制膜废水高效生物除碳脱氮反应器的运行控制

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针对高有机物高氮废水的处理,常规的生物处理法采用硝化-反硝化工艺实现有机物和氮素的同步去除,然而硝化过程需要大量的曝气供氧,反硝化过程则需要大量的硝化液回流以及有机碳源需求,且高浓度的污染物会使得整体工艺面临构筑物体积大,水力停留时间长等问题。以部分亚硝化(Partial nitrification,PN)和厌氧氨氧化(Anaerobic ammonia oxidation,ANAMMOX)为核心的新型工艺可以实现低耗、高效脱氮,但由于其自养特性更多适用于低碳氮比废水的处理,在面对高有机物高氮废水的处理时,如何协调去除有机物以降低其对自养脱氮系统的影响,同时合理利用碳源强化深度脱氮的问题值得深入探讨。所以本研究旨在通过工艺组建,探究以厌氧消化实现碳氮比的降低,并联合ANAMMOX技术处理高有机物高氮废水的调控手段和处理效果。本研究以苏州苏净环保新材料有限公司的实际制膜废水为处理对象,针对其含有高浓度的含氮有机物的水质特点,以碳氮高效去除为主要目标,分别在UASB小试反应器(3L)和IC-PN-ANAMMOX的一体化中试反应器(2m~3)中开展研究。在UASB小试研究中,初步探究实际制膜废水的厌氧可生物降解性能,并通过添加氨氮胁迫考察反应器厌氧消化性能的变化,明确抑制阈值与抑制形态,并观察微生物层面的群落响应;在中试研究中,主要探讨一体化反应器分区启动过程中IC-PN区域联合启动的调控手段及参数控制、IC-PN-ANAMMOX整体联合处理的除碳脱氮效果、以及影响反应器各区域性能变化的参数分析。根据试验研究得出的主要结论如下:(1)在UASB小试条件下直接处理制膜废水,接种成熟颗粒污泥,中温条件下(35℃)控制进水有机负荷(OLR)6.3kg/(m~3·d)左右,进水COD浓度为4200mg/L,COD去除率可达在83%左右,有效降解有机氮且氨氮释放率在90%以上。(2)制膜废水厌氧消化的性能受游离氨FA浓度影响,FA浓度190mg/L左右是抑制起点浓度,FA浓度250mg/L为半抑制浓度;通过p H调节降低游离氨可以实现TAN高浓度胁迫下氨抑制状态的解除。(3)长期处理制膜废水的厌氧产甲烷菌群中,甲基营养型的Methanomethylovorans和Methanomassiliicoccus会取代乙酸营养型Methanoseta和氢营养型Methanobacterium成为主要的菌种。(4)在IC-PN-ANAMMOX中试条件下直接处理制膜废水,本研究控制进水有机负荷为6.0kg/(m~3·d),总氮负荷(NLR)为0.15kg/(m~3·d),进水COD浓度为3000mg/L,HRT为1d,总体COD去除率可以达到85%以上,TN去除率可以达到90%以上。(5)同负荷水平下,进水高COD浓度、长停留时间的模式更有利于IC-PN的联合启动,控制进水COD浓度为3000mg/L,HRT为1d,PN区DO在0.4~0.7mg/L,可以保证PN区FA浓度在5~7mg/L、亚硝酸盐积累率可稳定在75%以上;同时控制IC的出水COD/TN在3.0以下,可避免有机物对PN的冲击影响PN出水NO2--N/NH4+-N比例。(6)在IC-PN-ANAMMOX的联合工艺中,回流比过低会弱化IC反硝化能力,无法进一步提升TN去除率,回流比过高会影响PN区亚硝化功能的稳定性。本研究控制回流比为100%时,相较于无回流、50%和200%的回流状态,PN区NAR可稳定在80%以上,且TN去除率最高。
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