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亚硝化-厌氧氨氧化(ANAMMOX)是近年来开发的新型自养脱氮工艺,与传统硝化反硝化相比,无需有机碳源、耗氧量少、污泥产量低,因此发展前景良好。然而厌氧氨氧化反应器要求前体亚硝化反应器提供稳定且比例合适的进水(亚氮∶氨氮=1.32∶1),如何实现稳定的部分亚硝化成为该工艺成功应用及进一步发展必须解决的难题。 膜生物反应器(MBR)是一种新兴污水处理反应器,它将膜分离技术与生物处理技术结合起来,能够实现水力停留时间(HRT)与污泥停留时间(SRT)的完全分离,特别适合泥龄较长的氨氧化菌(AOB)生长。虽然近年来亚硝化与膜污染问题在各自领域都有了一定的探索,但是关于亚硝化反应器的膜污染问题鲜有报道。鉴于以上问题,本文将MBR亚硝化工艺与膜污染问题相结合,通过调节不同参数,探究实现MBR亚硝化长期稳定运行的方法,以期为将来的工程应用提供技术与参数指导。 首先,以高氨氮人工模拟废水作为反应器进水,启动MBR亚硝化反应,并根据AOB与NOB菌最佳生长条件的不同,通过调节气水比值,控制反应器内的溶解氧和游离氨浓度,进行菌种筛选,39天后MBR亚硝化反应启动成功。亚硝化启动成功后,分别控制气水比值为25∶1、19∶1和14∶1,研究亚硝化反应变化情况。试验中发现气水比为14∶1时,反应器运行稳定,出水NO2--N/NH4+-N平均值1.34,适宜作为厌氧氨氧化反应器的进水。试验中全亚硝化阶段诱发污泥膨胀现象,后期采用高氨氮连续流+SBR运行方式进行恢复。 污泥性状恢复后,在进水TIC分别为40、28、20和14 m mol/L条件下,研究了亚硝化反应器的运行状况,并发现在气水比为25∶1、进水TIC为14 mmol/L时,出水比例合适,可作为厌氧氨氧化反应器的进水,且不同TIC浓度下,△TIC/△NH4+-N比值相近,均值为0.117。 生活污水引入阶段,首先将配水氨氮浓度由200 mg/L降至100 mg/L,适应一段时间后,再逐步引入生活污水。不同气水比值对出水NO2--N/NH4+-N比值影响较大,而对COD的去除并无明显影响。气水比为24∶1时,出水NO2--N/NH4+-N比值在1.07-1.28之间,亚硝化率稳定在98.5%以上,COD浓度在50 mg/L以下。试验过程中同时发生反硝化反应,在气水比为19∶1和气水比为24∶1的两个阶段,平均总氮损失率分别为32.51%、24.15%和22.53%。 膜污染速率与气水比大小、无机碳浓度和水质条件有密切关系。高气水比值下,污泥颗粒不易沉积在膜丝表面,膜污染周期长,低气水比值下,反应器内可发生反硝化反应,消耗反应器内的部分胞外聚合物,减缓膜污染速率。TIC浓度影响细菌的生长繁殖,同时对膜污染速率产生影响。当出水TIC浓度为4.20 mmol/L或更低时,膜污染速率明显加快,同时反应器内污泥浓度下降。 以上研究表明,适宜的温度、低溶解氧与高游离氨的相互作用是实现MBR亚硝化反应启动成功的重要因素,高氨氮连续流+SBR运行是恢复MBR污泥膨胀的有效手段。最佳气水比值与无机碳浓度密切相关,且不同TIC浓度下,△TIC/△NH4+-N为0.117,该参数可指导无机碳药剂的投加和运行参数的调节。采用分步引入法,可实现由人工配水到生活污水的转变,在气水比为24∶1时,能够实现稳定的半亚硝化。为减缓膜污染速率,反应过程中TIC浓度不得小于4.20m mol/L。