引进厌氧氨氧化脱氮系统失效原因分析及解决途径

作为低碳节能的生物脱氮工艺，厌氧氨氧化引进国内已有十余年的历史，已有多家食品加工龙头企业从国外引进了十多套厌氧氨氧化脱氮系统。这些系统大部分运行良好，但也有少数脱氮效果不稳定，未能达到预期效果。以典型食品加工废水厌氧氨氧化处理系统为例，分析确定了该脱氮系统失效原因在于进水氨氮低于系统设计要求，难以形成稳定的亚硝氮积累，破坏了一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化(PN-A)系统的稳定高效脱氮，导致系统出水总氮去除率下降，同时出水硝氮明显升高。为解决此难题，采用高效亚硝化反应器促进食品加工废水快速稳定亚硝化，一周后平均亚硝化率可达92.92%，平均出水亚硝氮为84.09 mg/L，平均亚硝化产率约为0.41 kg/(m³·d)，保障了厌氧氨氧化系统亚硝氮基质供应，并在小试Anammox脱氮系统实现总氮去除率达84.52%，出水总氮低于15 mg/L，平均总氮去除负荷0.56 kg/(m³·d)。研究结果可为解决当前国内食品加工厌氧氨氧化脱氮系统失效问题提供新的思路。     

氮负荷波动对厌氧氨氧化/反硝化协同脱氮效能影响

在厌氧折流板反应器(ABR)中探究厌氧氨氧化菌和异养反硝化菌的分步培养，以及进水氮负荷波动对系统性能的影响。结果表明，维持C/N为0.65，逐步提升总氮负荷(NLR),50 d左右可实现厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮，总氮去除率可达95.8%。NLR波动值低于1.04 kg/(m³·d)时，对工艺脱氮性能无显著影响。负荷变化幅度越大，厌氧氨氧化菌活性受抑制越显著，对反硝化菌基本无影响，负荷波动值达到2.10 kg/(m³·d)时厌氧氨氧化对氮的去除贡献(C_A)下降至54.8%，反硝化耦合厌氧氨氧化协同脱氮可有效提升系统的稳定性。胞外聚合物(EPS)对系统负荷波动有较好的响应规律，负荷波动越大，EPS提高越多，有利于提高系统性能的稳定性。     

升流式厌氧氨氧化流化床反应器脱氮效能研究

采用升流式厌氧流化床反应器,研究高浓度厌氧氨氧化工艺的脱氮效能。接种普通好氧活性污泥,以低浓度配水(NH_4~+-N 60 mg/L,NO_2~--N 50 mg/L)驯化厌氧氨氧化菌,经150 d富集,填料表面形成红色生物膜,NH_4~+-N和NO_2~--N同步去除率高于80%,反应器成功启动;采用低基质进水(NH_4~+-N 60～300 mg/L,NO_2~--N 100～355 mg/L),随着进水容积负荷的增加,总氮去除负荷从0.39 kg/(m~3·d)提升至1.29 kg/(m~3·d);采用高基质进水(NH_4~+-N 390 mg/L,NO_2~--N 400 mg/L)时,总氮去除负荷降至1.08 kg/(m~3·d),150%回流能有效缓解基质对厌氧氨氧化菌的活性抑制,反应器总氮去除负荷逐渐恢复并升高至1.76 kg/(m~3·d),脱氮效能提高63%。     

连续流沸石SBR用于高氨氮废水的稳定亚硝化

在新型连续流沸石序批式反应器（C-ZSBR）中,以模拟废水作为进水,9 d 后成功启动 C-ZSBR。结果表明,在进水NH₄⁺-N 质量浓度为（416±12.3）mg/L 时,系统的亚硝氮积累率（NAR）在（98.05±0.5）%,出水满足厌氧氨氧化进水要求。进水氨氮负荷为 1.15 kgN/（m³·d）,亚硝氮产率为 0.57 kgN/（m³·d）。对数据进行分析,发现沸石对氨氮的吸附有利于维持较高的沸石表面游离氨（FA）浓度。FA 和游离亚硝酸盐（FNA）对亚硝酸盐氧化菌（NOB）的联合抑制是实现稳定亚硝化的关键因素。     

