高效短程反硝化耦合厭氧氨氧化工藝研究.pdf

1、廢水氮素排放是水體富營養(yǎng)化的重要致因，廢水生物脫氮已成為環(huán)境領(lǐng)域亟待研究的重要課題。全程反硝化工藝是現(xiàn)行主流廢水生物脫氮工藝，已成功應用于全球各大污水處理系統(tǒng)。厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝是本世紀研發(fā)的高效生物脫氮技術(shù)，已被環(huán)境工程界公認為最具可持續(xù)發(fā)展特質(zhì)的廢水脫氮技術(shù)。但該工藝需要亞硝氮且產(chǎn)生硝氮，影響了它的獨立應用和脫氮功能。有鑒于此，本文以高效全程反硝化工藝為基礎(chǔ)，研究了硝氮生物轉(zhuǎn)化為亞硝氮的短程反硝化(Denitratat

2、ion)工藝，探明了工藝過程與運行性能;耦合ANAMMOX工藝，創(chuàng)建了生物除氨脫硝(Anbon)新工藝，探明了工藝效能與優(yōu)勢菌群，拓展了ANAMMOX工藝應用范圍，強化了ANAMMOX工藝脫氮功能。主要內(nèi)容如下:
　　1)探明了高效全程反硝化工藝的過程瓶頸，提出了控制對策。
　　探明了高效全程反硝化顆粒污泥易上浮流失及易受自堿化抑制的過程機理，分別提出了“浮泥自循環(huán)釋氣”及“低濃度高流量”的控制對策，使工藝效能達世界領(lǐng)先水平

3、。試驗表明，脫氮顆粒污泥滯氣膨脹而導致表觀密度下降是其上浮流失的主要致因。彈性滯氣膨脹可釋氣而恢復原狀，塑性滯氣膨脹則難以釋氣復原。研發(fā)了氣升式自循環(huán)顆粒污泥床脫氮(DAC)反應器，利用內(nèi)構(gòu)件“擠壓效應”消除了彈性顆粒污泥滯氣上浮流失問題，同時高循環(huán)流速可塑造流線型顆粒污泥，強化沉降;硝酸鹽還原產(chǎn)生OH-是生物反硝化過程致堿的根源。運用“低濃度高流量”的操作模式，可大幅提升反應器的容積效能。綜合運用上述研究成果，小試裝置的容積脫氮速率可

4、達55kgN·m-3·d-1，已超過同類工藝國內(nèi)外文獻報道的最高值。
　　2)探索了高效短程反硝化工藝的實現(xiàn)方法，揭示了過程機理。
　　探索發(fā)現(xiàn)“高堿度抑制”和“硝氮抑制”均可實現(xiàn)從全程反硝化到短程反硝化的過渡。前者通過酶活抑制實現(xiàn)，亞硝氮得率達22.3％。后者通過轉(zhuǎn)錄抑制實現(xiàn)，亞硝氮得率高達91.0％，可作為短程反硝化工藝的優(yōu)先實現(xiàn)方法。試驗表明，高效全程反硝化功能菌Hyphomicrobium nitrativorans

5、 strain NL23中的Cu型亞硝氮還原酶(nirK)對高pH(＞9.2)敏感，導致其活性下降70.5％，是“堿度抑制型”短程反硝化工藝的實現(xiàn)機制;而“硝氮抑制型”短程反硝化工藝的優(yōu)勢功能菌群為Halomonas campisalis和Halomonas campaniensis。硝氮對其亞硝氮還原酶基因(nirS)表達具有顯著的抑制作用，它是亞硝氮大量積累的關(guān)鍵。此外，以常見的電子供體（甲醇和乙酸）為試驗對象，以甲基營養(yǎng)型全程反硝

6、化功能菌為接種物，通過比較研究，歸納得出了“先種類轉(zhuǎn)換，后數(shù)量控制”的“硝氮抑制型”短程反硝化功能微生物的富集方法。
　　3)優(yōu)化了高效短程反硝化工藝的控制參數(shù)，改善了工作性能。
　　優(yōu)化了高效短程反硝化工藝的基質(zhì)條件（種類與比例）與操作條件（溫度、鹽度與pH），亞硝氮積累速率可達17.2mg·g-1VSS·h-1，亞硝氮得率高達93.4％。試驗表明，甲醇不能引發(fā)短程反硝化，乙酸和葡萄糖則能引發(fā)短程反硝化，其最優(yōu)COD/NO

7、3--N分別為2.2和2.0。乙酸所引發(fā)的短程反硝化效能（比活性13.5-18.5mg·g-1VSS·h-1，最大得率96.2％）顯著優(yōu)于葡萄糖（比活性4.6-6.5mg·g-1VSS·h-1，最大得率71.5％），可優(yōu)先作為該工藝的電子供體。低NADH/NAD+是葡萄糖引發(fā)短程反硝化效能弱于乙酸的主要致因，葡萄糖厭氧產(chǎn)乙酸作用增強，耗乙酸作用減弱是低NADH/NAD+的生理機制;溫度、鹽度及pH均可對亞硝氮還原酶活性產(chǎn)生顯著影響，從而

8、左右短程反硝化性能。試驗結(jié)果得出，最優(yōu)的短程反硝化操作條件為反應溫度32.7℃，pH8.0-9.0，外加鹽度0％(w/v)。
　　4)試驗了典型工況下Anbon工藝的運行性能，揭示了菌群特性。
　　試驗了典型基質(zhì)比例和濃度條件下，Anbon工藝的脫氮性能，分別揭示了Denitratation段與Anammox段優(yōu)勢菌群的演替規(guī)律，剖析了Anbon工藝性能與菌群特性的關(guān)系。試驗表明，Anbon工藝的最優(yōu)NH4+-N∶NO3--

9、N∶COD比例為0.65∶1∶2.2;當三者濃度分別為375mg·L-1、750mg·L-1和1875mg·L-1時（模擬高濃度工業(yè)廢水），容積去除速率可達9.0±0.1kgN·m-3·d-1，高于同類工藝文獻報道的最高值;當三者濃度分別為26mg·L-1、40mg·L-1和88mg·L-1時（模擬低濃度城市廢水），出水總氮達《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)》一級A標準;同屬于“快生型R策略”的Halomona