高氨氮廢水最終稿

短程分泥脫氮工藝處理高氨氮廢水關(guān)鍵技術(shù)報(bào)告內(nèi)容1背景介紹2高效亞硝化技術(shù)3高效短程反硝化技術(shù)4短程脫氮耦合技術(shù)5結(jié)論與展望1背景介紹1.1高氨氮廢水《中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》：2014年我國(guó)廢水污染物中氨氮排放量為238.5萬(wàn)噸，是主要污染物之一。生活污水：出水氮根本可以滿足排放要求。高氨氮廢水：尤其是垃圾滲濾液和厭氧消化液等，出水達(dá)標(biāo)仍有一定難度，且處理本錢相對(duì)較高。高氨氮廢水種類氨氮濃度(mg/L)COD濃度(mg/L)COD/N參考文獻(xiàn)垃圾滲濾液120016001.3Kimetal.,2006垃圾滲濾液634±143554±970.9±0.2Wangetal.,2010污泥厭氧消化液3000-50008000-170001.6-5.7Yamamotoetal.,2008畜禽糞便消化液1361±721940±4641.3±0.3Scaglioneetal.,2013高氨氮廢水的特點(diǎn)傳統(tǒng)硝化-反硝化處理高氨氮廢水面臨的問(wèn)題：硝化過(guò)程需消耗大量氧氣，且工藝運(yùn)行不穩(wěn)定。污水中低濃度有機(jī)碳源不能滿足反硝化所需。假設(shè)投加外碳源那么會(huì)增加污水處理運(yùn)行本錢?！矂喢舻?，2012;KhinandAnnachhatre,2004〕1.2脫氮技術(shù)分析傳統(tǒng)硝化-反硝化短程硝化-反硝化NH4-NNO2-NNO3-NNON2ON2AOBNOB短程硝化-反硝化處理高氨氮廢水的優(yōu)勢(shì)：與傳統(tǒng)硝化-反硝化工藝相比：節(jié)省25%的供氧量節(jié)省40%的有機(jī)碳源需求量減少63%的污泥產(chǎn)量基于NO2-N反硝化速率是基于NO3-N反硝化速率的1.5-2倍(AbelingandSeyfried,1992;Bernetetal.,2001;Fuxetal.,2006;WangandYang,2004)1.2脫氮技術(shù)分析短程硝化-反硝化可能會(huì)增加N2O的釋放。N2O是一種強(qiáng)溫室氣體，其溫室效應(yīng)為CO2的300多倍，且在大氣中的生命周期為114年。大氣中N2O的濃度以每年0.3%的速度增長(zhǎng)

，而污水處理廠是N2O的第六大排放源。溫室效應(yīng)富營(yíng)養(yǎng)化(Baninetal.,1984;IPCC,2007;Lawetal.,2012;Usepa,2006)N2O的釋放高效脫氮1.3脫氮過(guò)程中溫室氣體釋放污水硝化-反硝化過(guò)程中N2O的釋放機(jī)理及主要途徑：(Wunderlinetal.,2012)NH4+NH2OHNO2-NO3-NO2-NON2ON2NON2ON2ONO2-O2O2e-e-O2e-e-e-e-有機(jī)碳自養(yǎng)硝化異養(yǎng)反硝化1.羥胺氧化2.AOB反硝化3.異養(yǎng)菌反硝化化學(xué)氧化生物氧化1.3脫氮過(guò)程中溫室氣體釋放通過(guò)采用具有較高基質(zhì)濃度梯度的SBR反響器，在高負(fù)荷條件下馴化硝化菌和反硝化菌，以期實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定短程硝化反硝化脫氮，并深入研究影響實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定短程硝化反硝化的主要因素，為高效可持續(xù)污水脫氮提供理論根底和技術(shù)支持。1.4關(guān)鍵技術(shù)研究目標(biāo)2高效亞硝化技術(shù)2.1反響器裝置圖定時(shí)器出水泵流量計(jì)曝氣裝置攪拌器加熱棒污水儲(chǔ)存罐出水儲(chǔ)存罐反應(yīng)器裝置詳圖進(jìn)水泵高效短程硝化反響器：容積為6L，SBRH-NH4-N為800mgN/L，SBRL-NH4-N為330mgN/L。SRT：馴化階段開(kāi)始控制污泥齡為10天，運(yùn)行3個(gè)SRT后不再排泥，以提高污泥濃度。