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聚氨酯（PU）合成革工业近20年得到了快速发展。传统的PU合成革生产中，基本上都是采用溶剂型树脂生产。溶剂型聚氨酯树脂中含有大量的二甲基甲酰胺、甲苯等有毒有害的有机溶剂，生产过程中排放的废水含有大量的氨氮化合物，造成地表水质的严重污染[1]。利用传统生物脱氮工艺处理存在占地面积大、运行成本较高、总氮去除不彻底等问题[2-4]。PNP（短程硝化）及Anammox/DN（厌氧氨氧化/反硝化）均可实现对合成革废水的处理[5-7]，然而单独使用其中之一，存在合成革废水处理不稳定。因而要实现PNP-Anammox/DN串联运行，达到稳定处理合成革废水的目的，最重要的是要解决两段反应器之间的匹配问题。要实现其运行的相互匹配，实现处理能力的最大化，一是要探索出Anammox反应器进水的最佳基质配比[8]；二是要有效控制PNP反应进程，使PNP出水达到Anammox反应器进水所需的最佳基质配比[9]。研究结果表明在进水NO2--N与NH4+-N的浓度比值为1.2至1.5之间且COD为60～70mg/L的条件下，Anammox反应器的总氮去除率可稳定在80%以上，总氮容积去除速率约0.29～0.41kgN/(m3·d)，处理效果较为理想。但由于实际废水与人工配水存在很大的不同，这一配比也只能作为一个参考，实际串联运行中的最佳基质配比还需要进一步探索。而PNP反应进程的控制又分为全短程硝化的控制和半短程硝化的控制，全短程硝化的控制氨根等具体指标可做参考，因而要比半短程硝化的控制简单很多，但全短程硝化需由厌氧滤池原废水提供NH4+-N，这一步骤会同时引入厌氧滤池原废水中难降解的有机物，可能对Anammox菌造成抑制。因此，本研究通过反复尝试，分别论证两种PNP反应进程控制策略对联合工艺稳定运行的可行性，并最终确定以半短程硝化-厌氧氨氧化为最终的运行模式，对该污水厂厌氧滤池出水进行稳定处理，以期证明采用PNP工艺和Anammox工艺联合处理实际合成革废水的可行性。1实验部分1.1PNP-Anammox/DN联合工艺流程如图1所示，某合成革污水处理厂厌氧滤池出水经泵抽至储水池1。由电磁阀控制林皓（福建省生态产业绿色技术重点实验室，武夷学院生态与资源工程学院，福建武夷山354300）、、。PNP/Anammox/DN。COD160～580mg/LNH4+-N260～460mg/LNH4+-N15mg/L、NO2--N10mg/LNO3--N30mg/LCOD40mg/L85%0.41～0.60kgN/(m3·d)。-AOX794A1000-3770(2018)04-0098-006收稿日期：2017-06-22基金项目：国家自然科学基金（51406141）；武夷学院基金（YJ201501，XQ1210）；福建省教育厅项目（JK2014052，JZ160333）；国家大学生创新性实验（201310397028，201610397040）作者简介：林皓（1979－），男，副教授，主要从事天然高分子材料及环境领域研究；电子邮件：48717294@qq.com第44卷第4期2018年4月Vol.44No.4Apr.,2018DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2018.04.021981-Fig.1Schematicdiagramofthepartialnitrification-anammoxcombinedprocess1SBR2 UASBpH/ORPDO SBR反应器的进水，废水在反应器内，进行COD降解和短程硝化反应（把NH4+氧化成NO2-），反应过程在线监测DO、pH及ORP值变化。反应结束后沉淀30min开启电磁阀，SBR的出水流入储水池2。