厌氧氨氧化技术因其无需外加有机碳源、污泥产量低和无需曝气，能大大减少污水处理的运行成本而受到广泛关注LYHLYHwefa. ANAMMOX虽然是一种高效、节能的生物脱氮技术，却因为是自可养型生物而易受有机物影响.因此，ANAMMOX工艺多用来处理低碳氮比废水.在有机物浓度较高时，ANAMMOX难以与快速增长的异养菌竞争，从而导致反应器脱氮效能下降.
目前，国内外就有机碳源对厌氧氨氧化代谢的影响做了大量的研究，主要存在两种观点：一种认为低浓度有机物存在时可促进厌氧氨氧化菌的活性，但有机物浓度高时，厌氧氨氧化菌活性大大降低;另外一种观点认为，有机物存在下，厌氧氨氧化菌与反硝化菌竞争并优先利用有机碳源，代谢途径表现多样化. Yang等研究发现随着COD负荷提高，当进水氨氮(NH4+-N)和亚硝酸盐(NO2--N)浓度分别为189 mg·L-1和85 mg·L-1时，ANAMMOX反应在COD浓度高于237 mg·L-1时完全停止. Sabumon等亦发现在COD存在情况下，反硝化反应更强于ANAMMOX，从而抑制ANAMMOX的活性. COD的添加会抑制ANAMMOX活性，当进水NH4+-N和NO2--N浓度均为70 mg·L-1时，2 050.75 mg·L-1和4 101.5 mg·L-1的乙酸盐会引起ANAMMOX活性分别抑制了22%和77%.相反地，有研究在添加乙酸盐、丙酸盐和葡萄糖(浓度均为1 mmol·L-1)的批试实验中发现ANAMMOX活性的增加，而在连续流实验中，ANAMMOX活性却降低. Chamchoi等通过碳氮比对ANAMMOX的影响研究发现，在进水NH4+-N和NO2--N浓度分别为40 mg·L-1和50 mg·L-1时，随着碳氮比从0.9升高到2.0，ANAMMOX活性逐渐降低.在实际工程应用中，为使厌氧氨氧化菌的生长不受异养菌的影响，往往在其进水前设置好氧消化工序将废水中的有机物去除，然而，实际中污水成分复杂使工艺运行不稳定导致有机物去除效果差，使得厌氧氨氧化系统容易受到有机物的影响.因此，有必要系统地考察有机物对厌氧氨氧化系统脱氮过程的影响.
本研究采用ASBR反应器，选取葡萄糖、蔗糖、乙酸钠、柠檬酸三钠这4种常见有机物，从NH4+-N、NO2--N、硝酸盐氮(NO3--N)和总氮(TN)等的去除探讨了不同浓度和种类的有机碳源短期变化对厌氧氨氧化菌的活性的影响和系统脱氮情况，以期为厌氧氨氧化工艺的实际应用提供理论和支持.
1 材料与方法1.1 实验装置与方法
本实验使用的装置为有效容积为1.0 L的玻璃瓶，外置黑布，瓶口橡胶塞上开两孔，分别用于搅拌和取样(图 1).为保证系统的密封性，取样采用器进行抽取.反应器配置搅拌装置维持转速为80 r·min-1.反应装置放在恒温水浴锅中，温度设为35℃.本实验的水力停留时间为8 h，每隔0.5 h取一次样进行水质分析，进水pH控制在7.5左右.
1.2 接种污泥与实验用水
实验用泥为稳定运行300余天的厌氧氨氧化活性污泥，污泥外观呈红色，大部分呈细小颗粒状(d < 0.2 mm).污泥沉降性能良好，其对亚硝酸盐氮和氨氮的去除率都达到99%以上.实验过程污泥浓度(MLVSS)保持在750 mg·L-1左右.实验用水采用人工配水，实验进水NH4+-N和NO2--N浓度分别为80 mg·L-1和120 mg·L-1.考察4种有机物葡萄糖、蔗糖、乙酸钠、柠檬酸三钠在COD浓度梯度0、20、40、80、120、200 mg·L-1时对厌氧氨氧化反应的影响.
1.3比厌氧氨氧化速率的确定
由于实验过程没有氧气，因此以氨氮降解速率评价厌氧氨氧化活性.反应开始后定时取样，根据氨氮浓度变化曲线确定其降解速率快区间，得出大斜率，再与系统中的污泥浓度X之比即得氨氮的大比反应速率Vmax[mg·(g·h)-1].
1.4 测定项目和方法
氨氮采用纳氏试剂分光光度法;亚硝酸盐采用N-1-萘基-乙二胺光度法;硝酸盐采用紫外分光光度法[16];VSS采用重量法测定;pH值的测定采用玻璃电极法.