曝氣200min（包括10min進(jìn)水）沉淀35min出水15min2.2長(zhǎng)期運(yùn)行亞硝化效率分析進(jìn)出水氮元素變化分析進(jìn)水NH4-N(mg/L)出水(mg/L)NH4-N去除率NO2-N/NOx-NNH4-NNO2-NNO3-NSBRH802.6±45.01.5±0.9794.1±30.16.0±3.499.8%99.3%SBRL335.5±15.20.4±0.3315.6±6.014.3±5.399.8%95.7%穩(wěn)定階段，兩個(gè)反響器的NH4-N去除率均到達(dá)99.8%，且均實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定亞硝化。穩(wěn)定條件下反響器運(yùn)行負(fù)荷分析SystemNH4-N(mg/L)NLR[g/(L·d)]NH4-N去除率參考文獻(xiàn)SBR2000.899%Aslanetal.,2009SBR333-16670.85-1.222%-78%Ganiguéetal.,2009SBR619-16160.580±12%Scaglioneetal.,2013SBR600±400.52100%Antileoetal.,2013SBR（顆粒污泥）440-7581.75100%Toràetal.,2013MBBR600-12001.583%-91%Kimetal.,2006連續(xù)流600-8005.0-9.347%-72%Toràetal.,2014SBR800±452.499.8%ThisstudySBR335±151.099.8%Thisstudy進(jìn)一步提高負(fù)荷：ⅰ)提高污泥濃度〔如培養(yǎng)顆粒污泥〕；ⅱ)縮短沉淀時(shí)間；ⅲ)提高好氧階段的曝氣量。2.2長(zhǎng)期運(yùn)行亞硝化效率分析2.3亞硝化典型SBR周期解析反響器周期中氮元素變化實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定亞硝化的原因：DO：反響階段較低的DO濃度〔小于1.5mg/L〕，以及NH4-N反響完到曝氣結(jié)束之間的時(shí)間較短。FA和FNA的聯(lián)合抑制作用。2.4亞硝化活性抑制分析FA和FNA分別對(duì)AOB和NOB的影響FA對(duì)AOB的影響模式不同，且FA對(duì)較高負(fù)荷條件下馴化的AOB抑制程度較低；FA對(duì)NOB的影響模式相同，且同樣對(duì)高負(fù)荷條件下馴化的NOB抑制程度較低。FNA對(duì)兩個(gè)反響器中AOB和NOB的抑制模式相同，F(xiàn)NA對(duì)高負(fù)荷條件下馴化的AOB和NOB抑制程度低。2.5亞硝化過(guò)程中溫室氣體釋放特征模擬周期過(guò)程中N2O的釋放rNH4-N[mgN/(gVSS·h)]N2O的釋放因子SBRH18.791.6%SBRL48.872.3%2.6亞硝化反響器中微生物解析微生物種群活性分析——OURSBRH內(nèi)源呼吸AOBNOB異養(yǎng)菌SOURmgO2/(gVSS·h)3.3341.810.591.26微生物種群分析——高通量測(cè)序no.ofsequences多樣性指數(shù)Chao1Shannon1/SimpsonSBRH41254±13022667.5±492.73.33±0.603.98±1.17SBRL46062±30783219.1±790.04.60±0.379.91±2.332.6亞硝化反響器中微生物解析OUTclosestculturedrelativesaccessionno.similarity(%)relativeabundanceSBRHSBRL76NitrosomonaseuropaeaNR117649.11000.3853±0.18780.1096±0.0323212251NitrosomonaseuropaeaNR117368.1980.0016±0.00090.0005±0.00023499NitrosomonasnitrosaNR104819.1990.0004±0.00021.39E-05±1.21E-05213487NitrosomonaseuropaeaNR114606.1970.0003±0.00029.69E-05±9.34E-05187452NitrosomonaseuropaeaNR117649.1970.0002±7.23E-056.74E-06±1.17E-05211370NitrosomonaseuropaeaAL954747.1970.0002±0.00016.74E-06±1.17E-05272911NitrosomonaseuropaeaNR040879.1990.0001±9.34E-056.74E-06±1.17E-05271689NitrosomonaseuropaeaNR117649.1970.0001±3.09E-052.23E-05±2.16E-05148851Nitrosomonassp.KT308520.1960.0001±9.65E-052.7E-05±4.67E-05154630NitrosomonaseuropaeaKF618626.1979.97E-05±4.85E-050152921NitrosococcusmobilisKU860096.11009.76E-05±4.61E-050252492Nitrosomonassp.FN394323.1985.90E-05±5.33E-05032683Nitrosomonas

Al-7KAF043136.3975.79E-05±6.12E-051.39E-05±1.21E-0596745Nitrosomonassp.KT308520.1975.03E-05±4.36E-051.35E-05±2.33E-0510414Nitrosomonassp.AJ011920.1984.19E-05±3.11E-053.67E-05±4.46E-05268476Nitrosomonassp.KP749218.1974.08E-05±2.80E-051.51E-05±1.32E-05215NitrosomonasstercorisAB900133.1983.29E-05±2.86E-050.0224±0.0041120012NitrosomonaseuropaeaKF618626.1971.73E-05±3.00E-050.0001±5.12E-059381NitrosomonaseuropaeaNR117649.19600.0003±5.29E-05136651NitrosomonaseutrophaM96402.19800.0003±2.61E-058043Nitrosomonassp.AF363293.19505.86E-05±4.49E-05106001Nitrosomonassp.HF678378.19705.68E-05±4.05E-05118113NitrosomonaseutrophaNR027566.19704.85E-05±4.28E-0579647Nitrosomonassp.KT308519.19704.54E-05±3.95E-052.6亞硝化反響器中微生物解析2.7結(jié)論SBRH和SBRL兩個(gè)反響器均實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定亞硝化，NH4-N負(fù)荷分別為2.4g/(L·d)和1.0g/(L·d)。亞硝氮積累的主要原因?yàn)椋悍错戨A段較低的DO濃度〔小于1.5mg/L〕，NH4-N反響完到曝氣結(jié)束之間的時(shí)間較短，以及FA和FNA的聯(lián)合抑制作用。當(dāng)氨氮負(fù)荷較大〔即反響器內(nèi)FNA濃度超過(guò)一定濃度〕時(shí)，N2O的釋放因子隨負(fù)荷的升高而降低。較高負(fù)荷條件下馴化的活性污泥中，微生物種群多樣性較低，反響器中的NOB和異養(yǎng)菌仍有一定活性。3高效短程反硝化技術(shù)3.1反響器裝置圖基于NO2-N的反硝化反響器：四個(gè)不同碳源的反響器〔乙酸-SBR1、丙酸-SBR2、蛋白胨-SBR3和淀粉-SBR4〕，容積均為2L，進(jìn)水NO2-N濃度均為200mgN/L，COD/N為4:1。SRT：每天排泥200mL，控制污泥齡為10天。攪拌190min（包括10min進(jìn)水）沉淀35min出水15min3.2短程反硝化運(yùn)行性能分析反響器周期反響器運(yùn)行性能分析四個(gè)反響器的去除負(fù)荷分別為0.602、0.604、0.518和0.559gN/(L·d)。SBR1、SBR2和SBR3中，N2O產(chǎn)生的變化趨勢(shì)相似〔先升高，后迅速降低至較低水平并穩(wěn)定〕，最大N2O產(chǎn)生量為0.0200、0.0281和1.3772mgN/L。SBR4中，N2O產(chǎn)生的變化趨勢(shì)在0-40min與其他三個(gè)反響器相似，但產(chǎn)生量較高，然而，N2O的產(chǎn)生量隨著反響的進(jìn)行又逐漸升高，在反響結(jié)束到達(dá)最大值5.888mgN/L。