不同填料在高氨氮廢水處理中的應(yīng)用

1、引言

隨著城市化水平的提高以及工業(yè)化進程的加快，垃圾滲濾液、味精廢水、污泥消化液、焦化廢水等高氨氮廢水的產(chǎn)生量越來越大，造成水環(huán)境的污染，并給人們的生活帶來了極大影響，因此亟待采取高效經(jīng)濟的脫氮方法來處理高氨氮廢水。厭氧氨氧化（ANAMMOX）工藝是由厭氧氨氧化菌在厭氧條件下，以氨氮（NH4+-N）作為電子供體、亞硝態(tài)氮NO2--N）作為電子受體，利用無機碳源將NH4+-N和NO2--N轉(zhuǎn)化生成N2的過程。與傳統(tǒng)的異養(yǎng)型生物脫氮過程相比，厭氧氨氧化工藝具有節(jié)約能耗、不需要外加碳源且污泥產(chǎn)量少等優(yōu)點，有望成為新一代高氨氮廢水主流處理技術(shù)的核心。

但是，ANAMMOX菌為特殊的自養(yǎng)菌群體，生長速率極慢，倍增時間長達11d以上（一般異養(yǎng)菌只需幾十分鐘到幾個小時），而且容易隨出水流失，ANAMMOX菌難以富集培養(yǎng)，反應(yīng)器系統(tǒng)中ANAMMOX菌的生物量存在嚴(yán)重不足。這個問題可通過添加填料來較為有效地解決。填料為ANAMMOX菌提供了附著和繁衍的場所，有利于ANAMMOX菌的生長繁殖，減少菌體的流失，延長ANAMMOX菌在系統(tǒng)內(nèi)的停留時間，可以有效促使ANAMMOX菌的富集，進而加快ANAMMOX反應(yīng)器的啟動。填料的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、密度對ANAMMOX菌的掛膜起著至關(guān)重要的作用，開發(fā)新型填料將會成為研究的熱點。本文概括了ANAMMOX工藝處理高氨氮廢水過程中不同類型填料的研究現(xiàn)狀，以期為ANAMMOX工藝的快速啟動和廣泛應(yīng)用提供有價值的參考。

2、不同類型填料在ANAMMOXI藝中處理高氨氮廢水的應(yīng)用

2.1 活性炭填料

活性炭是一種硬性填料，具有良好的吸附性能微生物能夠在其表面及內(nèi)部孔道進行生長繁殖，這有利于提高反應(yīng)器內(nèi)的生物量，同時能夠促進污泥顆?；３酥?，活性炭對NO2--N等有害物質(zhì)具有屏蔽作用，有害物質(zhì)濃度沿孔道深度逐漸減少，微生物直接與高濃度有害物質(zhì)接觸的部分很小，因而有利于反應(yīng)過程的穩(wěn)定，且提高了在惡劣環(huán)境下ANAMMOX菌的生存機會。趙旭飛等在上流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器中添加活性炭填料，考察了活性炭填料對ANAMMOX過程的影響，結(jié)果表明，活性炭的添加在很大程度上促進了反應(yīng)器的啟動，80d成功完成啟動，TN去除率能夠穩(wěn)定在80%~95%，TN去除負荷為0.44kg/(m3?d)，且還有很大的提升空間。此填料是一種較為理想的生物載體，不僅能夠迅速提高局部功能菌的生物量，還可避免不利環(huán)境的干擾，而聚氨酯海綿填料則容易阻礙營養(yǎng)物質(zhì)和微生物代謝產(chǎn)物的傳質(zhì)。

