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。" \5 j" {2 h5 m3 {( W$ }% ?
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, a, @2 V: n& ~图1 工艺流程图
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4 q$ N# |, A* T0 F2 I& x% d一期:工作体积4300 m3,处理量800m3/d;
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3 `) P/ j; J4 a6 Q0 k$ x二期:工作容积增加到7500 m3,处理量1850m3/d;
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F5 r! L. E- n! Z4 V( P% j* n6 y三期:反应器容积增至15000 m3,共计2500m3/d。# y+ e" C- E3 h5 G
& c. {+ l; _8 C7 X" V; y) v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)。) p5 n$ O9 [ }. ?5 z
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% D. R% m8 O9 i* b, i" R3 Z图2 工程进程8 w9 {2 f6 w! z0 t; ?
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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。# e* ]* y+ m/ [* p/ u
' |: e( R, K2 S+ B* e5 y表1 进出水水质指标
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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 |
7 j% C# c4 z4 M1 l# d9 n. F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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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%
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第二阶段运行与实验结果3 C5 D, e& l! T& Q& s
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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)。/ W" ?0 I4 ] y+ ~% ~ y
5 z' \& h/ W) U8 n& v; \2 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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第三阶段实验与运行结果, U) e; T: H, n4 c8 g, j' R
, ~. w8 a) {2 N* O3 |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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* I' v+ r' W) ^( s( U, X1 @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%。/ Q: I( C; g: @0 D1 F9 q
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; E0 c o$ e- O) `, b( u5 a: A图3 现场图
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& r/ H: J1 T1 m3 {2 |, U* |结论4 w" G! b1 U8 l4 }1 H% S8 O
3 _$ O% x( C" {. f1 a: j8 ^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;% e7 ?" x6 W& W# v! ]) ^0 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;( J. ^* r$ t( T$ m0 n' g! z- l
/ m/ d5 ~- o( o# \) Kanammox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。0 B! j- w- H' j d% g6 L
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实
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图4 芮诺卡反应器前后对比照. P0 [+ I& V+ T/ b
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经济分析:, ~3 i2 Z' s$ v% P$ G
. r8 X8 ?6 O3 L1 m! A! u甲醇零投加,节省17.6 mg/L甲醇;
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减少污泥排放:4.3×104 kg/d;
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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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9 {- s# W4 O6 [: [' D0 h# @电费:PN/A工艺需要3.0 kWh/m3,降低电费1.7kwh/m3;* b) A: Q: ~# e0 X8 J
. ~, A$ P7 a. R) b4 Q/ [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! `& Q! H. w
- }# H7 ]3 {4 I4 o8 v( d/ D2500 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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: I) N! x6 W! G/ Y图5 填料的前后对比! K0 \' m( w, c7 P% _
作者:彭永臻教授,张树军
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