CN101805094B - 一种单级自养脱氮反应器的启动方法 - Google Patents
一种单级自养脱氮反应器的启动方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种单级自养脱氮反应器的启动方法，其步骤为：首先在限制性供氧和少量有机碳源的条件下，构建以亚硝化菌和硝化菌为主导的微生物系统；然后通过限制性供氧，控制氨氮氧化至亚硝酸阶段，以富集亚硝化菌，抑制硝化菌的生长，建立以亚硝化菌为主导的微生物系统；在稳定的亚硝酸系统基础上，通过调整曝气方式及控制溶解氧水平，优化亚硝化菌及厌氧氨氧化菌共存的微环境，促使厌氧氨氧化菌的生长与富集，成功启动单级自养脱氮系统。本发明解决了单级自养脱氮反应器接种物来源的难题，并且启动方式简单易行，降低了单级自养脱氮系统启动的难度，缩短了单级自养脱氮系统启动的时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种单级自养脱氮反应器的启动方法，在实现亚硝酸阶段的基础上启动单级自养脱氮反应器，以处理垃圾填埋场的垃圾渗滤液、污水处理厂的污泥析出液以及家禽养殖场的动物粪便废水等高氨氮低C/N比废水。
背景技术
随着经济和社会发展，人类活动加剧，自然界原有的物质循环受到破坏，大量氮、磷等元素通过生活污水、工业废水、农业废水等途径排放进入水体，使受纳水体氧含量降低，加速水体的富营养化进程，严重危害了人类赖以生存的环境。氮素污染已成为当前急待解决的重大环保课题。
单级自养脱氮工艺是指在同一构筑物内、由自养菌完成从氨氮至氮气全部转化过程的一类工艺，是近10年来出现的一种新型脱氮工艺。目前，主流观点认为单级自养脱氮系统内的氨氮是由亚硝化反应和厌氧氨氧化反应联合去除的，亚硝化反应是一个好氧过程，而厌氧氨氧化反应是一个厌氧过程；部分氨氮首先在亚硝化菌的作用下被氧化为亚硝酸氮，生成的亚硝酸氮则与剩余的氨氮一起被以厌氧氨氧化菌转化为氮气而实现氨氮的去除。由于该生化反应是在一个反应器内进行，且整个过程完全在自养菌的作用下完成，不需要外加有机碳源，因此，单级自养脱氮工艺尤其适于处理垃圾填埋场的垃圾渗滤液、污水处理厂的污泥析出液以及家禽养殖场的动物粪便废水等一类高氨氮低C/N比的废水。
由于单级自养脱氮工艺中氨氮的去除是在亚硝化菌和厌氧氨氧化菌这两种自养微生物的联合作用下完成的，通常自养微生物的生长速率较慢，亚硝化菌的世代周期为8～36小时，而厌氧氨氧化菌的生长速率更慢，其世代周期长达11天，严重地制约了反应器装置的启动进程；并且亚硝化菌属于好氧菌，而厌氧氨氧化菌属于严格的厌氧菌，如何控制反应器运行条件以创造适于好氧菌与厌氧菌共存的微环境是实现单级自养脱氮工艺的关键。此外，由于单级自养脱氮工艺是一种全新的生物脱氮工艺，要付诸于工程应用，尚没有现成的接种污泥。因此，如何获得适宜的接种污泥并创造好氧与厌氧共存的微环境，进而成功启动单级自养脱氮反应器即成了该工艺实际工程应用中必须攻克的难题。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种启动时间短、启动方式简单易行的单级自养脱氮反应器的启动方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
