城市生活污水处理厌氧氨氧化技术 8页

城市生活污水处理厌氧氨氧化技术　　厌氧氨氧化过程的实现需要依靠pH来调整稳定，Anammox对pH变化比较敏感，在厌氧氨氧化工艺运行各个阶段对pH的掌握尤为重要。文献指出，pH在6.7~8.3内变化时更相宜AnAOB生长，且在pH=8.0时AnAOB反应速率达到峰值，然而Egli等在旋转生物接触器处理富含高氨氮渗滤液的讨论中提出更广的相宜范围(6.5~9.3)。Zhu等指出厌氧氨氧化细菌膜的低渗透性和有限的质子扩散爱护细菌不受酸性或碱性条件的影响。厌氧氨氧化工艺运行过程中会消耗肯定量的H+，所以随着反应的进行往往伴随着溶液pH的增加，而且强碱强酸条件下可能会对AnAOB有抑制作用，所以在实际工程应用过程中有效的掌握pH的变化对于维持厌氧氨氧化工艺的稳定运行至关重要。城市生活污水受季节性影响较大，尤其在低温状况下，适当提高pH有利于维持CandidatusKueneniastuttgartiensis细胞内pH梯度稳定，对于保持处理系统稳定性和良好的处理效果具有重要意义。8\n　　温度是影响微生物生长的关键因素，也直接影响厌氧氨氧化微生物群落相对丰度。季节性温度变化是制约厌氧氨氧化工艺在实际生活污水处理中应用的主要因素之一。文献表明，温度对AnAOB的影响高于pH。略高温(35~40℃)有利于厌氧氨氧化生物种群的生长并可以缩短倍增时间，但是高温(>45℃)会不可逆地造成细胞裂解，严峻影响处理效果。同时，温度的降低也会影响AnAOB的活性，而且低温更有利于异养反硝化菌的繁殖，从而制约厌氧氨氧化工艺在实际城市生活污水处理厂中的运行。然而，Hu等采纳配水，讨论低温(12℃)下，AOB与AnAOB组合脱氮效能，结果显示AOB和AnAOB都具有较高的活性，厌氧氨氧化反应器中的优势菌CandidatusBrocadiafulgida的相对丰度在温度变化状况下变化不大，由此实现了高氨氮去除率(90%)。虽然低温条件对于AnAOB的生长有很大影响，但是AnAOB可以适应低温环境并保证反应的顺当进行。因此，温度对于厌氧氨氧化虽然存在肯定的影响，但通过培育和驯化，AnAOB可以适应肯定的低温环境。所以，如何有效地掌握温度变化和驯化AnAOB的低温适应性，是发挥AnAOB功能性作用及抑制异养反硝化菌活性的关键性步骤。8\n　　AnAOB属于厌氧细菌，反应条件中溶解氧(dissdvedoxygen，DO)的掌握对于AnAOB活性具有至关重要的作用。DO对于厌氧氨氧化整个生物群落具有肯定的影响，其中在有氧限制条件下，AOB和NOB对氧的竞争是实现对NOB有效掌握的方法之一。Dytczak等讨论发觉，当DO的质量浓度大于1.5mg/L时AOB相较于NOB表现出更高的活性，从而对于NOB抑制作用效果俱佳。然而，当操作溶解氧设定点的AOB和NOB的比增长率接近时，假如工艺仅限于氧气限制，则无论液相溶解氧的掌握水平如何，都很难抑制NOB。因此，厌氧氨氧化工艺在实际运行过程中，限制氧供量，可以有效地抑制NOB的活性，提高AOB和AnAOB的转化效率。王俊安等在城市生活污水亚硝化反应器的启动与运行讨论中，确定的DO掌握范围为0.3~0.5mg/L。因此，由于城市生活污水受季节性变化影响较大，可以将AnAOB接种到亚硝化活性污泥反应器中，同时掌握DO质量浓度0.5mg/L左右，可以有效地通过短程硝化-厌氧氨氧化实现城市生活污水深度脱氮　　二、厌氧氨氧化工艺在城市生活污水处理中的应用　　厌氧氨氧化工艺由于AnAOB倍增时间比较缓慢、微生物群落间的复杂关系、季节性温度变化、生活污水碳氮比变化较大等因素制约着其在主流城市生活污水中的应用与进展。在世界范围内，已有110多座厌氧氨氧化工程在运行，而其中75%的主要应用于城市生活污水的侧流处理。现阶段中国针对厌氧氨氧化在城市生活污水处理的讨论还大多停留在试验室水平的人工配水上，然而，人工配水相比于实际城市生活污水污染物而言，其种类单一，水质变化较小，因此，目前对于实际工程应用尚缺少肯定的理论依据。张树德等采纳城市生活污水处理厂的二级出水来培育AnAOB的讨论试验中，采纳向下流式生物滤池作为主要的反应容器，论证了Anammox工艺在高氨氮废水的处理中可以起到良好的处理效果，同时也可用于城市污水深度处理中，而这对于城市生活污水的深度脱氮具有深远的现实意义。