间歇低氧曝气下CANON工艺处理生活污水的启动

利用序批式反应器（SBR）接种短程硝化和厌氧氨氧化污泥处理实际生活污水,在间歇低氧曝气条件下实现了CANON工艺的启动。同时,保证适宜的温度和污泥浓度对处理效果及系统的稳定也很重要。该运行模式下,可实现对亚硝酸盐氧化菌（NOB）的抑制淘洗,短程硝化和厌氧氨氧化为主导反应,自养脱氮体系稳定。系统稳定运行后污染物去除效果良好：进水总氮和氨氮质量浓度为63.9 mg·L^-1和62.7 mg·L^-1,出水总氮和氨氮质量浓度为12.3 mg·L^-1和7.6 mg·L^-1,总氮和氨氮去除率为77.8%和86.7%,总氮去除负荷达0.16 kg N·（m³·d）^-1。试验研究为间歇低氧曝气运行模式推广应用于城市污水自养脱氮提供了参考。     

盐度条件下UASB厌氧氨氧化反应器启动与运行研究

考察了低盐度条件下启动厌氧氨氧化反应器及其处理高氮高盐废水的可行性。结果表明,在NaCl为3.0 g/L的低盐度、氮负荷为130 mg/(L·d)的条件下采用普通活性污泥作为接种污泥,可在165 d内成功启动UASB厌氧氨氧化反应器,对TN、NH4+-N、NO2--N的平均去除率分别达到80.0%、98.8%、90.0%,NH4+-N、NO2--N去除量与NO3--N生成量之比为1∶(1.15±0.08)∶(0.20±0.02),出水pH稳定在8.42左右,污泥呈棕褐色颗粒状,存在部分浅红色颗粒污泥。将总氮容积负荷和盐度(NaCl)逐步提高到258 mg/(L·d)和12.0 g/L,反应器脱氮效率保持高效、稳定。在低盐度条件下启动厌氧氨氧化反应器之后,通过适当的氮负荷和盐度提升方式,可以处理高氮高盐废水。     

复合型UASB厌氧氨氧化反应器的脱氮性能及污泥形态变化研究

采用提高进水基质的方式启动复合型UASB厌氧氨氧化反应器,研究启动过程中反应器的脱氮效果和运行状况,并通过污泥形态变化了解厌氧氨氧化菌富集情况。结果表明经过286 d的运行,NH_4~+-N、NO_2~--N和总氮(TN)去除率维持在90%以上,总氮去除负荷由0.129 kg/(m~3·d)提升至0.520 kg/(m~3·d),反应器启动成功。化学计量关系和pH变化均可作为判断反应器运行状况的指标,反应器启动成功时的ΔNH_4~+-N:ΔNO_2--N:ΔNO_3--N为1:1.24:0.14,出水pH在8.3～8.5之间,ΔpH维持在0.9左右。当反应器中TN质量浓度为186 mg/L时,游离氨对厌氧氨氧化的抑制浓度为3.1～20.4 mg/L。启动过程中,黑色颗粒污泥先解体,第256天污泥颜色转变为红褐色,再运行30天后反应器中出现大量颗粒污泥。复合型UASB厌氧氨氧化反应器能加速污泥颗粒化,同时有效减轻污泥上浮问题。     

基于EGSB反应器的不同接种污泥启动厌氧氨氧化特性研究

采用两套相同的EGSB反应器，分别接种厌氧颗粒污泥和好氧活性污泥，在温度(35±1)℃、水力停留时间6 h、上升流速为4 m/h的条件下，通过低浓度基质模拟废水进行驯化启动厌氧氨氧化，考察驯化启动厌氧氨氧化反应变化的特性以及基质浓度梯度提升和基质比对驯化系统运行的影响特性。结果表明：接种厌氧颗粒污泥和好氧活性污泥分别经过93 d和63 d后成功驯化启动了厌氧氨氧化，并经过容积TN负荷提升达到1.76 kgN/(m³·d),TN去除率均值分别达到了83%和81%；当进水基质比为1.32时，接种厌氧颗粒污泥组的NH₄⁺-N去除量∶NO₂^--N去除量∶NO₃^--N产生量为1∶1.24∶0.15，低于理论值1∶1.32∶0.26，而接种好氧活性污泥组的为1∶1.33∶0.17接近理论值。     

