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高氨氮有机废水深度处置新利器：SCONDAⓇ工艺
起源：EVO厅环保 颁布功夫：2021-08-26
随着我国经济社会急剧发展 ，焦化、化工、石油、屠宰、造药、养殖、垃圾填埋等沉点行业发展迅快 ，但同时也排放出了大量废水。这些废水常拥有传染物（COD、氨氮、有机氮）浓度高、可生化性差等特点。近年来 ，随着《水传染防治行动打算》（水十条）的颁布 ，对这些沉点行业排放废水的深度处置提出了更严苛的要求。然而 ，利用于含氮有机废水处置的传统硝化-反硝化脱氮工艺 ，常存在着总氮去除率低、能耗高、药耗多、工艺流程长等问题 ，严沉故障了废水处置的可持续发展�；谘嵫醢毖趸�(Anammox)的自养生物脱氮工艺是废水脱氮领域涌现的新型脱氮技术 ，为废水高效节能处置提供了新的思路和方向。然而 ，废水中较高的COD对Anammox的成功利用提出了巨大挑战；另一方面 ，Anammox是自养生物过程 ，对COD去除险些力所不及。因而 ，能否成立一种新型工艺 ，在统一反映器内阐扬Anammox菌高效低耗脱氮的同时 ，实现同步COD去除？对此 ，来自太道理工大学的周鑫教授团队与新加坡南洋理工大学的刘雨教授合作研发了一种异养/自养耦合型部门Anammox一体化生物膜新工艺—SCONDA®(SimultaneousCarbonOxidation, partialNitritation,Denitritation andAnammox) ，该工艺有机结合了短程硝化-反硝化-Anammox等异养与自养脱氮过程 ，可实现高浓度含氨有机废水的一步式高效处置 ，有关成就已颁发于Bioresource Technology、Chemosphere等 ，有望为该领域提供一种经济高效、普适性强的新型脱氮处置技术 ，利用远景辽阔。
反映系统与启动
为实现SCONDA ，*先成立了有效容积为5 L的SBBR系统（图1） ，内部填充聚氨酯泡绵载体 ，以SBR方式运行；进水中增长高浓度NH4+-N和葡萄糖作为反映底物（NH4+-N：300 mg/L；COD：600~900 mg/L；C/N：2~3）。水温节造为30±1℃；pH为7.5-7.8。接种污泥别离选取城市污水处置厂的好氧活性污泥和焦化废水处置厂的短程硝化污泥 ，在启动约莫3个月后进入试验阶段。
运行战术与系统脱氮机能
在运行阶段 ，为推进短程脱氮过程中NO2--N堆集和Anammox的脱氮机能 ，别离选取两种分歧的运行战术实现SCONDA过程。
战术Ⅰ：逐步提高进水氨氮浓度
以城市污水处置厂好氧活性污泥为接种污泥。为裁减亚硝酸氧化菌（NOB） ，氨氮浓度从100 mg-N/L逐步增长到300 mg-N/L以提高游离氨（FA）浓度 ，DO约为1.2 mg/L ，C/N为3。运行160多个周期后 ，反映系统COD、NH4+-N和TN去除率*高别离达94.3%、92.6%、86%（图2所示）。出水中TN以NH4+-N和NO2--N为主 ，载体上生物膜色彩由棕黄色逐步造成微红色。
选取高通量测序钻研了反映系统中的微生物群落结构。了局显示 ，优势微生物为异养菌 ，蕴含Ohtaekwangia ，Saccaribacteria ，Chryseolinea等好氧异养菌及Thauera ，Azospira ，Comamonas等反硝化菌；自养菌方面 ，Nitrosomonas（2.4%）为重要的氨氧化菌（AOB） ，而CandidatusKuenenia（3.7%）为优势厌氧氨氧化菌。该了局批注系统成功实现了短程硝化、反硝化和厌氧氨氧化等脱氮过程。
战术Ⅱ：直接从短程硝化过程转换
以短程硝化污泥为接种污泥 ，在*阶段维持氨氮浓度为300 mg/L ，C/N比为2。由于高FA和限氧作用 ，系统可能实现不变的短程硝化 ，然而受低C/N迸装响TN去除率仅为40%。在第二阶段通过缩短水力停顿功夫的方式 ，进水氨氮负荷从0.09提高到0.18 kg-N/(m3·d)；DO从2.5 mg/L降至1.2 mg/L。了局显示（图3所示） ，只管NH4+-N和COD去除有肯定的降落 ，但TN去除提升至80%以上 ，且氮去除负荷显著提高。此时生物膜色彩转造成红色。
