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。 \0 L9 x6 t* r0 R' K% \) X$ @: ^
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% d* Q) ~+ s; z图1 工艺流程图
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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；7 a- ^5 }# I7 n; q& f% h
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三期：反应器容积增至15000 m3，共计2500m3/d。
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% o+ y; b4 f- m一期反应器运行与实验结果- k0 d* _ x3 s
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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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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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9 f2 G+ s5 B; `# `1 y表1 进出水水质指标2 g, x: L6 s/ c0 p' i4 m
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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 |
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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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5 Q. I5 Z! j: Y" ^4 g* M+ |" c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)" W% s' i% _% u2 v% o- Q
) c; \0 J% a" o; R1 X: a" Z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 k" g$ A7 u) ~" G- G
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第二阶段运行与实验结果
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8 a$ o3 i$ D/ R! C' J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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. s4 J0 A5 H' I2 ~, g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)1 }! p# F6 w( F) D9 T5 h
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第三阶段实验与运行结果3 g* ?4 J& D: C8 T, C2 d
2 f2 B( r/ I4 o5 b5 q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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0 z! `) \9 q$ H' v# q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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' |9 L$ |$ j N1 i& E! ]- C图3 现场图% y, S# ?, _1 s: f9 k: ~9 q7 y* i
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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；0 m# y- G0 U# _1 F3 z9 Z
' I' C+ z5 j/ Q ]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；$ H, T5 l6 M: S! v2 p4 @
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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。; [- x5 z2 `: L" Y7 u
6 a, K9 A5 E* T" N) J! |实
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图4 芮诺卡反应器前后对比照$ [ s! Q; R) @+ `3 U% m
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经济分析：$ A, `2 T# ~8 c+ Z
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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；1 Y# l' j8 |+ t- b/ L2 o6 T9 @
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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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. H) N( C+ m6 z! _5 s5 s' |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；
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+ C: e0 W2 S4 p1 a u! c2500 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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6 G1 f1 n1 V( \7 N6 @: n7 G' f图5 填料的前后对比
; d6 X _/ }( ]3 V S/ v作者：彭永臻教授，张树军, B/ k' |2 i# h
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