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染料行业废水水质成分复杂、可生化性差、有机物含量高,是最难处理的化工废水之一,面对日益严格的排放标准,传统生物脱氮工艺在TN脱除方面效果较差,本文针对天津某染料生产企业面临的实际问题提出新型升流式水解反硝化-好氧工艺并在现场进行中试研究,重点考察新型升流式水解反硝化-好氧工艺的稳定运行状态及水解反硝化协同作用对污染物的去除效果,通过分析污染物降解规律和微生物群落变化研究新型升流式水解反硝化-好氧工艺对多种污染物的去除作用和机理,最终实现该工艺的工程化应用。试验结果如下:(1)传统A/O工艺处理一级好氧生化出水时(2018.4～2018.10),为提高TN去除率,需在进水中补加大量碳源,缺氧段污泥浓度稳定在6.0g/L左右,好氧段污泥浓度保持在4.0～5.Og/L之间。系统对于CODCr、NH4+-N、TN、甲醛、苯胺等污染物的平均去除率分别为:68.6%、86.3%、58.8%、29.6%、41.5%,多项出水指标不满足天津市地方标准(DB12/356-2018)的间接排放标准,运行效果易受进水毒性和负荷冲击影响导致稳定性较差,对于有机氮的平均去除率仅为11.2%,系统出水CODCr平均浓度为509.6mg/L。(2)升流式水解反硝化-好氧工艺处理一级好氧生化出水时(2019.3～2019.7),在传统A/O工艺的缺氧段中加入垂直悬挂的组合填料以实现局部水解酸化,同时对缺氧段与好氧段的污泥进行独立培养,在缺氧段新增水解酸化功能的基础上进一步增强系统的脱氮效能,强化系统多种污染物尤其是有机氮和难降解COD的处理效果。缺氧段污泥浓度稳定在9mg/L左右,好氧段污泥浓度控制在4.0～5.0mg/L之间。系统对于CODCr、NH4+-N、TN、甲醛、苯胺等污染物的平均去除率分别为:66.4%、95.1%、61.7%、63.2%、61.3%,处理效果较传统A/O工艺有较大提升,系统出水CODCr、NH4+-N、TN、甲醛、苯胺等指标均优于天津市地方标准(DB12/356-2018)的间接排放标准,稳定运行期间去除效果未见受进水毒性和负荷冲击影响。新增水解酸化与反硝化协同作用使系统对有机氮和难降解COD的去除效果明显增加,平均有机氮去除率达到45.4%,系统出水CODCr平均浓度为457mg/L。通过GC-MS对进水及各段出水进行有机物组分分析,进水中主要有机物为芳香胺类、醇类和脂肪族羧酸酯类,在水解酸化与反硝化协同作用下有机物种类由进水的34种增加到65种,芳香胺被还原为酮类、酯类、酚类和烃类等物质,有机胺类含量降低30.6%,水解酸化后产物如胺类、醇类、酚类、酮类等在好氧段中更易被生物降解。同时新增的水解酸化功能可以有效破坏污水中的显色基团从而使色度去除率达到30.8%。(3)升流式水解反硝化-好氧工艺处理原水时(2019.8～2019.11),系统内污泥浓度逐渐提高,通过逐步缩减停留时间提升进水负荷,当厌氧反应器(实际上已经为厌氧)内污泥负荷为0.45kgCOD/(kgVSS*d)左右,水力负荷为0.6～0.7m3/(m2*h)时,厌氧段内出现污泥颗粒化现象,平均粒径为145.3um,稳定阶段污泥浓度达到18g/L,实现絮体、颗粒、填料生物膜三种污泥形式的共存;好氧段内污泥浓度控制6.0～9.0g/L之间。系统对CODCr、NH4+-N、TN、甲醛、苯胺的去除效果稳定,去除率分别为 84.6%、97.6%、67.9%、87.5%和 86%,系统出水 CODCr、NH4+-N、TN、甲醛、苯胺等指标均优于天津市地方标准(DB12/356-2018)的间接排放标准。水解反硝化颗粒污泥的出现使厌氧段的水解反硝化协同作用得到进一步提升,系统对有机氮的平均去除效率达到49.7%,系统出水CODCr平均浓度为449.6mg/L。(4)利用Miseq测序技术对不同阶段缺氧段/厌氧段中的污泥样本进行微生物菌群分析。升流式水解反硝化-好氧工艺的缺氧段/厌氧段中微生物群落的多样性及丰度较传统A/O工艺的缺氧段有明显增加。随着水解酸化功能的逐步提升,气单胞菌属、互养菌属、Syner-01等具有降解有机物和酸化功能的菌群首先在填料上富集,而根瘤菌属、陶厄氏菌属、固氮弓菌属等反硝化菌由于对可利用的有机碳源要求不同,在填料上和絮体污泥中的含量和分布存在较大差异;在水解反硝化颗粒污泥中,除了多种水解酸化菌和反硝化菌外还含有以甲烷叶菌属为主的产甲烷菌,污水中的大分子有机物被水解酸化菌断链打开变成小分子有机物,而后一部分被反硝化细菌利用作为电子供体参与反硝化过程,一部分被产氢产乙酸菌转化为挥发酸,继而被产甲烷菌彻底分解为甲烷和二氧化碳。(5)依据中试研究结果设计的升流式水解反硝化-好氧工艺对于一级好氧生化出水的CODCr、NH4+-N和TN的去除率分别为73.87%、88.21%和60.47%,出水CODCr、NH4+-N和TN指标均在排放标准以内,对有机氮的去除率达到45.4%,系统出水CODCr平均浓度为410mg/L,同时增强了原工艺的耐负荷冲击与抗毒性能力,大大改善末端好氧池中污泥老化的现象以及污泥的沉降性能,提高处理出水稳定性。