短程反硝化+厌氧氨氧化污水脱氮工艺技术与过程控制

As the new technology of wastewater biological treatment, Anaerobic ammonium oxidation (Anammox) process hold great advantages, including saving organic carbon source and aeration energy, low sludge yield and reducing greenhouse gas emission, but there was still more than 11% of nitrate remained in the effluent. The present program aimed at nitrogen removal from the effluent of full-scale applied anammox with high-ammonia wastewater, effluent of second-class treatment in wastewater treatment plant containing excess nitrate, and high strength nitrate industrial wastewater. Based on the discovery of partial denitrificaton for the first time by our research group, this program will further study on the mechanism of nitrate transformation to nitrite by partial denitrification bacteria, establish partial denitrification + anammox process and investigate in depth, which is the more efficient, lower energy consumed and more carbon source saving process..The feature and highlights are as followings: investigate the methodology of partial denitrification bacteria enrichment, metabolic mechanism and succession pattern; explore partial denitrification kinetics and stable maintenance controlling strategy; study on the rapid start-up method and factors of anammox process; establish the partial denitrification combined anammox process, for advanced nitrogen removal from high-ammonia and municipal wastewater, as well as the simultaneous treatment of high strength nitrate and domestic wastewater; the N2O emission in partial denitrification and anammox process as well as the N2O reduction controlling strategy.

污水生物处理的厌氧氨氧化新技术，具有节省有机碳源和曝气能耗、污泥产量小、减少温室气体排放等诸多优点，但其出水仍含有11%以上硝酸盐。本项目针对当前已工程化应用的高氨氮废水厌氧氨氧化处理的出水、污水处理厂二级处理后含大量硝酸盐的出水，以及含高浓度硝酸盐工业废水的脱氮问题，在课题组首次发现并实现短程反硝化过程的基础上，进一步研究短程反硝化功能微生物将硝酸盐转化为厌氧氨氧化过程反应基质亚硝酸盐的机理，构建更高效、低能耗与节碳源的短程反硝化+厌氧氨氧化工艺，并深入研究。.本项目特色与创新表现在：考察短程反硝化功能菌的富集方法、代谢机理及演替规律；考察短程反硝化动力学特性和稳定维持策略；研究厌氧氨氧化快速启动方法与影响因素；构建厌氧氨氧化与短程反硝化组合工艺，实现高氨氮废水与城市污水的深度脱氮，及高浓度硝酸盐工业废水与城市污水的同步处理；短程反硝化与厌氧氨氧化反应过程N2O产生规律和减排控制策略。

污水脱氮除磷是控制水体富营养化的关键。而传统脱氮方法需要消耗大量曝气能耗和有机碳源。厌氧氨氧化(anaerobic ammonium oxidation，anammox)是指在缺氧条件下，厌氧氨氧化菌以亚硝态氮（NO2-）为电子受体, 直接将氨氮（NH4+）氧化为氮气（N2）的过程，具有节约曝气能耗、无需外碳源和污泥产量低等优点，是目前公认的经济高效的污水脱氮新技术。然而，其在城市污水处理的应用中面临着基质亚硝态氮难以稳定获取的瓶颈问题。本项目针对上述问题，基于前期发现的短程反硝化过程，创新性提出并开展了短程反硝化菌群富集培养、短程反硝化及其联合厌氧氨氧化新工艺技术及其脱氮机理研究。取得主要结论如下：.首次建立了一种气体自循环短程反硝化USB系统，其在中低温下都可以实现NO2-的高效产生，温度为28.0℃左右时，平均NO2-产生速率为6.63 Kg N/m3/d；温度为15.7℃左右时，NO2-产生速率达到3.35 Kg N/m3/d；短程反硝化USB反应器在长期运行下，其高NO2-积累特性不会退化，NTR维持在70%左右。Thauera属为短程反硝化系统最主要的菌属（50.2%~67.2%），其可能是短程反硝化过程高NO2-产生的功能菌；构建了Anammox+PD工艺，其可以去除anammox反应过程产生的NO3-，并且提高出水回流比可以进一步增加总氮去除率；在进水NH4+和NO2-分别为400和420 mg N/L条件下，回流比为300%时，出水总氮低至22.8 mg N/L，远低于单一anammox工艺时的理论值110 mg N/L。内源短程反硝化耦合厌氧氨氧化工艺能够同步实现高水平的氮、磷去除，其去除率分别为 93.9%和 94.2%。应用短程反硝化耦合厌氧氨氧化新工艺技术，建立了规模为30m3/d的中试，以城市污水处理厂剩余污泥为接种污泥，城市污水及其硝化液为进水，通过调控进水比例和HRT，成功启动了短程反硝化，NO3-转化为NO2-的平均转化率高于75%。.以上结果表明，短程反硝化为厌氧氨氧化脱氮工艺的应用提供了可靠技术，同时为高氨氮废水和城市污水深度处理、硝酸盐工业废水脱氮提供了新技术和新方法，具有重要应用前景与研究价值。.本项目共申请国家发明专利12项，发表SCI检索论文18篇，EI检索论文1篇，中文核心论文3篇；培养博士生4名，硕士生7名。