选取高通量测序钻研了反映系统中的微生物群落结构。了局显示 ，在两运行阶段中异养菌均为优势菌 ，但在阶段二前提下微生物群落更具多样化。在自养菌方面 ，较阶段一 ，经过阶段二运行后反映系统中AOB丰度降落了32% ，而厌氧氨氧化菌CandidatusKuenenia由未检出提高至2.7%。上述了局批注 ，通过运行节造反映系统已由齐全短程硝化-反硝化过程转换为短程硝化-反硝化耦合厌氧氨氧化过程 ，其中Anammox的实现对系统TN去除提高拥有沉要作用。
物料平衡分析
对SCONDA系统中的碳和氮进行物料衡算分析。了局显示（图4） ，在氮素去除方面 ，短程硝化-反硝化贡献了TN去除的53% ，而短程硝化-Anammox贡献了43% ，批注这两种脱氮蹊径在系统中对高效脱氮均拥有沉要作用。在碳素去除方面 ，55%的COD通过好氧过程被降解 ，而32%的COD经反硝化蹊径去除。
碳氮去除过程
基于以上了局 ，揣度SCONDA工艺中碳氮去除过程（图5所示）。*先 ，约80%的氨氮经短程硝化被氧化为亚硝氮 ，其中部门在低C/N作用下经反硝化去除 ，而渣滓亚硝氮与20%的氨氮通过Anammox反映去除。高FA、低DO的运行方式和生物膜空间分层结构推进了Anammox的富集与活性阐扬�；Ъ屏垦扑憬徊脚� ，SCONDA工艺对氧和有机碳的需要量别离为2.74 g-O2/g-N和0.95 g-COD/g-N。与传统硝化-反硝化脱氮工艺相比 ，SCONDA工艺可节俭40%供氧和67%有机碳源的需要 ，COD和TN去除效能高 ，温室气体减排显著 ，显示了优良的技术和经济机能 ，拥有较好的竞争优势。
SCONDA生物膜解构
选取微电极测试和分层测序对SCONDA生物膜进行解构。了局批注（图6） ，低氧曝气方式下生物膜内部存在显著的氧梯度 ，由表向内顺次为好氧区、缺氧区和厌氧区。在好氧区 ，好氧异养菌（HOB）和AOB可去除大部门COD ，同时由于低DO和高FA前提有助于实现短程硝化；在缺氧区 ，异养反硝化菌（DHB）利用少量渣滓COD进行反硝化；在厌氧区 ，残留的NH4+-N和NO2--N在Anammox菌的作用下实现进一步氮的去除。综上 ，由于SCONDA生物膜内部微空间的生态位分异 ，实现了HOB、AOB、DHB及Anammox菌的职能互补和代谢互促 ，进而提高了废水总氮的去除成效。
利用瞻望
综上钻研 ，SCONDA显示了优越的脱氮除碳机能。在高浓度含氨有机废水废水处置当用方面 ，SCONDA可直接利用于拥有中等碳氮比（1.0＜C/N＜5.0）废水的一体化处置；而对于较高C/N废水 ，可预设高快厌氧消化单元进行部门COD去除及产甲烷回收 ，而后与SCONDA工艺耦合实现工艺简化与节能降耗的主张。目前 ，钻研团队已将SCONDA工艺成功利用于含苯酚、含吡啶蹬仔毒难降解高浓度含氮有机仿照废水处置 ，并同步发展煤化工、屠宰等现尝试业废水处置技术利用。此表 ，基于SCONDA的理想亦在拓展利用于低氨氮城市污水主流脱氮中。相信在将来含氮有机废水可持续处置领域 ，SCONDA工艺将拥有更辽阔的利用远景。
反映系统与启动
为实现SCONDA ，*先成立了有效容积为5 L的SBBR系统（图1） ，内部填充聚氨酯泡绵载体 ，以SBR方式运行；进水中增长高浓度NH4+-N和葡萄糖作为反映底物（NH4+-N：300 mg/L；COD：600~900 mg/L；C/N：2~3）。水温节造为30±1℃；pH为7.5-7.8。接种污泥别离选取城市污水处置厂的好氧活性污泥和焦化废水处置厂的短程硝化污泥 ，在启动约莫3个月后进入试验阶段。
运行战术与系统脱氮机能
在运行阶段 ，为推进短程脱氮过程中NO2--N堆集和Anammox的脱氮机能 ，别离选取两种分歧的运行战术实现SCONDA过程。
战术Ⅰ：逐步提高进水氨氮浓度
以城市污水处置厂好氧活性污泥为接种污泥。为裁减亚硝酸氧化菌（NOB） ，氨氮浓度从100 mg-N/L逐步增长到300 mg-N/L以提高游离氨（FA）浓度 ，DO约为1.2 mg/L ，C/N为3。运行160多个周期后 ，反映系统COD、NH4+-N和TN去除率*高别离达94.3%、92.6%、86%（图2所示）。出水中TN以NH4+-N和NO2--N为主 ，载体上生物膜色彩由棕黄色逐步造成微红色。
