一段式序批PN-A工艺启动方法的模型评价和实验验证

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目前我国水环境的污染较为严重,富营养化现象持续存在,污水经济高效脱氮备受研究者们的关注。一段式短程硝化-厌氧氨氧化(PN-A)技术作为一种以厌氧氨氧化(Anammox)技术为核心的新型污水脱氮技术因无需投加碳源、耗能低而成为研究的热点。由于该技术的启动较缓慢,对处理低浓度氨氮废水的启动方法的研究及模型评价较少,因此本课题针对一段式序批PN-A工艺处理低氨氮浓度废水的启动方法,建立运行流程图,通过活性污泥模型进行模拟评价,其在理论上是可行的,再用实验验证该启动方法在实际耦合硝化污泥和anammox污泥时同样具有可行性。根据模型评价和实验结果,得出以下结论:(1)本实验根据运行流程图建立活性污泥模型,对一段式序批PN-A工艺启动方法进行模型模拟。根据NH4+-N去除率,NO2--N、NO3--N的积累率、ΔTN与ΔNH4+的比值关系进行曝气量和换水比的调整。其运行方式为:NH4+-N去除率大于85%时,若ΔTN/ΔNH4+>0.85,表明装置内负荷不够,则按1.1倍增加曝气量和换水比,提高负荷,若ΔTN/ΔNH4+≤0.85,AnAOB活性被抑制导致NO2--N积累,AOB活性较高导致NO3--N积累,需按0.9倍减少曝气量;NH4+-N去除率小于85%时,NO2--N积累率小于20%或NO3--N积累率小于30%,表明AOB和AnAOB活性被抑制,需按1.1倍增加曝气,相反则表明装置内负荷过高,需按0.9倍减少曝气和水量。(2)经过模型模拟评价可知,PN-A反应器在该启动方法下经过100d的培养硝化污泥耦合厌氧氨氧化污泥的运行中,NH4+-N的去除率从60%最终增加到了接近于100%,TN的去除率从10%增加到了 92%,NO2--N和NO3--N的积累率最终分别达到了 0%和7%,ΔNH4/ΔTN的值稳定在1.13左右。运行结果表明,该启动方法在理论上是可行的。(3)采用连续流反应器,共耗时37d成功启动厌氧氨氧化污泥。进水氮负荷在0.1kg·N/(m3·d)左右,低溶解氧(DO)是成功启动anammox工艺的影响因素,因此采用搅拌桨搅拌,防止污泥沉淀以及添加填料使anammox污泥处于厌氧环境。最终,NH4+-N去除率达到99.44%,TN去除率高达85.27%,脱氮负荷(NRR)由0.04kg·N/(m3·d)逐渐增加到0.1kg·N/(m3·d),处理效果较好,表明成功启动了厌氧氨氧化污泥。(4)根据启动方法启动一段式序批PN-A工艺处理低浓度氨氮废水时。在SBR反应器中,反应周期为6h,其中包括进水时间10min,反应时间290min,沉淀时间40min,出水时间20min,根据ΔTN与ΔNH4+的比值关系,按运行流程图调整换水比和曝气量。最终换水比在1/4,曝气泵为30RPM,NH4+-N平均去除率达到84.47%,TN去除率为76.70%,ΔNH4/ΔTN的值达到了 1.17。成功启动了一段式序批PN-A工艺处理低浓度氨氮废水,实现高效脱氮。表明运行流程图下的启动方法在实际耦合硝化污泥和厌氧氨氧化污泥中具有可行性。(5)耦合反应运行初期测得实验中MLSS为0.45 g/L,MLVSS为0.22 g/L,MLVSS/MLSS 为 0.49。运行结束时,测出 MLSS 为 1.08 g/L,MLVSS 为 0.74 g/L,MLVSS/MLSS为0.69,系统内污泥浓度比接种时的污泥浓度多了一半以上,表明装置内微生物量增加。(6)随着运行时间的增加,通过显微镜观察到颗粒污泥粒径逐渐变大,最终平均达到400μm左右,颜色呈现明显红棕色,填料中微生物富集较明显。通过电镜扫描耦合污泥,观察到其结构紧密,形状呈椭球状,具有较强吸附微生物的能力。
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