引进厌氧氨氧化脱氮系统失效原因分析及解决途径

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2023-0588

摘要/Abstract

摘要：

作为低碳节能的生物脱氮工艺，厌氧氨氧化引进国内已有十余年的历史，已有多家食品加工龙头企业从国外引进了十多套厌氧氨氧化脱氮系统。这些系统大部分运行良好，但也有少数脱氮效果不稳定，未能达到预期效果。以典型食品加工废水厌氧氨氧化处理系统为例，分析确定了该脱氮系统失效原因在于进水氨氮低于系统设计要求，难以形成稳定的亚硝氮积累，破坏了一体式部分亚硝化-厌氧氨氧化（PN-A）系统的稳定高效脱氮，导致系统出水总氮去除率下降，同时出水硝氮明显升高。为解决此难题，采用高效亚硝化反应器促进食品加工废水快速稳定亚硝化，一周后平均亚硝化率可达92.92%，平均出水亚硝氮为84.09 mg/L，平均亚硝化产率约为0.41 kg/（m³·d），保障了厌氧氨氧化系统亚硝氮基质供应，并在小试Anammox脱氮系统实现总氮去除率达84.52%，出水总氮低于15 mg/L，平均总氮去除负荷0.56 kg/（m³·d）。研究结果可为解决当前国内食品加工厌氧氨氧化脱氮系统失效问题提供新的思路。

关键词: 中低浓度氨氮工业废水, 厌氧氨氧化, 高效亚硝化, 低碳节能

Abstract:

As a low-carbon and energy-saving biological denitrification process，anaerobic ammonium oxidation has been introduced into China for more than ten years. Many leading food processing companies have introduced more than ten sets of anaerobic ammonium oxidation denitrification systems from abroad. Most of these systems operate well，but a few have unstable denitrification effects and fail to achieve expected results. Taking a typical food processing wastewater anaerobic ammonium oxidation treatment system as an example，the failure of the nitrogen removal system were analyzed. When the influent ammonia nitrogen concentration was lower than the system design requirements，the form of stable nitrite nitrogen accumulation was difficult，which destroied the stable and efficient denitrification of the integrated partial nitrification-anaerobic ammonium oxidation （PN-A） system. As a result， the total nitrogen removal rate of the system effluent decreased，and the effluent nitrate nitrogen increased significantly. In order to solve this problem，a high-efficiency nitrification reactor was used to promote rapid and stable nitrification of food processing wastewater. After one week，the average nitrification rate could reach 92.92%，the average effluent nitrite nitrogen concentration was 84.09 mg/L，and the average nitrosation yield was about 0.41 kg/（m³·d），ensuring the supply of nitrite nitrogen substrate for the anaerobic ammonium oxidation system. In the pilot Anammox denitrification system，the total nitrogen removal rate reached 84.52%，the total nitrogen in the effluent was less than 15 mg/L，and the average total nitrogen removal load was 0.56 kg/（m³·d）. The research results can provide new ideas for solving the current failure problem of anaerobic ammonium oxidation denitrification systems in food processing in China.

Key words: low and medium concentration ammonia nitrogen wastewater, anammox, high-efficiency nitrosation, low carbon and energy-saving

中图分类号:

X703

汪敏泉, 周松伟, 陈振国, 汪晓军. 引进厌氧氨氧化脱氮系统失效原因分析及解决途径[J]. 工业水处理, 2023, 43(12): 96-100.

Minquan WANG, Songwei ZHOU, Zhenguo CHEN, Xiaojun WANG. Failure cause analysis and solution of introduced anammox denitrification system[J]. Industrial Water Treatment, 2023, 43(12): 96-100.

https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I12/96

图/表 8

图1 引进的厌氧氨氧化工艺流程

Fig.1 Flow chart of introduced anammox process

图2 引进的厌氧氨氧化系统失稳前后运行数据

Fig.2 Operation data of the introduced anammox system before and after instability

表1 高效曝气池出水水质

Table 1 Effluent quality of high efficiency aeration tank

项目	氨氮/（mg·L^-1）	亚硝氮/（mg·L^-1）	硝氮/（mg·L^-1）	pH	COD/（mg·L^-1）
高效曝气池出水	90~100	0~1	0~3	7.0~7.3	200~250

图3 试验装置示意

Fig.3 Scheme of experimental apparatus

表2 高效亚硝化反应器不同阶段下运行参数

Table 2 Operation parameters of high efficiency nitrification reactor in different stages

阶段	时间	HRT/h	曝气量/（mL·min^-1）	DO/（mg·L^-1）
1	第1天~第3天		50	3~6
2	第4天~第10天	5~10	30~70	1~3
3	第11天~第42天	5	70	2~5

表3 厌氧氨氧化反应器不同阶段下运行参数

Table 2 Operation parameters of anammox reactor in different stages

阶段	时间	HRT/h	V _原水∶V _{亚硝化出水}	进水平均总氮负荷/（kg·m^-3·d^-1）
1	第1天~第10天	3.5	1∶2~1∶1.5	0.65~0.75
2	第11天~第35天	3.5	1∶1.5	0.56~0.80

