杯，氨氮和亚硝酸氮底物的浓度为50 mgL-1，因此碱度与氨氮之比为5，pH为7.6〜8.0。在整个操作过程中，水中的溶解氧保持不变。 0.3 mgL-1以下。
2.结果与分析
2.1厌氧氨氧化滤池的启动
在春季，厌氧氨氧化过程开始。在反应堆中充满火山岩填充物后，接种3.5 L的污泥浓度为2 200 mg·L-1的厌氧氨氧化絮凝污泥以进行薄膜悬挂。低水力负荷以减少对过滤材料表面微生物的影响，过滤速度设为0.10 m·h-1。同时，反应器流出物被收集并再循环到水中以减少厌氧氨氧化细菌的损失。实验5 d之后，流出物中的SS浓度小于20mgL-1，表明厌氧氨氧化细菌已基本被捕获在反应器中。这时，向反应器连续注入水和流出物，并将过滤速度提高至0.15m.h-1，HRT为3.3h。
连续运行期间反应器中氨，亚硝基和硝酸盐的变化如图2所示，进水温度和总氮去除率如图3所示。为了研究氮去除途径，需进行厌氧氨氧化引入反应方程，如式（1）所示。厌氧氨氧化细菌以1：1.32的比例消耗氨氮和亚硝基氮。由厌氧氨氧化过程产生的氮量与硝酸盐-氮量的比为8，称为特征比。亚硝态氮和氨态氮的消耗比例和特性见图4。
（1）
在连续进水和出水的第一天，总氮去除率为13.8％。但是，亚氮和氨氮的消耗比为1.41，特征比为28.17，不满足厌氧氨氧化方程。分析原因，可能是由于火山填料在基体上的吸附。随着吸附达到饱和，总氮去除率显着降低。在第4天，总氮去除率从13.8％降低到5.2％。反应器继续运行，并除去氨和亚硝酸氮。效果逐渐增强，废水中硝酸盐氮的浓度逐渐增加。第109天，氨氮和亚硝态氮的去除率大于90％，连续15天总氮去除率大于70％，亚硝态氮和氨氮的消耗率稳定在1.17至1.26。特征比值稳定在8.76-10.21，与厌氧氨氧化反应方程式吻合，表明上流厌氧氨氧化生物滤池已成功启动。Zekker等。以发酵罐的高氨氮废水为底物，温度为20℃，在186天的时间内成功启动了厌氧氨氧化工艺。进水温度为20〜25℃，氨氮和亚硝态氮底物的浓度为30〜50 mg·L-1。在224天启动了厌氧氨氧化生物滤池。张等。以25〜35 mg·L-1氨氮和亚硝基氮为底物的厌氧氨氧化，在90℃下成功进行了23天的厌氧氨氧化。 SBR反应器。与以前的研究结果相比，该实验使用了较低浓度的实际生活污水作为底物，并在15.1〜21.9℃的条件下成功启动了厌氧氨氧化反应器。与以前的研究成果相比进步。
2.2厌氧氨氧化滤池的低温运行
从153到244 d，该反应器于秋季运行，进水温度为12.6至18.9°C。当温度高于14°C时，反应器的氨氮和亚硝基氮去除率大于95％。 ，并且当温度低于14℃时，氨氮和氮的去除率显着降低。第245天，该反应堆在冬季运行，进水温度为10.2〜14.3℃。从图3可以看出，反应器的总氮去除率与进水温度密切相关。在12°C时，总氮去除率为25％至60％。当进水温度为12至14°C时，总氮去除率为55％至75％。在245至334 d时，反应器出口水中的最大总氮浓度为30.1 mgL-1，平均总氮去除率为54.3％。
为了避免由于生物膜过度增殖而引起的滤柱堵塞，在第461天对滤柱进行了反冲洗。在反洗过程中，较大的水力负荷用于减小生物膜的厚度。气水比为3，水冲洗强度为2.0 L·（s·m2）-1，反冲洗时间为3分钟。反洗后，氨氮去除率从98.6％降低到59.7％，亚硝酸氮去除率从97.3％降低到57.2％，总氮去除率从78.4％降低到48.1％。运转8天后，氨氮去除率恢复到90％以上，总氮去除率增加到71％。与其他生物膜相比，该试验厌氧氨氧化生物膜在反洗后具有更快的回收率。一些研究表明，成熟的厌氧氨氧化细菌具有致密的生物膜并分泌更多的细胞外聚合物，并且对水力冲击具有很强的抵抗力。成熟的厌氧氨氧化生物膜受反冲洗的影响较小。