2.2 聚乙烯填料

目前，常用于ANAMMOX工藝中的聚乙烯填料多為呈蜂窩狀的扁圓柱體.其側(cè)邊沿不同徑向伸展許多尾翅，增加了填料的比表面積，且反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體可通過蜂窩狀結(jié)構(gòu)和填料之間的孔隙排出，有助于老化生物膜的脫落更新，促進ANAMMOX菌與底物之間的傳質(zhì)以及系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。孫慶花等以某污水廠污泥消化液進行連續(xù)進水，并向穩(wěn)定運行的CANON反應(yīng)器內(nèi)投加亞硝化掛膜聚乙烯填料，構(gòu)建了CANON-MBBR反應(yīng)器，研究表明，系統(tǒng)具有良好的脫氮效能，TN去除負荷為1.15 kg (m3?d)，且系統(tǒng)內(nèi)生物量高達1.5kg，避免了污泥的流失。王鈞等利用厭氧序批式生物膜反應(yīng)器(ASBBR)，以城市生活污水為配水基質(zhì)，并投加聚乙烯懸浮填料，進行ANAMMOX的啟動及掛膜，考察了ASBBR系統(tǒng)的脫氮效果，結(jié)果表明，ASBBR在第93天完成ANAMMOX的啟動，并實現(xiàn)了反應(yīng)器長時間的穩(wěn)定運行，且系統(tǒng)總無機氮平均去除率達到88.34%。聚乙烯填料可直接懸浮在水面以下，與其他填料相比，更容易呈流化態(tài)和進行反沖洗，且運行維護簡便。

2.3  聚氨酯海綿填料

聚氨酯海綿填料比表面積大、密度低，對ANAMMOX菌具有極強的截留能力，可顯著提高系統(tǒng)的脫氮效能和生物量。安雪迪等利用聚氨酯填料復(fù)合顆粒污泥構(gòu)建了UASB反應(yīng)器，并進行長期培養(yǎng)馴化及填料的掛膜，經(jīng)過120d的運行，進水NH4+-N的濃度從30mg/L提高至420mg/L，容積氮去除負荷從0.08kgN/(m3?d)提升至3.39kgN/( m3?d)，系統(tǒng)表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性和氮去除率。王淑雅等應(yīng)采用改性聚氨酯填料進行ANAMMOX小試實驗，研究表明，穩(wěn)定運行120d，總氮去除率在80%以上，相比于普通聚氨酯填料的掛膜，表面生物膜量增加了一倍，生物膜上物種豐富度更高，且聯(lián)氨氧化還原酶的功能基因的相對豐度明顯增高。相比于聚乙烯填料，這種填料對ANAMMOX菌的滯留能力極強，且具有很強的抵抗沖擊能力，更有利于菌種的富集培養(yǎng)。

2.4 其他填料

火山巖、陶粒、沸石、無紡布等填料也被廣泛應(yīng)用于ANAMMOX工藝中進行微生物掛膜o關(guān)于ANAMMOX菌的填料研究眾多，且不同類型的填料都存在其各自的優(yōu)勢。為了進一步強化ANAMMOX系統(tǒng)，除單一填料的研究外，混合填料也成為快速啟動ANAMMOX反應(yīng)器的一個重要研究方向。蘇慧等自主研發(fā)了一種新型的電氣石陶粒+聚氨酯的復(fù)合填料，并且將其投加到一體化的ANAMMOX反應(yīng)器中進行掛膜實驗，研究表明，復(fù)合填料對反應(yīng)器的快速啟動具有一定的促進作用，且系統(tǒng)表現(xiàn)出較好的脫氮效果和穩(wěn)定性。譚錫誠等血構(gòu)建了2個裝載不同填料的UASB反應(yīng)器，一個添加普通的K3填料，另外一個添加載活性炭基K3填料，對比研究了這2種ANAMMOX系統(tǒng)的啟動及脫氮性能，最終2個反應(yīng)器成功啟動，最大氮容積負荷分別為2.156，2.122g/(L?d)，最大氮去除負荷分別達到1.855，1.815g/((L?d)，脫氮效果穩(wěn)定，但添加載活性炭基K3填料的反應(yīng)器系統(tǒng)啟動要明顯更快，且系統(tǒng)內(nèi)微生物的種群結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化。

3、結(jié)語

由于ANAMMOX反應(yīng)器中的填料疏水性較強且比表面積較大，能夠?qū)NAMMOX菌固定化，從而有效減少了系統(tǒng)的啟動時間.同時可以降低運行成本，對提高ANAMMOX工藝的脫氮性能具有獨特的優(yōu)勢，這為ANAMMOX的工程應(yīng)用提供了依據(jù)。填料的類型和形式對ANAMMOX菌的掛膜效果具有較大的影響，因此，新型填料的研發(fā)將成為今后的研究熱點之一，通過改性和優(yōu)選填料來進一步加強ANAMMOX系統(tǒng)性能。（來源：天津創(chuàng)業(yè)環(huán)保集團股份有限公司，天津凱英科技發(fā)展股份有限公司）