图4 高效亚硝化反应器处理效果

Fig.4 Operational results of the high-efficient nitritation reactor

图5 厌氧氨氧化反应器处理效果

Fig.5 Operational results of the anammox reactor

参考文献 16

1	汪晓军，陈永兴，陈振国. 厌氧氨氧化及其处理低碳氮比氨氮废水的研究进展［J］. 工业水处理，2022，42（11）：25-31.
	WANG Xiaojun， CHEN Yongxing， CHEN Zhenguo. Anaerobic ammonia oxidation and its research progress for the treatment of low C/N ratio ammonia nitrogen wastewater［J］. Industrial Water Treatment，2022，42（11）：25-31.
2	杜睿，彭永臻. 城市污水生物脱氮技术变革：厌氧氨氧化的研究与实践新进展［J］. 中国科学：技术科学，2022，52（3）：389-402. doi:10.1360/sst-2020-0407
	DU Rui， PENG Yongzhen. Technical revolution of biological nitrogen removal from municipal wastewater：Recent advances in Anammox research and application［J］. Scientia Sinica（Technologica），2022，52（3）：389-402. doi:10.1360/sst-2020-0407
3	LI Jianwei， LI Jialin， GAO Ruitao，et al. A critical review of one-stage anammox processes for treating industrial wastewater：Optimization strategies based on key functional microorganisms［J］. Bioresource Technology，2018，265：498-505. doi:10.1016/j.biortech.2018.07.013
4	卞伟，李军，王盟，等. 不同温度下溶解氧对短程硝化的影响及相关研究［J］. 中国给水排水，2017，33（7）：84-88.
	BIAN Wei， LI Jun， WANG Meng，et al. Effects of dissolved oxygen on partial nitrification under different temperatures and related research［J］. China Water & Wastewater，2017，33（7）：84-88.
5	杨庆，杨玉兵，杨忠启，等. 溶解氧对短程硝化稳定性及功能菌群的影响［J］. 中国环境科学，2018，38（9）：3328-3334. doi:10.3969/j.issn.1000-6923.2018.09.016
	YANG Qing， YANG Yubing， YANG Zhongqi，et al. Effect of dissolved oxygen on the stability and functional microbial communities of the partial nitrification［J］. China Environmental Science，2018，38（9）：3328-3334. doi:10.3969/j.issn.1000-6923.2018.09.016
6	周梦雨，彭党聪，韩芸，等. 间歇曝气对部分硝化-厌氧氨氧化处理氨氮废水的影响［J］. 中国环境科学，2022，42（3）：1120-1127. doi:10.3969/j.issn.1000-6923.2022.03.016
	ZHOU Mengyu， PENG Dangcong， HAN Yun，et al. Partial nitrification-anaerobic ammonia oxidation for the treatment of moderately concentrated ammonia-nitrogen wastewater：Effect of intermittent aeration on nitrogen removal performance［J］. China Environmental Science，2022，42（3）：1120-1127. doi:10.3969/j.issn.1000-6923.2022.03.016
7	WANG Zhiyao， ZHENG Min， XUE Yu，et al. Free ammonia shock treatment eliminates nitrite-oxidizing bacterial activity for mainstream biofilm nitritation process［J］. Chemical Engineering Journal，2020，393：124682. doi:10.1016/j.cej.2020.124682
8	WANG Qilin， DUAN Haoran， WEI Wei，et al. Achieving stable mainstream nitrogen removal via the nitrite pathway by sludge treatment using free ammonia［J］. Environmental Science & Technology，2017，51（17）：9800-9807. doi:10.1021/acs.est.7b02776
9	高佳琦. 主流条件下多重调控抑制NOB的模拟与实验研究［D］. 苏州：苏州科技大学，2021.
	GAO Jiaqi. Simulation and laborotory research on the inhibition of NOB by multiple regulations under mianstrem conditions［D］. Suzhou：Suzhou University of Science and Technology，2021.
10	CUI Bin， YANG Qing， LIU Xiuhong，et al. The effect of dissolved oxygen concentration on long-term stability of partial nitrification process［J］. Journal of Environmental Sciences，2020，90：343-351. doi:10.1016/j.jes.2019.12.012
11	QIU Jingang， LI Xiyao， PENG Yongzhen，et al. Advanced nitrogen removal from landfill leachate via a two-stage combined process of partial nitrification-anammox（PNA） and partial denitrification-Anammox（PDA）［J］. Science of the Total Environment，2022，810：151186. doi:10.1016/j.scitotenv.2021.151186
12	张亮，李朝阳，彭永臻. 城市污水PN/A工艺中NOB的控制策略研究进展［J］. 北京工业大学学报，2022，48（4）：421-429. doi:10.11936/bjutxb2020110022
	ZHANG Liang， LI Zhaoyang， PENG Yongzhen. Recent progress of NOB control strategies in sewage PN/A process［J］. Journal of Beijing University of Technology，2022，48（4）：421-429. doi:10.11936/bjutxb2020110022
13	杨永愿，汪晓军，赵爽，等. 沸石曝气生物滤池短程硝化特性及其机制［J］. 中国环境科学，2017，37（12）：4518-4525. doi:10.3969/j.issn.1000-6923.2017.12.014
	YANG Yongyuan， WANG Xiaojun， ZHAO Shuang，et al. Partial nitrification performance and mechanism of zeolite biological aerated filter for ammonium wastewater treatment［J］. China Environmental Science，2017，37（12）：4518-4525. doi:10.3969/j.issn.1000-6923.2017.12.014
14	YANG Yongyuan， CHEN Zhenguo， WANG Xiaojun，et al. Partial nitrification performance and mechanism of zeolite biological aerated filter for ammonium wastewater treatment［J］. Bioresource Technology，2017，241：473-481. doi:10.1016/j.biortech.2017.05.151
15	CHEN Zhenguo， ZHENG Xuwen， CHEN Yongxing，et al. Nitrite accumulation stability evaluation for low-strength ammonium wastewater by adsorption and biological desorption of zeolite under different operational temperature［J］. Science of the Total Environment，2020，704：135260. doi:10.1016/j.scitotenv.2019.135260
16	陈婧. 沸石序批式反应器的亚硝化及其低碳脱氮研究［D］. 广州：华南理工大学，2019.
	CHEN Jing. Low-carbon nitrogen removal based on partial nitrification of zeolie sequencing batch reactor［D］. Guangzhou：South China University of Technology，2019.

