高氨氮廢水最終稿

短程分泥脫氮工藝處理高氨氮廢水關(guān)鍵技術(shù)報告內(nèi)容1背景介紹2高效亞硝化技術(shù)3高效短程反硝化技術(shù)4短程脫氮耦合技術(shù)5結(jié)論與展望1背景介紹1.1高氨氮廢水《中國環(huán)境狀況公報》：2014年我國廢水污染物中氨氮排放量為238.5萬噸，是主要污染物之一。生活污水：出水氮根本可以滿足排放要求。高氨氮廢水：尤其是垃圾滲濾液和厭氧消化液等，出水達標仍有一定難度，且處理本錢相對較高。高氨氮廢水種類氨氮濃度(mg/L)COD濃度(mg/L)COD/N參考文獻垃圾滲濾液120016001.3Kimetal.,2006垃圾滲濾液634±143554±970.9±0.2Wangetal.,2010污泥厭氧消化液3000-50008000-170001.6-5.7Yamamotoetal.,2008畜禽糞便消化液1361±721940±4641.3±0.3Scaglioneetal.,2013高氨氮廢水的特點傳統(tǒng)硝化-反硝化處理高氨氮廢水面臨的問題：硝化過程需消耗大量氧氣，且工藝運行不穩(wěn)定。污水中低濃度有機碳源不能滿足反硝化所需。假設(shè)投加外碳源那么會增加污水處理運行本錢?！矂喢舻龋?012;KhinandAnnachhatre,2004〕1.2脫氮技術(shù)分析傳統(tǒng)硝化-反硝化短程硝化-反硝化NH4-NNO2-NNO3-NNON2ON2AOBNOB短程硝化-反硝化處理高氨氮廢水的優(yōu)勢：與傳統(tǒng)硝化-反硝化工藝相比：節(jié)省25%的供氧量節(jié)省40%的有機碳源需求量減少63%的污泥產(chǎn)量基于NO2-N反硝化速率是基于NO3-N反硝化速率的1.5-2倍(AbelingandSeyfried,1992;Bernetetal.,2001;Fuxetal.,2006;WangandYang,2004)1.2脫氮技術(shù)分析短程硝化-反硝化可能會增加N2O的釋放。N2O是一種強溫室氣體，其溫室效應(yīng)為CO2的300多倍，且在大氣中的生命周期為114年。大氣中N2O的濃度以每年0.3%的速度增長

，而污水處理廠是N2O的第六大排放源。溫室效應(yīng)富營養(yǎng)化(Baninetal.,1984;IPCC,2007;Lawetal.,2012;Usepa,2006)N2O的釋放高效脫氮1.3脫氮過程中溫室氣體釋放污水硝化-反硝化過程中N2O的釋放機理及主要途徑：(Wunderlinetal.,2012)NH4+NH2OHNO2-NO3-NO2-NON2ON2NON2ON2ONO2-O2O2e-e-O2e-e-e-e-有機碳自養(yǎng)硝化異養(yǎng)反硝化1.羥胺氧化2.AOB反硝化3.異養(yǎng)菌反硝化化學氧化生物氧化1.3脫氮過程中溫室氣體釋放通過采用具有較高基質(zhì)濃度梯度的SBR反響器，在高負荷條件下馴化硝化菌和反硝化菌，以期實現(xiàn)高效穩(wěn)定短程硝化反硝化脫氮，并深入研究影響實現(xiàn)高效穩(wěn)定短程硝化反硝化的主要因素，為高效可持續(xù)污水脫氮提供理論根底和技術(shù)支持。1.4關(guān)鍵技術(shù)研究目標2高效亞硝化技術(shù)2.1反響器裝置圖定時器出水泵流量計曝氣裝置攪拌器加熱棒污水儲存罐出水儲存罐反應(yīng)器裝置詳圖進水泵高效短程硝化反響器：容積為6L，SBRH-NH4-N為800mgN/L，SBRL-NH4-N為330mgN/L。SRT：馴化階段開始控制污泥齡為10天，運行3個SRT后不再排泥，以提高污泥濃度。曝氣200min（包括10min進水）沉淀35min出水15min2.2長期運行亞硝化效率分析進出水氮元素變化分析進水NH4-N(mg/L)出水(mg/L)NH4-N去除率NO2-N/NOx-NNH4-NNO2-NNO3-NSBRH802.6±45.01.5±0.9794.1±30.16.0±3.499.8%99.3%SBRL335.5±15.20.4±0.3315.6±6.014.3±5.399.8%95.7%穩(wěn)定階段，兩個反響器的NH4-N去除率均到達99.8%，且均實現(xiàn)了高效穩(wěn)定亞硝化。