DeAlmeida等在探讨温度对于处理城市污水的厌氧氨氧化反应器里微生物多样性及脱氮性能影响中指出，在典型的热带温度下，将厌氧氨氧化工艺应用于主流城市污水处理是可行的。8\n　　污泥消化液的厌氧氨氧化处理属于城市生活污水的侧流应用的一种，可以去除进水总氮负荷的25%，目前已经被广泛讨论并已在国外绽开了相关应用。Leal等向富含AnAOB菌的序批式反应器(sequencingbatchreactor，SBR)中接种预处理过的城市生活污水，可获得较高的COD、亚硝酸盐和氨氮去除率(分别为80%、90%和95%)，从而论证了厌氧氨氧化工艺实现城市生活污水深度脱氮的可能性。厌氧氨氧化工艺的侧流应用力量有限，厌氧氨氧化在主流城市生活污水中的应用可以很大程度上实现污水处理厂的能源自给自足。　　三、厌氧氨氧化过程中颗粒污泥的应用　　在传统的污水生物处理中，通常通过硝化过程将氨氮氧化成硝态氮，而这个过程需要消耗大量的氧气。之后，硝态氮通过反硝化作用转化为氮气，但这一过程还需有机物作为碳源，而通常对于碳氮比较低的污水还需额外添加碳源如甲醇等。在传统的污水生物处理中，通常还会差生大量的剩余污泥，因此还需对剩余污泥进行进一步处理，进一步增大了污水的处理成本。8\n　　然而，AnAOB生长缓慢，倍增时间为7~12d，因此Anammox工艺剩余污泥量产生少，省去了剩余污泥的处理系统，节省了处理成本。目前Anammox工艺更多的是用于处理含氨氮含量高的污水。但是假如使用快速沉降的硝化细菌和厌氧氨氧化细菌(一种“颗粒污泥冶)共培育的紧密颗粒，可以保留更多的生物量，提高处理效果。颗粒污泥反应器现在已被开发用于在厌氧和好氧条件下去除有机物和养分物。由于颗粒污泥系统具有较高的体积转化率，因此也可在城市污水低温柔低氨氮条件下应用富含厌氧氨氧化菌的颗粒污泥处理污水。高梦佳等采纳人工配水培育了厌氧氨氧化颗粒污泥，探究了厌氧氨氧化颗粒污泥对于城市生活污水的处理效果，讨论表明，AnAOB所占比例下降，AOB和NOB比例增加，有效地掌握溶解氧后，会削减出水硝态氮质量浓度，提高总氮去除率。有讨论指出，厌氧氨氧化颗粒污泥在耐外部环境波动性方面明显优于絮状污泥，而且AnAOB的活性会随着颗粒污泥粒径的削减而减弱，因此，对于高负荷的城市生活污水来说，Miao等讨论发觉，COD对胞外聚合物(extracellularpolymericsubstance，EPS)有影响，而EPS通过促进细胞和污泥颗粒的聚集而促进颗粒污泥的形成。由此可知，合理地掌握城市污水中有机物的影响进而可通过颗粒污泥实现厌氧氨氧化细菌培育周期的缩短，对于提高实际工程应用也具有肯定的现实意义。　　四、厌氧氨氧化组合工艺在城市生活污水中的应用　　4.1部分短程硝化-厌氧氨氧化(partialnitrificationanammox，PNA)　　PNA技术在处理高氨氮废水方面已经取得了长足的进展，但该技术针对城市生活污水处理方面还缺乏有力的理论依据及实际资料的考证。讨论表明，超过50%的PNA装置是序批式反应器，88%的装置作为单级系统运行。PNA作为一种高效的生物氮技术，被认为是传统生物脱氮的一种节约成本的替代方法。PNA工艺相较于传统的硝化/反硝化过程，可以实现耗氧量削减60%，有机碳源削减100%，污泥产生量削减90%8\n　　迄今PNA工艺对于处理城市生活污水的讨论已经在试验室小试和中试上取得了很大的进展。Yang等采纳生物除磷-部分硝化-厌氧氨氧(EBPR-PNA)化组合工艺，实现了城市污水中有机碳、磷、氮的同步去除。Cao等探讨了PNA处理城市污水的现状、瓶颈，并指出PNA技术广泛应用的瓶颈主要是:1)预处理中碳源的不稳定性;2)在低温下如何实现对NOB的抑制;3)低温条件下AnAOB活性。Ma等采纳间歇曝气PNA技术，探讨了进水碳氮比对PNA工艺脱氮的影响，讨论发觉，当碳氮比从1.1升至2.5时，PNA对生活污水中的总氮(totalnitrogen，TN)的去除率由30.8%升至70.3%，这也为PNA工艺在从城市生活污水中的应用供应了良好的理论讨论基础。杨庆等掌握持低碳氮比，采纳生物滤池为反应装置讨论分析了PNA工艺对于生活污水脱氮效率，经过173d的培育试验，PNA工艺在生物滤池实现了快速启动，脱氮效率较高，该系统出水TN平均质量浓度为8mg/L，实现了PNA工艺稳定高效地处理生活污水。　　