AMC厌氧颗粒污泥快速培养及对印染废水处理性能研究

以AMC(Anaerobic microorganism carrier)颗粒为厌氧微生物固定化载体填充UASB反应器,以模拟废水运行15 d形成AMC颗粒污泥初成体,运行55 d得到平均沉降速率213 m/h的成熟AMC厌氧颗粒污泥。AMC厌氧颗粒污泥对印染废水有着较好的处理效果,运行印染废水阶段,反应器HRT为14.5 h,平均容积负荷4.7 kg COD/(m³·d),废水B/C由0.18～0.27提高至0.58～0.64,色度去除率达到65%以上。在不同回流比条件下,反应器出水pH与NH_3-N浓度均高于进水,系统内未出现VFA的累积现象;在回流比为2的条件下,反应器对废水COD去除效果最佳,平均去除率达到58.6%。     

新型一体化厌氧氨氧化反应器启动研究

以活性炭、海绵、海绵+活性炭分别作为一体化厌氧氨氧化反应器的填料,研究不同载体对反应器启动的影响,以筛选出适合反应器快速启动及稳定运行的载体。结果表明,在进行污泥回流的情况下,以活性炭为载体时对废水的脱氮效果较好,NH_3-N去除率约为95%,TN去除率均在90%以上,出现比较明显的污泥分层现象;以海绵为载体时,NH_3-N去除率维持在90%左右,TN去除率则降至75%;以活性炭+海绵为载体时,能有效地解决污泥分层问题,系统运行稳定,NH_3-N去除率达到96.6%,TN去除率约为90%。因此,活性炭+海绵可作为一体化厌氧氨氧化反应器的最佳载体。     

厌氧氨氧化工艺的快速启动试验研究

为了研究如何获得厌氧氨氧化的快速启动工艺,采用SBR作为富集厌氧氨氧化菌的反应器,接种絮状硝化污泥,考察其厌氧氨氧化快速启动性能。以氯化铵和亚硝酸盐为进水底物,通过逐步提高进水NH_4~+-N、NO_2~--N的浓度,成功实现了厌氧氨氧化的启动,此方法可快速培养出具有厌氧氨氧化活性的污泥,整过驯化过程中,NH_4~+-N、NO_2~--N的去除率均维持在90%以上,总氮去除负荷最大可达0. 52 kg/(m~3·d),厌氧氨氧化菌活性高。     

厌氧氨氧化污泥启动EGSB反应器研究

通过厌氧膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器接种低温(4℃左右)下存放18个月的厌氧氨氧化污泥,处理模拟废水,研究如何用长时间低温保存后的厌氧氨氧化污泥启动反应器。在温度(34±1)℃、进水pH为7.40～7.64、DO的质量浓度控制在0.10 mg/L以下成功启动反应器。运行110 d后,进水TN负荷最高可达2.3 kg/(m.3d),NH4+-N、NO2--N去除率分别为90.93%、99.76%,出水pH明显高于进水,平均达到7.99;第135天在反应器中发现有红色厌氧颗粒污泥形成;经扫描电子显微镜观察,第165天厌氧颗粒污泥布满球状菌。     