穩(wěn)定條件下反響器運行負荷分析SystemNH4-N(mg/L)NLR[g/(L·d)]NH4-N去除率參考文獻SBR2000.899%Aslanetal.,2009SBR333-16670.85-1.222%-78%Ganiguéetal.,2009SBR619-16160.580±12%Scaglioneetal.,2013SBR600±400.52100%Antileoetal.,2013SBR（顆粒污泥）440-7581.75100%Toràetal.,2013MBBR600-12001.583%-91%Kimetal.,2006連續(xù)流600-8005.0-9.347%-72%Toràetal.,2014SBR800±452.499.8%ThisstudySBR335±151.099.8%Thisstudy進一步提高負荷：ⅰ)提高污泥濃度〔如培養(yǎng)顆粒污泥〕；ⅱ)縮短沉淀時間；ⅲ)提高好氧階段的曝氣量。2.2長期運行亞硝化效率分析2.3亞硝化典型SBR周期解析反響器周期中氮元素變化實現(xiàn)穩(wěn)定亞硝化的原因：DO：反響階段較低的DO濃度〔小于1.5mg/L〕，以及NH4-N反響完到曝氣結(jié)束之間的時間較短。FA和FNA的聯(lián)合抑制作用。2.4亞硝化活性抑制分析FA和FNA分別對AOB和NOB的影響FA對AOB的影響模式不同，且FA對較高負荷條件下馴化的AOB抑制程度較低；FA對NOB的影響模式相同，且同樣對高負荷條件下馴化的NOB抑制程度較低。FNA對兩個反響器中AOB和NOB的抑制模式相同，F(xiàn)NA對高負荷條件下馴化的AOB和NOB抑制程度低。2.5亞硝化過程中溫室氣體釋放特征模擬周期過程中N2O的釋放rNH4-N[mgN/(gVSS·h)]N2O的釋放因子SBRH18.791.6%SBRL48.872.3%2.6亞硝化反響器中微生物解析微生物種群活性分析——OURSBRH內(nèi)源呼吸AOBNOB異養(yǎng)菌SOURmgO2/(gVSS·h)3.3341.810.591.26微生物種群分析——高通量測序no.ofsequences多樣性指數(shù)Chao1Shannon1/SimpsonSBRH41254±13022667.5±492.73.33±0.603.98±1.17SBRL46062±30783219.1±790.04.60±0.379.91±2.332.6亞硝化反響器中微生物解析OUTclosestculturedrelativesaccessionno.similarity(%)relativeabundanceSBRHSBRL76NitrosomonaseuropaeaNR117649.11000.3853±0.18780.1096±0.0323212251NitrosomonaseuropaeaNR117368.1980.0016±0.00090.0005±0.00023499NitrosomonasnitrosaNR104819.1990.0004±0.00021.39E-05±1.21E-05213487NitrosomonaseuropaeaNR114606.1970.0003±0.00029.69E-05±9.34E-05187452NitrosomonaseuropaeaNR117649.1970.0002±7.23E-056.74E-06±1.17E-05211370NitrosomonaseuropaeaAL954747.1970.0002±0.00016.74E-06±1.17E-05272911NitrosomonaseuropaeaNR040879.1990.0001±9.34E-056.74E-06±1.17E-05271689NitrosomonaseuropaeaNR117649.1970.0001±3.09