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。
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% f- C; W9 ?( |" Y7 z图1 工艺流程图2 ?) g) W+ t6 T9 M& w+ T; p6 Z
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一期：工作体积4300 m3，处理量800m3/d；
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二期：工作容积增加到7500 m3，处理量1850m3/d；/ ~9 S n% N) f5 p$ m7 \" ~
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三期：反应器容积增至15000 m3，共计2500m3/d。
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一期反应器运行与实验结果
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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）。
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+ C# x3 A7 t+ E/ z图2 工程进程
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( D7 p, b- V N5 B3 I l2 }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。
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表1 进出水水质指标1 c: P: t4 o6 ]: h G
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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 |
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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%；2 i! u4 x8 A" D5 c' k
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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); l( Q% e6 E2 P, C& M
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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%$ U) D" a" ?7 S" w! k5 x2 [9 o. J
$ ]. N0 k4 W9 E0 K' o) G第二阶段运行与实验结果' o" E6 b* k# |' ^1 R
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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)。
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3 s3 b( _6 W0 R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)) a3 S, V/ [( W/ M8 h
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第三阶段实验与运行结果
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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。
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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)0 p' y' Z5 a. z; y& y
, u* p) |: c- @" o% y7 F9 i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%。
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' J1 o" A2 w; K4 q2 {图3 现场图: m3 G, o+ Z( T& V
; m/ t0 f' D% @- }" Q结论
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" W2 F1 r2 ^5 b ~' I1 X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；
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Nitrosomonas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；
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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。$ o9 Q# D5 w2 }4 k
& W0 Y& X0 s: ~2 h. [实
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图4 芮诺卡反应器前后对比照1 p$ u5 Q) Q0 E. \; t7 Y7 P
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经济分析：
7 x/ d7 X1 t+ g+ U! O8 }! K
3 u6 x; B: h( g5 L5 G; Q6 m6 ~0 z甲醇零投加，节省17.6 mg/L甲醇；
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减少污泥排放：4.3×104 kg/d；3 n: L# n% h- U% `1 R' s
( S2 v1 c4 b- t% t甲醇和剩余污泥的处理费用每天减少约10 600美元；
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! y4 w1 b" T. C I+ a% z电费：PN/A工艺需要3.0 kWh/m3，降低电费1.7kwh/m3；) q4 e2 r) Q& ]* u
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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；
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* e# l" V3 w* b Q2500 m3/d侧流PN/A工艺与主流工艺结合每年可节省350万美元。
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/ f( p% l4 v' o) t图5 填料的前后对比/ H0 M3 u( U' S4 b' x
作者：彭永臻教授，张树军
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