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。4 h2 o& W! k# a4 [5 h
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0 d1 ^7 s6 {+ l* _! P9 D+ g
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. N: q% R+ i8 ^3 ]9 m! a5 t: T9 W, I图1 工艺流程图) N; N+ Q2 y/ `% V1 ]3 r( w: `
! A9 ?+ n+ `) m% b) X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；
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三期：反应器容积增至15000 m3，共计2500m3/d。
0 B3 p. U4 z1 Y* f/ |- ]0 K0 k/ c" z! L8 l: W8 S. Y; r6 f
一期反应器运行与实验结果
/ A; l, [) m1 {0 N8 H, H. e9 ^& U$ p6 O- A+ G! N$ Q! m# s
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）。$ Z& ` T! E4 s0 G: K
: H1 W% q6 [2 ^3 }. ]
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) S$ m6 D0 L* N图2 工程进程/ ^7 Z7 U/ s0 C* S3 D" Q3 Z, ?
9 T8 ]$ H6 Q* D6 n! ]6 y
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。# {* \6 z. {( C; _! K
# p5 s6 n0 o* ^表1 进出水水质指标
" [- ~. v7 P s! i* n1 N
0 F# y" t Y7 B0 G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 |
$ }9 L5 [! p0 a o" Z, D* K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%；% l* d) `! T% x1 L4 w
1 R, F9 x: e1 E( o9 [$ r4 w
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%. t+ x( R q& o7 z+ D
5 M' U! D; D: w5 }" L- C第二阶段运行与实验结果: }* m1 B, A: j0 C
$ U) T: o0 J, ^. |. P* Z) N
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- t% H( y) L; k6 f
( p& e7 _9 q/ c6 A3 x& k
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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7 Z3 i" f Z- |4 y/ w, @3 t; F第三阶段实验与运行结果: R( w. F, J: r) }$ O/ h
" Q& G6 N7 V4 [- P Q/ A
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。5 B; D3 C `/ X) ~/ A% t
6 r% n% V, d {1 \9 n
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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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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( G1 L) S$ L. [2 @& v- q* @图3 现场图- c: F: F& q8 H- m% F8 j2 a
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结论
- o+ z8 f6 M1 p9 Z9 X
) T; [$ L( ]$ S1 M. Q2 h3 B. @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；
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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；; r% z$ R: ]. n: a7 _0 ]' R
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anammox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。
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实
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图4 芮诺卡反应器前后对比照
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经济分析：
: y; \$ x1 ]5 J' z' X! O! N/ I9 ~1 H. K6 R& K4 D2 ^( Z# _
甲醇零投加，节省17.6 mg/L甲醇；+ H4 c/ C! d. q6 f5 ^6 v1 `
0 c1 [- V- p' i) o! n9 m* ]
减少污泥排放：4.3×104 kg/d；
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, |: Q2 n6 M1 Q4 V/ X) ]甲醇和剩余污泥的处理费用每天减少约10 600美元；2 M( r4 p1 H( y
. Q' j/ ~6 q; T' V, M! [% C
电费：PN/A工艺需要3.0 kWh/m3，降低电费1.7kwh/m3；* h# n. z1 j1 x/ a# C: i
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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；" J( G" e" d6 }9 ~% x. T# J! y
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2500 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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$ p5 X3 I5 v* J+ W2 J图5 填料的前后对比, N8 k/ i! q' m/ p2 O6 r, D
作者：彭永臻教授，张树军- b$ X1 @) U% \) `) F4 H' u2 Z
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