E-052.23E-05±2.16E-05148851Nitrosomonassp.KT308520.1960.0001±9.65E-052.7E-05±4.67E-05154630NitrosomonaseuropaeaKF618626.1979.97E-05±4.85E-050152921NitrosococcusmobilisKU860096.11009.76E-05±4.61E-050252492Nitrosomonassp.FN394323.1985.90E-05±5.33E-05032683Nitrosomonas

Al-7KAF043136.3975.79E-05±6.12E-051.39E-05±1.21E-0596745Nitrosomonassp.KT308520.1975.03E-05±4.36E-051.35E-05±2.33E-0510414Nitrosomonassp.AJ011920.1984.19E-05±3.11E-053.67E-05±4.46E-05268476Nitrosomonassp.KP749218.1974.08E-05±2.80E-051.51E-05±1.32E-05215NitrosomonasstercorisAB900133.1983.29E-05±2.86E-050.0224±0.0041120012NitrosomonaseuropaeaKF618626.1971.73E-05±3.00E-050.0001±5.12E-059381NitrosomonaseuropaeaNR117649.19600.0003±5.29E-05136651NitrosomonaseutrophaM96402.19800.0003±2.61E-058043Nitrosomonassp.AF363293.19505.86E-05±4.49E-05106001Nitrosomonassp.HF678378.19705.68E-05±4.05E-05118113NitrosomonaseutrophaNR027566.19704.85E-05±4.28E-0579647Nitrosomonassp.KT308519.19704.54E-05±3.95E-052.6亞硝化反響器中微生物解析2.7結(jié)論SBRH和SBRL兩個反響器均實現(xiàn)了穩(wěn)定亞硝化，NH4-N負荷分別為2.4g/(L·d)和1.0g/(L·d)。亞硝氮積累的主要原因為：反響階段較低的DO濃度〔小于1.5mg/L〕，NH4-N反響完到曝氣結(jié)束之間的時間較短，以及FA和FNA的聯(lián)合抑制作用。當氨氮負荷較大〔即反響器內(nèi)FNA濃度超過一定濃度〕時，N2O的釋放因子隨負荷的升高而降低。較高負荷條件下馴化的活性污泥中，微生物種群多樣性較低，反響器中的NOB和異養(yǎng)菌仍有一定活性。3高效短程反硝化技術(shù)3.1反響器裝置圖基于NO2-N的反硝化反響器：四個不同碳源的反響器〔乙酸-SBR1、丙酸-SBR2、蛋白胨-SBR3和淀粉-SBR4〕，容積均為2L，進水NO2-N濃度均為200mgN/L，COD/N為4:1。SRT：每天排泥200mL，控制污泥齡為10天。攪拌190min（包括10min進水）沉淀35min出水15min3.2短程反硝化運行性能分析反響器周期反響器運行性能分析四個反響器的去除負荷分別為0.602、0.604、0.518和0.559gN/(L·d)。SBR1、SBR2和SBR3中，N2O產(chǎn)生的變化趨勢相似〔先升高，后迅速降低至較低水平并穩(wěn)定〕，最大N2O產(chǎn)生量為0.0200、0.0281和1.3772mgN/L。SBR4中，N2O產(chǎn)生的變化趨勢在0-40min與其他三個反響器相似，但產(chǎn)生量較高，然而，N2O的產(chǎn)生量隨著反響的進行又逐漸升高，在反響結(jié)束到達最大值5.888mgN/L。