论文部分内容阅读
对于高氨氮废水的研究近年来一直是关注的焦点,除了低碳源需求的短程硝化反硝化外,以厌氧氨氧化技术为核心的自养脱氮技术成为研究的热点。目前研究较多的自养脱氮技术都是建立在短程硝化和厌氧氨氧化的基础上,但现有的工艺都以限氧控制为基础,很难保证短程硝化和厌氧氨氧化的高效进行。在对相关理论分析的基础上,本论文提出一种新型自养脱氮模式,这种模式以序批式活性污泥反应为基础,但在反应阶段实施了间歇性的充氧,更容易实现对氧浓度的控制,保证短程硝化和厌氧氨氧化的实施。利用这种厌氧氨氧化方法,对间歇曝气序批式活性污泥工艺实现高氨氮废水单级自养脱氮进行研究。本研究采用亚硝化-厌氧氨氧化(Nitritation/Anammox)方法进行完全自养脱氮的相关技术,选取瑞典马尔默的Sjolunda污水处理厂的活性污泥作为反应器的接种物,开展单级亚硝化-厌氧氨氧化SBR反应器的启动研究。反应器进水为人工合成废水,两个反应器的进水浓度为200mgN/L,容积负荷率为200mgN/L-d,碳酸氢氨与氨的摩尔浓度比率在1.27-1.48之间,反应器工作温度控制在30℃, pH保持在7.5±0.5。依据理想状态的厌氧氨氧化过程方程,比对相应的化学计量学系数与实时监控实际反应过程的化学计量系数的偏差,利用化学计量系数逼近法,建立了亚硝化-厌氧氨氧化单级自养脱氮反应器性能的决策工具。通过在线和离线的监测参数指标,推算出了脱氮过程的绩效计量,并得到诊断和操作反应器的化学计量系数：氨氧化转化系数R_AmmTot≥1.15、亚硝酸盐生成系数R_NitAmm<1和硝酸盐生成系数R_NatTot≥0.13。在成功启动亚硝化-厌氧氨氧化反应器后,结合本研究启动阶段建立的决策过程和反应器的脱氮性能,确定了反应器的偏差来源,并优化了反应器的参数指标,其中：进水浓度增加至500mgN/L,循环时间从12小时缩短到8小时。在反应器高效脱氮后,温度、pH和DO等参数都设置在AOB和AnAOB的最优条件范围内,氧负荷率是关键的操作参数。此时,对反应阶段实施了间歇充氧的理念,更容易实现对氧浓度的控制,保证短程硝化和厌氧氨氧化的实施。反应器SBR1的间歇循环曝气时长从28%增加到93%；反应器SBR2的间歇循环曝气频率从3次增加到25次。最终氨加载速率为750mgN/L-d,亚硝酸盐生成系数为1.08,硝酸盐生成系数为0.08以及周期氧与氨氮负荷比为1.14,脱氮效率稳定在85%以上。通过解析改变曝气时长和曝气频率对反应器性能的影响,揭示了曝气条件、反应器性能和微生物核心群落之间的响应关系。实验还对不同条件下Anammox菌群的衰减情况进行了测定。通过微生物的固体浓度和微生物活性(SAA),推算出衰减系数bAN,并运用微生物学分析法,分析衰减期间各微生物群落的变化规律,阐明不同因素对Anammox菌群衰减率的影响作用。通过实验结果可知,在不同温度的厌氧条件下,10℃、15℃、25℃和30℃对应的衰减率系数分别为0.02348/d、0.02607/d、0.03109/d和0.03107/d,证明了低温(10℃)保存Anammox菌群比高温(30℃)更能保持其活性；而在25℃的好氧条件下,衰减率系数为0.07037/d,证明了有氧条件下的衰减率大于厌氧条件下的衰减率。在衰减率实验过程中,还对其中变黑的样品加入浓度为1750mgN/L的NH4+、NO2-和浓度为8750mgN/L的NO3-进行了恢复性实验,样品颜色在一个月内由黑色变为棕红色,并且通过对氮物种的测量,证明了Anammox在适宜的条件下具有恢复性。本研究利用化学计量学逼近法为亚硝化-厌氧氨氧化单级自养脱氮反应器的快速启动提供了有效的决策工具,同时可以对反应器日常脱氮运行中参数的偏差进行快速的修正,研究成果为亚硝化-厌氧氨氧化技术的工程应用提供了数据支撑。