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。
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: J8 j6 b5 I( g# \5 v图1 工艺流程图
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一期:工作体积4300 m3,处理量800m3/d;1 K- @2 X' e ~2 A& _% H
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二期:工作容积增加到7500 m3,处理量1850m3/d;/ f9 m9 ]. Z( z
; n3 h* j6 l- }/ J三期:反应器容积增至15000 m3,共计2500m3/d。3 a$ W" G! @3 _" d+ C/ o
0 N. R2 W+ } `5 |7 j8 f一期反应器运行与实验结果( w: |2 K, u$ N7 a
/ n. U, S# [& 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)。
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" ?; B5 B3 c8 I% s' P9 s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。
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; X) |. d6 ^# L; [6 s& `表1 进出水水质指标
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$ b* m+ k8 X8 @1 M& m$ M, v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 |
' W; b; o+ y( r( ~- \! 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)$ K* A2 k3 N& z7 c+ h
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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%1 x' E. l. D8 i2 L! R: a- G+ w# o
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第二阶段运行与实验结果0 G# I3 [0 ^* x( N0 w/ r
5 y4 s+ x$ k9 A7 L) _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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$ N$ G2 ?/ ^" n- Z2 n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# M# M3 Z' K2 z: I* o% L3 \3 g( g第三阶段实验与运行结果, c; X/ d9 y* S& t8 R* V, U
1 p9 y/ l, y( U. I4 }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。/ {( g* B g3 z6 i
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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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' O: |% j0 X, n* E9 @7 D3 _$ f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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图3 现场图, y( t( a8 q7 a+ M1 U) r, ^' d3 I9 X
, C/ C# ~7 B2 S% J1 E' c# a/ N- G: |结论
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4 j. r5 J2 X# b. K4 h/ ^2 ~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;: J2 K* m- Z7 m2 A4 ~
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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;, u E0 s9 H+ d* _" }# ^
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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。# r9 |$ k- w8 y* @8 _! A( _9 | S7 G
8 x- `6 X# g: M8 ?0 {& j$ }/ E4 ?实
5 c/ G7 m4 _7 W$ j: {/ z; }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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" ]) F( X: }. @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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& E" | T2 _" S, A% q甲醇和剩余污泥的处理费用每天减少约10 600美元;- ?- W# n( X9 r9 u/ a- |" u
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电费:PN/A工艺需要3.0 kWh/m3,降低电费1.7kwh/m3;# i5 z- C# _7 ?& y$ J; j
- C$ d! a+ f; i* n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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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。& o; u6 r8 w/ X& y1 F
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. K/ @5 _1 t" y# o6 z8 f6 x x# M图5 填料的前后对比
5 W5 M- [: B# d作者:彭永臻教授,张树军
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