SONIR生物脫氮工藝研究.pdf

1、廢水氮素污染已成為環(huán)境領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。針對廢水生物脫氮，國內(nèi)外學(xué)者不斷探索研究，成功開發(fā)了一批新型廢水生物脫氮工藝及高效生物脫氮反應(yīng)器。其中，一體式PN-ANAMMOX工藝具有工藝流程短、占地面積小、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)勢，具有誘人的應(yīng)用前景。該工藝基于PN和ANAMMOX單元，由于PN和ANAMMOX所需的菌種和條件均存在差異，且存在基質(zhì)競爭、基質(zhì)抑制和堿度消耗等工藝難題，有必要優(yōu)化反應(yīng)器構(gòu)型和工藝參數(shù)，促進(jìn)AOB和AnAOB生長以及短程硝

2、化和厭氧氨氧化反應(yīng)，并減少堿度消耗，降低運(yùn)行成本。
　　SONIR(Self-driven Oscillation Nitrogen Removal)反應(yīng)器以半量短程硝化和厭氧氨氧化單元為構(gòu)建模塊，成功實現(xiàn)了好氧區(qū)與厭氧區(qū)的分割，穩(wěn)定了功能菌的空間分布;通過好氧區(qū)尾氣的獨(dú)立釋放，擺脫了傳統(tǒng)氣升式生物反應(yīng)器氣流與液流捆綁聯(lián)動的窘困，賦予反應(yīng)器兼?zhèn)淙鞈B(tài)和推流態(tài)的優(yōu)勢，優(yōu)化了功能菌生境;亞硝氮邊產(chǎn)生邊利用，節(jié)省了堿耗，同時避免了PN-

3、ANAMMOX工藝中亞硝氮的生物毒害和NO2--N/NH4+-N比例的難調(diào)問題。本文系統(tǒng)研究了新型一體式PN-ANAMMOX工藝——SONIR工藝的性能及其支撐條件，主要研究結(jié)果如下：
　　1)半量短程硝化和厭氧氨氧化單元具有高效性和穩(wěn)定性，用作SONIR工藝的組成單元是可行的。半量短程硝化單元的的最高氨氮負(fù)荷(ANL)、最高氨氮轉(zhuǎn)化速率(ARR)和最高亞硝氮積累速率(NiAR)分別為7.0kg N·m-3·d-1、3.79kgN

4、·m-3·d-1和3.22kg N·m-3·d-1，所取得的短程硝化容積效能已達(dá)到目前文獻(xiàn)報道的先進(jìn)水平(NL=5.9kg N·m-3·d-1，ARR=3.1kg N·m-3·d-1);半量短程硝化單元具有較高的目標(biāo)產(chǎn)物選擇率，亞硝氮積累率為(91.83±2.98)％。厭氧氨氧化單元的最高容積總氮負(fù)荷和總氮去除速率分別為NL=11.00kg N·m-3·d-1和NRR=8.68kg N·m-3·d-1，所取得的厭氧氨氧化容積效能已達(dá)到目

5、前文獻(xiàn)報道的先進(jìn)水平(NL=9.5kg N·m-3·d-1)。半量短程硝化單元的容積氨氮負(fù)荷在2.71～7.00范圍內(nèi)波動，其效能穩(wěn)定性良好;厭氧氨氧化單元的容積總氮負(fù)荷在3.99～11.00范圍內(nèi)波動，其效能穩(wěn)定性良好。基質(zhì)比(NH4+-N∶NO2--N)可對厭氧氨氧化單元的運(yùn)行性能產(chǎn)生顯著影響，基質(zhì)NH4+-N和NO2--N之比值偏離理論值(NH4+-N∶NO2--N=1∶1.32)越大，對厭氧氨氧化容積效能的影響越顯著。限制性基質(zhì)

6、的轉(zhuǎn)化不受基質(zhì)比影響，亞硝氮的生物毒性強(qiáng)于氨氮，在NH4+-N∶NO2--N=1∶3的條件下，厭氧氨氧化單元的容積效能最低，為3.59kgN·m-3·d-1，與最高容積效能8.68kg N·m-3·d-1相比，降低58.64％。在SONIR工藝操作中，宜使NO2--N成為限制性基質(zhì)，控制NO2--N/NH4+-N值≈1，以降低亞硝氮的生物毒性對SONIR工藝性能的影響。
　　2)SONIR工藝具有高效性，其容積氨氮負(fù)荷和容積總氮去

7、除速率分別可達(dá)7.86kg N·m-3·d-1和2.91kg N·m-3·d-1。在進(jìn)水氨氮濃度為563.73±7.81mg·L-1，HRT為4.0h，氣水比為120，供氧速率為216.0kg O2·m-3·d-1，容積負(fù)荷為3.38±0.04kg N·m-3·d-1的工況下，SONIR反應(yīng)器的最高容積總氮去除速率和總氮去除率分別為2.68kg N·m-3·d-1和78.11％，效能指標(biāo)位于同類工藝前列。
　　3)與傳統(tǒng)生物脫氮工

8、藝相比，SONIR工藝的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢顯著。它是全自養(yǎng)型生物脫氮工藝，無需外加碳源，主要工藝物耗是氧耗和堿耗。SONIR工藝的氧利用率為(3.01±0.14)％，仍需優(yōu)化提高;SONIR工藝的Alk/N比為4.11±0.14g CaCO3/g NH4+-N，與兩段式PN-ANAMMOX工藝相比，堿耗節(jié)省48.11％。
　　4)SONIR工藝的適宜操作參數(shù)為:進(jìn)水氨氮濃度289.00～565.00mg·L-1;HRT4～6h;容積氨氮負(fù)

9、荷2.0～4.0kg N·m-3·d-1;供氧速率187.2kgO2·m-3·d-1～216.0kg O2·m-3·d-1，對應(yīng)的氣水比為104～120。
　　5)SONIR工藝的優(yōu)勢功能菌屬主要為Nitrosmonas、Kuenenia和Brocadia。在顆粒污泥中，AOB與AnAOB的空間分布呈現(xiàn)“分居”模式和“同居”模式。“分居”模式中，AOB主要分布于顆粒污泥的外層，AnAOB主要分布于顆粒污泥的內(nèi)部;“同居”模式中，A