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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图1 工艺流程图
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; s1 ^) {/ ]. Y* P, Q# ^( O- c A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;0 k+ ]% L* t: J: t% C2 L
1 h- ]. @, J( ^三期:反应器容积增至15000 m3,共计2500m3/d。% j3 E% D1 E! E* e) I! g: g% [
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一期反应器运行与实验结果% Q+ Q9 a9 K2 T% ?/ ?/ ^$ V) B1 n
0 A4 I$ D9 n" v, W/ n# s: S2 B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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9 L5 r5 J/ `1 q- ?+ E0 V0 H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。/ L5 \: Q8 Y" h9 |( Y6 z9 {
' F7 f/ f- ~! c% @! ^, G" {表1 进出水水质指标6 l6 A# t. g! F" y0 @) k
( F3 P7 `. A# Q0 c! w9 W0 b% 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 | K1 R. B v* J6 ^+ y8 E2 S
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)9 y9 e! t1 ]; B
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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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8 Y( R) x+ Q0 |" E第二阶段运行与实验结果; C0 B" [0 X6 Z4 h E. R* @
* I- Y. b. g+ x% s6 S' i: e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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% _7 r; L+ M: 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)! u/ d. O! z6 O/ P% g' R
9 L9 f$ C% ?6 E% `第三阶段实验与运行结果
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3 ^$ O+ Z n% O z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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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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" H* ^ \1 \& z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%。- i7 ?+ C* t; J' Z* ^
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图3 现场图& s2 c+ r P& _: }+ d; K
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结论' R$ x* ]/ g6 Q. p
: ~; w$ W/ T, j0 ^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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6 X1 R: o `8 O- j3 iNitrosomonas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;
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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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& N. U% t2 T. k7 w# b1 I6 O+ `经济分析:- x$ \( H; T3 _2 i3 }9 a+ o4 F
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甲醇零投加,节省17.6 mg/L甲醇; ~) g5 j: |4 `5 V5 ^# u
' j2 u6 P2 P) ?$ r- s$ V减少污泥排放:4.3×104 kg/d;
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: \' ~. H: l& f1 R, r9 k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;4 a! ~6 ^% Y! V' {) n# Q( {
1 w$ J1 N$ X/ D4 v* C( W; S: e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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4 R& ~7 ^ ^. {/ e2500 m3/d侧流PN/A工艺与主流工艺结合每年可节省350万美元。9 e' n. E; ]/ a( V' m/ p4 h S# |' r
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图5 填料的前后对比! O4 s/ E; A' z) P# c* m: M( F
作者:彭永臻教授,张树军
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