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厌氧氨氧化在城市污水主流处理工艺中的应用

北极星环保网来源:工业水处理 张鹏达2019/1/28 10:11:03我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:厌氧氨氧化 脱氮工艺 污水脱氮

北极星环保网讯:厌氧氨氧化工艺已经广泛应用于侧流处理,但在主流条件下应用时,尚存在一定难度。在主流应用时,需要先对污水进行预处理,消除碳、磷的影响,然后再通过控制温度、溶解氧等因素来保障厌氧氨氧化过程的有效进行。影响厌氧氨氧化在主流工艺中应用的因素包括温度、pH和进水C/N等,还需考虑污泥形态、NOB抑制等问题,以保证主流工艺运行的稳定性。此外,厌氧氨氧化在侧流条件下的启动及主流条件时的稳定运行,均需通过多因素控制来实现。

厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation,Ana-mmox)的发现为污水脱氮提供了一种新的方式。与传统的硝化/反硝化脱氮工艺相比,Anammox可以减少100%的有机碳源投加量,降低60%的曝气量,产泥量也会减少90%。这些优势吸引了国内外大量科研人员对其进行研究,进而推动了以Anammox为基础的脱氮工艺的发展,特别是在垃圾渗滤液、污泥消化液、工业废水等侧流城市废水处理中均取得了较好的效果。

与侧流相比,城市污水主流具有更低氨氮质量浓度(9~67mg/L),更低运行温度(冬季10~16℃)的特点。这意味着,在主流条件下氨氧化菌(AOB)的生长速率比亚硝酸盐氧化菌(NOB)低;同时,游离氨(FA)和游离亚硝酸(FNA)对NOB的抑制将不复存在。

NOB的增殖会导致大部分的氨转化为NO3-,而非N2,不能提高污水中总氮的去除率。而且,城市污水中的有机物会促进异养微生物的增殖,在有机物存在时,厌氧氨氧化菌(AnAOB)的生长速率比异养菌慢,从而抑制了AnAOB的生长,进而影响污水处理效果。

此外,在城市污水处理过程中,温度、氮浓度、有机物浓度等因素随季节而变化,也会影响工艺性能。因此,将Anammox应用于城市污水主流处理工艺时,常需要对污水进行前处理。

1前处理方式及作用

城市污水中通常混杂有泥沙、悬浮物、有机物等物质,前两者会对污水处理厂的管路、构筑物造成影响,而有机物会促进异养菌的增殖,从而影响Anammox工艺的性能。此外,污水中的磷也会抑制AnAOB。研究表明,当水中磷>620mg/L时,颗粒污泥和悬浮污泥的比厌氧氨氧化活性(SAA)会明显受到抑制。

Anammox工艺有能源回收甚至产能的潜力,可以通过多级碳氮磷分离,分别对各物质进行处理,实现资源的高效回收。因此,为了保证AnAOB更好地生长繁殖,同时实现碳、磷等资源和能源的回收,需要对城市污水进行碳氮磷分离。

Anammox在侧流应用时,其进水常为污泥厌氧消化液,当采用两段式部分亚硝化/厌氧氨氧化(partial nitritation Anammox,PN/A)工艺(见图1)时,原水先进入硝化反应器,通过控制硝化反应器的运行条件,实现短程硝化。

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图1两段式Anammox工艺

经过沉淀池后,清液进入厌氧氨氧化反应器,出水回到城市污水主流。而主流Anammox的进水需通过格栅、沉砂池常规处理后,再进行预处理,即碳氮磷分离(见图2),或采用侧流富集、主流强化的方式(见图3),通过厌氧氨氧化菌的补给,确保处理效果。

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图2预处理的主流Anammox工艺

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图3Strass污水处理厂Anammox工艺

碳捕捉可以采取多种方式。XiaojinLi等用混合厌氧反应器对进水进行厌氧预处理,去除了92%的COD,使PN/A进水COD为22mg/L。但混合厌氧反应器中会积累硫酸盐还原菌,将进水中的硫酸盐还原为硫化物。

硫化物一方面会对微生物直接造成毒理影响,另一方面可以作为反硝化细菌的电子受体,影响Anammox性能。M.Laureni等将城市污水进行初沉后,接入好氧SBR反应器(12L,SRT为1d)以去除COD,结果表明,出水NH4+-N为(21±5)mg/L,残余总COD为(69±19)mg/L,COD去除率达到80%以上。

也有研究认为,可以联合2种处理方式,即污水在进入厌氧消化段之前,先通过低污泥停留时间(SRT)的好氧段,实现产甲烷的最大化。荷兰鹿特丹Dokhaven污水处理厂采用A-B工艺设计,BOD在A段(HRT=1h,SRT=0.3d)中通过高负荷反应器去除,使污水中大部分碳转化进入污泥,以得到最大化的产甲烷量。

另外,采用短程反硝化耦合Anammox工艺处理实际生活污水时,短程反硝化不仅可以消耗污水中的有机物,还能将NO3-还原为NO2-,满足Anammox的进水要求。

预先将污水中的磷进行去除或回收,能使后续Anammox工艺取得更好的脱氮效果,常用的方法有生物除磷和化学除磷。生物除磷是利用聚磷菌对原水中的磷进行去除,化学除磷则采用投加FeCl3、AlCl3等化学除磷药剂的方法,将磷从污水中沉淀分离。

荷兰鹿特丹Dokhaven污水处理厂的工艺流程中,在A段投加FeCl3,有效地将进水中的磷降低为1mg/L,为B段的Anammox工艺创造了有利条件。

延伸阅读:

“红菌”发展简史:厌氧氨氧化的发现、研究与应用

厌氧氨氧化污水处理工艺及其实际应用探究

厌氧氨氧化耦合部分反硝化处理低浓度氨氮废水

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