InfluentNO2-Nloadingrate[gN/(L·d)]MLVSS(g/L)Sludgeloadingrate[gN/(gVSS·d)]NO2-Nremovalefficiency(%)rNO2-N[gN/(gVSS·h)SBR10.604±0.0042.07±0.150.29±0.0299.75±0.08-102.32SBR22.00±0.070.30±0.0199.92±0.06-59.43SBR32.85±0.140.18±0.0185.71±0.74-11.79SBR43.97±0.200.14±0.0192.47±0.44-6.513.2短程反硝化運行性能分析3.3短程反硝化活性抑制分析FNA對反硝化活性的影響以簡單有機物〔乙酸鈉或丙酸鈉〕為碳源時，反硝化活性受FNA影響較大，而以復雜有機物〔蛋白胨或淀粉〕為碳源時較小〔碳源代謝途徑？〕3.4短程反硝化菌群解析微生物種群和nosZ基因分析——高通量測序No.ofSeqsNo.ofOUTs多樣性指數(shù)Chao1ShannonSimpsonSBR12520132677371.42431460.9455SBR23181538877891.64232440.9381SBR32825927934876.1325380.9613SBR42619832546514.55130750.97383.5結(jié)論四個反響器的去除負荷分別為0.602、0.604、0.518和0.559gN/(L·d)。以NO2-N為電子受體的反硝化過程中，反硝化速率和N2O的產(chǎn)生同時受碳源和FNA的影響〔尤其FNA濃度過高時〕。以復雜碳源為電子供體時，F(xiàn)NA對反硝化性能影響較小。四個反響器中均檢測出反硝化菌Thauera，所占比例分別為19.8%、19.0%、2.6%和10.7%。4短程脫氮耦合技術(shù)4.1反響器裝置圖進水:1.5L高氨氮廢水/周期出水：1.5L/周期回流:1.5L/周期反硝化反應(yīng)器6L硝化反應(yīng)器6L短程硝化-反硝化裝置回流比:1/4回流:3L/周期回流比:1/2耦合短程硝化-反硝化反響器：兩個反響器容積均為6L，進水NH4-N濃度為1200mgN/L，碳源為蛋白胨和淀粉1:1混合，COD/N為2:1。反硝化反響器出水3L全部回流入短程硝化反響器，反硝化進水為1.5L高氨氮廢水和1.5L短程硝化反響器進水。SRT：反硝化反響器為10天，短程硝化反響器開始控制污泥齡為10天，運行3個SRT后不再排泥。曝氣200min（包括10min進水）沉淀35min出水15min攪拌200min（包括10min進水）沉淀35min出水15min4.2耦合工藝長期運行分析反響器長期運行進水NH4-N(mg/L)出水(mg/L)NH4-N去除率NO2-N/NOx-NNH4-NNO2-NNO3-NSBRDN1172.74±3.49659.29±4.740.14±0.07099.98%SBRPN0.17±0.11566.06±3.0641.07±0.9393.24%4.3耦合工藝反響周期分析短程硝化反響器模擬周期rNH4-N[mgN/(gVSS·h)]rNO2-N[mgN/(gVSS·h)]rN2O-N[mg-N/(gVSS·h)]N2O釋放因子-45.8643.180.400.88%反響器中較高濃度的NO2-N并未導致較高濃度的N2O釋放，可能的原因是較高濃度的FNA〔大于0.08mg/L〕會抑制AOB反硝化過程中N2O的釋放。反硝化反響器模擬周期時間(min)rNO2-N[mgN/(gVSS·h)]rN2O-N[mg-N/(gVSS·h)]r蛋白胨(mg/L)rTOC(mg/L)N2O轉(zhuǎn)化率0-10-34.673.64-58.53-72.7210.5%10-20-34.670-53.04-29.58020-55-19.520-28.04-13.15055-85-13.163.27-4.73-0.9724.9%85-115-8.894.650052.3%4.3耦合工藝反響周期分析以蛋白胨為碳源的反硝化反響器模擬周期時間(min)rNO2-N[mgN/(gVSS·h)]rN2O-N[mg-N/(