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、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方法及其穩(wěn)定運行策略，并對其關(guān)鍵操作參數(shù)進行響應面優(yōu)化。對厭氧氨氧化工藝進行了進水方式優(yōu)化，對比研究了多點和單點進水對厭氧氨氧化工藝的影響;同時，探究溫度、鹽度和鈣離子濃度對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策略(CNin-PNsub)，在氣提式內(nèi)循環(huán)

2、反應器(ILAR)內(nèi)成功啟動并穩(wěn)定運行半短程硝化工藝，驗證了該策略的可行性。結(jié)果表明:全程硝化工藝啟動后通過調(diào)控堿度與進水氨氮的摩爾比(Alk/NH4+-N)可成功啟動半短程硝化工藝。當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98％，亞硝酸鹽的最大產(chǎn)率可達0.91 kg N

3、m-3 d-1。穩(wěn)定運行后，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工藝對進水基質(zhì)的需求。采用修飾的Stover-Kincannon模型進行動力學模擬分析，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中成功啟動并穩(wěn)定運行半短程硝化工藝后，本試驗采用響應面設計對半短程硝化工藝性能進行優(yōu)化試

4、驗。該試驗以出水NO2-N/NH4+-N和亞硝酸鹽積累率為優(yōu)化目標，對進水氨氮濃度(NH4+-Ninf)、反應器內(nèi)DO和Alk/NH4+-N進行優(yōu)化組合。由試驗結(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。驗證試驗值與建立的模型預測值能夠較

5、好地吻合。此外，堿度類型優(yōu)化試驗表明，在碳酸鈉、氫氧化鈉和碳酸氫鈉中，碳酸氫鈉最優(yōu)。
　　(3)采用兩個構(gòu)型完全相同的升流式厭氧氨氧化反應器，分別采取單點和多點進水方式（對應反應器分別為R0和R1），在不同水力停留時間(HRT=2.06-1.52 h)或進水氨氮濃度（NH4+-Ninf=70-266 mg L-1）條件下，對其厭氧氨氧化脫氮性能進行對比研究，實現(xiàn)了進水方式的優(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器內(nèi)的動力學過程。此外，有關(guān)HRT和NH4+-Ninf的經(jīng)驗模型能較好的擬合R1。采用沖擊試驗對兩反應器的耐負荷沖擊能力進行評估。結(jié)果表明:R1較R0運行穩(wěn)定;其中，在基質(zhì)濃度沖擊試驗中表現(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，明確了進水方式對其產(chǎn)生的影響。
　　(4)采用4個UASB反應器對比探究了溫度、鹽度和鈣

7、離子濃度對厭氧氨氧化工藝脫氨性能的影響。平行運行UASB反應器后將R1反應囂置于25-9℃的室溫環(huán)境，R2、R3和R4仍在35±2℃的環(huán)境中運行。試驗結(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15gL-1的氯化鈉濃度，其氮素去除負荷(NRR)為1.34±0.12 kg N m-3d-1。當R4反應器進水中氯化鈉濃度15g L-1時，NRR等于1.90±0.01 kg N m-3 d-1。此

8、外，還采用沉降試驗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反應器對比研究了溫度、鹽度和鈣離子濃度對厭氧氨氧化顆粒污泥理化特性的影響。試驗結(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。低溫和細胞溶解降低了顆粒污泥的生物活性和機械強度，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，同時避免AnA