部分亚硝化—厌氧氨氧化耦合工艺处理污泥脱水液的研究

论文摘要

污泥脱水液属于低碱度、低C/N、高氨氮废水,采用传统的生物硝化/反硝化工艺已不能满足这类低C/N、高氨氮废水的处理要求。因此开发应用型高效、低耗的生物脱氮工艺显得尤为重要,亚硝化、厌氧氨氧化（ANAMMOX）、全程自养脱氮等新型生物脱氮技术的研究成为当前的研究热点。然而,目前的研究成果大多处于实验室配水研究阶段。本试验以实际污泥脱水液为研究对象,采用缺氧滤床+好氧悬浮填料生物膜连续流工艺,在常温、高溶解氧条件下,于好氧反应器中实现和维持了脱水液部分亚硝化;同时采用先启动硝化生物膜再启动ANAMMOX应器的方法,成功启动了ANAMMOX反应器,然后将部分亚硝化反应器和ANAMMOX反应器耦合起来,进而实现全程自养生物脱氮,达到高效生物脱氮目的。此耦合工艺具有无需外加有机碳源、节省需氧量、降低能耗等优点。本试验主要结果如下:在高溶解氧（6～9mg/L）、常温（15～29℃）、长SRT条件下,利用特定抑制因子游离氨（FA）对亚硝酸盐氧化菌的抑制作用,从而使氨氧化菌在数量或活性上占优势,成功地在缺氧滤床+好氧悬浮填料生物膜连续流工艺中实现了部分亚硝化。在亚硝化反应器启动前130d过程中FA浓度在1.0～10.3mg/L,均在抑制亚硝酸盐氧化菌活性的阈值范围内。长期维持FA的选择性抑制作用,从而获得稳定的亚硝化,亚硝氮积累率可达80%左右,当进水氨氮有机负荷（ALR）为1.15 kg/（m3·d）时,亚硝氮积累率高达97.7%。通过综合调控进水ALR、进水碱度/氨氮和好氧段水力停留时间,可以调节出水NO2--N/NH4+-N的比率。当进水NH4+-N平均为315.8mg/L,平均进水ALR为0.43 kg/（m3·d）,进水碱度/氨氮为5.25时,出水NO2--N/NH4+-N为1.25左右,从而为ANAMMOX工艺创造了进水条件,较好地实现了匹配ANAMMOX工艺的部分亚硝化。采用先培养自养硝化生物膜,再启动ANAMMOX反应器的方法,可以在110d内快速启动厌氧氨氧化。第200d时反应器的NH4+-N和NO2--N去除容积负荷分别为0.526kg/（m3·d）和0.536kg/（m3·d）。在启动初期,由于好氧氨氧化占主导地位,出水pH值低于进水pH值。随着启动过程的推进,厌氧氨氧化逐渐占主导地位,出水pH值高于进水。第110～200d,氨氮去除量、NO2--N去除量、NO3--N生成量的比值平均为1:1.1:0.33。在ANAMMOX反应器的启动过程中,通过反应器内NH4+-N去除量、NO2--N去除量、NO3--N生成量及它们之间的比值、进出水pH值的变化作为指示参数,可以及时了解厌氧氨氧化的启动进程。生物膜启动厌氧氨氧化的反应器在提高ANAMMOX菌的固定化、减少菌种流失方面具有较大优势。部分亚硝化反应器出水NO2--N/NH4+-N比率对提高该耦合工艺的脱氮效率至关重要,当进水NH4+-N为640mg/L,ALR为1.16kg/m3·d,进水碱度/氨氮为5.1时,进入ANAMMOX反应器的NO2--N/NH4+-N为1.2左右时,ANAMMOX反应器TN去除率可达83.8%。在不需外加有机碳源的条件下,处理高氨氮、碱度不足、低C/N实际污泥脱水液,实现了高效自养脱氮。本耦合工艺是适合污泥脱水液水质特点的新型生物脱氮技术。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1 章 绪论
• 1.1 水体中氮的形态与来源
• 1.1.l 水体中氮的形态与转化
• 1.1.2 水体中氮的来源
• 1.2 氮素污染的危害性
• 1.2.1 氨氮要消耗水体的溶解氧
• 1.2.2 增加污水处理费用
• 1.2.3 对人体的毒害作用
• 1.2.4 加速水体的富营养化过程
• 1.3 物化脱氮技术
• 1.3.1 空气吹脱法
• 1.3.2 折点氯化法
• 1.3.3 选择性离子交换法
• 1.3.4 磷酸氨镁沉淀法
• 1.3.5 蒸汽汽提法
• 1.4 传统生物脱氮技术
• 1.4.1 传统硝化/反硝化工艺
• 1.4.2 传统硝化/反硝化工艺的缺点
• 1.5 新型生物脱氮技术
• 1.5.1 短程硝化/反硝化工艺
• 1.5.2 同步硝化反硝化工艺（SND）
• 1.5.3 好氧反硝化工艺
• 1.5.4 OLAND 工艺与原理
• 1.5.5 CANON 工艺与机理
• 1.5.6 厌氧氨氧化工艺（ANAMMOX）
• 1.5.7 SHARON+ANAMMOX 组合工艺
• 1.6 本课题的研究意义和研究内容
• 1.6.1 污泥脱水液的研究现状
• 1.6.2 研究目的和意义
• 1.6.3 研究内容
• 第2章 试验装置与方法
• 2.1 试验装置
• 2.1.1 亚硝化反应器
• 2.1.2 ANAMMOX 反应器
• 2.1.3 耦合反应器试验装置与方法
• 2.2 生物膜载体
• 2.3 试验用水水质
• 2.4 接种污泥
• 2.5 分析项目和检测方法
• 2.6 主要设备仪器
• 第3章 匹配厌氧氨氧化的部分亚硝化研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验结果与讨论
• 2^--N、NO₃^--N、NO₂^--N 累积率的变化'>3.2.1 不同工况下出水 NO₂^--N、NO₃^--N、NO₂^--N 累积率的变化
• 3.2.2 不同工况下氮素化合物的转化及总无机氮去除率的变化
• 3.2.3 温度对亚硝化的影响
• 3.2.4 DO 对亚硝化的影响
• 3.2.5 FA 与pH 值对亚硝化的影响
• 3.2.6 反应系统中NH4+-N、pH 值、碱度之间的变化规律
• 3.2.7 硝化反应提前结束和在最后结束时DO 和pH 的变化
• 3.2.8 pH 和DO 的变化机理分析
• 3.2.9 部分亚硝化的试验研究及出水适用性验证
• 3.3 本章小结
• 第4章 ANAMMOX 工艺启动研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验结果与讨论
• 4.2.1 ANAMMOX 反应器的启动
• 4.2.2 启动过程中厌氧氨氧化活性的指示参数
• 4.3 本章小结
• 第5章 部分亚硝化-厌氧氨氧化耦合工艺的脱氮研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验结果与讨论
• 5.2.1 部分亚硝化反应器的运行研究
• 5.2.2 ANAMMOX 反应器的运行研究
• 5.2.3 耦合工艺的脱氮效果及分析
• 5.3 本章小结
• 结论与建议
• 结论
• 建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