厌氧氨氧化系列文章(终)

作者: laokou 分类: 水处理 发布时间: 2020-12-14 09:33

 

  1. 厌氧氨氧化在废水脱氮领域的应用进展:

处理垃圾渗滤液

垃圾渗滤液是垃圾在填埋过程中产生的二次污染物,不仅含有较高浓度的有机物,同时还含有高浓度氨氮、碱和重金属等。在填埋初期,垃圾渗滤液的可生化性较好,BOD5 /COD 达 0.6~0.7。但随着填埋时间的延长,COD 浓度呈下降趋势,同时NH4+-N 浓度逐渐升高,造成 C/N<3,可生化性下降。因此垃圾渗滤液,  特别是老龄填埋场的垃圾渗滤液是一种难处理的低 C/N 废水。

在UASB反应器中,采用SHARON-ANAMMOX工艺处理垃圾渗滤液,温度控制在25℃,pH8.0,DO4-5mg/L,连续运行105d后,进水氨氮负荷2.54kgN·m3·d-1,出水NO3-N浓度可达670mg·L,基本检测不到NO3-N,氨氮去除率及亚硝酸盐累计率分别达到88%及99%左右 采用UASB反应器接种反硝化污泥,经过105d可以成功启动ANAMMOX反应器,运行15d后,NH4+-N 和 NO2-N 去除率分别为 87.8%和 88.9%。

处理污泥消化液和污泥脱水液

污泥消化液和污泥脱水液的产量约占污水厂处理水量的 1%~3%,COD浓度为 100~750mg·L-1,NH4+-N 浓度为 300~1000  mg·L-1,部分高达1000 mg·L-1以上,是典型的低 C/N 废水。传统生物脱氮工艺存在需外加有机碳源,运行费用昂贵等问题。考虑到污泥消化液的pH值和温度分别为7.0~8.5和30~37℃,基本处于ANAMMOX菌的最佳生长条件范围内,因此可采用比较切实可行的 ANAMMOX工艺。

世界上第一个生产性 SHARON—ANAMMOX组合工艺于2002 年 6 月在荷兰鹿特丹 Dokhaven 污水处理厂建成并投入运行,用于处理厂区污泥消化上清液。SHARON工艺进水氨氮浓度为1230 mg·L-1,设计氮负荷为 830kg N·d-1。ANAMMOX工艺设计氮负荷为 500 kg N·d-1,实际最大氮负荷可达750 kg N·d-1。经过长达1250 d 的运行,成功启动了ANAMMOX 反应器,最大容积去除负荷可达10.7 kg N·m-3·d-1,远远高于传统硝化-反硝化工艺(0.23~0.5 kg N·m-3·d-1)。

处理焦化废水

焦化废水的水质成分十分复杂,不但含有高浓度的氨氮和难降解的有机物,而且含有无机污染物以及致癌物质。焦化废水经过以活性污泥法为主的常规生物工艺处理后,出水COD和 NH4+-N 两项指标难以达到国家规定的排放标准,  特别是氨氮除作为营养物质被微生物利用外, 很少被降解。

在利用短程硝化/厌氧氨氧化/全程硝化(O1/A/O2)生物脱氮新工艺并用于焦化废水的试验处理中,结果表明,在温度为(35±1)℃、DO为2.0~3.0 mg·L-1,氨氮容积负荷 0.13~0.22  g N·L-1·d-1的条件下,采用一级好氧连续流生物膜反应器内实现了亚硝化。控制温度为34 ℃、pH 值为7.5~8.5、HRT为 33h,经过 115d 成功启动了ANAMMOX反应器。当进水NH4+-N 浓度为80 mg·L-1、NO2-N 浓度为 90 mg·L-1、TN 负荷为 160 mg N·L-1·d-1时,NH4+-N 和 NO2-N去除率最高分别可达86%和98%,TN去除率为 75%。最后在二级好氧反应器中进一步去除残留的 NH4+-N、NO2-N 和有机物。该工艺出水水质优于A/O生物脱氮工艺。

处理味精废水

味精废水是指味精发酵液提取谷氨酸后排放的废液。我国是味精生产大国,每年排出的味精生产废水总量高达 1.8×107t 以上。味精废水具有酸性强、高 SO42-、高COD、高BOD、高NH4+-N、高菌体含量等特点。由于味精废水 C/N 偏低,使得传统硝化—反硝化生物脱氮工艺的处理效果欠佳。

在采用Sharon-Anammox工艺,通过控制pH,DO,温度等,采用经生物除碳和硝化处理后的味精废水作为Anammox工艺的进水,经过71d成功启动了Anammox反应器,TN容积去除负荷最高可达0.457kg·N·m-3·d-1,NO2-N与NH4+-N去除量之比为1.85:1