InfluentNO2-Nloadingrate[gN/(L·d)]MLVSS(g/L)Sludgeloadingrate[gN/(gVSS·d)]NO2-Nremovalefficiency(%)rNO2-N[gN/(gVSS·h)SBR10.604±0.0042.07±0.150.29±0.0299.75±0.08-102.32SBR22.00±0.070.30±0.0199.92±0.06-59.43SBR32.85±0.140.18±0.0185.71±0.74-11.79SBR43.97±0.200.14±0.0192.47±0.44-6.513.2短程反硝化運(yùn)行性能分析3.3短程反硝化活性抑制分析FNA對(duì)反硝化活性的影響以簡(jiǎn)單有機(jī)物〔乙酸鈉或丙酸鈉〕為碳源時(shí)，反硝化活性受FNA影響較大，而以復(fù)雜有機(jī)物〔蛋白胨或淀粉〕為碳源時(shí)較小〔碳源代謝途徑？〕3.4短程反硝化菌群解析微生物種群和nosZ基因分析——高通量測(cè)序No.ofSeqsNo.ofOUTs多樣性指數(shù)Chao1ShannonSimpsonSBR12520132677371.42431460.9455SBR23181538877891.64232440.9381SBR32825927934876.1325380.9613SBR42619832546514.55130750.97383.5結(jié)論四個(gè)反響器的去除負(fù)荷分別為0.602、0.604、0.518和0.559gN/(L·d)。以NO2-N為電子受體的反硝化過(guò)程中，反硝化速率和N2O的產(chǎn)生同時(shí)受碳源和FNA的影響〔尤其FNA濃度過(guò)高時(shí)〕。以復(fù)雜碳源為電子供體時(shí)，F(xiàn)NA對(duì)反硝化性能影響較小。四個(gè)反響器中均檢測(cè)出反硝化菌Thauera，所占比例分別為19.8%、19.0%、2.6%和10.7%。4短程脫氮耦合技術(shù)4.1反響器裝置圖進(jìn)水:1.5L高氨氮廢水/周期出水：1.5L/周期回流:1.5L/周期反硝化反應(yīng)器6L硝化反應(yīng)器6L短程硝化-反硝化裝置回流比:1/4回流:3L/周期回流比:1/2耦合短程硝化-反硝化反響器：兩個(gè)反響器容積均為6L，進(jìn)水NH4-N濃度為1200mgN/L，碳源為蛋白胨和淀粉1:1混合，COD/N為2:1。反硝化反響器出水3L全部回流入短程硝化反響器，反硝化進(jìn)水為1.5L高氨氮廢水和1.5L短程硝化反響器進(jìn)水。SRT：反硝化反響器為10天，短程硝化反響器開(kāi)始控制污泥齡為10天，運(yùn)行3個(gè)SRT后不再排泥。曝氣200min（包括10min進(jìn)水）沉淀35min出水15min攪拌200min（包括10min進(jìn)水）沉淀35min出水15min4.2耦合工藝長(zhǎng)期運(yùn)行分析反響器長(zhǎng)期運(yùn)行進(jìn)水NH4-N(mg/L)出水(mg/L)NH4-N去除率NO2-N/NOx-NNH4-NNO2-NNO3-NSBRDN1172.74±3.49659.29±4.740.14±0.07099.98%SBRPN0.17±0.11566.06±3.0641.07±0.9393.24%4.3耦合工藝反響周期分析短程硝化反響器模擬周期rNH4-N[mgN/(gVSS·h)]rNO2-N[mgN/(gVSS·h)]rN2O-N[mg-N/(gVSS·h)]N2O釋放因子-45.8643.180.400.88%反響器中較高濃度的NO2-N并未導(dǎo)致較高濃度的N2O釋放，可能的原因是較高濃度的FNA〔大于0.08mg/L〕會(huì)抑制AOB反硝化過(guò)程中N2O的釋放。反硝化反響器模擬周期時(shí)間(min)rNO2-N[mgN/(gVSS·h)]rN2O-N[mg-N/(gVSS·h)]r蛋白胨(mg/L)rTOC(mg/L)N2O轉(zhuǎn)化率0-10-34.673.64-58.53-72.7210.5%10-20-34.670-53.04-29.58020-55-19.520-28.04-13.15055-85-13.163.27-4.73-0.9724.9%85-115-8.894.650052.3%4.3耦合工藝反響周期分析以蛋白胨為碳源的反硝化反響器模擬周期時(shí)間(min)rNO2-N[mgN/(gVSS·h)]rN2O-N[mg-N/(