基于无机碳与容积交换率实现SNAD工艺恢复与稳定运行的研究

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基于厌氧氨氧化原理的SNAD颗粒污泥工艺具有节约能源、降低碳排放量、微生物浓度高、沉降性能好、抗冲击能力强等优点,成为了目前脱氮领域研究的热点。研究表明,SNAD工艺在运行过程中时常面临NOB增殖而导致出水硝氮积累的问题,继而导致AnAOB失去优势地位,甚至面临崩溃风险;相关研究也表明,无机碳可以有效促进AOB和AnAOB的活性,同时抑制NOB的活性,因此,本课题利用无机碳实现SNAD工艺出水硝氮积累问题的恢复。此外,颗粒污泥是SNAD重要工艺形式,而容积交换率又是影响污泥颗粒化的重要因素,目前关于容积交换率对于SNAD污泥颗粒化的影响的研究较少,因此本课题研究容积交换率对于SNAD絮状污泥颗粒化过程的影响。最后,鉴于目前SNAD颗粒污泥主要用于处理污泥消化液等高温、高氨氮废水,对于在常温条件下其能否持久稳定运行仍有待于研究,因此,本课题在最后阶段将温度改为常温,研究SNAD颗粒污泥在常温条件下的稳定性。根据上述研究现状与研究内容,本课题主要包括以下三个阶段:恢复阶段、颗粒化阶段、常温运行阶段。  恢复阶段:为解决SNAD工艺出水硝氮积累的问题,实现SNAD工艺的恢复及稳定运行,本课题向硝氮积累的R1中投加无机碳,控制容积交换率为50%、通过水浴控制温度为30±1℃。在无机碳浓度为理论需要量的3.5-4.1倍的条件下运行36d后,出水硝氮由12.1mg/L下降至3.47mg/L,特征比(△TN/△NO3--N)由2.31升高至20.77,表明充足的无机碳可以有效恢复由于出水硝氮升高而导致崩溃的SNAD系统。78d后,总氮去除率由0.53升高至0.75,总氮去除负荷由0.176gN/L/d升高至0.299gN/L/d,表明充足的无机碳有利于提高反应器的去除能力。因此,投加无机碳有利于解决出水硝氮积累的问题,实现SNAD工艺的恢复与稳定运行。  颗粒化阶段:为实现SNAD絮状污泥的颗粒化,对于采用上述策略恢复的SNAD絮状污泥,通过调整和改变容积交换率来研究SNAD絮状污泥的颗粒化进程,进一步明确容积交换率对于颗粒化过程的影响机理从而为工程应用提供指导。首先将R1内的SNAD污泥与CANON生物膜混合后分别置于R1和R2内,通过控制排水口高度实现R1和R2的容积交换率分别为37.5%和75%,温度控制为(30±1℃)。R1经过36d即实现了SNAD污泥的颗粒化,比R2快三分之一,其污泥流失程度也小于R2,表明较低的容积交换率可以加速SNAD污泥的颗粒化进程。试验期间R1内特征比平均值为19.2,而R2内的特征比由21.7下降至7.1。由此表明,在较低容积交换率的情况下快速实现了SNAD絮状污泥的颗粒化并实现了稳定运行。  常温运行阶段:为研究上述阶段形成的SNAD颗粒污泥能否在常温条件下处理生活污水,以及常温条件下实现SNAD颗粒污泥工艺稳定运行的有效控制策略,本课题将R1的操作条件改为常温(22~26℃),在R1第1~33d的常温连续恒定曝气运行阶段,出水硝氮由3.04mg/L不断升高至12.64mg/L;在R1第34~69d的常温分阶段限制曝气运行阶段,出水硝氮不断下降至8.6mg/L。由此表明,SNAD颗粒污泥工艺在常温条件下稳定运行是可行的,通过将连续恒定的曝气方式改为分阶段限制曝气方式来降低溶解氧有利于实现SNAD工艺的稳定运行。  综上所述,本课题首先通过投加无机碳的方式解决了SNAD工艺出水硝氮积累的问题,实现了SNAD絮状污泥的有效恢复;继而通过控制容积交换率的方式实现了SNAD絮状污泥的颗粒化及稳定运行;最后通过低氧控制实现了SNAD颗粒污泥在常温下的稳定运行。
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