4.2同时部分硝化-厌氧氨氧化-反硝化(SNAD)　　Ma等讨论指出，PNA工艺在处理低氨氮污水过程中会出现NO-3-N累积，影响出水TN质量浓度。因此，一种新型的可连续通过反硝化将NO-3-N去除的处理工艺(simulataneouspovrtialnitrification，Ananmoxanddenitrification，SNAD)应运而生。在SNAD中，氨氮在低氧质量浓度下通过AOB部分转化为亚硝酸盐，然后AnAOB菌再利用剩余的氨氮和转化的亚硝酸盐通过厌氧氨氧化反应生成氮气和硝酸盐，最终DNB利用碳源通过反硝化反应将硝酸盐转化为氮气8\n　　Ding等通过SNAD技术利用悬浮活性污泥处理生活污水，建立了以悬浮活性污泥代替生物膜或培育颗粒污泥的SNAD工艺，在不预处理COD的状况下，碳氮比为3.0~3.5，处理实际生活污水，其讨论为实际应用供应了参考。Wang等通过SNAD利用非织造旋转生物反应器处理低碳氮比的城市污水中，实现了好氧外层AOB占微生物菌落的65.13%，厌氧内层以AnAOB(47.17%)和DNB(38.91%)为主，也为SNAD在城市生活污水中的应用供应了技术支持。SNAD生物膜具有良好的厌氧氨氧化和反硝化特性，郑照明等依托生物膜载体通过分批试试验讨论了同步亚硝化、厌氧氨氧化耦合反硝化，在处理城市生活污水的脱氮性能，结果表明，SNAD生物膜可减轻pH对厌氧氨氧化菌的抑制，同时该工艺也获得了较好的脱氮效果(NH+4-N、NO-2-N和TIN去除速率分别为0.121、0.180和0.267kg/d。　　4.3短程反硝化-厌氧氨氧化(partialdenitrificationanammox，PDA)8\n　　短程反硝化，是指将硝酸盐还原为亚硝酸盐，从而为厌氧氨氧化供应基质。Du等通过2组序批式反应器胜利提出了一种创新组合工艺(短程反硝化厌氧氨氧化)，该组合工艺实现了平均出水氮去除率为94.06%，出水总氮平均为10.98mg/L。在低温条件下，短程反硝化-厌氧氨氧化同时处理硝酸盐和生活污水效果明显(NO-3-N、NH+4-N和COD的平均去除率分别为89.5%、97.6%和78.7%)。这也为厌氧氨氧化工艺在低温条件下处理城市生活污水中的应用供应了新方向。污水处理厂出水硝态氮含量高，往往无法满意排放要求，因此对于污水处理厂二级出水可以采纳短程反硝化-厌氧氨氧化工艺进行深度处理。Cao等将污水处理厂二级出水(硝酸盐废水)与低碳氮比的城市生活污水相结合产生亚硝酸盐，然后在厌氧氨氧化作用下实现深层次脱氮，在该过程中有少量的N2O产生，论证了短程反硝化-厌氧氨氧化在经济和环境上可行性。短程反硝化-厌氧氨氧化工艺的进展为高质量浓度硝酸盐废水处理、高氨氮废水厌氧氨氧化出水和城市污水深度脱氮的问题供应了新的处理思路。　　4.4新型组合工艺　　随着对厌氧氨氧化工艺在实际城市生活污水处理中讨论的深入，一些新型组合工艺的提出为厌氧氨氧化技术在实际工程的应用供应了技术支持。为了克服传统城市生活污水处理的高能耗和高污泥产量问题，Gu等将Anammox整合到厌氧固定床反应器(去除COD)-序批式反应器(B1)-厌氧氨氧化移动床生物膜反应器(去除B1出水的NO-3-N)工艺中，从而实现节能运行和削减污泥产量。目前，如何有效地对NOB进行抑制及如何降低出水NO-3-N的质量浓度是厌氧氨氧化讨论中比较关注的2个问题。Wang等设计了一种同时去除烟气中氮氧化物和氨水中氮氧化物的新型厌氧氨氧化法，探讨了一氧化氮(NO)作为厌氧氨氧化菌长期稳定的电子受体的可能性，讨论表明，对于城市污水，去除氮氧化物的效率为70%~90%，总氮为40%~70%，COD为80%~90%，从而实现了具有潜力的应用技术。　　五、展望　　厌氧氨氧化作为一种目前最节能的脱氮工艺，得到了越来越多的专家和学者的关注。虽然厌氧氨氧化技术在实际城市生活污水中的应用性讨论已经取得了肯定的进步，但是在季节性变化很大的环境条件下，如何在低温低氨氮下高效缩短厌氧氨氧化生物群落的培育周期，如何有效地抑制NOB活性，讨论开发高效生物载体，创新适合中国城市污水水质特点的厌氧氨氧化处理工艺是目前尚待解决的问题。（8