短程反硝化工艺最大的应用潜力就是与厌氧氨氧化耦合进行脱氮。
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2 ]4 z2 q( b, [: z( M$ H, B短程反硝化耦合厌氧氨氧化的处理对象可以是低浓度的城市污水,也可以是含硝酸盐和氨氨的混合废水。- X( q1 m' j) U- \) Q7 K
5 A( `- J* ~ V, x) K& p1 j. f! k对于含高浓度硝态氮的金属加工.化肥制造等工业废水,采用短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺还能节省大量碳源并减少污泥产生量,因此短程反硝化精合厌氧氨氧化工艺还具备节能.减排的明显优势。
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" ~' }( K6 R, S/ ?短程反硝化与厌氧氨氧化的耦合方式可以是一体式,也可以是分段式。短程反硝化与厌氧氨氧化可互相提供反应基质,因此分段式又可以分为前置短程反硝化耦合厌氧氨氧化和前置厌氧氨氧化耦合短程反硝化。
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1 一体式短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺
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$ o! G) i1 C+ E4 {! r7 O. }一体式短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺即短程反硝化与厌氧氨氧化在同一反应系统发生,根据短程反硝化的电子供体类型又可以分为无机物驱动和有机物驱动的一体式短程反硝化耦合厌氧氨氧化。
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无机物驱动的一体式短程反硝化耦合厌氧氨氧化主要是指硫自养短程反硝化与厌氧氨氧化糯合的形式,硫化物驱动的DEAMOX工艺(Sulphide-drivenDEAMOX,S-DEAMOX)是在同一个反应器中以HS-为电子供体将NO3- -N还原为NO2- -N,再与厌氧氨氧化耦合脱氮。7 J9 t% y: D+ g6 K) @! d$ b
/ x7 W; _3 [6 JMulder等将这种硫自养反硝化耦合厌氧氨氧化的工艺(如图)成功应用在经过厌氧处理后的马铃薯加工废水中,发现DEAMOX反应器最大的氨氮去除能力达到0.6kgNH4+ -N/(m3*d),进水氮负荷可逐步提高至1.6kgN/(m3*d),TN去除率达90%。9 C% s) E' C4 ]1 x0 Y) l
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相比自养反硝化,以有机物为电子供体的异养反硝化过程更为普遍,以有机物为电子供体的一体式短程反硝化耦合厌氧氨氧化模式(Organics-drivenDEAMOX,O-DEAMOX)有较多的研究。! Q* ~7 P% ^) ?- o) k
}" u* B! Q% e( q pCao等和Du等通过接种驯化成熠的短程反硝化和厌氧氨氧化污泥在同一反应器内实现了总氮的高效去除。: W6 P a2 Q% x' c
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以乙酸钠为碳源,Cao等在进水NH4+-N=25mg/L、NO3- -N=30mg/L、COD/NO3- N=3的条件下实现了TN去除率高达97%,而Du等则在进水NO3- -N/NH4+ -N=1.0.COD/NO3- -N=2.6的条件下实现了系统长期运行稳定,平均TN去除率达93.6%。
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在O-DEAMOX工艺中,反硝化菌与厌氧氨氧化荫的长期稳定共存尤为重要,因此控制合适的C/N比和反应时间等,是保证短程反硝化菌与厌氧氨氧化菌的长期稳定的关键。% c3 O+ R$ N+ v# n
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通过添加填料来截留厌氧氨氧化菌可实现DEAMOX工艺的稳定运行,Zhang等在SBR中投加海绵填料进行氨氮与硝态氮的同步去除,Anammox菌在海绵填料上富集,TN去除率达到93%。) k* S6 ]. o$ M8 y+ C* b
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一体式短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺简单有效,短程反硝化和厌氧氨氧化在同一系统中相互促进,TN去除效果好。而且针对有机物和反应时间等两类微生物共存的难点也已经有较好的控制手段和策略,一体式操作简单,在短程反硝化精合厌氧氨氧化工艺应用方面具备较大的潜力和应用价值。; D7 Z) U+ o' y7 V6 ^% g
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2 分段式短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺
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分段式运行的优势在于可以控制各工艺适宜的反应条件和运行参数,达到更高的脱氮效率。
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8 Y, x+ ]- Y7 i2 S( \/ t3 d. f根据短程反硝化工艺的位置,分为前置短程反硝化耦合厌氧氧氧化工艺和前置厌氧氨氧化耦合短程反硝化工艺。
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前置短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺的模式如图所示。
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该工艺适合处理同时含硝酸盐和氨氨的废水,前置短程反硝化工艺可以为厌氧氨氧化提供亚硝酸盐,然后共同实现氨氮和硝态氨的同步去除,若有必要还可以增加回流,进一步处理厌氧氨氧化产生的副产物硝酸盐,提高系统TN的去除效率。$ g' o3 g! ?% d. \; J1 h! r M
6 H! r# I4 B# K* Z+ @) z4 j0 LDu等采用SBR+UASB组合工艺处理含硝态氮和生活污水的混合污水,对硝态氮.氨氮和COD的去除率分别达到89.5%.97.6%和78.7%,各项指标均能达到排放标准,而且即便是在短程反硝化被破坏阶段,出水TN也小于8mg/L,说明该工艺的抗冲击负荷能力较强,有巨大的应用潜力。
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张树立将该耦合系统嵌入污水厂的处理流程,研究了短程反硝化工艺与厌氧氨氧化工艺处理生活污水的效果。结果表明在进水氨氮.C0D,磷浓度分别为63、304和5mg/L的条件下,出水氨氮为0.2mg/L、COD为11mg/L、TP低于检出限,进一步证明了该工艺应用的可行性。
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前置厌氧氨氧化工艺精合短程反硝化模式如图所示。9 x8 F! }5 X- z4 q
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/ P% f5 f8 x* n+ S9 ?厌氧氨氧化反应产生的硝态氯在短程反硝化反应器中被还原为NO2--N,再通过回流提供给前端厌氧氨氧化反床器进行脱氮。
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Cao等采用UASB+SBR组合反应器处理高浓度含氮废水,以生活污水和外加乙酸钠为碳源进行短程反硝化,进水TN为820mg/L时出水TN<20mg/L,TN去除率高达97.8%。
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该类工艺可以解决高浓度厌氧氨氧化项目(污泥消化液等)出水残留硝态氮的问题。$ Q0 i: \: ?+ [+ J8 B8 x
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Du等的研究结果表明该工艺在高浓度和低浓度废水的深度处理中均适用。通过在线实时控制C/N比,短程反硝化工艺中NTR约80%,最大TN去除辟达94.06%,出水TN为10.98mg/L,进一步扩大了该工艺的应用领域。
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5 {, B1 R# Z2 E B. i9 Z+ F. W$ |目前分段式的研究仍处于小试研究阶段,分段式耦合工艺不需要过多的控制手段来调节反硝化荫与厌氧氨氧化菌的共存,只需提供每个工艺最佳的运行条件即可实现联合脖氮,相比一体式短程反硝化耦合厌氧氨氧化系统具备易控高效等优点。6 h4 J: k, J1 ~6 u; A. u
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