低氮负荷对厌氧氨氧化工艺性能及微生物菌群的影响

研究了在SBR反应器中不同氮负荷下厌氧氨氧化工艺的脱氮性能及微生物菌群活性。结果表明SBR反应器在温度为30～35℃、 pH值为7.8～8.3、溶解氧的质量浓度为0～0.1 mg/L的运行条件下,当进水总氮负荷由0.078 kg[N]/(m~3·d)分别降为0.039、 0.023、 0.020 kg[N]/(m~3·d)时,对应的总氮去除率由86%依次降为81%、65%和60%,污泥比厌氧氨氧化活性(SAA)由73.20 mg[NH_4~+-N]/(g[VSS]·d)依次降为61.02、 53.01和49.76 mg[NH_4~+-N]/(g[VSS]·d)。在进水总氮负荷提升为0.116 kg[N]/(m~3·d)时,总氮去除率升高为92.67%,污泥SAA上升至57.92 mg[NH_4~+-N]/(g[VSS]·d)。低氮负荷对厌氧氨氧化工艺的处理效率和污泥活性产生了可逆的抑制效应,当进水总氮负荷提升后,系统的脱氮效率及污泥活性均能够恢复。Candidatus Anammoxoglobus菌和Cadidatus Brocadia菌是反应器中的优势厌氧氨氧化菌属。当总氮负荷不断降低时,Candidatus Brocadia菌的丰度不断减少,而Cadidatus Anammoxoglobus菌的丰度基本保持不变。     

ASBBR反应器厌氧氨氧化反应稳定性研究

利用已经成功启动的ASBBR反应器,通过不同的进水基质浓度,不同进水亚硝态氮、氨氮质量比和不同冲水比3个因素的交替变化,研究了厌氧氨氧化反应器脱氮效能稳定性的影响.当进水亚硝态氮与氨氮质量比在1～13的范围内变动时,对反应器内厌氧氨氧化反应的脱氮效能几乎没有影响,表明ASBBR反应器具有较高的抗负荷冲击能力.当进水后反应器内亚硝态氮质量浓度大于80mg·L~(-1)时,将导致反应器的总氮去除率下降,并且随着亚硝态氮浓度的增加,脱氯效果会越来越差.同时研究还表明水力冲击不会引起厌氧氨氧化反应器出现微生物流失,但随着水利负荷的增加,厌氧氨氧化细菌时新环境适应时间将会延长,导致相同周期内反应器脱氮效能的下降.     

进水配比对煤气化废水厌氧段处理效能影响

在温度35℃pH值7.0左右,HRT为30 h的厌氧反应器中,研究了厌氧氨氧化与反硝化的耦合作用.进水氨氮为70～120 mg/L左右,COD为800～1200 mg/L左右条件下,将含亚硝酸盐和硝酸盐浓度人工配水按厌氧进水配比引入反应器中,氨氮、亚硝态氮进水浓度分别为75.43 mg/L、99.87 mg/L时,总氮负荷为233.82 mg/(L·d),考察不同进水配比R(0～100％)对厌氧反应器的脱氮除碳效能影响.实验结果表明,在进水配比为75％条件下,系统氨氮、亚硝态氮去除率达55.71％、63.65％,TN去除率最高达64.56％,COD去除率达80％左右.结果表明,适当的进水配比,不仅可以达到稀释厌氧进水的作用,还可以促使厌氧氨氧化与反硝化的协同脱氮除碳效果.     

部分硝化-厌氧氨氧化反应器处理养猪场废水的模拟试验研究

采用部分硝化-厌氧氨氧化工艺处理高污染负荷的养猪场废水,经过39 d的静态培养以及141 d的动态培养,成功启动厌氧氨氧化工艺,其COD去除率为平均76.30%、最高为90.42%;TN去除率平均为63.43%、最高达到71.03%;平均TN去除负荷为0.11 kg/(m3·d)、最高为0.43 kg/(m3·d)。试验结果表明,在高污染负荷条件下,部分硝化阶段,DO和pH对亚硝化作用有较大影响,当为亚硝化反应器出水DO的质量浓度在0.4~0.6 mg/L、pH在7.2~7.5时效果最佳;厌氧氨氧化阶段,当进水中COD低于350 mg/L、进氨氮的质量浓度低于376.2 mg/L时,厌氧氨氧化反应才不会受到抑制。     

