反硝化除磷组合厌氧氨氧化强化污水同步脱氮除磷特性研究

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近年来,生物脱氮除磷工艺处理污水受到国内外学者的广泛研究。我国城市生活污水存在碳氮比(C/N)低、碳源不足等问题,采用传统生物脱氮除磷工艺处理这类污水难以达到允许的排放标准。针对我国城市生活污水低C/N的特点,以及传统生物脱氮除磷工艺的技术难点,本研究提出了反硝化除磷组合厌氧氨氧化(Anammox)进行深度脱氮的技术方案。污水中的磷通过反硝化聚磷菌(DPAOs)的厌氧释磷,缺氧过量吸磷的代谢作用得以去除,具有耗氧量低,且剩余污泥量少的优势;污水中的氮则通过厌氧氨氧化菌在不需外加碳源的条件下得以去除,具有能耗低,且能够有效减少CO2排放的优势。此外,通过分别考察短程反硝化除磷耦合半短程硝化(PDPR-PN)及内源短程反硝化除磷(EPDPR)组合Anammox强化污水同步脱氮除磷的性能、菌群结构变化及去除机理,为低C/N污水同步深度脱氮除磷新工艺的研发与实际应用提供理论技术和试验数据支撑。主要结果有:(1)采用SBR接种普通活性污泥,以城市污水与模拟含亚硝废水为处理对象,通过调控进水NH4+-N、COD浓度和好氧时间,实现了PDPR-PN系统的启动和稳定运行。试验结果表明:当采用厌氧180 min,缺氧180 min,好氧150 min的运行方式时,可16 d实现短程反硝化除磷的启动;PO43--P和COD去除率分别达到65.7%和68.9%。当进水NH4+-N、COD浓度提高至123.6和300.0 mg/L并延长好氧时间至320 min时,可实现系统内短程反硝化除磷的稳定维持及短程硝化向半短程硝化的转化。经过83天运行,系统PO43--P去除率可达100%,COD去除率维持在76.2%左右,出水NO2--N与NH4+-N浓度比值稳定在1.32左右,其水质可满足后续与Anammox工艺组合进行深度脱氮的进水条件。(2)采用SBR接种普通活性污泥,以人工配水与模拟含硝氮废水为处理对象,通过调控缺氧段NO3--N进水浓度和缺氧时间,实现了EPDPR系统的启动和稳定运行。试验结果表明:采用厌氧(180 min)/好氧(120 min)运行,经过42 d驯化,系统通过厌氧释磷好氧吸磷,实现对PO43--P的高效去除。系统出水PO43--P和COD浓度分别达到为0.45 mg/L和52.13 mg/L,PO43--P和COD去除率分别达到95%和78.3%。随后,逐步提高缺氧段NO3--N进水浓度(由50提高至120 mg/L)和延长缺氧时间(由120 min~180 min),实现了系统内内源短程反硝化除磷的启动与优化;出水PO43--P、COD、NH4+-N和NO2--N浓度分别为0、26.7、22.14和24.31 mg/L,PO43--P去除率稳定在95%以上,COD去除率为86.3%左右。在EPDPR系统稳定运行阶段,出水中NO2--N/NH4+-N可达1.32,满足后续组合Anammox进行深度脱氮的进水条件。经过127 d驯化,系统中优势PAOs菌属为:norank_f__Caldilineaceae,norank_f__Comamonadaceae,Hyphomicrobium;优势GAOs菌属为:Candidatus_Competibacter和Defluviicoccus,可为缺氧段反硝化除磷和内源反硝化提供足够的内碳源。(3)以UASB接种已经具有良好脱氮性能的厌氧氨氧化污泥,分别将PDPR-PN系统、EPDPR系统与Anammox组合,考察Anammox-UASB分别与PDPR-PN和EPDPR系统组合进行深度脱氮的可行性。试验结果表明:PDPR-PN组合Anammox-UASB运行22 d,出水COD、PO43--P、NH4+-N、NO2--N浓度分别降低至35.13、0.16、0.37和0.21 mg/L,TN去除率稳定在93.13%左右。实现对城市污水与亚硝废水的同步处理。EPDPR组合Anammox-UASB运行23 d,出水COD、PO43--P、NH4+-N、NO2--N浓度分别降低至34.62、0.12、0.39和0.27 mg/L,TN去除率稳定在85.12%左右。实现对城市污水与硝氮废水的同步处理。
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