半短程硝化-厌氧氨氧化处理污泥消化液的脱氮研究

第37卷第11期2011年11月北京工业大学学报JOURNALOFBEIJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol．37No．11Nov．2011半短程硝化－厌氧氨氧化处理污泥消化液的脱氮研究吕鑑1，孟凡能1，张树军2，周军2，甘一萍2，王毅1，张春苹1(1.北京工业大学水质科学与水环境恢复工程重点实验室，北京100124;2.北京城市排水集团有限责任公司，北京100038)摘要:采用实验室规模的半短程硝化－厌氧氨氧化联合工艺，研究了对高氨氮、低ρ(C)/ρ(N)污泥消化液的处理能力．结果表明，在A/O反应器中，短程硝化在温度9～20℃、平均ρDO=5.4mg/L、SRT值为30d左右时，进水氨氮负荷0.64kg/(m3·d)的条件下，经过29d得以实现，通过控制游离氨ρFA＞4mg/L时，此后，从30—96d，出水亚硝氮累积率维持在70%左右;短程硝化实现之后，进而实现了半短程硝化，出水氨氮与亚硝氮浓度比维持在1∶1.32左右;采用UASB反应器，接种由好氧颗粒污泥、厌氧颗粒污泥、氧化沟活性污泥及短程硝化活性污泥组成的混合污泥，在避光、厌氧、(30±0.2)℃、pH=7.3～7.9条件下，以污泥消化液经短程硝化处理后的出水为进水，初期进水氨氮、亚硝氮容积负荷分别为0.07、0.10kg/(m3·d)，经过24d运行，氨氮和亚硝氮开始出现同步去除现象，195d时总氮去除负荷达1.03kg/(m3·d);待半短程硝化运行稳定和厌氧氨氧化反应成功启动后，将二者联立并运行了105d，最终总氮去除率达到70%．关键词:半短程硝化;厌氧氨氧化;污泥消化液;氨氮;亚硝氮中图分类号:X703文献标志码:A文章编号:0254－0037(2011)11－1737－06收稿日期:2009-04-13．基金项目:“十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAC19B01)．作者简介:吕鑑(1952—)，男，江苏南京人，教授．目前，常用的脱氮工艺有A2/O工艺、A/O工艺和SBR法等，但均不同程度地存在着工艺流程长、氧耗效率低、碳源不足、脱氮效果不好等诸多问题［1］．随着简洁硝化－厌氧氨氧化(singlereactorsystemforhighactivityammoniaremovalovernitrite-anaerobicammoniumoxidation，SHARON-ANAMMOX)组合工艺的应用，其他诸如通过控制DO实现的限氧亚硝化工艺与厌氧氨氧化工艺的组合工艺［2］、通过长污泥龄与低溶解氧控制实现的常温亚硝化工艺与厌氧氨氧化工艺的组合工艺［3］等短程硝化－厌氧氨氧化的组合工艺引起了国内外学者的普遍研究．由于ANAMMOX过程能同时去除亚硝氮和氨氮，节约中和试剂、碳源和污泥产量低等优点，因此，在环境工程上具有较高的开发价值［4］．污泥消化液属高氨氮低碳氮比废水，反硝化过程所需碳源比较缺乏，适于采用厌氧氨氧化工艺处理．但是，该水质几乎不含亚硝氮基质，故需要使一部分氨氮首先转化为亚硝氮，然后再进入厌氧氨氧化工艺脱氮．污泥消化液一般碱度不足，且厌氧氨氧化去除氨氮和亚硝氮的摩尔比约为1∶1.32［5］，故污泥消化液中的氨氮宜硝化大约一半且停留在亚硝氮阶段，而后作为厌氧氨氧化进水，实现全程自养生物脱氮．在氨氮硝化过程中，因为约一半的氨氮被硝化且停留在亚硝化阶段，故被称为半短程硝化［6］．与传统的硝化－反硝化工艺相比，半短程硝化－厌氧氨氧化联合工艺可节省50%的氧耗和100%的外加碳源，且污泥产量少，因此具有非常广阔的应用前景［7-8］．本试验主要研究了采用半短程硝化－厌氧氨氧化联合工艺处理高氨氮、低ρ(C)/ρ(N)污泥消化液的运行状况．在启动初期，由于半短程硝化的亚硝氮积累不稳定以及厌氧氨氧化反应易遭受亚硝氮基质抑制，故两套工艺装置分别独立运行．待半短程硝化运行稳定和厌氧氨氧化成功启动后，方进行联立，并实现了全程自养脱氮．1材料与方法1.1试验装置半短程硝化反应装置和厌氧氨氧化反应装置分别采用2套独立装置，待条件成熟后通过中间水箱，把北京工业大学学报2011年二者联立运行．半短程硝化实验模型由A/O反应器和竖流式二沉池组成，见图1．反应装置材质为有机玻璃，每格室有效容积4.5L，共4格室，第1格室为缺氧区，后3格室为好氧区;二沉池有效容积为12L．通过蠕动泵控制试验进水和污泥回流，反应器运行期间进水量约为34L/d，水力停留时间(HRT)约为12.7h，内回流为50%．采用砂头曝气头曝气，流量控制在8～10L/min，好氧区ρDO平均为5.4mg/L．厌氧氨氧化以UASB作为反应器，工艺流程如图2所示．反应器由有机玻璃制成，高170cm，内径8cm，有效容积约8.5L．反应器外裹水浴套桶，亦为有机玻璃材质，直径40cm，由温度控制仪