基于厭氧水解—硝化—反硝化-厭氧氨氧化技術(shù)的城市污水脫氮工藝研究.pdf

1、隨著傳統(tǒng)的硝化-反硝化生物脫氮工藝已不能滿足低C/N比城市污水脫氮處理的要求，近年來以厭氧氨氧化技術(shù)為核心的生物脫氮工藝已逐漸成為污水處理領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。由于厭氧氨氧化菌對有機(jī)物、溫度和溶解氧等環(huán)境因素非常敏感，并且厭氧氨氧化菌的倍增時(shí)間較長，因此探索研究厭氧氨氧化菌應(yīng)用的有效方式成為了其工業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵問題。目前，以厭氧氨氧化工藝為核心的組合工藝（SHARON-ANAMMOX工藝、Canon工藝等）已經(jīng)在污泥消化液、畜禽養(yǎng)殖廢水、垃圾

2、滲濾液等高氨氮廢水處理中得到廣泛應(yīng)用。本文旨在針對低碳氮比城市污水設(shè)計(jì)以厭氧處理為核心的低能耗城市污水處理工藝，重點(diǎn)考察基于厭氧水解-硝化-反硝化/厭氧氨氧化技術(shù)(Denitrification andAnammox，Den-Anammox)的一體式城市污水脫氮工藝的可行性。并且對Den-Anammox反應(yīng)的操作條件、碳氮處理性能和微生物菌群變化進(jìn)行了詳細(xì)地探索分析。論文取得了一些創(chuàng)新研究成果，主要包括以下幾點(diǎn):
　　(1)厭氧水

3、解反應(yīng)可以作為以厭氧處理為核心的低能耗城市污水處理工藝的脫碳預(yù)處理過程，實(shí)現(xiàn)部分COD的脫除同時(shí)產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸(VFA)，為異養(yǎng)反硝化反應(yīng)提供有機(jī)碳源。厭氧生物反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)近似為2級，厭氧水解反應(yīng)的最大COD脫除率為75％，基質(zhì)的去除主要發(fā)生在反應(yīng)的前3h，并且在第2 h VFA積累達(dá)到量最大。本實(shí)驗(yàn)中厭氧水解反應(yīng)產(chǎn)生的VFA主要是以乙酸、丙酸和丁酸為主，前兩者占VFA總量的95％以上。FISH(fluorescence in si

4、tu hybridization)結(jié)果顯示產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌的比例分別為39.7％和46.5％。
　　(2)異養(yǎng)反硝化細(xì)菌與厭氧氨氧化菌可以實(shí)現(xiàn)協(xié)同脫氮，Den-Anammox系統(tǒng)的最優(yōu)氮基質(zhì)為氨氮和硝酸氮。FISH結(jié)果顯示基于亞硝酸鹽的Den-Anammox系統(tǒng)中的優(yōu)勢菌種為厭氧氨氧化菌，比例為84％，而基于硝酸鹽的Den-Anammox系統(tǒng)中優(yōu)勢菌種為異養(yǎng)反硝化細(xì)菌和厭氧氨氧化菌，其中厭氧氨氧化菌的比例為65％。與基于亞硝酸鹽的

5、Den-Anammox系統(tǒng)相比，基于硝酸鹽的Den-Anammox系統(tǒng)具有更好的碳氮綜合脫除性能，并且具有更強(qiáng)的有機(jī)物耐受能力和低溫適應(yīng)能力。基于亞硝酸鹽的Den-Anammox系統(tǒng)的氮去除途徑以厭氧氨氧化反應(yīng)為主，最優(yōu)COD∶NO2--N∶NH4+-N為0.6∶1.26∶1和0.8∶1.33∶1;基于硝酸鹽的Den-Anammox系統(tǒng)的氮去除途徑主要為Den-Anammox反應(yīng)，最優(yōu)COD∶NO3-N∶NH4+-N為10∶7∶6。

6、r>　　(3)成功啟動了一體式厭氧水解-硝化-反硝化/厭氧氨氧化反應(yīng)器，室溫(25℃)下反應(yīng)器的總氮和COD平均去除率分別為89.9％和91.5％，并且與傳統(tǒng)的硝化-反硝化工藝相比，該工藝節(jié)省了能源消耗，減少了溫室氣體的排放(CO2)。當(dāng)COD/NO3--N為0.94-1.69時(shí)，成功實(shí)現(xiàn)了短程異養(yǎng)反硝化細(xì)菌和厭氧氨氧化菌的協(xié)同脫氮，Den-Anammox反應(yīng)的最大氨氮去除率和總氮去除率分別為97.6％和93.8％。根據(jù)生物反應(yīng)計(jì)量學(xué)原

7、理分析，Den-Anammox反應(yīng)對于一體式反應(yīng)器的氮去除貢獻(xiàn)百分比為70％以上。DGGE（denaturing gradient gel electrophoresis）和基因測序結(jié)果顯示，經(jīng)過175天后Den-Anammox池中的優(yōu)勢菌群由單一的厭氧氨氧化菌變成了異養(yǎng)反硝化細(xì)菌和厭氧氨氧化菌;并且FISH結(jié)果顯示厭氧氨氧化菌的比例由89％下降到了58％。
　　(4)為了探索厭氧氨氧化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的新方式，本實(shí)驗(yàn)利用厭氧連續(xù)攪拌

8、反應(yīng)器(CSTR)成功培養(yǎng)了blank-anammox菌顆粒、Fe-anammox菌顆粒和Fe3O4-anammox菌顆粒，三種顆粒的最大特定厭氧氨氧化活性(SAA)值分別為0.205 kgN·kgVSS-1d-1、0.24 kgN·kgVSS-1d-1和0.239 kgN·kgVSS-1d-1，最大顆粒粒徑[d(0.5)]分別為602.8μm（第72天）、417.3μm（第39天）和988.5μm（第72天），形成方式分別為ECP-b