1)首先接种污泥于单级自养脱氮反应器内，所述反应器为生物膜序批式反应器：反应器所接种的污泥为好氧污泥和厌氧污泥的混合污泥，两者的混合体积比为1～2∶1，接种总量为反应器有效容积的60～70％，通过搅拌使污泥保持悬浮状态。
2)在限制性供氧和少量有机碳源的条件下，构建以亚硝化菌和硝化菌为主导的微生物系统。具体操作为：少量有机碳源通过控制反应器进水氨氮浓度小于500mg/L同时C/N比小于2实现；控制溶解氧为0.8～1.5mg/L，温度为20～35℃，pH为7.0～8.5，水力停留时间为18～36小时。
3)然后通过限制性供氧，控制氨氮氧化至亚硝酸阶段，以富集亚硝化菌，抑制硝化菌的生长，建立以亚硝化菌为主导的微生物系统。具体操作为：控制溶解氧为0.5～1.2mg/L，温度为20～35℃，pH为7.0～8.5，水力停留时间为18～36小时。
4)在稳定的亚硝酸阶段基础上，通过调整曝气方式及控制溶解氧水平，优化亚硝化菌及厌氧氨氧化菌共存的微环境，促使厌氧氨氧化菌的生长与富集，从而成功启动单级自养脱氮系统。
第4)步优化亚硝化菌及厌氧氨氧化菌共存的微环境可采用间歇曝气或连续曝气方式实现：当采用间歇曝气方式时，曝气时间为1.5～3.0小时，曝停时间比为1∶1，曝气时溶解氧条件为1.8～2.5mg/L，停曝时溶解氧条件为0.2～0.5mg/L；当采用连续曝气方式时，溶解氧条件为0.5～1.0mg/L。不管是间歇曝气还是连续曝气，控制温度为20～35℃，pH为7.0～8.5，水力停留时间48～192小时。
本发明通过限制性供氧，在实现亚硝酸阶段的基础上，可在较短时间内启动单级自养脱氮系统，这样就解决了单级自养脱氮反应器接种物来源的难题，并且启动方式简单易行，降低了系统启动难度，缩短了启动时间。以本方法启动反应器，反应器出水氨氮转化率和总氮去除率分别达到了90％和80％以上，达到了稳定高效的脱氮效果。
具体实施方式
本发明单级自养脱氮反应器启动方法，其思路为：在内加填料的生物膜序批式反应器中，首先以好氧污泥和厌氧污泥为接种物，驯化培养硝化细菌，构建以自养型细菌(亚硝化菌、硝化菌)为主导的微生物系统；然后创造适宜运行条件控制氨氮氧化至亚硝酸阶段，即抑制硝化菌、富集亚硝化菌的过程，建立以亚硝化菌为主导的微生物系统；最后在稳定的亚硝酸系统基础上控制运行条件，优化亚硝化菌及厌氧氨氧化菌共存的微环境，促使厌氧氨氧化菌的生长与富集，从而成功启动单级自养脱氮系统。
本发明反应器为生物膜序批式反应器，利用生物膜特有的结构，生物膜外部为好氧层，内部为厌氧/缺氧层，使得好氧的亚硝化菌和厌氧的氨氧化菌共存于生物膜系统内，实现一个反应器内自养脱氮。亚硝化菌一般存在生物膜表面的好氧微环境中，从外界获得氧气，把氨氮氧化成亚硝酸盐；而厌氧氨氧化菌存在于生物膜内部的厌氧微环境中，亚硝酸盐和氨氮通过扩散进入生物膜内部，在生物膜内侧的缺氧部位，氨氮和亚硝酸盐进行厌氧氨氧化生成氮气而得以去除。
由于单级自养脱氮反应是由亚硝化菌及厌氧氨氧化菌两种微生物同时作用实现的，亚硝化菌属于好氧菌，厌氧氨氧化菌属于厌氧菌。由于好氧污泥中存在着亚硝化菌，并且好氧菌繁殖迅速，相比于厌氧菌易于形成生物膜结构。在亚硝酸阶段，经过一定时间的好氧挂膜，可使微生物较快附着在填料上，形成生物膜的空间网状结构，为厌氧微生物的附着和生长提供了良好的固定相和生长环境。厌氧污泥中含有丰富的微生物，这些微生物长期处于厌氧状态，与厌氧氨氧化菌的生长环境相似，有可能存在厌氧氨氧化菌。因此本发明在单级自养脱氮系统中预先接种好氧污泥和厌氧污泥的混合污泥，能够更好地富集亚硝化菌和厌氧氨氧化菌，并且好氧污泥及厌氧污泥来源广泛，易于获取。好氧污泥和厌氧污泥接种体积比为1～2∶1，接种量为生物反应器有效容积的60％～70％，并对其进行搅拌，保持污泥的悬浮状态。
