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一体化厌氧氨氧化反应器的优化及其稳定性研究
更新时间:2016-06-01 来源:《中国环境科学》 作者:程军,张亮,杨延栋,张树军,彭永臻

摘要:采用一体化厌氧氨氧化 SBR 反应器(120L)处理高氨氮废水,研究系统总氮去除负荷提高和稳定性的影响因素.长期试验结果表明:该一体化厌氧氨氧化SBR 反应器的最大总氮去除负荷为1.1kg/(m3·d),影响反应器运行稳定性的主要因素有:游离氨浓度、溶解氧浓度、絮体污泥和颗粒污泥相对比例等.在一体化厌氧氨氧化反应器中保持 AOB 和 Anammox 活性的相互匹配是维持系统稳定运行的关键因素.大量淘洗絮体污泥会造成氨氧化活性降低和溶解氧升高,从而引起总氮去除负荷下降.限制反应器负荷增加的主要因素有:(1)污泥随出水流失,体系污泥浓度保持恒定;(2)受溶解氧影响 AOB 和 Anammox 活性不能同时提高;(3)传质效率难以进一步提高.试验中发现总氮去除负荷和曝气量之间具有很好的相关性,反应器负荷波动时通过调整曝气量来调控反应状态,有利于一体化工艺的稳定运行。

厌氧氨氧化工艺是一种高效、节能的新型脱氮工艺[1].相比传统硝化-反硝化脱氮工艺它具有节省能量、无需外加碳源、能量回收率高、污泥产量少等显著优势[2].基于厌氧氨氧化的一体化工艺是反应器中同时存在氨氧化菌(AOB)和厌氧氨氧化菌(Anammox),低氧条件下AOB消耗溶解氧产生 NO2-为 Anammox 提供底物并创造缺氧环境,Anammox 将 NO2-和 NH4+转化为 N2[3-4]. 

一体化工艺具有工艺流程简单、运行管理方便、亚硝冲击负荷小等特点.经过长期的试验研究和工程实践,厌氧氨氧化工艺在处理污泥消化液、垃圾渗滤液、味精废水、制药废水、养殖废水等高氨氮废水方面已经取得了显著的成果[5-6].目前,城市生活污水的厌氧氨氧化处理技术已经成为研究热点,它将最大限度地提高污水的能量回收率,实现污水处理厂能量自给甚至产能[7]. 

根据调查,截止到 2014 年,全世界用于处理高温、高氨氮、低 C/N 的短程硝化-厌氧氨氧化污水处理工程已达到100 座,其中88%采用一体化工艺且 SBR 反应器占到 50%,而 DEMON 工艺占到所有SBR工艺形式的80%[8].在实际运行中大多采用在线监测控制策略,其中 DO 和 pH值是应用最广泛的控制参数,适宜的 DO 可以避免厌氧氨氧化菌受抑制并控制硝化细菌(NOB)的增长,适宜的 pH 值则可以避免过高的游离氨(FA)或游离亚硝酸(FNA)对厌氧氨氧化菌的抑制[9].然而,由于一体化厌氧氨氧化工艺运行精细化程度高、操作困难、受外界环境影响大等因素的影响,仅仅依靠 DO 和 pH 值的控制策略往往不能实现一体化工艺的长期稳定运行.目前,虽然关于一体化厌氧氨氧化 SBR 反应器的研究较多,且在实际工程中得到较为广泛的应用,但是有关絮体污泥和颗粒污泥的关系以及比例对系统稳定性和反应负荷的影响研究不够全面.而且由于厌氧氨氧化菌生长速率缓慢[10],普遍存在反应器接种污泥缺乏现象,尤其对于城市生活污水处理厂,接种污泥的来源将是污水处理厂主流区实现厌氧氨氧化工艺的主要问题之一[11].因此进一步优化一体化厌氧氨氧化工艺,提高系统稳定性和总氮去除负荷,实现Anammox 菌快速大量富集对厌氧氨氧化工艺的推广应用有重要意义.本论文以 SBR 反应器为研究对象,考察了一体化工艺总氮去除负荷的变化及其限制因素;并研究了反应负荷提高过程中游离氨、絮体污泥浓度、溶解氧等因素对系统稳定性的影响以及曝气量与 DO、总氮去除负荷(NRR)之间的关系,并且提出了以曝气量作为控制反应状态的控制策略. 

版权、出处:《中国环境科学》

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