前置厌氧-短程硝化-厌氧氨氧化处理餐厨垃圾发酵废水研究

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餐厨垃圾发酵废水水质复杂,具有C/N比低、氨氮浓度和有机物浓度高、含有难生物降解有机物等特性。若采用传统硝化反硝化脱氮技术处理则能耗大、外加碳源量多、处理成本高。短程硝化-厌氧氨氧化新型脱氮组合工艺具有无需添加碳源、节省曝气量、经济高效等优点。但由于厌氧氨氧化是以一定基质比例(氨氮/亚硝氮为1:1.32)发生反应的过程,短程硝化通过人为的控制获得较稳定的氨氮/亚硝氮出水,控制难度较大。本研究针对餐厨垃圾发酵废水的特点,提出了前置厌氧UASB(除碳和异养反硝化脱氮)-完全短程硝化(SBR)-厌氧氨氧化(产生的硝态氮回流到前置厌氧UASB)组合工艺对其进行处理。该组合工艺相比部分短程硝化-厌氧氨氧化工艺更易获得稳定的、符合基质比例的厌氧氨氧化进水水质(前置厌氧UASB除碳后部分出水跨越短程硝化进入厌氧氨氧化单元)有利于厌氧氨氧化脱氮;同时各反应单元分段运行,三个反应器都无需污泥回流,污泥保存在各自反应器中,可以使不同的功能菌种(异养菌、自养菌)在各自适宜的条件下发挥各自优势,避免污泥回流到其他单元对系统造成影响。此外,前置厌氧单元可以在去除有机物的同时进行异养反硝化脱氮,使组合工艺的TN去除效果进一步提高。得到的主要结论如下:(1)前置厌氧中接种厌氧颗粒污泥,温度为30℃、HRT为48h的条件下,采用分阶段稀释原水的方法启动前置厌氧UASB反应器。随后缩短HRT以提高反应器的处理能力,历经79d的运行,在HRT为12h、容积负荷为10.03 kg COD/(m~3·d)的条件下,餐厨垃圾发酵废水COD去除率平均值维持在79%。出水中氮素主要以NH4+-N为主,满足了后续厌氧氨氧化脱氮的需求。(2)SBR接种好氧硝化污泥,在低氧高温低进水氨氮浓度的条件下,经历17个周期,实现了短程硝化的快速启动。系统接入前置UASB出水后,通过降低处理水量和延长曝气时间的方式可以维持NH4+-N去除率。短程硝化效果稳定后,进水NH4+-N浓度为1139~1157 mg/L时,NH4+-N去除率为94.10%,NO2--N积累率为92.78%。(3)厌氧氨氧化接种厌氧颗粒污泥与厌氧氨氧化污泥的混合污泥,采用人工配水在低氮负荷的条件下,经过89d实现了厌氧氨氧化的启动。然后逐步提高进水NH4+-N与NO2--N浓度至450 mg/L、594 mg/L,NH4+-N与NO2--N去除率分别达到了92.58%、92.93%。系统处理短程硝化出水过程中,HRT为6h时反应系统脱氮效果最佳,NH4+-N与NO2--N去除率分别为96.94%、93.00%,TN去除率为82.23%,TN去除负荷为3.366 kg N/(m~3·d)。NH4+-N去除量、NO2--N去除量与NO3--N生成量的比值为1:1.27:0.21。系统脱氮效果较好时,出水p H值有所升高。(4)前置厌氧-短程硝化-厌氧氨氧化组合工艺对餐厨垃圾发酵废水中的绝大部分易生物降解的有机物有较好的去除效果,出水COD浓度为889~900 mg/L,COD去除率平均值为82%。废水中的TN主要依靠厌氧氨氧化反应器(约占总去除量的91.6%)和前置厌氧反应器(约占总去除量的7.1%)去除,组合工艺TN去除率为84.05%左右。组合工艺出水中NH4+-N、NO2--N、NO3--N的平均浓度分别为17.20 mg/L、43.13 mg/L和135.33 mg/L。对组合工艺中前置厌氧UASB出水跨越的水量进行优化,当前置厌氧出水跨越量占厌氧氨氧化进水量的37%时,组合工艺具有最佳的脱氮效果,TN去除率平均值为87.62%。
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