常溫低基質(zhì)濃度下生活污水的厭氧氨氧化生物脫氮研究.pdf

1、厭氧氨氧化(Anammox)是一項新型的高效自養(yǎng)生物脫氮技術(shù),不但可以大大節(jié)省脫氮運行能耗,而且無需外加碳源,污泥產(chǎn)量也極少,因此具有廣闊的應用前景和很高的開發(fā)價值。 目前,已經(jīng)證實了厭氧氨氧化過程在自然界的普遍存在性和氮素循環(huán)過程中的重要性,對該方面的研究成果和實踐經(jīng)驗主要集中于高氨氮濃度、高溫廢水的處理上。然而,針對常溫、低氨氮基質(zhì)濃度城市生活污水的厭氧氨氧化脫氮技術(shù)的研究還鮮見報道。這種普遍存在于自然界的生物轉(zhuǎn)化過程,不

2、但反應速率高,而且可以極大地節(jié)能降耗,將其人工擴大和應用于城市生活污水的脫氮處理中具有重大現(xiàn)實意義,也是人類社會文明進步和尊重自然規(guī)律的必然趨勢。 本研究首次在氮素健康循環(huán)和污水處理全流程的理念下,利用A/O除磷工藝二級出水為原水,對厭氧氨氧化工藝在城市生活污水深度處理中的應用進行了試驗研究。 主要研究結(jié)果如下： (1)低溶解氧(0.10～0.20mg/L)條件下,利用O2基質(zhì)缺乏競爭機制可以將亞硝酸氧化細

3、菌淘汰,成功實現(xiàn)NO2-的穩(wěn)定積累,氨氮去除率>98％,亞硝酸鹽積累率(NO2-/NOx-)>90％,氨氧化速率最高可達0.58kg N/(m3·d),AOB/NOB=0.38×103。 (2)通過限氧、限堿度的方法,首次成功實現(xiàn)了部分亞硝化工藝出水NO2-/NH4+比率的精確控制,氨氧化速率達到0.2757～0.5194kg N/(m3·d),為厭氧氨氧化反應器提供了合適的進水基質(zhì)條件。進水堿度和氨氮濃度滿足"y=3.824

4、2×c(NH4+-N)+107.84”時,部分亞硝化工藝出水NO2-/NH4+=1.31,可以直接作為厭氧氨氧化工藝進水。如果實際進水堿度y實際>y計算,將部分亞硝化反應器進水、出水按比例混合可得到目標水質(zhì)；如果y實際

5、氨氧化生物濾池,TN去除負荷可達到6.8 kg N/(m3·d),微生物表觀比生長速率為0.0018h-1,NH4+:NO2-:NO3-的化學計量關(guān)系為1:1.3059:0.2699。 (4)上向流運行方式有助于厭氧氨氧化生物濾池N2氣泡的釋放逸出和基質(zhì)與生物膜之間傳質(zhì)效率的強化,從而可以明顯提高脫氮活性。試驗在30℃左右,進水基質(zhì)濃度(NH4++NO2-)為230mg N/L左右,水力負荷為4.83 m3/(m2·h)下,最

6、高TN去除速率首次達到了12.37kg N/(m3·d)的最高值。 (5)試驗上向流厭氧氨氧化生物濾池中,NH4+:NO2-:NO33-的化學計量關(guān)系為1:1.27:0.22,沿深度COD和pH值與氮素化合物濃度之間存在良好的線性關(guān)系,證明濾床中存在異氧反硝化過程；活性和生物量分布沿濾層深度呈“山脊”狀不均勻分布；進水總氮負荷、有機物負荷、pH值、正磷酸鹽濃度、反沖洗周期對反應器脫氮性能具有明顯影響,推薦的進水COD應小于80

7、mg/L、pH值為7.3～7.6、反沖洗周期為2個月左右。 (6)Anammox生物濾池反應器中的Anammox生物膜宏觀性狀呈紅色密實生物膜或顆粒污泥；微觀性狀為紅色小球狀Anammox菌包埋于胞外多聚物間隙中形成成簇叢生的“菜花狀”團形結(jié)構(gòu)。生物膜內(nèi)存在大量絲狀菌,絲狀菌互相搭接和纏繞,起到了架橋的作用,有效地持留了相關(guān)的微生物,構(gòu)成了生物膜的骨架。當Anammox生物膜或顆粒污泥的基質(zhì)負荷較低時,顏色會變?yōu)楹谏?給予充足

8、的基質(zhì)負荷后1周內(nèi)可恢復顏色和活性。 (7)首次通過接種的方法在生活污水深度處理單元工藝中成功實現(xiàn)了部分亞硝化和厭氧氨氧化的耦合,啟動了完全自養(yǎng)型的Canon工藝。反應過程中DO、pH及ORP等參數(shù)變化曲線的特征點能夠很好地指示出運行周期終點。另外,提高溫度(≥23℃)、增加缺氧時段、增加Anammox生物量等方法均能有效地避免亞硝酸鹽的積累,提高Canon工藝的脫氮性能,使出水的各氮素化合物指標滿足城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標

9、準(GB18918-2002)一級A的要求。本研究中Canon工藝處理A/O除磷工藝二級出水的脫氮效率最高可達到88.12％,脫氮速率最高可達到0.2229kg N/(m3·d)。 (8)當進水含有少量有機物時(推薦為100mg/L左右),可以進一步提高Canon工藝的脫氮性能,使TN去除效率突破88％的理論值,反應器中好氧氨氧化、厭氧氨氧化及異養(yǎng)反硝化過程同時存在。本研究中,TN去除率可達到92.4％,出水TN僅為6.046