【摘 要】
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晚期垃圾渗滤液因其高氨氮、低可生化性以及成分复杂的水质特性,给渗滤液的生物处理造成了很大的困难。因此,开发高效且节能的晚期渗滤液生物处理工艺具有重要意义。厌氧氨氧化作为一种新型的生物脱氮技术,具有低耗、高效等特性,能够实现晚期垃圾渗滤液自养脱氮。然而,厌氧氨氧化工艺的反应底物NO2-难以稳定获取,且理论上出水中有11%的TN以NO3-的形式存在,使得出水难以达标。针对以上问题,本论文从厌氧氨氧化反
【基金项目】
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国家自然科学基金(51778216)——基于过程控制与种群优化解析连续流单污泥系统短程反硝化除磷的稳定机制; 北京市科技计划(Z181100005518006)——自养与异养耦合深度脱氮同步污泥生物减量技术与中试;
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晚期垃圾渗滤液因其高氨氮、低可生化性以及成分复杂的水质特性,给渗滤液的生物处理造成了很大的困难。因此,开发高效且节能的晚期渗滤液生物处理工艺具有重要意义。厌氧氨氧化作为一种新型的生物脱氮技术,具有低耗、高效等特性,能够实现晚期垃圾渗滤液自养脱氮。然而,厌氧氨氧化工艺的反应底物NO2-难以稳定获取,且理论上出水中有11%的TN以NO3-的形式存在,使得出水难以达标。针对以上问题,本论文从厌氧氨氧化反应基质NO2-的获取出发,首先利用两个平行的序批式反应器考察了不同因素对于短程硝化(Partial Nitrification,PN)实现的影响;其次,通过在单级序批式反应器中启动短程反硝化耦合厌氧氨氧化(Partial Denitrification and Anammox,PD/A)工艺,考察了渗滤液深度脱氮的可行性;在前期的基础上,利用连续流短程硝化反应器、厌氧氨氧化反应器以及短程反硝化厌氧氨氧化反应器构建了基于厌氧氨氧化的PN/A+PD/A组合处理工艺,实现了晚期垃圾渗滤液的深度脱氮。提出了连续投加羟胺联合实时控制快速实现短程硝化的策略。利用两个平行的SBR反应器研究了不同溶解氧条件、污泥龄以及羟胺投加方式对硝化过程中亚硝酸积累的影响。两个SBR反应器分别在溶解氧浓度为2.0mg/L和4.0mg/L的条件下运行,其亚硝酸积累率在20天内分别达到44.8%和66.7%。在羟胺投加阶段,在连续和间歇两种不同羟胺投加方式下,亚硝酸积累率均达到90%以上,且连续投加羟胺更能快速地实现短程硝化。典型周期的结果表明,连续投加羟胺的方式同时抑制了亚硝酸盐氧化细菌(nitrite oxidizing bacteria,NOB)活性以及反应器的氨氧化速率。q PCR结果进一步表明,完全氨氧化细菌(complete ammonia oxidizer,comammox)的丰度在6.25×107~4.16×108copies/g VSS范围内,明显高于氨氧化细菌(ammonium oxidizing bacteria,AOB)和Nitrobacter的丰度。连续投加羟胺方式以及实时控制策略能够快速实现短程硝化。针对短程硝化耦合厌氧氨氧化工艺出水中含过量NO3-的问题,构建了短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺。利用SBR反应器在以乙酸钠作为碳源,COD/NO3--N为3.0的条件下,首先将NO3-转化为NO2-,而后通过厌氧氨氧化反应实现高效去除。试验结果表明,在进水NH4+和NO3-平均浓度分别为47.5mg/L和93.7mg/L的情况下,反应器出水TN小于20mg/L时,TN去除率达到84.8%。同时,ORP和p H值可以作为控制参数来维持反应的稳定运行。在PD-Anammox系统中发现了两种厌氧氨氧化细菌Candidatus Brocadia和Candidatus Kuenenia,且两者的丰度分别由1.64%增长到2.25%以及由0.53%增长到0.61%。采用短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺对晚期垃圾渗滤液进行深度脱氮可节省40%的有机碳源的投加,并且降低了污泥处理的成本。基于上述研究,针对晚期垃圾渗滤液高氨氮低碳氮比的水质特性,开发了一套基于短程硝化厌氧氨氧化(PN/A)和短程反硝化厌氧氨氧化(PD/A)的连续流组合工艺用于实现晚期渗滤液深度脱氮。在渗滤液氨氮浓度1454mg/L的条件下,A/O连续流反应器进行短程硝化产生亚硝酸。在内回流比为200%的条件下,反应器氨氮的转化率以及亚硝酸积累率分别达到了93.4%和91.5%。高FA(43.5mg/L)和高FNA(0.18mg/L)为实现反应器短程硝化的主要因素。在COD/NO3--N比为4.0的条件下,PD/A反应器中的亚硝积累率以及厌氧氨氧化的脱氮贡献率分别为60.4%和57.1%。PN/A+PD/A组合反应器的总氮出水为15.7mg/L,总氮去除率能够达到98.8%。此外,渗滤液中只有11%COD能够被生物去除,说明渗滤液中有限的溶解性有机物(Dissolved Organic Matter,DOM)可用于反硝化,出水中剩余的DOM主要为类富里酸物质。在外加碳源与氨氮(COD/NH4+-N)比为0.28的条件下,通过将厌氧氨氧化与短程硝化和短程反硝化相结合,能够实现晚期渗滤液的深度脱氮。
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