采用固定式生物膜活性污泥(IFAS)反应器启动短程硝化–厌氧氨氧化(partial nitritation and anammox, PN/A)工艺。IFAS反应器总容积15000 m3,由混合相、缺氧相、好氧相组成(图1),污泥消化液处理量共计2500m3/d,分三次建设运行。* E. _+ J: u+ C6 W8 E
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! {" J1 s% Z8 k# e, a- O图1 工艺流程图
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一期:工作体积4300 m3,处理量800m3/d;
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二期:工作容积增加到7500 m3,处理量1850m3/d;! Z* E( e. T; G' s) C! `( I
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三期:反应器容积增至15000 m3,共计2500m3/d。% Y j: A9 j; g3 S0 B9 z, V3 H
* f! G: z+ ]4 g0 d4 v$ |0 x3 x一期反应器运行与实验结果
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第一阶段为100 d的启动期,最初活性污泥接种2700 m3 (8000 mg/L),平均进水流量保持不变800 m3/d启动部分硝化(1-12天)。在第13天接种anammox生物载体(52 m3),流量设定为230 m3/d,在接下来的13-100 d逐渐增加到850 m3/d。(参考北排2013年的红菌技术相关汇报资料)。
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; `# m; q+ r+ V! Q$ E+ u图2 工程进程4 S1 V, i! v' Y/ ^ Z- D) J
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在1~12 d的操作期内,NOB的丰度下降了80%,从1.01×10^9下降到1.44×10^8个拷贝基因/g SS;而AOB的丰度增加了350倍,从1.23×10^8增加到4.54×10^10个拷贝基因/g SS;出水硝酸盐浓度由390降至9.2 mg/L。出水亚硝酸盐浓度由17.7 mg/L增加到348 mg/L,累计率达97%以上。: @- ^4 R* s# U5 l
% c# y1 \$ ~ h# e H表1 进出水水质指标' P: A+ X0 @2 G/ j5 R& U
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设计指标 | SCOD (mg/L) | 氨氮 (mg/L) | 总氮 (mg/L) | 总磷 (mg/L) | 悬浮物(mg/L) | 进水 | 450 | 550 | 600 | 10 | 5000 | 出水 | 300 | 40 | 100 | 2 | 30 | 去除率(%) | 33.3 | 92.7 | 83.3 | 80 | 97 | & A3 d" Y' Q) t$ c
第13天接种anammox生物载体(52 m3),加入普通聚丙烯载体(338 m3),填充比为9%;
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# o+ o2 ^7 s: ^: O2 p0 P6 ?: `脱氮率随流量增加而逐渐提高。总无机氮去除率(NRR)在第60天增加到0.1 kg N/(m3·d),在第90天进一步达到0.27 kg N/(m3·d)
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第一阶段稳定期后,生物膜生物量增加到21.5±0.43 mg/cm2,而anammox细菌的数量达到了(2.22±0.42)×1010个拷贝基因/g SS,根据COD和氮的变化,anammox对IFAS反应器脱氮量的贡献为53 - 80%: `" c& C8 Q. ?: E6 ~- q9 V/ P
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第二阶段运行与实验结果
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& J! ~1 L8 H, L0 m6 r" o第二阶段,反应器的工作容积增加到7500 m3,进水流量从850 m3/d逐渐增加到1850 m3/d (75 d)。+ B v7 {0 n7 }" P1 c- U
1 B0 m, \6 s, T5 j# k$ O二期运行时,反应器的工作容积增加到7500 m3,以提高处理能力。根据进水流量调整曝气速率,使DO浓度保持在0.1~0.3 mg/L 。在稳定期,进水氨浓度为1630 mg/L时,NRR为0.28 kg N/(m3·d)
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! M- C$ L' Q4 j S8 `0 w) N第三阶段实验与运行结果
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* p+ {. |$ n8 p$ ?, c第三阶段(74 d),反应器的工作容积增加到15000 m3/d。同时在反应器中加入外部聚丙烯载体(1110 m3),最终进水流量达到2500 m3/d。
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反应器容积增至15000 m3。运行74天,平均氨氮浓度为1890 mg/L,进水流量逐渐增大至2500 m3/d。在稳定运行期间,污水处理滤液全部在IFAS反应器中处理,脱氮效率为85%, NRR为0.21 kg N/(m3·d)
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/ G! [2 f- ^& S/ k, y) h( M建立了15000 m3侧流式污泥滤液处理工程。采用过量污泥和有限anammox生物载体(52 m3,填充率1.2%)接种成功启动了PN/A 。作业能力最终达到2500 m3/d,平均NRR约为0.21 kg N/(m3·d), COD去除率为60%。
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( ^2 C' a5 y& p6 ~7 R图3 现场图# T$ `4 }2 |) q
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结论% g" _: W/ d9 B. D6 z5 A
6 T, V. y% o. g; r% k: J/ `进水氨和溶解氧浓度分别为830~1437 mg/L和0.1~0.3 mg/L,FA浓度为7.5-10mg NH3/L,可有效抑制其生长NOB而不是AOB;" G( b. n ]) j d# n, z2 ~: o
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Nitrosomonas隶属于AOB的硝化单胞菌在絮凝污泥中的丰度(1.2%)高于生物膜中的丰度(0.2%)。而厌氧氨氧化菌在生物膜中的丰度(17.9%)明显高于在絮凝体中的丰度(0.02%)。因此在泥膜反应器中好氧AOB更容易在活性污泥中,厌氧AOB更容易在填料表面累积;
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- q) y1 S0 C! Oanammox细菌主要是Candidatus Kuenenia。然而,以往的研究报道,Candidatus Brocadia是处理污泥脱水液的PN/A系统中anammox菌的主要属。- M1 i+ h! L; k$ X; }
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实
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图4 芮诺卡反应器前后对比照! U ^8 ]. Z: i2 q! Y" @
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经济分析:1 }' Q- R9 ?( s* J
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甲醇零投加,节省17.6 mg/L甲醇;7 o# ^7 R W1 `8 i* R* N6 j
& d, u' y$ j% k/ B. i减少污泥排放:4.3×104 kg/d;
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9 }( u: H. d$ M/ M甲醇和剩余污泥的处理费用每天减少约10 600美元;2 {, {+ _$ x6 t+ A) q! c) a3 [
0 Q) C. G J5 I. L& ]5 @电费:PN/A工艺需要3.0 kWh/m3,降低电费1.7kwh/m3;
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药剂:23.7 mg/L的聚氯化铝,6.4 mg/L的聚丙烯酰胺,每天花费988美元,折合吨水运行费用为0.392美元/t/d;
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; K) M v l0 y3 c* T3 \: z2500 m3/d侧流PN/A工艺与主流工艺结合每年可节省350万美元。
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2 c. D( \7 e# @" ^9 V2 \) ^5 k3 \" S; F图5 填料的前后对比
5 e8 z. g, I9 Z0 G作者:彭永臻教授,张树军& o, y. Y) I% U3 y8 u; e
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