厌氧氨氧化的条件与解决办法
前面我们提到,Annamox几乎无需有机碳源,可节约大量能耗,工艺本身也不产生剩余污泥,同时,其z高容积氮去除速率达9.5kg·N/(m³·d) ,远远高于传统的硝化反硝化工艺(容积氮去除率<0.50kg·N/(m³·d)) ,据国外的运行数据显示,其处理费用为0.75欧元/kg·N,远远低于传统生物脱氮工艺处理费用的2-5欧元/kg·N。
不过,生活已经让我们形成了这样一种条件反射,好东西必定难得。Annamox既然这么好,那一定不容易实现,果然。控制短程硝化反应难度就非常大。
短程硝化Z重要的几个条件
一是高温,只有在30-35℃情况下,AOB的比增长速率才大于NOB,才能富集足够的AOB使氨氮被氧化为亚硝态氮,又不进一步被NOB氧化为硝态氮。
二是高氨氮,高氨氮的情况下,才有足够的游离氨抑制NOB,使AOB竞争过NOB。
三是低碳氮比
其次,Anammox的运行条件也非常苛刻。
AnAOB的Z佳生长pH范围为6.7-8.3,Z佳生长温度范围为30-37℃,同时,AnAOB增殖时间长,对碳氮比、溶解氧等条件的要求也比较高,还会受抑制物及有毒物质的影响。
这些条件中,Z难得的是温度。
一般污水处理厂的污水温度只有在夏天才能达到这个区间值,冬季一般只有十几度。而如果将污水人工加温至30℃以上,那能耗将会是天量,得不偿失。
如此苛刻的条件,使得污水厂一般都在主流之外的侧流上设法实现突破。
此处的主流是指污水处理工艺主流程的液流。侧流是指污泥的浓缩水的液流,包括污泥重力浓缩的溢流液、脱水机
城市污水处理厂中侧流水量通常很小,只占总水量的1%左右,但水质浓度很高,氨氮浓度通常可达1000mg/L,高浓度的氨氮使得游离氨浓度也相对较高,可以抑制NOB。
而且,侧流水一般通过“厌氧消化”回收碳源,可降低碳氮比,同时,厌氧消化过程中会产生热量,出水温度一般可达到30℃以上。
高氨氮、低碳氮比、高水温,这些正是实现短程硝化乃至厌氧氨氧化的重要条件。
因此,在市政污水领域,厌氧氨氧化反应器往往以侧流的方式,安装在污泥消化或污泥脱水之后。而在工业废水领域,厌氧氨氧化则通常直接应用在厌氧反应器
通过侧流实现短程硝化与厌氧氨氧化脱氮,处理后的水再回归到主流,可有效的降低主流的氨氮负荷。
那么,侧流的脱氮方法是否可以应用到主流呢?答案是肯定的。
一种方法是通过侧流接种污泥到主流,使得AOB和AnAOB生物菌得到强化,从而实现主流工艺的厌氧氨氧化。下面以AB法加旁侧流接种主流厌氧氨氧化进行说明。
如下图所示,A段生物吸附池中,有机物会快速被吸附,被吸附的有机物通过沉淀池沉淀和浓缩池
上述相当于一个两段式厌氧氨氧化流程,半短程硝化与厌氧氨氧化反应分别在两个反应池内进行。如果在同一个反应池内,通过控制曝气,先将部分氨氮氧化为亚硝态氮,再转变为严格厌氧环境,进行厌氧氨氧化反应,则为一段式厌氧氨氧化。
一段式厌氧氨氧化反应器可以节约占地和投资。2006年后,大部分厌氧氨氧化反应器均为一段式。
主流厌氧氨氧化,主要需要解决低温下AOB和AnAOB的生长与截留问题。
首先是AOB的生长与截留。
AOB的生长与保留主要有两种方法:第l一种是从侧流向主流工艺中补充微生物,进行微生物强化
其次是AnAOB的生长与截留。
AnAOB的生长速率在低温情况下非常慢,其世代时间(繁殖一代的时间)需要1~2周,而硝化菌只需要1天。强化AnAOB菌在主流工艺中的数量一种方法便是通过侧流的生物强化补充。实验结果显示,30℃温度下培养的AnAOB颗粒污泥,在16℃条件下粒径分布不变,但其活性有所下降,氨氮和亚硝态氮去除率平均值分别可达78%和92%,可以满足脱氮需要。
另一种方式是通过旋流器分离保留AnAOB。
下图是DEMON工艺的旋流器示意图
上述是通过侧流接种对主流进行生物强化的方式。我们在前面提到,在工业废水领域,厌氧氨氧化通常直接应用在厌氧反应器之后。因为可生化性良好的工业废水一般营养物、有机浓度等都很高,不必通过侧流浓缩处理。这也是一种主流厌氧氨氧化方式。
其实,由此可推断,如果我们能够设法提高污水浓度,比如浓缩,或者混合高浓度废水,将有利于厌氧氨氧化的实现。例如,奥地利Strass污水厂就采取投加垃圾渗滤液
还有的污水厂本身就具有得天独厚的条件。比如,新加坡樟宜污水处理厂,就是世界上第l一例无需侧流接种而实现主流厌氧氨氧化的污水处理厂。主要原因在于,新加坡地处热带地区,温度常年在30℃以上,为实现短程硝化与厌氧氨氧化提供了天然的便利条件。
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