实际运行中，SBR出水NO2--N/NH4+-N（质量浓度，下同）不易控制，探究工艺联合方式时，当该比例较大时，尝试用厌氧滤池出水补充氨氮，即开启电磁阀，储水池1的废水（含NH4+-N和COD）流入储水池2，与SBR出水按一定比例混合。之后储水池2的废水由泵抽经预热器加热后，输送至UASB反应器内，进行厌氧氨氧化反应（将NH4+和NO2-转化为N2），产生的气体经湿式流量计计量后排出，出水由管道排至厂区集水井。反应器部分出水回流与进水混合，当进水负荷较高时，可达到稀释水质的作用。1.2PNP反应器进水采用合成革污水处理厂厌氧滤池出水（COD为160～580mg/L，NH4+-N为260～460mg/L）。Anammox反应器进水采用厌氧滤池出水与PNP反应器出水按一定比例混合后的废水或者仅PNP反应器出水。1.3由于Anammox进水要求NO2--N/NH4+-N比例约在1.1～1.4之间，本实验先后尝试了两种具体的运行模式，一是双线式：即把合成革废水分为两部分，一部分进入SBR反应器中，由氨氧化菌将水中氨氮转化为亚硝酸盐氮，而后将另一部分合成革废水与SBR出水混合，使NO2--N和NH4+-N浓度达到一定比例；二是单线式：即通过反应过程DO浓度、HRT、pH等运行条件的综合调控，将SBR出水NO2--N/NH4+-N比例控制在适宜的范围内。再将SBR出水直接输送至Anammox反应器。1.3.1由于全过程短程硝化反应进程的控制易于半短程硝化，且Anammox去除1单位的NH4+-N，会产生0.26单位的NO3--N，因此若能实现Anammox和反硝化耦合脱氮，利用反硝化反应消耗有机物、去除NO3--N并产生CO2，既为Anammox反应消除有机碳源的抑制并提供无机碳源，又可提高脱氮效果，对于Anammox的实际应用具有重要意义。因而，首先考虑通过两线式运行模式，即SBR出水与厌氧滤池出水（含NH4+-N和COD）以一定比例混合后作为Anammox进水。为此主要做了以下尝试：1）在配水运行阶段，于人工合成的Anammox进水中加入约10%的厌氧滤池出水，并使其中的NO2--N、NH4+-N及COD等基质浓度与合成废水相当，进行约10d的运行，观察反应器处理效果及污泥性状的变化；2）在以SBR出水为Anammox进水水质稳定运行20d后，认为Anammox反应器对原水中的部分有毒物质已有一定的适应性，所以，再次尝试在Anammox进水中混合约10%的厌氧滤池出水，并保持其中的NO2--N、NH4+-N及COD等基质浓度基本不变，进行约10d的运行，观察反应器处理效果及污泥性状的变化。1.3.2经过前期实验发现，由于厌氧滤池出水成分复杂，含有高生物毒性的DMF等有机化合物，这些有机物直接进入Anammox反应器中会对反应器中的Anammox造成重大冲击，甚至可能使系统受到毁灭性的冲击。而厌氧滤池出水经短程硝化反应器处理后再进入Anammox反应器则不再出现明显抑制情况，所以考虑选用单线式运行模式对废水进行处理。由于短程硝化出水要直接进入Anammox反应器，所以要求厌氧滤池出水进入SBR后，NH4+-N实现约半数被氧化使NO2--N/NH4+-N约为1.0～1.4，即要实现较为稳定的半亚硝化。但半亚硝化的控制较为困难，本实验通过反复的实验研究积累了一定的经验，通过在线监测反应过程ORP、pH和DO的变化，控制HRT，获得较稳定的NO2--N/NH4+-N比例的PNP出水。经过调试，SBR出水进入UASB反应器后，联合工艺处理效果较好，总氮去除率稳定在80%以上，总氮容积负荷去除速率达0.46kgN/(m3·d)，废水处理量约为700L/d。2结果与讨论实验中的PNP及Anammox均已成功启动，并都实现在较长时间内的稳定运行。即PNP及Anammox各自均已具备一定的处理能力，因而要实林皓，短程硝化联合厌氧氨氧化/反硝化合成革废水处理的研究99现PNP与Anammox的联合运行，关键的一步即要使两段反应器很好地衔接在一起，共同发挥脱氮除碳作用。