2 结果与讨论2.1 不同有机物对厌氧氨氧化脱氮的影响
图 2为不同有机物浓度在0200 mg·L-1范围内，系统NH4+-N、NO2--N、NO3--N和TN的变化曲线.当葡萄糖浓度达到120 mg·L-1时出水NH4+-N和NO2--N分别为48.42 mg·L-1和62.56 mg·L-1，去除率不足50%，同时造成总氮的去除率下降41%左右，并没有出现ANAMMOX菌与异养反硝化菌的竞争关系.这可能是由于反应器中反硝化菌的本底含量较少.而对于其他3种有机物，浓度为120 mg·L-1条件下，NH4+-N和NO2--N仍有很高的去除率(86%和94%).但是，由于异养反硝化菌的存在，NO3--N的累积量明显减少，导致TN去除率的提高.当有机物浓度提高到200 mg·L-1时，结果显示，投加乙酸钠时，系统NH4+-N的去除率从约100%降到58%，有机物的存在抑制了ANAMMOX菌的活性导致NH4+-N的去除率下降.而NO2--N和NO3--N的去除并未受到影响.
反硝化菌生长速率远快于ANAMMOX菌，在高浓度有机物存在的环境下，ANAMMOX菌在竞争电子受体亚硝酸盐中处于劣势，因此NO2--N和NO3--N仍有很高的去除率.乙酸钠、蔗糖和柠檬酸三钠对NH4+-N的降解都有一定的促进作用，对NO2--N的去除几乎没有影响;投加了蔗糖和柠檬酸三钠后厌氧氨氧化系统TN的去除率提高了12%左右，从NO3--N的积累[图 2(c)]可以看出，蔗糖和柠檬酸三钠促进了异养反硝化反应，使NO3--N的累积量减少，致使系统出水TN浓度降低.
图 3为大比厌氧氨氧化速率(SAA)随有机物浓度的变化曲线.在系统中投加不同的有机物，SAA存在一定的差别.投加葡萄糖后SAA迅速下降，当葡萄糖浓度为200 mg·L-1时，SAA为0.38 mg·(g·h)-1，较不加葡萄糖时下降了84.2%，葡萄糖对ANAMMOX菌的活性抑制非常明显.乙酸钠对ANAMMOX菌的活性有一定促进作用，大时SAA提高了26.1%，达到2.21 mg·(g·h)-1.蔗糖浓度低于40 mg·L-1时，对ANAMMOX菌的活性几乎没有影响，保持在相对稳定的1.95 mg·(g·h)-1;继续提高蔗糖浓度系统中有机物对SAA促进作用越来越明显，当蔗糖浓度为80 mg·L-1时，系统SAA提高了25.0%，达到大的2.45 mg·(g·h)-1.少量的柠檬酸三钠对ANAMMOX菌的活性有少量的促进作用，大时氨氧化速率提高了9.1%;柠檬酸三钠浓度超过80 mg·L-1时ANAMMOX菌的活性出现抑制，继续提高COD浓度，SAA没有明显变化，保持在2.65 mg·(g·h)-1左右.乙酸钠、蔗糖和柠檬酸三钠在浓度为80 mg·L-1时SAA都达到大，较不加有机物时分别增加了0.44、0.49和0.25 mg·(g·h)-1，而葡萄糖浓度为80 mg·L-1时系统中SAA下降了0.67 mg·(g·h)-1.不同有机物对ANAMMOX菌的活性影响不一样，对SAA的促进作用具体顺序为：蔗糖 > 乙酸钠 > 柠檬酸三钠 > 葡萄糖.
2.2 不同有机物浓度下的厌氧氨氧化脱氮过程2.2.1 葡萄糖作用下的厌氧氨氧化脱氮过程
葡萄糖对ANAMMOX系统脱氮过程的影响如图 4所示.从中可知，在实验初始阶段(不加有机物)，NH4+-N和NO2--N去除率均高于99%，TN去除率为84%.当葡萄糖浓度为20 mg·L-1时，NH4+-N和NO2--N仍有较高的去除率，均高于90%.实验初始阶段和葡萄糖浓度为20 mg·L-1时系统的SAA分别为14.39 mg·(g·h)-1和12.44 mg·(g·h)-1(图 3)，少量葡萄糖的加入对系统ANAMMOX菌的活性影响不大.当葡萄糖浓度大于120 mg·L-1时NH4+-N、NO2-和TN的去除率明显下降;当葡糖糖浓度为200 mg·L-1时，NH4+-N的平均去除率只有17%, 系统TN去除率不足20%，SAA只有2.30 mg·(g·h)-1，ANAMMOX菌降解NH4+-N的总体活性损失接近80%，系统ANAMMOX过程被严重抑制.
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