SAD-ANAMMOX耦合脱氮工艺的负荷与基质比调控

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2025-0303

摘要/Abstract

摘要：

厌氧氨氧化（ANAMMOX）技术凭借无有机碳源依赖、高效脱氮及低污泥产率等特性，成为污水处理领域可持续脱氮的核心工艺。通过硫自养反硝化（SAD）与ANAMMOX耦合一体化反应器处理含氮废水，系统解析进水负荷及基质比对系统脱氮效能的影响。结果表明：在进水NH₄ ⁺-N和NO₃ ^--N分别为26.40、38.01mg/L，温度为（33±2） ℃，S/N=8.8，进水pH=7.8的条件下，反应器成功启动并实现SAD与ANAMMOX的高效耦合。当进水总氮容积负荷（TNLR）增幅过大（95%）时，系统崩溃，但通过降低TNLR可使系统恢复正常运行，当逐步提升TNLR，增幅不超过35.36%时，系统可稳定高效运行，TNLR由0.19 kg/（m³·d）增至0.92 kg/（m³·d），总氮去除率（TNRE）最高达93.34%。当S/N=1.5、n（NH₄ ⁺-N）/n（NO₃ ^--N）为1/1.38~1/1.72时，系统脱氮以硫自养半程反硝化耦合ANAMMOX途径为主导，NH₄ ⁺-N和NO₃ ^--N去除率分别达85.17%~94.79%和88.86%~95.70%。该研究结果为SAD-ANAMMOX一体化反应器启动及智能控制提供关键技术参数，并建立了反应器失稳恢复策略，为工程设计中安全系数的确定提供了量化依据，为解决污水脱氮领域的关键技术瓶颈提供了创新性解决方案。

关键词: 厌氧氨氧化（ANAMMOX）, 硫自养反硝化, 氮负荷, S/N

Abstract:

Anaerobic ammonium oxidation (ANAMMOX) technology has emerged as a core process in the field of sustainable nitrogen removal, owing to its distinctive characteristics such as no dependence on organic carbon sources, high-efficiency nitrogen removal, and low sludge yield. In this study, an integrated reactor coupling sulfur autotrophic denitrification (SAD) and ANAMMOX was employed to treat nitrogen-containing wastewater, and the effects of influent load and substrate ratio on the nitrogen removal performance of the system were systematically analyzed. The results showed that the reactor was successfully started up and achieved efficient coupling of SAD and ANAMMOX under the conditions of influent NH₄ ⁺-N and NO₃ ^--N concentrations of 26.40 mg/L and 38.01 mg/L, respectively, temperature of (33±2) ℃, S/N ratio of 8.8, and influent pH of 7.8. The system collapsed when the increase amplitude of influent total nitrogen loading rate (TNLR) was excessively high (95%), but it could resume normal operation by reducing the TNLR. When the TNLR was gradually increased with an amplitude not exceeding 35.36%, the system maintained stable and high-efficiency operation. As the TNLR increased from 0.19 kg/(m³·d) to 0.92 kg/(m³·d), the total nitrogen removal efficiency (TNRE) reached a maximum of 93.34%. When the S/N ratio was 1.5 and n(NH₄ ⁺-N)∶n(NO₃ ^--N) ratio ranged from 1∶1.38 to 1∶1.72, the nitrogen removal of the system was dominated by the pathway of sulfur autotrophic partial denitrification coupled with ANAMMOX, with the removal rates of NH₄ ⁺-N and NO₃ ^--N reaching 85.17%-94.79% and 88.86%-95.70%, respectively. The research results provide key technical parameters for the start-up and intelligent control of the SAD-ANAMMOX integrated reactor, establish a strategy for the recovery of reactor instability, offer a quantitative basis for determining the safety factor in engineering design, and present an innovative solution to address the key technical bottlenecks in the field of wastewater nitrogen removal.