2.1在Anammox反应器以人工合成废水为进水运行阶段，在合成废水中加入约10%的厌氧滤池出水，并使其中的NO2--N、NH4+-N及COD等基质浓度与合成废水相当。运行10d，并于第11天停止添加厌氧滤池出水，以人工合成废水为进水进行系统恢复运行。运行过程分为添加原废水运行阶段和纯配水培养的恢复阶段，整个运行过程保持进水NH4+-N质量浓度约110～130mg/L、NO2--N质量浓度约130～150mg/L、COD约50～70mg/L。其中原废水不含NO2--N和NO3--N，NH4+-N质量浓度约350～500mg/L、COD约450～800mg/L。1）添加原废水运行阶段。反应器运行前3d，系统出水NH4+-N及NO2--N浓度并未出现明显升高，系统总氮去除率也并未出现明显变化。然而从第4天起，虽然COD的处理效果并无明显变化，但系统受影响的效果逐渐显现，出水NH4+-N迅速累积，由第1天的28.4mg/L升高至第10天的68.7mg/L，相应的，出水NO2--N质量浓度由第1天的6.7mg/L升高至第10d的47.6mg/L，出水NO3--N也由21.71mg/L降至12.1mg/L，总氮去除率由第1天的76.6%迅速下降至第10d的50.4%。系统受到原水明显的影响，考虑到出水NO2--N质量浓度已达50mg/L，接近Anammox菌的抑制浓度。为避免NO2--N浓度进一步升高，选择重新采用纯配水作为Anammox反应器的进水水质，对系统进行恢复，即进入恢复阶段。2）纯配水恢复阶段。第11天起采用纯配水作为Anammox反应器的进水水质，第11天反应器出水NH4+-N及NO2--N质量浓度依然呈现上升趋势，均达到整个运行过程的浓度最高值，其中NH4+-N质量浓度为77.4mg/L、NO2--N质量浓度为51.1mg/L，总氮去除率进一步下降至45.8%。自第12天起，系统处理效果开始明显好转，出水NH4+-N质量浓度迅速由77.4mg/L降至第17天的20.9mg/L，NO2--N质量浓度由51.1mg/L降至第17天的8mg/L，出水NO3--N质量浓度也由11.7mg/L升高至21.6mg/L，总氮去除率迅速由45.8%上升至80.7%。据此认为系统已基本恢复至起始状态。该运行实验说明，原水的添加对Anammox反应有明显的抑制作用，影响Anammox反应效果，使出水基质持续增长，特别是出水NO2--N浓度的持续增长，有可能造成反应器同时受到原水及高浓度NO2--N的双重抑制。但短期运行的情况下，原水的影响可通过在纯配水的进水水质下运行实现快速解除。2.2由于原水的直接进入会对Anammox反应造成明显影响，所以考虑采用单线式运行模式，以PNP出水作为Anammox反应器的进水水质。通过在线监测PNP反应过程ORP、pH和DO的变化，控制HRT，实验获得的PNP出水NH4+-N质量浓度约120～150mg/L，NO2--N质量浓度约140～170mg/L，NO2--N/NH4+-N约1.0～1.3，出水COD约50～100mg/L，基本符合Anammox最佳进水水质。PNP出水首先进入储水池2，再由计量泵打入Anammox反应器。通过实际运行发现，Anammox反应较为稳定，并未受到明显抑制，Anammox进水NH4+-N质量浓度约120～140mg/L、NO2--N质量浓度约150mg/L、NO2--N/NH4+-N约0.9～1.2，进水COD约90～120mg/L，基本与PNP出水相当，NO2--N质量浓度有小幅下降，分析其原因主要可能是因为SBR排水时有部分污泥被带入到出水池2中，这部分污泥在缺氧条件下发生内源反硝化作用消耗了废水中的部分NO2--N。经过Anammox反应器后，前期出水NH4+-N约40～50mg/L，稳定运行后降至约20～30mg/L；出水NO2--N质量浓度基本保持在5mg/L以下；NO3--N约25mg/L；COD约30～40mg/L。运行效果良好，总氮去除率基本保持在75%～85%之间，总氮容积去除速率为0.34～0.42kgN/(m3·