两级厌氧氨氧化工艺对厨余废水的脱氮性能研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0050

摘要/Abstract

摘要：

厨余废水具有氨氮浓度高的特点，常用的两级硝化反硝化脱氮工艺停留时间长、占地面积大，难以广泛应用。厌氧氨氧化（Anammox）作为一种节能高效的脱氮方式，可大幅缩短水力停留时间、减少占地。本研究提出采用Anammox处理厨余废水厌氧出水，探究两级Anammox工艺处理厨余废水厌氧出水并实现高效脱氮的可行性和稳定性。结果表明，两级Anammox工艺处理厨余废水厌氧出水实现了最高的总氮去除率（90.1%），总氮去除效率达到2 050 mg/（L·d）以上。两级Anammox工艺对总氮的去除是通过Anammox和反硝化耦合作用实现的，其中Anammox贡献了87.7%，反硝化贡献了2.4%。微生物群落分析结果表明，Anammox反应器中主要的厌氧氨氧化菌为Candaditue kuenenia，两级Anammox反应器相对于一级反应器具有较高的适应性，可保持较高的Candaditue kuenenia相对丰度，有助于实现高效稳定脱氮。该研究结果为厨余废水处理提供了高效省地的新工艺。

关键词: 厨余废水, 厌氧氨氧化, 脱氮, 微生物

Abstract:

Kitchen wastewater has high ammonia nitrogen concentration and was usually treated by two-stage nitrification and denitrification process. It needed long hydraulic retention time and a large area，so that it was difficult to be widely used. Anaerobic ammonia oxidation（Anammox） is an efficient nitrogen removal method，which greatly shorten the hydraulic retention time and reduce the area. Therefore，in this study，two-stage Anammox process was used to treat anaerobic effluent of kitchen wastewater and its feasibility and stability were further explored. The results showed that the two-stage Anammox process achieved the highest nitrogen removal rate of 90.1% and the total nitrogen removal efficiency reached 2 050 mg/（L·d）. The total nitrogen removal by the two-stage Anammox process was achieved through the coupling of Anammox and denitrification，in which Anammox contributed 87.7%，denitrification contributed 2.4%. Microbial community analysis showed that the main Anammox bacteria in Anammox reactors was Candidatus kuenenia. The two-stage Anammox reactor had higher adaptability relative to the one-stage reactor and it could maintain a high relative abundance of Candaditue kuenenia，which was propitious to achieve efficient and stable nitrogen removal. The results of this study provided an efficient and land-saving new process for the treatment of kitchen wastewater.

Key words: kitchen wastewater, anaerobic ammonia oxidation, nitrogen removal, microorganisms

中图分类号:

X703.1

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https://www.iwt.cn/CN/Y2022/V42/I6/92

图/表 9

表1 厨余废水厌氧出水水质

Table 1 Water quality of kitchen wastewater after anerobic digestion

项目	COD/（mg·L^-1）	NH₃-N/（mg·L^-1）	TN/（mg·L^-1）	TP/（mg·L^-1）	pH
数值	190~410	160~350	180~390	7~9	8.0~8.4

图1 两级厌氧氨氧化工艺流程

Fig. 1 Two-stage Anammox process

表2 厌氧氨氧化反应器3个阶段的运行参数

Table 2 Operating parameters of three stages of Anammox reactor

阶段	运行天数/d	进水NH₃-N/（mg·L^-1）	进水NO₂ ^--N/（mg·L^-1）	HRT/h	回流比	进水总氮负荷/（mg·L^-1·d^-1）
Ⅰ	1~8	300	300	6	1	2 400
Ⅱ	9~11	300	300	6	1	2 400
	12~26	200	200	12	2	800
	27~38	200	200	17	2	560
	39~45	200	100	17	2	420
Ⅲ	46~49	200	150	16	2	530
	50~58	200	150	12	1	700
	59~62	200	200	12	1	800
	63~72	200	200	8	1	1 200
	73~80	300	300	8	1	1 800

图2 反应器进出水氮素质量浓度的变化

Fig. 2 Variation of influent and effluent nitrogen compounds for reactor

图3 总氮、氨氮去除率，总氮负荷和总氮去除效率的变化

Fig. 3 Variation of total nitrogen and ammonia nitrogen removal rate，nitrogen load rate and nitrogen removal rate

图4

Δ

NO₂ ^--N/

Δ

NH₃-N和

Δ

NO₃ ^--N/

Δ

NH₃-N的变化

Fig. 4 Variation of

Δ

NO₂ ^--N/

Δ

NH₃-N and

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NO₃ ^--N/

Δ

NH₃-N

图4

Δ

NO₂ ^--N/

Δ

NH₃-N和

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NO₃ ^--N/

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NH₃-N的变化

Fig. 4 Variation of

Δ

NO₂ ^--N/

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NH₃-N and

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NO₃ ^--N/

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NH₃-N

图5 进出水COD和COD去除率

Fig. 5 COD of influent and effluent and COD removal rate

图 6 两级反应器氮素转化物料衡算 AOB—氨氧化菌；DB—反硝化菌

Fig. 6 Nitrogen conversion and material balance for two-stage reactor

图7 不同阶段微生物群落在属水平上的相对丰度

Fig. 7 Relative abundance of microbial community on genus level during different stage

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