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与厌氧氨氧化相匹配的部分亚硝化工艺控制条件研究

朱霞  
【摘要】: 厌氧氨氧化是最近10多年来发展起来的一项生物脱氮技术。它等同于传统反硝化技术,但利用氨代替有机物作为电子供体使亚硝酸盐还原。由于硝酸盐不能作为电子受体,为了进行厌氧氨氧化,首先要将50%的氨氧化为氧化态的化合物亚硝酸盐。为了实现部分亚硝化,就要实现没有硝酸盐形成的亚硝化。所以问题的关键应该是部分亚硝化,即控制氨氧化进行的程度。亚硝化的进行受多种因素的制约,包括温度和pH等物理化学因素以及自由氨和自由亚硝酸抑制剂的浓度。根据氨氧化的反应计量学表明,氧化1摩尔的氨要产生2摩尔的质子,它需要2摩尔的HCO_3~-来中和,也就是说要氨全部氧化HCO_3~-/NH_4~+的摩尔比必须是2。因此,若只将50%的氨氧化为亚硝酸,重碳酸盐和氨的摩尔比必须是1:1,如果废水不具备这一关系,必须采取措施控制过程的pH。本文以SBR为反应器,调整影响因素为进水氨氮负荷和进水HCO_3~-/NH_4~+的摩尔,比分别考察了污泥龄为4d和25d时部分亚硝化的出水情况。探讨了与厌氧氨氧化相匹配的高氨氮短程硝化特征。主要研究结果如下: (1)控制反应器的温度在25~29℃,恒定曝气,辅以FA选择抑制,HRT=2d,进水NH_4~+/HCO_3~-摩尔比为1:1,当污泥龄分别为25d和4d时均成功的获得符合厌氧氨氧化进水要求的部分亚硝化出水即NO_2~-/NH_4~+摩尔比为1:1~1:1.3,工艺的稳定性和出水水质随着进水浓度的升高而升高。 (2)两反应器的进水中的NH_4~+/HCO_3~-均为1:1,反应终点时进水氨氮恰好一半被氧化为亚硝酸氮,此时水中的碱度不足以维持氨氮的继续降解,氨氮浓度和亚硝氮浓度保持不变,结合DO值的跳跃和pH的拐点,能很好地判断硝化反应的终点,即停止曝气。经分析后得出短污泥龄实验中的最佳水力停留时间为0.83d,长污泥龄实验的最佳水力停留时间为1.58d。 (3)进水碱度升高,NH_4~+/HCO_3~-摩尔为1:1.3时,部分亚硝化出水中亚硝酸氮大量累积导致NO_2~-/NH_4~+摩尔比远超过了1.3,此时的出水已不能与后续的氨氧氨氧化工艺相匹配。 (4)长污泥龄实验,可用Monod方程来模拟基质氨氮降解速率,确定动力学模型为:v=30.96 S/1562.44+S经验证,试验值与模型计算值吻合良好,两者的平均相对误差只有6.28%,所建过程动力学模型具有较高的准确性。短污泥龄实验由于产生了基质抑制现象,用Monod方程模拟基质降解速率不理想。


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