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(xiàng)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(yùn)行能耗,而且無(wú)需外加碳源,污泥產(chǎn)量也極少,因此具有廣闊的應(yīng)用前景和很高的開(kāi)發(fā)價(jià)值。 目前,已經(jīng)證實(shí)了厭氧氨氧化過(guò)程在自然界的普遍存在性和氮素循環(huán)過(guò)程中的重要性,對(duì)該方面的研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)主要集中于高氨氮濃度、高溫廢水的處理上。然而,針對(duì)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(jiàn)報(bào)道。這種普遍存在于自然界的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程,不

2、但反應(yīng)速率高,而且可以極大地節(jié)能降耗,將其人工擴(kuò)大和應(yīng)用于城市生活污水的脫氮處理中具有重大現(xiàn)實(shí)意義,也是人類社會(huì)文明進(jìn)步和尊重自然規(guī)律的必然趨勢(shì)。 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(jí)出水為原水,對(duì)厭氧氨氧化工藝在城市生活污水深度處理中的應(yīng)用進(jìn)行了試驗(yàn)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(jìng)爭(zhēng)機(jī)制可以將亞硝酸氧化細(xì)

3、菌淘汰,成功實(shí)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(dá)0.58kg N/(m3·d),AOB/NOB=0.38×103。 (2)通過(guò)限氧、限堿度的方法,首次成功實(shí)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(dá)到0.2757～0.5194kg N/(m3·d),為厭氧氨氧化反應(yīng)器提供了合適的進(jìn)水基質(zhì)條件。進(jìn)水堿度和氨氮濃度滿足"y=3.824

4、2×c(NH4+-N)+107.84”時(shí),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(jìn)水。如果實(shí)際進(jìn)水堿度y實(shí)際>y計(jì)算,將部分亞硝化反應(yīng)器進(jìn)水、出水按比例混合可得到目標(biāo)水質(zhì)；如果y實(shí)際

5、氨氧化生物濾池,TN去除負(fù)荷可達(dá)到6.8 kg N/(m3·d),微生物表觀比生長(zhǎng)速率為0.0018h-1,NH4+:NO2-:NO3-的化學(xué)計(jì)量關(guān)系為1:1.3059:0.2699。 (4)上向流運(yùn)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(qiáng)化,從而可以明顯提高脫氮活性。試驗(yàn)在30℃左右,進(jìn)水基質(zhì)濃度(NH4++NO2-)為230mg N/L左右,水力負(fù)荷為4.83 m3/(m2·h)下,最

6、高TN去除速率首次達(dá)到了12.37kg N/(m3·d)的最高值。 (5)試驗(yàn)上向流厭氧氨氧化生物濾池中,NH4+:NO2-:NO33-的化學(xué)計(jì)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(guò)程；活性和生物量分布沿濾層深度呈“山脊”狀不均勻分布；進(jìn)水總氮負(fù)荷、有機(jī)物負(fù)荷、pH值、正磷酸鹽濃度、反沖洗周期對(duì)反應(yīng)器脫氮性能具有明顯影響,推薦的進(jìn)水COD應(yīng)小于80

7、mg/L、pH值為7.3～7.6、反沖洗周期為2個(gè)月左右。 (6)Anammox生物濾池反應(yīng)器中的Anammox生物膜宏觀性狀呈紅色密實(shí)生物膜或顆粒污泥；微觀性狀為紅色小球狀A(yù)nammox菌包埋于胞外多聚物間隙中形成成簇叢生的“菜花狀”團(tuán)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(dāng)Anammox生物膜或顆粒污泥的基質(zhì)負(fù)荷較低時(shí),顏色會(huì)變?yōu)楹谏?給予充足

8、的基質(zhì)負(fù)荷后1周內(nèi)可恢復(fù)顏色和活性。 (7)首次通過(guò)接種的方法在生活污水深度處理單元工藝中成功實(shí)現(xiàn)了部分亞硝化和厭氧氨氧化的耦合,啟動(dòng)了完全自養(yǎng)型的Canon工藝。反應(yīng)過(guò)程中DO、pH及ORP等參數(shù)變化曲線的特征點(diǎn)能夠很好地指示出運(yùn)行周期終點(diǎn)。另外,提高溫度(≥23℃)、增加缺氧時(shí)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(biāo)滿足城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)

9、準(zhǔn)(GB18918-2002)一級(jí)A的要求。本研究中Canon工藝處理A/O除磷工藝二級(jí)出水的脫氮效率最高可達(dá)到88.12％,脫氮速率最高可達(dá)到0.2229kg N/(m3·d)。 (8)當(dāng)進(jìn)水含有少量有機(jī)物時(shí)(推薦為100mg/L左右),可以進(jìn)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(yīng)器中好氧氨氧化、厭氧氨氧化及異養(yǎng)反硝化過(guò)程同時(shí)存在。本研究中,TN去除率可達(dá)到92.4％,出水TN僅為6.046