从第510天到第604天，运行季节为秋季，进水温度为13.2〜19.6℃，反应器中氨氮和亚硝酸氮的去除率大于90％，总氮去除率大于75％。与去年同期相比，进水温度低于14℃时，仍具有良好的处理效果。在第605天，操作再次进入冬季，进水温度为10.1〜14.7℃。当进水温度为10〜12℃时，总氮去除率为50％〜65％。当进水温度为12〜14℃时，总氮去除率为70〜80％。从605到695 d，反应器流出物中的最大总氮浓度为19.7 mg·L-1，平均总氮去除率为：总氮去除率与去年同期相比增加了29％，总氮去除负荷增长率为23％。Guillén等。通过1 048 d的低温驯化提高了低温厌氧氨氧化工艺的处理效果。 Trojanowicz等。 3a低温驯化厌氧氨氧化反应器中的泥浆，在低温下成功启动反应器，取得了良好的处理效果。以前的研究主要表明，长期低温驯化可以增加低温厌氧氨氧化细菌的活性，但长期驯化并不能量化厌氧氨氧化活性的提高。在本实验中，从245到245〜334 d到605到695 d，在1年的时间里，总脱氮负荷的增长率为23％。长期低温驯化显着改善了低氮反应器的温度处理效果。
2.3生物学特性
每个季节从反应器中取出过滤材料，并测量过滤材料的生物量和反应速率。结果如图5所示。生物质的单位为VSS /过滤材料mg·g-1。
从55到148 d，进水温度为16.5到21.9°C，反应器生物量从5.08 mg·g-1增加到9.61 mg·g-1，增加幅度更大。从230到298 d，进水温度从10.2到13.8°C，生物量从10.20 mg·g-1增加到11.38 mg·g-1，并且在低温环境下生物量增长速度较慢，表明温度对厌氧氨氧化细菌生物膜的生长有较大影响。在第461d天，对过滤柱进行反冲洗，将生物量从14.96 mgg-1减少至8.01 mgg-1。反冲洗可以有效地切割生物膜并将过滤器生物量保持在较低水平。 d，操作在冬季，生物量为12.24mg·g-1，第649天，反应器又在冬季，生物量为10.41mg·g-1。与去年同期相比，生物量处于较低水平，但反应器的总脱氮率负荷增加了23％。原因是在室温下长期驯化后，低温下厌氧氨氧化细菌的活性显着增加。
测量反应速率时温度和底物浓度相同，因此高温厌氧氨氧化反应速率代表污泥中不同阶段厌氧氨氧化细菌的比例。从图5可以看出，高温厌氧氨氧化速率基本相同。水温对生物膜中厌氧氨氧化细菌的比例影响很小。
低温反应速率与高温反应速率之比可以有效地反映低温厌氧氨氧化细菌的活性。从图5中可以看出，在55 d时，低温厌氧氨氧化反应速率（基于MLSS，下同）为1.5 kg。 ·（Kg·d）-1，反应速率与高温的比率为0.17。随着反应器的连续运行，低温厌氧氨氧化速率大大提高。在858 d，低温厌氧氨氧化速率达到3.6 kg。 ·（Kg·d）-1，厌氧氨氧化速率与30℃的比率为0.38。与第55天相比，第858天的高温厌氧氨氧化反应速率基本相同，低温厌氧氨氧化速率提高了140％，低温反应比例的增长速度高温反应率达到123％。结果表明，长期低温驯化有利于提高低温厌氧氨氧化细菌的活性。
3.结论
（1）该试验基于生活污水的A / O除磷和亚硝化处理，并在户外激活了厌氧氨氧化生物滤池。第109天，连续15天氨氮和亚硝酸氮的去除率均大于90％。总氮去除率大于70％，成功启动了厌氧氨氧化生物滤池。
（2）从第245天到第333天，当操作进入冬季时，过滤器生物量为12.24 mg·g-1，平均总氮去除率为54.3％。从第605天到第693天，当操作再次进入冬季时，过滤器的生物量为10.41 mgg-1，平均总氮去除率为69.7％。过滤器生物膜的厚度小于去年同期，但总脱氮负荷增加了23％。
（3）在整个操作过程中，高温厌氧氨氧化速率基本保持不变，低温厌氧氨氧化速率从1.5 kg（kg·d）-1增加到3.6 kg·（kg·d）- 1，增长率为140％。长期低温驯化有利于提高厌氧氨氧化工艺的低温处理效果，并在冬季实现厌氧氨氧化工艺的有效运行。
