市政相关 实例：PN/A处理高碑店污水厂热水解污泥消化液

采用固定式生物膜活性污泥(IFAS)反应器启动短程硝化–厌氧氨氧化(partial nitritation and anammox, PN/A)工艺。IFAS反应器总容积15000 m3，由混合相、缺氧相、好氧相组成(图1)，污泥消化液处理量共计2500m3/d，分三次建设运行。


9 A! i. a( `  i0 w
7 K/ B2 m! j% E5 B, t7 ^
3 E- X' A$ a: s图1 工艺流程图

* ]; e" Q2 d& F% p  ?  C一期：工作体积4300 m3，处理量800m3/d；

; S6 {7 q, R8 G1 x+ Z二期：工作容积增加到7500 m3，处理量1850m3/d；

+ T4 Z* b3 B( {三期：反应器容积增至15000 m3，共计2500m3/d。
+ o* z# ]8 R& F1 O* Y3 P# s
一期反应器运行与实验结果

$ G  s! i& R! s: g" k8 Y0 \) l) [第一阶段为100 d的启动期，最初活性污泥接种2700 m3 (8000 mg/L)，平均进水流量保持不变800 m3/d启动部分硝化(1-12天)。在第13天接种anammox生物载体(52 m3)，流量设定为230 m3/d，在接下来的13-100 d逐渐增加到850 m3/d。（参考北排2013年的红菌技术相关汇报资料）。

" h& }( B" G3 q' ?; X

) m7 q- t" e0 J% z* @图2 工程进程

在1~12 d的操作期内，NOB的丰度下降了80%，从1.01×10^9下降到1.44×10^8个拷贝基因/g SS；而AOB的丰度增加了350倍，从1.23×10^8增加到4.54×10^10个拷贝基因/g SS；出水硝酸盐浓度由390降至9.2 mg/L。出水亚硝酸盐浓度由17.7 mg/L增加到348 mg/L，累计率达97%以上。
: S- B8 h7 y2 |% A
表1 进出水水质指标
$ Y4 I% Y$ j. S' u1 k8 ?% _

设计指标	SCOD (mg/L)	氨氮 (mg/L)	总氮 (mg/L)	总磷 (mg/L)	悬浮物(mg/L)
进水	450	550	600	10	5000
出水	300	40	100	2	30
去除率(%)	33.3	92.7	83.3	80	97

! z5 f0 o- S) W  \6 W1 Q4 K5 [第13天接种anammox生物载体(52 m3)，加入普通聚丙烯载体(338 m3)，填充比为9%；
: X( ?3 ^/ o% I
脱氮率随流量增加而逐渐提高。总无机氮去除率(NRR)在第60天增加到0.1 kg N/(m3·d)，在第90天进一步达到0.27 kg N/(m3·d)
, G) g* I, U; Z! O
第一阶段稳定期后，生物膜生物量增加到21.5±0.43 mg/cm2，而anammox细菌的数量达到了(2.22±0.42)×1010个拷贝基因/g SS，根据COD和氮的变化，anammox对IFAS反应器脱氮量的贡献为53 - 80%

, ?! d+ W" c  ?1 z; W第二阶段运行与实验结果
! ^; S0 G7 K. {& T% j& V0 h
4 v3 Y7 N. t& K% V. G. ]第二阶段，反应器的工作容积增加到7500 m3，进水流量从850 m3/d逐渐增加到1850 m3/d (75 d)。

% u  _, \$ a+ Q二期运行时，反应器的工作容积增加到7500 m3，以提高处理能力。根据进水流量调整曝气速率，使DO浓度保持在0.1~0.3 mg/L 。在稳定期，进水氨浓度为1630 mg/L时，NRR为0.28 kg N/(m3·d)
( H* C) j. v. q/ Y( Y1 }8 S( t& e
: w# @9 W% [/ U$ T) w第三阶段实验与运行结果
2 ^5 @* w" L3 o5 T
第三阶段(74 d)，反应器的工作容积增加到15000 m3/d。同时在反应器中加入外部聚丙烯载体(1110 m3)，最终进水流量达到2500 m3/d。

反应器容积增至15000 m3。运行74天，平均氨氮浓度为1890 mg/L，进水流量逐渐增大至2500 m3/d。在稳定运行期间，污水处理滤液全部在IFAS反应器中处理，脱氮效率为85%， NRR为0.21 kg N/(m3·d)
; u$ z8 h9 J, O+ h) F
建立了15000 m3侧流式污泥滤液处理工程。采用过量污泥和有限anammox生物载体(52 m3，填充率1.2%)接种成功启动了PN/A 。作业能力最终达到2500 m3/d，平均NRR约为0.21 kg N/(m3·d)， COD去除率为60%。

$ j/ y/ q3 e& ?* {2 x
3 [' o, X! a( Z; O, t9 e, W
8 q) V7 Z0 C* k- h5 Y图3 现场图

结论

: f+ y0 k( S5 X( [- m9 |6 [进水氨和溶解氧浓度分别为830~1437 mg/L和0.1~0.3 mg/L，FA浓度为7.5-10mg NH3/L，可有效抑制其生长NOB而不是AOB；

0 k- \0 z5 a3 i& z0 b- Y4 {/ W6 j% e( G! mNitrosomonas隶属于AOB的硝化单胞菌在絮凝污泥中的丰度(1.2%)高于生物膜中的丰度(0.2%)。而厌氧氨氧化菌在生物膜中的丰度(17.9%)明显高于在絮凝体中的丰度(0.02%)。因此在泥膜反应器中好氧AOB更容易在活性污泥中，厌氧AOB更容易在填料表面累积；

anammox细菌主要是Candidatus Kuenenia。然而，以往的研究报道，Candidatus Brocadia是处理污泥脱水液的PN/A系统中anammox菌的主要属。
) n8 x0 j% ?; r
8 `3 L2 A" H# x实
% q7 |' w9 H8 J' d图4 芮诺卡反应器前后对比照
# ~' r2 X7 V5 y1 C1 O
: m$ V( {# K& \+ W+ A: q1 |3 X2 U经济分析：

甲醇零投加，节省17.6 mg/L甲醇；

减少污泥排放：4.3×104 kg/d；

* a) h9 R" s# \1 K) ?  s% j. K+ P4 v甲醇和剩余污泥的处理费用每天减少约10 600美元；
7 |0 Z: S: F4 k7 F! o0 C* u6 A
电费：PN/A工艺需要3.0 kWh/m3，降低电费1.7kwh/m3；

1 }6 O0 L, {9 f, H$ K. }" h药剂：23.7 mg/L的聚氯化铝，6.4 mg/L的聚丙烯酰胺，每天花费988美元，折合吨水运行费用为0.392美元/t/d；

- z& O# s! b7 N6 ]. S2500 m3/d侧流PN/A工艺与主流工艺结合每年可节省350万美元。

7 q" @7 T% J; F% D' ?

图5 填料的前后对比
1 s0 o2 B: X- r% \& @& [; x6 j" k& I作者：彭永臻教授，张树军
3 y- I3 D) W& K/ N7 i