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。3 J3 V: X! s; p7 F j
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* q3 H$ B3 l# _) i# o( X1 E图1 工艺流程图- M3 R" Q0 C9 o; ^6 N2 b/ W, C b
/ j1 }5 f) z+ ]$ Z7 l6 Q
一期：工作体积4300 m3，处理量800m3/d；
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9 ^( i' W1 \ u0 S二期：工作容积增加到7500 m3，处理量1850m3/d；
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1 z2 p9 l$ X5 K! r& S6 x" Z/ N三期：反应器容积增至15000 m3，共计2500m3/d。7 u& V8 ~& r+ V& ?1 U2 }# t5 z7 w$ S
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一期反应器运行与实验结果1 s: n7 f& a( d! Y( l8 X) r$ ]& ~1 J7 O; d
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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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L. y8 z& H/ A1 [
' T; I U3 A' S8 z图2 工程进程1 H- y4 k' V6 N' G q
( l# w7 G; h3 U: G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。% h* l' P9 n4 N6 H% J
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表1 进出水水质指标2 j! k# x/ B& C6 u4 Y, L1 X; K
2 t2 l% g$ n! g# Q6 A3 ]
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 |
6 w4 R! @4 y0 |+ I3 r; @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)# Q0 ^9 A' |' L' u
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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%& o/ A6 g( r( [4 a: Q
( l7 m% B$ ?1 X N* B0 W; O: r第二阶段运行与实验结果6 J# ]4 E( D" e0 F3 e1 \" F. L
! s/ z! C' {, V+ Q, L* f5 d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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% L% x0 d% p/ S5 Q4 J3 T; L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0 @4 L8 W2 o7 V* B
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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。 m/ X. @, g/ J' s+ V9 Y+ q* q! j
( d( ]) H; l8 s8 P/ |4 J( l
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); ?- p: ^. P( @4 s O
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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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/ b0 D/ ~! }# ^+ m图3 现场图. q# x* p1 k( R; J( B
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结论
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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；
) a1 I4 Z& Z7 }1 `& f9 h
' d/ q. ] w+ X/ s5 W( {7 ]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；
5 s8 U, x, M5 \; D2 e4 L0 d+ _' W0 O3 Y# z5 d1 M$ |' ~
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。% o1 w. }( b3 y# P# I* G
! D) P8 P# c" ~( G# E实
2 b# l) Z3 K8 h+ ?) y* W图4 芮诺卡反应器前后对比照2 g5 ?( {8 J2 H G3 E. ]
' G: k/ Z, a& w# J经济分析：
, w X" y) x2 R4 {
# O1 I7 `4 p+ L4 l w/ D甲醇零投加，节省17.6 mg/L甲醇；7 u. i% c' |. i# A ?
" z' ?9 |1 u$ E7 }
减少污泥排放：4.3×104 kg/d； I1 j2 t2 F0 q: S* z2 c5 S6 k) G% ?
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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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1 h2 Q/ }; Y, n1 r" H9 K电费：PN/A工艺需要3.0 kWh/m3，降低电费1.7kwh/m3；" l; [/ v$ m5 D
- x! H& k$ [( k4 F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；8 K' |% I5 l0 G& k
1 t# G, l( z' Z* |3 k1 ]9 @
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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9 y+ ]$ h7 j) l! S( ~2 F% Q6 S图5 填料的前后对比
; _; k6 ~3 I0 b+ N) ^6 n, T作者：彭永臻教授，张树军: L }$ C* h- S$ o) c8 w
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