选取高通量测序钻研了反映系统中的微生物群落结构。了局显示 ，优势微生物为异养菌 ，蕴含Ohtaekwangia ，Saccaribacteria ，Chryseolinea等好氧异养菌及Thauera ，Azospira ，Comamonas等反硝化菌；自养菌方面 ，Nitrosomonas（2.4%）为重要的氨氧化菌（AOB） ，而CandidatusKuenenia（3.7%）为优势厌氧氨氧化菌。该了局批注系统成功实现了短程硝化、反硝化和厌氧氨氧化等脱氮过程。
战术Ⅱ：直接从短程硝化过程转换
以短程硝化污泥为接种污泥 ，在*阶段维持氨氮浓度为300 mg/L ，C/N比为2。由于高FA和限氧作用 ，系统可能实现不变的短程硝化 ，然而受低C/N迸装响TN去除率仅为40%。在第二阶段通过缩短水力停顿功夫的方式 ，进水氨氮负荷从0.09提高到0.18 kg-N/(m3·d)；DO从2.5 mg/L降至1.2 mg/L。了局显示（图3所示） ，只管NH4+-N和COD去除有肯定的降落 ，但TN去除提升至80%以上 ，且氮去除负荷显著提高。此时生物膜色彩转造成红色。
选取高通量测序钻研了反映系统中的微生物群落结构。了局显示 ，在两运行阶段中异养菌均为优势菌 ，但在阶段二前提下微生物群落更具多样化。在自养菌方面 ，较阶段一 ，经过阶段二运行后反映系统中AOB丰度降落了32% ，而厌氧氨氧化菌CandidatusKuenenia由未检出提高至2.7%。上述了局批注 ，通过运行节造反映系统已由齐全短程硝化-反硝化过程转换为短程硝化-反硝化耦合厌氧氨氧化过程 ，其中Anammox的实现对系统TN去除提高拥有沉要作用。
物料平衡分析
对SCONDA系统中的碳和氮进行物料衡算分析。了局显示（图4） ，在氮素去除方面 ，短程硝化-反硝化贡献了TN去除的53% ，而短程硝化-Anammox贡献了43% ，批注这两种脱氮蹊径在系统中对高效脱氮均拥有沉要作用。在碳素去除方面 ，55%的COD通过好氧过程被降解 ，而32%的COD经反硝化蹊径去除。
碳氮去除过程
基于以上了局 ，揣度SCONDA工艺中碳氮去除过程（图5所示）。*先 ，约80%的氨氮经短程硝化被氧化为亚硝氮 ，其中部门在低C/N作用下经反硝化去除 ，而渣滓亚硝氮与20%的氨氮通过Anammox反映去除。高FA、低DO的运行方式和生物膜空间分层结构推进了Anammox的富集与活性阐扬�；Ъ屏垦扑憬徊脚� ，SCONDA工艺对氧和有机碳的需要量别离为2.74 g-O2/g-N和0.95 g-COD/g-N。与传统硝化-反硝化脱氮工艺相比 ，SCONDA工艺可节俭40%供氧和67%有机碳源的需要 ，COD和TN去除效能高 ，温室气体减排显著 ，显示了优良的技术和经济机能 ，拥有较好的竞争优势。
SCONDA生物膜解构
选取微电极测试和分层测序对SCONDA生物膜进行解构。了局批注（图6） ，低氧曝气方式下生物膜内部存在显著的氧梯度 ，由表向内顺次为好氧区、缺氧区和厌氧区。在好氧区 ，好氧异养菌（HOB）和AOB可去除大部门COD ，同时由于低DO和高FA前提有助于实现短程硝化；在缺氧区 ，异养反硝化菌（DHB）利用少量渣滓COD进行反硝化；在厌氧区 ，残留的NH4+-N和NO2--N在Anammox菌的作用下实现进一步氮的去除。综上 ，由于SCONDA生物膜内部微空间的生态位分异 ，实现了HOB、AOB、DHB及Anammox菌的职能互补和代谢互促 ，进而提高了废水总氮的去除成效。
利用瞻望
综上钻研 ，SCONDA显示了优越的脱氮除碳机能。在高浓度含氨有机废水废水处置当用方面 ，SCONDA可直接利用于拥有中等碳氮比（1.0＜C/N＜5.0）废水的一体化处置；而对于较高C/N废水 ，可预设高快厌氧消化单元进行部门COD去除及产甲烷回收 ，而后与SCONDA工艺耦合实现工艺简化与节能降耗的主张。目前 ，钻研团队已将SCONDA工艺成功利用于含苯酚、含吡啶蹬仔毒难降解高浓度含氮有机仿照废水处置 ，并同步发展煤化工、屠宰等现尝试业废水处置技术利用。此表 ，基于SCONDA的理想亦在拓展利用于低氨氮城市污水主流脱氮中。相信在将来含氮有机废水可持续处置领域 ，SCONDA工艺将拥有更辽阔的利用远景。
