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厌氧氨氧化技术是一项崭新的污水脱氮技术,实现厌氧氨氧化技术的工程应用为当前行业研究热点与难点,相关工程应用案例、启动方法与工艺研发报道均较少。本论文以处理高氨氮消化液的实际工程为研究对象,详细研究了厌氧氨氧化工程启动方法与问题解决策略,针对工程问题提出三种全新的厌氧氨氧化工艺形式。本论文构建了一种以固定化填料为核心的厌氧氨氧化脱氮工艺,并命名为RenocarTM工艺。论文首先研究了 RenocarTM工艺处理常规污泥消化液的工程启动方法与运行效果。该工程为我国第一座自主产权厌氧氨氧化工程,处理规模500 m3/d,通过分步接种普通活性污泥与富含AnAOB的颗粒污泥,成功启动短程硝化-厌氧氨氧化反应。控制反应池DO<0.2 mg/L、T=30℃、进水氮负荷0.42 kg N/(m3·d),系统启动初期即有NO2--N积累,投加AnAOB污泥后反应池出水NO2--N浓度降低至28.9 mg/L,经34天完成工程启动,系统总氮去除负荷与去除率分别达到0.44 kg N/(m3·d)与82.7%。此外,论文研究了热水解污泥消化液厌氧氨氧化脱氮的三种工艺路线。热水解污泥消化液含有高浓度难降解有机物,其对AnAOB活性具有明显的抑制作用,国际上无成功应用案例可借鉴。本研究制定三种工艺路线:原水稀释+RenocarTM工艺、臭氧预处理+Renocar TM工艺、RenocarTM工艺。研究发现稀释与臭氧预处理均能降低热水解污泥消化液对AnAOB活性的抑制作用,三种路线的最高总氮去除负荷分别为0.30、0.42、0.24 kg N/(m3·d)。将研究结果应用于处理规模1750 m3/d的实际工程,利用污水厂二级出水将热水解污泥消化液按1:1稀释后进入RenocarTM工艺,总氮去除负荷达0.30 kg N/(m3·d),NH4+-N与TN去除率分别为86%与78%,降低城市污水厂二级出水TN浓度3 mg/L。系统经4个月调试后,絮体污泥中AOB被有效富集,比例提高至96.6%,而NOB受FNA抑制被淘洗,比例降低至0.3%。絮体污泥与生物膜内的AnAOB丰度分别为1.44 × 109与2.74 × 1010 cells/g MLSS,说明AnAOB主要分布在生物膜内。本论文总结了 RenocarTM工艺工程实践经验,针对降低工程投资、提高脱氮负荷与拓展应用领域三个优化目标,构建了三种全新的厌氧氨氧化工艺。开发了新型的颗粒-絮体协同厌氧氨氧化脱氮工艺。以颗粒污泥替代RenocarTM工艺的固定化填料为AnAOB富集提供载体,降低工程投资约20%,研究发现接种比例与启动初期总氮去除负荷呈正相关,水力淘洗作用是促进反应器内颗粒污泥形成的主要因素,小试反应器总氮去除负荷最高可达2.6 kg N/(m3·d),其中FA浓度、DO浓度、曝气剪切强度是影响工艺脱氮负荷与颗粒粒径的主要因素。新型多级PN-A厌氧氨氧化脱氮工艺被开发。将推流式反应器分为多组“好氧-微氧”空间。好氧区通过控制DO大于1.5 mg/L,为AOB提供了最佳反应条件,微氧区控制DO小于0.2 mg/L,安装固定化填料,为AnAOB提供适宜反应条件。以稀释的热水解污泥消化液为处理对象,通过接种AnAOB生物膜填料,114 d完成工艺启动,系统总氮去除负荷达0.5 kg N/(m3·d),比RenocarTM工艺提高60%左右。污泥消化液短程硝化可产生高浓度FNA,因此本论文在102 m3中试平台研究了消化液侧流FNA抑制实现城市污水短程硝化-厌氧氨氧化的脱氮方法。在缺氧FNA为1.2 mg/L、MLSS为20000 mg/L、抑制时间为48h条件下,通过持续侧流抑制置换主流区活性污泥,中试系统运行至52d时出水NAR达到67%。与厌氧氨氧化工艺相结合,中试系统出水NH4+-N浓度在5 mg/L以下,TN浓度小于15 mg/L,达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级A标准。