[1]	范存文, 郭佩洁, 胡予佳, 刘新福, 邱清荣, 苏昊, 张大超. 离子型稀土矿山氨氮废水生物脱氮技术研究进展[J]. 工业水处理, 2025, 45(1): 9-16.
[2]	李亚峰, 伍健伯, 张驰. 厌氧氨氧化颗粒污泥形成的研究进展[J]. 工业水处理, 2024, 44(9): 23-30.
[3]	邓玉坤. 短程反硝化工艺对稀土矿山废水处理的中试研究[J]. 工业水处理, 2024, 44(8): 149-155.
[4]	谢健强, 张建美, 吕钰楠, 雷抗. 短程反硝化用于污水脱氮的机制、影响因素和工艺研究进展[J]. 工业水处理, 2024, 44(7): 19-28.
[5]	陈浩, 杨玉婷, 刘文如, 沈耀良. 一体式短程反硝化-厌氧氨氧化工艺研究进展[J]. 工业水处理, 2024, 44(5): 14-23.
[6]	于雅楠, 张潇, 岳秀萍, 赵博玮, 周爱娟, 崔颖, 邢剑波. 不同粒径零价铁对微氧脱氮系统的影响[J]. 工业水处理, 2024, 44(4): 84-97.
[7]	骆子琛, 李星燃, 王建芳. 有机物对ANAMMOX性能及微生物影响的研究进展[J]. 工业水处理, 2024, 44(2): 39-47.
[8]	罗佳欣, 张大超, 苏昊, 张润环. 厌氧氨氧化菌固定化技术及其研究进展[J]. 工业水处理, 2024, 44(11): 35-41.
[9]	顾晓扬, 汪晓军, 陈振国. 老龄垃圾渗滤液厌氧氨氧化处理工程运行效能分析[J]. 工业水处理, 2024, 44(11): 182-187.
[10]	运红颖, 孟皓, 邢芳华, 汪涛. 新型膜组件MBR启动运行Anammox工艺及膜污染控制[J]. 工业水处理, 2023, 43(1): 124-130.
[11]	王弄潮, 王建芳, 骆子琛, 胡俊彤. 氮负荷波动对厌氧氨氧化/反硝化协同脱氮效能影响[J]. 工业水处理, 2023, 43(1): 68-75.
[12]	苏杨, 杨宏. 不同环境下厌氧氨氧化菌对盐度的响应及生物量作用[J]. 工业水处理, 2022, 42(8): 163-169.
[13]	蒙小俊, 朱妮. 基于厌氧氨氧化菌特性的富集策略及培养过程分析[J]. 工业水处理, 2022, 42(8): 34-42.
[14]	李天皓, 江雨婕, 毛蔚, 赵文静, 沈耀良, 刘文如. 厌氧氨氧化脱氮强化途径的研究进展[J]. 工业水处理, 2022, 42(7): 7-14.
[15]	施亚雯, 熊昌勋, 秦永丽, 蒋永荣, 谢锦邦, 莫姗姗, 邱立标. 改性铁阳极微生物电解池中电极驱动的氨厌氧氧化[J]. 工业水处理, 2022, 42(6): 85-91.

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