城市污水連續(xù)流短程硝化厭氧氨氧化脫氮工藝與技術(shù).pdf

1、水體富營(yíng)養(yǎng)化日益嚴(yán)重,使城市水環(huán)境惡化,甚至造成飲用水水源供應(yīng)中斷,嚴(yán)重影響了工業(yè)生產(chǎn)與居民的日常生活,造成了巨大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失。污水中氮磷排放是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要原因,因此為了控制水體富營(yíng)養(yǎng)化而興建了大量的污水處理廠?，F(xiàn)有污水處理廠屬于能耗大戶,在能源危機(jī)不斷凸顯的背景下,如何在實(shí)現(xiàn)高效脫氮的同時(shí)降低水處理能耗,降低處理費(fèi)用,對(duì)于污水處理的可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。
　　現(xiàn)有污水脫氮技術(shù)需要利用有機(jī)物作為反硝化碳源才能達(dá)

2、到污水總氮去除的目的,因此污水中的大部分有機(jī)物不能用于產(chǎn)甲烷。厭氧氨氧化菌的發(fā)現(xiàn)為污水自養(yǎng)脫氮提供了可能,因?yàn)閰捬醢毖趸梢岳脕喯跛猁}氧化氨氮生成氮?dú)?而無需有機(jī)物作為碳源?，F(xiàn)有厭氧氨氧化技術(shù)主要集中在高溫高氨氮廢水處理中,而城市污水厭氧氨氧化脫氮技術(shù)的研究報(bào)道甚少。
　　為了推動(dòng)厭氧氨氧化技術(shù)在城市污水處理中的應(yīng)用,本文首先提出城市污水短程硝化厭氧氨氧化脫氮(自養(yǎng)脫氮)工藝,隨后以連續(xù)流反應(yīng)器作為研究對(duì)象處理實(shí)際城市污水考察

3、了兩段式城市污水自養(yǎng)脫氮的技術(shù)可行性。確認(rèn)其技術(shù)可行性之后,提出并考察了生物強(qiáng)化方法快速啟動(dòng)與穩(wěn)定維持城市污水短程硝化;在UASB反應(yīng)器中成功培養(yǎng)出了厭氧氨氧化顆粒污泥,并考察了溫度降低過程中城市污水厭氧氨氧化脫氮性能、菌群結(jié)構(gòu)變化及N2O釋放情況。
　　本文對(duì)污水有機(jī)物去除、短程硝化及厭氧氨氧化技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了總結(jié)分析,提出了城市污水自養(yǎng)脫氮新工藝。該工藝首先將污水中的有機(jī)物富集到污泥中,污泥再去產(chǎn)甲烷實(shí)現(xiàn)能量的回收利用;隨后通過

4、短程硝化厭氧氨氧化技術(shù)將污水中的氮去除,此技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)城市污水廠能量自給或能量外供。隨后以去除有機(jī)物后城市污水為研究對(duì)象,采用短程硝化厭氧氨氧化工藝,考察城市污水自養(yǎng)脫氮技術(shù)可行性。試驗(yàn)結(jié)果表明在進(jìn)水TN和溶解性COD濃度分別為45.87mg/L和44.40mg/L的條件下,自養(yǎng)脫氮工藝的TN去除率可達(dá)88.38％,證明了兩段式城市污水自養(yǎng)脫氮具有技術(shù)可行性。
　　提出了生物強(qiáng)化策略快速啟動(dòng)與穩(wěn)定維持城市污水短程硝化,即在城市污水

5、廠旁側(cè)高氨氮廢水處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)短程硝化,將其排放的短程硝化剩余污泥投至城市污水硝化系統(tǒng),從而達(dá)到快速啟動(dòng)與穩(wěn)定維持城市污水短程硝化。試驗(yàn)結(jié)果表明:高氨氮廢水A/O硝化系統(tǒng)可通過FA與FNA聯(lián)合抑制實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的短程硝化,亞硝酸鹽積累率在95%以上;通過微孔曝氣改善氣液傳質(zhì)效果,氨氧化速率可達(dá)2.71kgN/m3/d。通過生物強(qiáng)化策略,即定期向城市污水硝化系統(tǒng)投加短程硝化污泥,同時(shí)控制反應(yīng)器內(nèi)溶解氧不要過高,可重復(fù)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定短程硝化。在城市污水短

6、程硝化破壞后,15天即可重建短程硝化,亞硝酸鹽積累率由1%增至89%。
　　在城市污水厭氧氨氧化UASB反應(yīng)器中,通過逐漸提高進(jìn)水流量來提高上升流速,成功培養(yǎng)出了厭氧氨氧化顆粒污泥。顆粒污泥粒徑主要分布在0.5-0.9mm范圍內(nèi),且顆粒污泥空隙較多,有利于傳質(zhì)。顆粒污泥的形成實(shí)現(xiàn)了厭氧氨氧化菌的富集,其豐度為1.68±0.08×109copies/ml混合液,厭氧氨氧化菌主要為Candidatus “Kuenenia stuttg

7、artiensis”。進(jìn)水量逐漸提高的過程中,HRT由1.24h降至0.12h,容積氮去除速率由0.57kgN/m3/d增至5.72kgN/m3/d;NH4+-N去除率為76.47-100.00%,平均值為92.81%;NO2--N的去除率為78.75-99.65%,平均值為94.35%,表明厭氧氨氧化菌的富集使得污水的中氮得以高效去除。在此厭氧氨氧化反應(yīng)器中,N2O釋放量極少,其釋放速率平均為0.30×10-4kgN/m3/d,低于容

8、積氮去除速率的0.0016%;進(jìn)水中的N2O-N濃度為0.08-0.13mg/L,出水中N2O-N濃度卻低于0.02mg/L,可以看出在厭氧氨氧化過程中可去除水中溶解態(tài)的N2O。
　　通過逐漸降低厭氧氨氧化UASB反應(yīng)器運(yùn)行溫度,研究了降溫過程中城市污水厭氧氨氧化脫氮特性及菌群結(jié)構(gòu)變化。溫度由30℃變?yōu)?6℃時(shí),厭氧氨氧化污泥仍保持顆粒狀,使得厭氧氨氧化菌在UASB內(nèi)得以有效持留,顆粒污泥中厭氧氨氧化菌豐度為1.93±0.41×1

9、09copies/ml混合液。降溫過程中UASB反應(yīng)器容積氮去除速率逐漸降低,但16℃時(shí)容積氮去除速率仍可達(dá)2.28kgN/m3/d,NO2--N和NH4+-N去除率分別為92.31%和78.45%。降溫過程中顆粒污泥中厭氧氨氧化菌由Candidatus “Kuenenia stuttgartiensis”變?yōu)镃andidatus “Brocadia anammoxidans”和Candidatus “Kuenenia stuttgar