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2.3.2、SNAD单元运行效果
水解酸化出水进入拔风溅水生物滤池,整个工艺运行阶段,反应器进出水氮化合物及COD浓度及去除率变化如图7所示。0~18d时,反应器NH4+-N浓度由34.9mg/L降低到23.5mg/L,NO2--N与NO3--N平均浓度分别为5mg/L与16mg/L;COD的去除率在50%左右。
此期间内总氮去除率不足10%,主要因为拔风管通风流速过慢且反应器内外温差过小,使通风效果不佳导致溶解氧浓度较低,造成NH+4-N去除率只有47.1%左右;而反应开始至第18d,反应器处于室温条件下(12℃),此温度下不利于亚硝化菌的生长代谢,因此产物大多为NO3--N,该温度也极大地抑制了ANAMMOX反应并影响了反硝化速率;此阶段水解酸化出水的VFAs/COD较低,同时出水未回流,导致反硝化脱氮效率较低;此外生物滤池进水C/N比约为1.2∶1,也影响了SNAD反应的效果。
因此,从第19d起,通过加热手段将反应器内温度控制在34±1℃左右,同时调节通风孔流速,提高反应器内部溶解氧,滤池出水回流至进水端,提高溅水溶氧的效果并强化反硝化反应。出水NH4+-N、NO3--N及COD浓度逐渐降低,第40d时分别为3、4与7mg/L,出水NO2--N浓度为1mg/L;COD与总氮去除率分别达到76.7%与84.1%。
此外第32d进水C/N比降至1∶1,至第40d降至3∶5。由图7可以看出,反应器C/N小于1时,NO3--N与NO2--N浓度分别从27.8、8mg/L降至9、1mg/L,TN去除率增至84.1%,COD去除率提高到76.7%,反应器运行良好,COD去除率在C/N为3∶5时保持稳定,该进水C/N比接近SNAD工艺最优C/N比(1∶2)。
此外VFAs/COD的提高也会加快反硝化反应速率并减小对ANAMMOX反应的影响,从而提高脱氮效率。由去除的COD浓度(23mg/L,第40d)可知,由反硝化去除的总氮约为5~6mg/L左右(按照去除1gNO3--N需要4gCOD计),其余大部分总氮去除由ANAMMOX反应完成。
推测SNAD生物膜的除碳脱氮机理为:亚硝化反应在生物膜好氧区占主导地位,反硝化反应与ANAMMOX反应在生物膜厌氧区占据主导地位。在生物膜好氧区,限氧条件下亚硝化菌消耗一定的溶解氧将部分NH4+-N氧化成NO2--N,同时为生物膜内层的厌氧氨氧化与反硝化创造良好的厌氧环境;在生物膜厌氧区,限氧环境下剩余的COD与ANAMMOX产物NO3--N进行反硝化反应,脱氮的同时降低COD,为ANAMMOX菌提供最优的生长环境;在生物膜厌氧区内部,ANAMMOX菌利用剩余的NH4+-N以及亚硝化产物NO2--N生成氮气及少量的NO3--N。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
3、结语
通过本文试验结果的分析得出以下结论:
(1)水解酸化单元在C/N比2∶1条件下,COD的去除率可达到69%,出水C/N比为3∶5;VFAs成分主要为乙酸,丙酸和正丁酸三种,浓度含量平均分别为88.4%、6.5%以及5.1%,VFAs/COD为0.74。
(2)在SNAD脱氮单元,通过亚硝化、反硝化与厌氧氨氧化的耦合作用,COD与总氮的去除率分别可达到76.7%和84.1%。脱氮主要由ANAMMOX反应完成。
(3)厌氧水解-SNAD组合工艺COD与总氮总去除率分别达到92.8%和84.1%。
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