厌氧氨氧化的快速启动及过程控制

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厌氧氨氧化(Anammox)是一种有巨大经济和生态效益的新型自养生物脱氮工艺,在高氨氮、低C/N比废水处理中有广泛的应用前景。但是,Anammox菌生长极其缓慢,工艺启动时间长,易受废水中溶解氧(DO)、有机物的影响,阻碍了Anammox工艺的工业化应用进程。本研究在常温条件下通过启动OLAND工艺来实现Anammox菌的预富集从而优化Anammox反应器的接种污泥,并通过添加混合载体、优化运行条件等策略,快速富集Anammox菌,并在较短时间内成功启动Anammox工艺。常温条件下在填充蜂窝状聚乙烯填料固定床生物膜反应器(FBR)中接种普通活性污泥、用人工模拟废水启动OLAND工艺。实验温度23℃26℃,DO为0.5 mg/L1.0mg/L,水力停留时间(HRT)为2天,NH4+-N的初始进水浓度为50 mg/L。结果表明,第31天首次出现总氮去除;NH4+-N去除率、总氮去除率和总氮去除速率的最大值分别为89.54%、95.45%和38.82 g/(m3·d)。OLAND工艺的成功启动增大Anammox工艺的启动有效性,同时可满足城市生活污水的除氮需求,在低氨氮、低化学需氧量废水处理方面有广泛的应用前景。接种OLAND污泥至填充无纺布和蜂窝状聚乙烯混合填料的FBR,常温启动Anammox工艺。温度15℃25℃,DO低于检测限(0.1 mg/L),HRT从2 d缩短至1.5d,进水NH4+-N和NO2--N的浓度分别从60 mg/L和30 mg/L梯度增加到320 mg/L和260 mg/L。接种OLAND污泥的第1天,NH4+-N和NO2--N即实现同步去除,反应器首次表现出Anammox活性。在109天,总氮去除速率达最大值336.44 g/(m3·d)。通过扫描电镜观察到成熟污泥生物膜表面呈花椰菜状结构,菌胶团由球菌和短杆菌构成,未观察到丝状菌群;根据基因测序和谱系分析,反应器中检测到2种厌氧氨氧化菌,属于Candidatus Kuenenia stuttgartiensis种和Candidatus Brocadia flulgida种,且Candidatus Kuenenia stuttgartiensis是Anammox菌中的优势菌,占总克隆数的70%。在OLAND工艺和Anammox工艺的启动过程中,通过改变N2的曝气量来改变FBR的DO浓度,通过控制进水基质浓度和HRT来调节进水负荷。根据不同阶段工艺的运行工况来改变进水基质浓度,避免NH4+-N和NO2--N浓度过高出现自抑制现象;通过改变模拟废水中CO2的曝气量和HCl的添加量来调节FBR内的pH值,同时的CO2为Anammox菌的生长提供碳源;当pH值、进水基质出现抑制时,及时更新进水箱的模拟废水,减小对反应器的抑制时间。
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