自養(yǎng)型生物脫氮工藝的操作優(yōu)化研究.pdf

1、半短程硝化工藝和厭氧氨氧化工藝是高效、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的新型自養(yǎng)生物脫氮工藝。本研究主要探討了半短程硝化工藝單元的啟動(dòng)方法及其穩(wěn)定運(yùn)行策略，并對(duì)其關(guān)鍵操作參數(shù)進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化。對(duì)厭氧氨氧化工藝進(jìn)行了進(jìn)水方式優(yōu)化，對(duì)比研究了多點(diǎn)和單點(diǎn)進(jìn)水對(duì)厭氧氨氧化工藝的影響;同時(shí)，探究溫度、鹽度和鈣離子濃度對(duì)厭氧氨氧化工藝脫氮性能及其顆粒污泥特性的影響。本研究主要結(jié)果如下:
　　(1)采用先全程后半短程硝化啟動(dòng)策略(CNin-PNsub)，在氣提式內(nèi)循環(huán)

2、反應(yīng)器(ILAR)內(nèi)成功啟動(dòng)并穩(wěn)定運(yùn)行半短程硝化工藝，驗(yàn)證了該策略的可行性。結(jié)果表明:全程硝化工藝啟動(dòng)后通過調(diào)控堿度與進(jìn)水氨氮的摩爾比(Alk/NH4+-N)可成功啟動(dòng)半短程硝化工藝。當(dāng)Alk/NH4+-N=1.0 mol mol-1，DO=1.24±0.71 mg L-1，F(xiàn)A=3.99±2.29 mg L-1，F(xiàn)NA=0.69±0.30 mg N L-1的條件下，亞硝酸鹽積累率可高達(dá)98％，亞硝酸鹽的最大產(chǎn)率可達(dá)0.91 kg N

3、m-3 d-1。穩(wěn)定運(yùn)行后，半短程硝化工藝出水中亞硝酸鹽和氨氮摩爾比為1.15±0.06，能夠較好的滿足后續(xù)ANAMMOX工藝對(duì)進(jìn)水基質(zhì)的需求。采用修飾的Stover-Kincannon模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬分析，可得模型參數(shù)飽和常數(shù)(KB)5.8kg m-3 d-1、最大氨氮消耗速率（Umax）5.4 kg m-3 d-1。
　　(2)在ILAR中成功啟動(dòng)并穩(wěn)定運(yùn)行半短程硝化工藝后，本試驗(yàn)采用響應(yīng)面設(shè)計(jì)對(duì)半短程硝化工藝性能進(jìn)行優(yōu)化試

4、驗(yàn)。該試驗(yàn)以出水NO2-N/NH4+-N和亞硝酸鹽積累率為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)進(jìn)水氨氮濃度(NH4+-Ninf)、反應(yīng)器內(nèi)DO和Alk/NH4+-N進(jìn)行優(yōu)化組合。由試驗(yàn)結(jié)果分析可知，立方回歸模型和二次模型能夠較好的擬合出水NO2--N/NH4+-N和亞硝酸鹽積累率，其中DO、 Alk/NH4+-N和NH4+-Ninf最優(yōu)范圍分別為1.1～2.1 mg L-1，3.30～5.69和608～1039 mg L-1。驗(yàn)證試驗(yàn)值與建立的模型預(yù)測(cè)值能夠較

5、好地吻合。此外，堿度類型優(yōu)化試驗(yàn)表明，在碳酸鈉、氫氧化鈉和碳酸氫鈉中，碳酸氫鈉最優(yōu)。
　　(3)采用兩個(gè)構(gòu)型完全相同的升流式厭氧氨氧化反應(yīng)器，分別采取單點(diǎn)和多點(diǎn)進(jìn)水方式（對(duì)應(yīng)反應(yīng)器分別為R0和R1），在不同水力停留時(shí)間(HRT=2.06-1.52 h)或進(jìn)水氨氮濃度（NH4+-Ninf=70-266 mg L-1）條件下，對(duì)其厭氧氨氧化脫氮性能進(jìn)行對(duì)比研究，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)水方式的優(yōu)化。研究結(jié)果表明:隨著HRT的減小或NH4+-Ninf的

6、增加，兩反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)去除效率均降低。修飾的Stover-Kincannon模型能夠較好的模擬反應(yīng)器內(nèi)的動(dòng)力學(xué)過程。此外，有關(guān)HRT和NH4+-Ninf的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍茌^好的擬合R1。采用沖擊試驗(yàn)對(duì)兩反應(yīng)器的耐負(fù)荷沖擊能力進(jìn)行評(píng)估。結(jié)果表明:R1較R0運(yùn)行穩(wěn)定;其中，在基質(zhì)濃度沖擊試驗(yàn)中表現(xiàn)尤為突出。此外，還考察了R1和R0內(nèi)厭氧氨氧化顆粒污泥特性，明確了進(jìn)水方式對(duì)其產(chǎn)生的影響。
　　(4)采用4個(gè)UASB反應(yīng)器對(duì)比探究了溫度、鹽度和鈣

7、離子濃度對(duì)厭氧氨氧化工藝脫氨性能的影響。平行運(yùn)行UASB反應(yīng)器后將R1反應(yīng)囂置于25-9℃的室溫環(huán)境，R2、R3和R4仍在35±2℃的環(huán)境中運(yùn)行。試驗(yàn)結(jié)果表明低溫和高鹽度不利于氮素去除。厭氧氨氧化菌(AnAOB)在較低室溫條件下能夠逐漸適應(yīng)15gL-1的氯化鈉濃度，其氮素去除負(fù)荷(NRR)為1.34±0.12 kg N m-3d-1。當(dāng)R4反應(yīng)器進(jìn)水中氯化鈉濃度15g L-1時(shí)，NRR等于1.90±0.01 kg N m-3 d-1。此

8、外，還采用沉降試驗(yàn)探究了厭氧氨氧化顆粒污泥的分形維數(shù)及其滲透性，結(jié)果表明顆粒污泥表面多孔具有一定的滲透性。
　　(5)采用UASB反應(yīng)器對(duì)比研究了溫度、鹽度和鈣離子濃度對(duì)厭氧氨氧化顆粒污泥理化特性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明較高鹽度使得AnAOB的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其代謝途徑發(fā)生改變。低溫和細(xì)胞溶解降低了顆粒污泥的生物活性和機(jī)械強(qiáng)度，使得顆粒污泥的表面積增大。在鹽度脅迫下，152 mg L-1的鈣離子能夠減少AnAOB發(fā)生胞溶現(xiàn)象，同時(shí)避免AnA