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污水处理厌氧氨氧化工艺研究与应用进展

污水处理厌氧氨氧化工艺研究与应用进展

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【摘要】:
处理厂建造了世界第1座生产性厌氧氨氧化反应器,采用SharonAnammox系统处理污泥脱水液。此后,荷兰、德国、日本、澳大利亚、瑞士和英国等地也相继建立了共100多座厌氧氨氧化废水处理厂,除了污泥消化液,处理的废水还包括垃圾渗滤液、养殖场废水、食品废水等。目前,实际工程应用的厌氧氨氧化技术可以分为悬浮污泥统、颗粒污泥和生物膜系统。具体联系或参见更多相关技术文档。

  5.1悬浮污泥系统

  AOB和AAOB生长缓慢,世代周期长,在普通悬浮污泥系统中容易流失,所以悬浮污泥工艺常采用序批式活性污泥法反应器(SBR)形式截留微生物。

  在所有的SBR厌氧氨氧化技术中,80%为DEMON工艺。该工艺首先是在奥地利的Strass污水处理厂得到应用,其核心是通过监测pH的变化,来调整曝气时间,进而调整短程硝化和厌氧氨氧化的平衡;另一方面,该工艺利用水力旋流器调节AAOB和AOB的泥龄,微生物在离心力的作用下会被分为2部分,较轻质的AOB从顶部溢流,较重的AAOB聚集在底部回流至反应器。Strass污水处理厂实现了85%以上的自养脱氮效率。

  采用DEMON工艺的污水处理厂还包括瑞士的Glarnerland和Thun污水处理厂、德国的Heidelberg和Plettenberg污水处理厂。目前,华盛顿BluePlains污水处理厂正在建设的DEMON工艺是全球最大的厌氧氨氧化工程,设计氮负荷为9.072t/d。

  5。2颗粒污泥系统

  颗粒污泥系统的一个典型案例是帕克公司在鹿特丹建立的Anammox反应器,早期的测流工艺倾向于采用两段式系统,所以实际运行时该Anammox反应器与之前建好的亚硝化SHARON反应器进行耦合,形成了Sharon-Anammox反应系统,该系统的启动经历了3。5年。随后帕克公司又开发了一体式Anammox反应器。两段式系统中的厌氧氨氧化反应器和一体式反应器均采用上向流连续式运行,内置斜板沉淀池,实现了对污泥颗粒的截留。

  目前,一体式反应器的应用较为普遍,反应器内DO的质量浓度控制在1mg/L左右,颗粒污泥内外形成了DO含量梯度,外表适宜生长AOB,内部生长AAOB,密度较小的异养菌絮体则排到系统外。稳定运行时,TN负荷可达4.8kg/(m3·d)。

  5.3生物膜系统

  目前,生物膜形式的厌氧氨氧化工艺主要有DeAmmon和ANITATMMox等。其中,DeAmmon工艺于2001年由Purac公司和Hannover大学联合开发,在德国Haittingen污水处理厂首先得到应用。工艺由3个MBBR反应池和1个脱气池组成,3个反应池可以根据需要以串联或者并联的方式连接,MBBR的填充率为40%~50%。

  反应池的每个分区都设置间歇曝气,曝气段和非曝气段的时间分别为20~50min和10~20min,具体时间通过监测在线电导率实施调整。工艺对TN的去除率达70%~80%,实际运行TN负荷为180kg/d。

  ANITATMMox是Veolia开发的厌氧氨氧化工艺,该工艺于2011年首先在瑞典的Sj觟lunda污水厂得到应用,在测流系统中主要采用一体化的MBBR反应池。ANITATMMox可以采用纯MBBR生物膜或者泥膜混合的IFAS形式。纯生物膜工艺AAOB菌在填料的最内层,AOB在外层;IFAS工艺AAOB主要在填料上,AOB在悬浮污泥中。ANITATMMox主要控制的参数是DO含量,可以简单的将DO含量控制在一定范围,或者通过氨氮去除率、硝酸盐生成量和氨氮去除量的比来实时控制DO含量。纯MBBR系统DO的质量浓度控制在0.5~1.5mg/L,IFAS系统DO的质量浓度控制在0.3~0.8mg/L。

  6主流工程化应用

  目前,厌氧氨氧化技术研究与工程应用主要集中在工业废水和污泥脱水液、垃圾渗滤液等领域,对于城市污水的应用研究还非常有限。城镇污水处理量大、但是氨氮含量和水温相对较低、成分也更为复杂,开发适合城镇污水的主流工艺具有重要的现实意义,同时也面临着更大的挑战。厌氧氨氧化技术用于城市污水仍具有许多较为突出的问题有待解决。例如,NOB的有效抑制和AAOB的有效截留等。

  Strass污水处理厂最先开启了向主流厌氧氨氧化方向的迈进。该厂将测流厌氧氨氧化系统剩余的AAOB和AOB补充到主流,虽然实现了AAOB菌的富集,但是该厂的主流厌氧氨氧化效果仍不理想,主要是亚硝化过程不稳定。实验显示,NOB菌能适应低氧环境,因此低氧运行并不成功,而间歇曝气等相关抑制NOB的技术方法仍在探索中。

  新加坡的樟宜污水厂率先在主流工艺中成功实现了稳定的厌氧氨氧化,经过核算,该厂主流自养脱氮过程对TN的去除贡献了62%。该厂采用分段进水多级A/O工艺,系统HRT为5.8h,污泥停留时间(SRT)为5d,缺氧区和好氧区各占2.5d,污水温度全年保持在28~32℃。该厂好氧区短程硝化作用很明显,曝气池亚硝酸盐累积率为76%,缺氧区内氨氮和亚硝酸盐氮也得到了同步去除。该厂较高的水温是实现稳定亚硝化的先天优势,缺氧、好氧交替运行和短泥龄的工艺特征是实现稳定亚硝化的关键原因。

  另外,针对厌氧氨氧化反应,研究人员提出了繁殖快、生长周期短的AAOB也可以存在于泥龄较短的污水处理系统,已有相关的试验证明了该结论。

  7结语

  脱氮和能量自给已成为污水处理的2大目标。传统的生物脱氮过程在曝气和混合过程中消耗了能量,在反硝化和pH控制过程中消耗了化学药剂。而短程脱氮(包括短程硝化和厌氧氨氧化)在能耗和药耗方面均具有较大的优势。经过20多年的发展,短程脱氮已成功应用于测流等高氨氮废水的处理工程中。

  但是作为一项新技术,短程脱氮仍有许多问题尚未解决:

  1)AAOB菌生长缓慢,需要研究反应器的快速启动方法,实现AAOB的快速有效富集,缩短反应器的启动时间;

  2)AAOB对环境比较敏感,需确定厌氧氨氧化工程对不同成分废水处理的适宜性,并提出避免有毒物质对AAOB产生抑制和毒害的方法;

  3)主流厌氧氨氧化方面,需要研究提高工艺运行的稳定性,特别是提高亚硝化过程中亚硝酸盐的累积率和AAOB在低温条件下的活性等。(来源:《水处理技术》 作者:夏琼琼等)

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