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。 U8 v% Q- B9 [
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( Z4 ]9 l+ x. e- D( d y图1 工艺流程图4 h9 T3 s* \. W' i9 L$ {
$ E/ z. @3 q4 k, k8 t2 _一期:工作体积4300 m3,处理量800m3/d;
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8 f& E) {0 M4 k& n1 s; Z3 N二期:工作容积增加到7500 m3,处理量1850m3/d;3 W# Z9 \' I: l7 f
, ^3 R( f7 C% v, Y( ~! I L1 a5 m三期:反应器容积增至15000 m3,共计2500m3/d。
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一期反应器运行与实验结果
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3 V0 x( [: J) _( p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)。6 g8 I) \( Q& a$ o4 f+ @# ?
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8 d; o1 w( T. k图2 工程进程
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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。2 o" S# ^: x, A' H
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表1 进出水水质指标
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; O" V3 A" w9 }/ J9 f; U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 |
- x- s& h# o4 L. u# Y# b! @0 _; X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%;* I9 M1 ~ F2 k: J4 u
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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)! A" Q% U; q: A/ y/ e
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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%* f$ F* x. N) ?0 K5 t/ V* T7 R. a
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第二阶段运行与实验结果- D) t+ L! x8 t: Z t' B; D
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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)。
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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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第三阶段实验与运行结果. X/ |: ~( b7 |( d8 o/ ?
) ~" c3 B# L! |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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! k/ L. A. q* c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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& W* V) L1 W% o' x3 Q# B3 M( Z5 x3 a @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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8 k6 z5 o* T5 T5 l+ B9 f) X图3 现场图: d4 I5 X: ^" ?
/ J$ [! e1 _$ }( e( @% n, ?结论 ~; c# z, D# _1 K3 L
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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;' `3 e6 G( r4 a! E6 d
. H$ G( i# X0 I: V ^' @9 JNitrosomonas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;) R1 P1 h, O. h& S! Q7 f/ o+ Z: R# Q
Q8 H; O/ u( o( Y. p# g& q" 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。$ T1 y+ n& V' l
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实
* ^' U4 c& V& `% G- i, e% c图4 芮诺卡反应器前后对比照
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经济分析:
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甲醇零投加,节省17.6 mg/L甲醇;. w' Y5 j+ P+ _( B2 X2 N
; P& ]3 o- c) e3 `7 A# z0 i% K- E$ G减少污泥排放:4.3×104 kg/d;' L% n, _' X5 P k, P. r5 K
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甲醇和剩余污泥的处理费用每天减少约10 600美元;
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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;; `3 f# f; U, b4 D
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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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图5 填料的前后对比' Z5 Q- v. P5 u n4 t. A2 g! j. U
作者:彭永臻教授,张树军& e( N# n/ \8 M! K/ K& B
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