基于能源回收的中低溫城市污水厭氧氨氧化生物脫氮新工藝.pdf

1、水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日趨嚴(yán)重，對(duì)人類造成直接的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)社會(huì)和諧發(fā)展產(chǎn)生不利的影響。在中國(guó)，生活污水的排放量逐年增長(zhǎng)，其中含有的大量氮磷等，是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，破壞水體生態(tài)平衡的主要因素。傳統(tǒng)的城市污水脫氮工藝普遍存在著能耗高、處理效率低及處理成本高等問(wèn)題，在能源問(wèn)題日益嚴(yán)重的背景下，開發(fā)新型脫氮工藝，降低污水處理成本，提高水處理效能顯得十分重要。
　　半亞硝化-厭氧氨氧化技術(shù)被認(rèn)為是可持續(xù)的污水處理技術(shù)，應(yīng)用半亞硝化-厭氧氨氧化處

2、理城市污水，可以減少污泥產(chǎn)量，降低供氧能耗。傳統(tǒng)的污水處理工藝中，有機(jī)物以碳源的形式被反硝化菌利用，這些有機(jī)物不能被用于產(chǎn)生能源性氣體。厭氧氨氧化菌在代謝的過(guò)程中無(wú)需有機(jī)碳源的參與，就能實(shí)現(xiàn)自養(yǎng)脫氮，應(yīng)用厭氧氨氧化技術(shù)，可以將污水中的有機(jī)物盡可能多的轉(zhuǎn)化為能源性物質(zhì)。而目前對(duì)于厭氧氨氧化技術(shù)研究主要集中在高溫、高氨氮廢水處理中，關(guān)于中低溫城市污水厭氧氨氧化自養(yǎng)脫氮的研究非常有限。
　　本研究將產(chǎn)甲烷技術(shù)和短程硝化/厭氧氨氧化技術(shù)有

3、機(jī)組合，形成基于能源回收的城市污水厭氧氨氧化生物自養(yǎng)脫氮新工藝，從組合工藝對(duì)實(shí)際生活污水的處理效能出發(fā)，探討了有機(jī)物的降解途徑、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定城市污水短程硝化的策略可行性，并對(duì)中低溫下厭氧氨氧化菌的活性和微生物菌群分布展開研究。
　　首先采用模擬生活污水成功啟動(dòng)耦合工藝，證明了該工藝處理低濃度污水的可行性。聯(lián)合工藝出水NH4+-N≈0， NO2--N≤0.5 mg/L，NO3--N平均為3.6 mg/L，溶解性COD＜10 mg/L，去

4、除率高達(dá)98％。其中采用升流式厭氧污泥固定床(UAFB)實(shí)現(xiàn)甲烷化，能去除80％以上的進(jìn)水溶解性COD，甲烷平均日產(chǎn)氣量為3.3 L，產(chǎn)氣量與COD去除量之間的關(guān)系為0.3 L/g，39.2％的進(jìn)水溶解性COD轉(zhuǎn)化為CODCH4，只有6.52％轉(zhuǎn)化為CODVFAs。采用序批式反應(yīng)器(SBR)實(shí)現(xiàn)半亞硝化，亞硝化累積率達(dá)到97％，出水基本達(dá)到厭氧氨氧化進(jìn)水基質(zhì)配比(NH4+-N∶NO2--N=1∶1.13)，半亞硝化的主要作用是轉(zhuǎn)化NH4

5、+-N，轉(zhuǎn)化率為36.59％。厭氧氨氧化(ANAMMOX)反應(yīng)器氨氮去除量、亞硝態(tài)氮去除量和硝態(tài)氮生成量之比為1∶1.18∶1.25，總氮容積去除負(fù)荷為0.62 kg/m3/d，對(duì)氮素去除的貢獻(xiàn)率為56.91％，為氮素脫除的主導(dǎo)工藝環(huán)節(jié)。
　　在中低溫下，以實(shí)際污水代替模擬廢水，出水氨氮、總氮、亞硝態(tài)氮和COD分別為0.9，6.9，0.1和24.9 mg/L，氨氮去除率和TN去除率分別為98.3％和84.9，出水滿足城鎮(zhèn)污水排放一

6、級(jí)標(biāo)準(zhǔn)A，同時(shí)實(shí)現(xiàn)中低溫下低濃度污水的甲烷回收，在17±3℃的條件下，甲烷的總?cè)莘e產(chǎn)量為325.2 mg/L/d。
　　對(duì)不同溫度下UAFB產(chǎn)甲烷效能進(jìn)行分析，在UAFB中，隨著溫度的變化，甲烷的總產(chǎn)量沒有明顯的改變，在溫度為35℃、28℃、24±3℃和17±3℃條件下，以COD平衡核算，甲烷的總產(chǎn)量分別占進(jìn)水COD的28.8％，27.2％，28.0％和28.3％，隨著溫度的下降，揮發(fā)酸明顯出現(xiàn)累積。
　　首次提出了實(shí)時(shí)控制

7、曝氣時(shí)間的策略穩(wěn)定維持城市污水半亞硝化，該策略是基于溫度、進(jìn)水COD和進(jìn)水氨氮的變化而實(shí)時(shí)調(diào)整曝氣時(shí)間，在中低溫下，半亞硝化反應(yīng)器出水亞硝態(tài)氮與氨氮濃度穩(wěn)定維持著等量關(guān)系的同時(shí)，亞硝化累積率高達(dá)97％，出水硝態(tài)氮濃度為1.19 mg/L。
　　實(shí)現(xiàn)了城市污水厭氧氨氧化中低溫高效脫氮，在低溫下(12～15℃)，厭氧氨氧化反應(yīng)器HRT保持在0.96 h，氮去除負(fù)荷達(dá)到0.83 kg/m3/d，氨氮去除量、亞硝態(tài)氮去除量和硝態(tài)氮生成量之

8、比為1∶1.23∶0.25，F(xiàn)ISH鏡像顯示低溫下厭氧氨氧化菌還保持較高的豐度。
　　考察了抑制物質(zhì)對(duì)厭氧氨氧化菌活性的影響，低濃度(5 mg/L)的尿素可以被體系利用，過(guò)高濃度的尿素(39.8 mg/L)會(huì)打破體系原有的電子供體和受體的平衡，對(duì)系統(tǒng)有不良的影響，當(dāng)水體中不含COD或者COD量較低時(shí)，尿素的水解作用會(huì)受阻，但仍然有少量的尿素被轉(zhuǎn)化。50 mM的硫酸鹽會(huì)使氨轉(zhuǎn)化速率和亞硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化速率下降約60％，當(dāng)硫酸鹽濃度提升至1