反硝化氨氧化工艺脱氮可行性研究

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厌氧氨氧化技术因其无需有机碳源、污泥产量低和低耗氧量等优点而受到人们的青睐,但其在处理低浓度废水时难以获取厌氧氨氧化过程反应基质亚硝酸盐(NO2--N),这制约了该工艺的大范围应用。本文基于上述情形,构建了反硝化氨氧化工艺(DEnitrifying AMmonium OXidation),探索其脱氮的可行性,从而为污水生物脱氮开辟一条新的途径。该工艺在单一反应器内同时进行着反硝化和厌氧氨氧化作用,其中厌氧氨氧化过程中的电子受体NO2--N来自于反硝化过程硝酸盐氮(NO3--N)的还原,其可以经济有效的处理含有NO3--N和氨氮(NH4+-N)的废水,如半亚硝化效率低时的出水、传统硝化反硝化过程和ANAMMOX过程出水的深度处理等。鉴于该工艺需要电子供体(有机物)将NO3--N还原为NO2--N,而通常有机物会对厌氧氨氧化菌代谢产生抑制作用;另外,该技术中厌氧氨氧化反应的电子供体NO2--N来源于反硝化过程NO3--N的还原,而一般反硝化过程NO2--N积累率较低。本文在探讨构建反硝化氨氧化工艺的可行性研究之前,分别考察了有机物对厌氧氨氧化的影响和实现反硝化过程NO2--N最大积累的方法。主要试验研究内容和结论如下:  ⑴考察了有机物对厌氧氨氧化的影响。以长期配水驯化的厌氧氨氧化污泥为对象,试验表明:在乙酸钠浓度为0~200mg/L的冲击下,厌氧氨氧化菌的活性不但不会被抑制,反而得到促进,且最大比氨氧化速率随乙酸钠浓度的升高而升高;不同碳源对厌氧氨氧化冲击试验中,氨氧化速率从高到低依次为乙酸钠、蛋白胨、葡萄糖和淀粉的系统;以可溶性淀粉和蛋白胨混合液为碳源的长期试验中,当进水有机物COD与NO2--N浓度之比(C/N)小于2时,厌氧氨氧化菌与反硝化菌能够共存并协同去除系统中的总氮,而在C/N=4时,厌氧氨氧化反应被严重抑制,停止投加有机物后,被抑制的厌氧氨氧化菌活性能够迅速恢复。  ⑵系统考察了不同污泥在反硝化过程NO2--N的积累特性。试验表明以污泥发酵液为碳源时,不同反硝化污泥都有一定程度的NO2-N积累,并表现出不同的积累特性。缺氧污泥和厌/缺/好氧污泥在反硝化过程表现短暂的NO2--N积累特征,而厌/缺氧污泥在NO3--N完全还原之前保持恒定的NO2--N积累率,可能是由于发酵耦合反硝化系统使得不完全反硝化菌(NO3--N→NO2--N)得到了富集。另外,在108天的长期运行中,初始COD/NO3--N=3,反应时间为40-60min时,厌/缺氧污泥NO2--N积累率能够稳定维持在80%左右,证实其具有较高NO2--N积累的特性不会退化,能够稳定维持。  ⑶研究了反硝化氨氧化工艺脱氮的可行性。试验证明通过接种厌氧氨氧化污泥与高NO2--N积累率的反硝化污泥可以成功的构建反硝化氨氧化系统。在98天的运行中,厌氧氨氧化菌和反硝化菌能稳定的共存在同一反应器内。其可以有效的处理含NH4+-N和NO3--N废水,并且在初始NH4+-N浓度为25mg/L,NO3--N浓度为30mg/L,COD/NO3--N为3.0时,系统出水TN浓度小于5mg/L,TN的平均去除效率高达97%。另外,分次投加有机物可以明显的减少反硝化氨氧化系统有机物的耗量;低温下反硝化氨氧化系统仍能有效的去除各种氮素,但其对氮素的去除速率大大降低。
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