Key words: anaerobic ammonia oxidation(ANAMMOX), sulfur autotrophic denitrification, nitrogen load, S/N

中图分类号:

X703
X52

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https://www.iwt.cn/CN/Y2026/V46/I3/83

图/表 8

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阶段	时间	S/N	进水pH	进水 n（NH₄ ⁺-N）∶n（NO₃ ^--N）	进水质量浓度/（mg·L^-1）		HRT/h
阶段	时间	S/N	进水pH	进水 n（NH₄ ⁺-N）∶n（NO₃ ^--N）	NH₄ ⁺-N	NO₃ ^--N	HRT/h
Ⅰ 第21~69天	第21~37天	8.6	7.90	1∶1.27	57.26	72.84	8
	第38~41天	8.6	7.91	1∶1.33	44.14	58.90	8
	第42~69天	8.6	7.96	1∶1.38	26.69	36.70	8
Ⅱ 第70~101 天	第70~97天	0	7.99	1∶1.38	26.69	36.70	6、4、2
Ⅱ 第70~101 天	第98~101天	0	7.93	1∶3.76	26.69	100.45	4
Ⅲ 第102~184天	第102~118天	1.0	8.04	1∶3.33	30.13	100.45	4
	第119~132天	1.5	8.49	1∶1.98	30.13	59.77	4
	第133~153天	1.5	8.79	1∶1.56	38.40	59.77	4
	第154~184天	1.5	9.01	1∶1.65	50.12	82.76	4
Ⅳ 第185~239天	第185~215天	1.5	9.23	1∶1.47	56.37	82.76	4
	第216~222天	1.5	9.26	1∶1.61	56.37	90.53	4
	第223~239天	1.5	9.09	1∶1.72	56.37	96.99	4

阶段	时间	S/N	进水pH	进水 n（NH₄ ⁺-N）∶n（NO₃ ^--N）	进水质量浓度/（mg·L^-1）		HRT/h
阶段	时间	S/N	进水pH	进水 n（NH₄ ⁺-N）∶n（NO₃ ^--N）	NH₄ ⁺-N	NO₃ ^--N	HRT/h
Ⅰ 第21~69天	第21~37天	8.6	7.90	1∶1.27	57.26	72.84	8
	第38~41天	8.6	7.91	1∶1.33	44.14	58.90	8
	第42~69天	8.6	7.96	1∶1.38	26.69	36.70	8
Ⅱ 第70~101 天	第70~97天	0	7.99	1∶1.38	26.69	36.70	6、4、2
Ⅱ 第70~101 天	第98~101天	0	7.93	1∶3.76	26.69	100.45	4
Ⅲ 第102~184天	第102~118天	1.0	8.04	1∶3.33	30.13	100.45	4
	第119~132天	1.5	8.49	1∶1.98	30.13	59.77	4
	第133~153天	1.5	8.79	1∶1.56	38.40	59.77	4
	第154~184天	1.5	9.01	1∶1.65	50.12	82.76	4
Ⅳ 第185~239天	第185~215天	1.5	9.23	1∶1.47	56.37	82.76	4
	第216~222天	1.5	9.26	1∶1.61	56.37	90.53	4
	第223~239天	1.5	9.09	1∶1.72	56.37	96.99	4

组别	成分	质量浓度/（g·L^-1）
微量元素溶液Ⅰ	EDTA-2Na	5
微量元素溶液Ⅰ	FeSO₄·7H₂O	5
微量元素溶液Ⅱ	EDTA-2Na	15
	ZnSO₄·7H₂O	0.43
	CoCl₂·6H₂O	0.24
	MnCl₂·4H₂O	0.99
	CuSO₄·5H₂O	0.25
	Na₂MoO₄·2H₂O	0.22
	NiCl₂·6H₂O	0.19
	H₃BO₃	0.014

组别	成分	质量浓度/（g·L^-1）
微量元素溶液Ⅰ	EDTA-2Na	5
微量元素溶液Ⅰ	FeSO₄·7H₂O	5
微量元素溶液Ⅱ	EDTA-2Na	15
	ZnSO₄·7H₂O	0.43
	CoCl₂·6H₂O	0.24
	MnCl₂·4H₂O	0.99
	CuSO₄·5H₂O	0.25
	Na₂MoO₄·2H₂O	0.22
	NiCl₂·6H₂O	0.19
	H₃BO₃	0.014

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