处理发酵行业废水

发酵行业产生了大量高有机物,高氨氮的废水,这些废水需要经过 恰当的处理后才允许排放。发酵行业例如淀粉,有机酸,酵母等废水由于其良好的生物可降解性和低毒性,厌氧+好氧处理顺理成章,但是有时由于废水中含有的氨氮或经过厌氧处理后的氨化的有机氮过高,后续好氧处理困难,甚至为使厌氧可以进行,需要增加耗能高且存在二次污染的化学吹脱法除氨氮,一些废水尚无经济环保的工业化处理措施。国内 很多酵母废水经过厌氧-好氧-混凝 等工艺处理后,COD,BOD基本能够达到排放标准,但出水的氨氮浓度确非常高,一般可以 达到200mg/L或更高,寻求高效脱氮方式势在必行。

帕克公司采用Anammox颗粒污泥反应器 ,接种Anammox颗粒污泥,初期颗粒污泥的活性显示为一定程度的抑制作用,但是只影响了反应速度,未影响氨氮的最终去除率。在使用该废水对接种的Anammox污泥经过10余天的驯化后,系统可以连续稳定的运行,污泥负荷可以达到0.12kg-N/kgVSS/d。容积负荷可以达到0.84kg-N/m3/d,出水氨氮维持在50mg/L左右,亚硝酸盐氮在5mg/L左右。

 

  1. 厌氧氨氧化前景及挑战:

厌氧氨氧化可在缺氧条件下实现氨氮的高效去除,现已成功应用于高氨氮实际废水的处理,其容积氮去除速率高达9. 5 kgN / (m3·d),其对曝气量,碳源,碱度的节约,以及DEMOX等工艺同时对硫化物硫酸盐的去除,可以预见到厌氧氨氧化工艺的前景非常广阔。但由于厌氧氨氧化菌种生长较慢,启动时间较长,及反应进程控制不易等问题,限制了其大规模推广的进程,目前来看,厌氧氨氧化工程化遇到的问题主要由以下几点:

厌氧氨氧化菌种问题

在自然界以及废水生物处理系统中,厌氧氨氧化菌丰度很低。对接种污泥进行直接测定,几乎不能检测到厌氧氨氧化活性 ,而获取高质量的菌种(接种物)是厌氧氨氧化工艺工程应用所面临的重大挑战。另外,厌氧氨氧化菌生长缓慢,细胞产率低,其富集培养较为困难。目前运行的部分工程项目中每年大部分运行费用来自于补充的Anammox污泥费用,大量扩增高活性的厌氧氨氧化菌也是厌氧氨氧化工艺工程应用必须攻克的难题。

厌氧氨氧化工艺问题

厌氧氨氧化工艺启动缓慢,世界上第一座生产性装置的启动时间长达3. 5年 ,过长的启动时间是其工程应用的一个重要的障碍。厌氧氨氧化菌为自养菌,以CO2为碳源 ,无需有机物,因此厌氧氨氧化工艺适于处理C/N值较低的含氮废水 。在大多数的实际废水中,有机物往往与氨氮共存,不利于厌氧氨氧化菌的生长。厌氧氨氧化的基质为氨和亚硝酸盐,均具毒性,尤以亚硝酸盐毒性更大。如在C/N不适合的废水,及有毒物质,有抑制性物质存在的废水,等因素存在的条件下,控制厌氧氨氧化工艺的稳定运行是其工程应用必须解决的重大难题。目前工程上通过接种污泥,选择合适的反应器,控制厌氧氨氧化菌有利的外界因素来进一步缩短厌氧氨氧化的启动时间,对于原水中的有机物及其他有毒物质,通常会采取毒性试验的方法来判别原水中物质对厌氧氨氧化菌的抑制作用,并采取分批次投加菌种,或驯化等方式减轻及消除有毒物质的影响。工程案例上大部分碳氮比1:1的原水可以选择Anammox工艺,合适的预处理也是需要进一步解决的问题。同时分体式及一体式工艺的选择也是需要进一步探究的。

厌氧氨氧化装置问题

氧氨氧化菌生长缓慢,细胞产率低,但反应器的功能强弱与生物量大小成正相关,厌氧氨氧化反应器必须具有高效的持留生物体性能。另外,厌氧氨氧化工艺的高效运行工况在低浓度大流量(低HRT)最佳,容积氮去除率高,要维持反应器的高效、稳定运行,厌氧氨氧化反应器必须具有较强的抗水力冲击性能。通过投加填料,合适的反应器的选型,新型高效反应器的开发可以进一步缩短厌氧氨氧化全面工程化的时间。

帕克公司的工艺多采用IC厌氧+高负荷 曝气好氧+一体式Anammox反应器进行处理。Anammox反应器 形式如下

Anammox反应器 利用空气进行曝气

需氧量通过亚硝酸盐量及氨氮浓度,即NO2-N/NH4+-N的比值进行调节,控制新鲜空气与回流空气的比值。高浓度氨氮会需要更多的新鲜空气,而低浓度的氨氮或高浓度的       亚硝酸盐氮会导致回流气量的加大,因而减小新鲜空气量。同时反应器内安装多个沉淀器,最大程度将污泥保留在反应器内。

参数控制如下:

反应器的启动

Anammox反应器的水必须符合下面的条件后分两阶段进行:先向反应器接种Anammox污泥并微调供气量之后再增加亚硝化/Anammox负荷。