低pH对高负荷厌氧氨氧化反应器性能的影响

厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺是一种新型生物脱氮工艺,具有良好的应用前景。但ANAMMOX以亚硝酸盐为电子受体,需与短程硝化(SHARON)联合应用。SHARON是一个产酸反应,而ANAMMOX是一个嗜碱反应,后者会受前者的干扰。试验结果表明,低进水pH冲击对高负荷(总氮负荷9.3～27.7kg·(m3·d)-1)ANAMMOX反应器效能具有显著影响。在一定范围内,提高总氮负荷可削弱低进水pH冲击的影响,设置回流也可缓解低进水pH冲击所致的负面效应。低进水pH冲击对厌氧氨氧化反应器效能的影响主要来自低pH与游离亚硝酸毒性的双重抑制,其中低pH的直接作用对反应器效能的影响更大。低进水pH冲击所致的反应器效能恶化可采用停车自然恢复、清水冲洗恢复和外加碱液恢复。     

进水负荷与硝化液回流比对低污泥浓度A~2/O工艺脱氮效果的影响

采用连续流A²/O工艺对模拟生活废水进行了长期连续实验,考察了低污泥浓度[MLSS=(1500±200) mg/L]下进水负荷与回流比对脱氮效率的影响。结果表明,通过调节进水流量改变进水负荷,当进水负荷从5.03 gCOD/(gMLSS·d)逐渐提高至10.05 gCOD/(gMLSS·d)时,COD去除率≥95%,氨氮去除率由69.59%升高为95%,总氮去除率由53.53%升高到80%;当进水负荷由10.05 gCOD/(gMLSS·d) 提高至20.31 gCOD/(gMLSS·d)时,氨氮去除率下降为50%,总氮去除率下降为40%。通过调节进水COD改变进水负荷,当进水负荷从10.05 gCOD/(gMLSS·d) 逐渐提高到124.11 gCOD/(gMLSS·d) 时,COD和氨氮的去除率均>90%,总氮去除率从70%逐渐增加到85%。在混合液回流比分别为300%、200%和100%的条件下,回流比对COD和氨氮去除效果影响较小,COD去除率≥90%,氨氮去除率≥95%;回流比对总氮去除效果影响较大,随回流比的增大总氮去除率减小。当内回流比为100%时,总氮去除率最高,达到79.76%。     

常温条件下ABR启动运行Anammox性能研究

采用厌氧折流板反应器(ABR)接种好氧活性污泥在常温((25±1)℃)下启动运行厌氧氨氧化工艺。结果表明,启动阶段,控制进水NH_4~+-N和NO_2~--N均为50 mg/L,仅运行57 d,NH_4~+-N、NO_2~--N和TN去除率就分别达到93.82%、99.84%和88.22%,表明成功实现常温启动。负荷提升阶段,73～87 d,进水NH_4~+-N和NO_2~--N的质量浓度以每次50 mg/L的增幅逐步从50 mg/L提升到200 mg/L,每次负荷提升,出水NH_4~+-N和NO_2~--N含量小幅波动再趋向于稳定,表明ABR有一定的耐负荷冲击能力。运行93 d,最大TN负荷率和TN去除速率分别为0.40 kg/(m~3·d)和0.33kg/(m~3·d),表现较好的脱氮性能。可为厌氧氨氧化工艺在实际工程中的应用提供理论依据。     

厌氧序批式反应器的厌氧氨氧化工艺启动运行

在厌氧序批式反应器中接种好氧硝化污泥,进行了培养厌氧氨氧化污泥的研究。在进水pH值为7.2～7.8,温度为30±1℃的条件下运行142d,成功培养出厌氧氨氧化污泥。反应器内的污泥量(以VSS计)由原来的9.90g/L增加到18.99g/L,水力停留时间为1.20d,总氮容积负荷为0.4318kg/(m·3d)时,总氮去除率最高达到93.3%,平均为80.5%,氨氮和亚硝酸盐氮的去除率最高分别达到93.9%和99.8%,平均去除率分别为81.2%和85.7%,氨氮和亚硝酸盐氮去除的比例为1∶1.387±0.024。对该工艺优化实验研究表明,适宜pH值为7.2～7.8,最适宜温度为35℃;且适度强化反硝化作用有利于提高反应器的脱氮性能。