实现上述以自养型细菌(亚硝化菌、硝化菌)为主导的微生物系统的关键是在少量有机碳源和限制性供氧的条件下，反应器进水氨氮浓度小于500mg/L，C/N比小于2，启动过程逐步提高进水浓度。控制溶解氧为0.8～1.5mg/L，温度为20～35℃，pH为7.0～8.5，水力停留时间为18～36小时。
本发明利用在低DO条件下亚硝化菌对氧的饱和常数比硝化菌要低很多的理论，即在低DO条件下，亚硝化菌对氧的利用率较硝化菌高，增殖速率也就较硝化菌大，从而可以淘汰硝化菌，实现亚硝化菌的积累。因此在亚硝酸阶段，通过限制性供氧，控制溶解氧为0.5～1.2mg/L，实现亚硝化菌富集增殖和硝化菌的“洗脱”。同时控制温度为20～35℃，pH为7.0～8.5，水力停留时间为18～36小时。
在单级自养脱氮阶段，仍然是限制性供氧，具体调整曝气方式及控制溶解氧水平，可采用间歇曝气或连续曝气。采用连续曝气方式时，控制溶解氧条件为0.5～1.0mg/L；采用间歇曝气方式时，控制溶解氧条件为(曝气)1.8～2.5/(停曝)0.2～0.5mg/L，曝气时间为1.5～3.0小时且曝停时间比为1∶1。通过任一种方式的调节，均可以优化生物膜外层好氧与内层厌氧的微环境，创造适于厌氧氨氧化菌生存的空间。其他的控制条件为控制温度为20～35℃，pH为7.0～8.5，水力停留时间48～192小时。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
接种市政污水处理厂曝气池中的好氧污泥和浓缩池中的厌氧污泥，接种体积比为1∶1，接种污泥浓度为3.8gVSS/L。以人工配制的模拟低碳氮比废水为研究对象，采用有效容积为30L的生物膜序批式反应器，并向反应器内投加软性组合纤维填料，填充比30％。
亚硝酸启动阶段：在系统进水氨氮浓度为45mg/L左右，连续曝气，DO为0.8～1.5mg/L、温度控制在30±2℃、pH值7.8～8.5和水力停留时间为24小时的运行控制条件下，经过54天的连续试验，反应器内的氨氮平均转化率分别达到了65％，亚硝氮发生大量累积，反应器亚硝氮平均积累率分别达到77％，成功实现了亚硝氮的积累。
单级自养脱氮实现阶段：加大进水氨氮浓度为160mg/L左右。反应器运行方式为进水0.5小时、反应22.5小时，沉淀和排水1.0小时，排水比为0.5，在温度为30℃±2℃，pH值为7.8～8.2，系统水力停留时间为48小时，间歇曝气且溶解氧为(曝气)2.0～2.5/(停曝)0.2～0.4mg/L，曝停比为2小时：2小时条件下，历时90天，完成了单级自养脱氮反应器的启动，且单级自养脱氮系统中的氨氮转化率和总氮去除率分别达到90％和80％以上。
Claims (4)
1.一种单级自养脱氮反应器的启动方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)首先接种污泥于单级自养脱氮反应器内：反应器所接种的污泥为好氧污泥和厌氧污泥的混合污泥，两者的混合体积比为1～2∶1，接种总量为反应器有效容积的60～70％，通过搅拌使污泥保持悬浮状态；
2)在限制性供氧和少量有机碳源的条件下，构建以亚硝化菌和硝化菌为主导的微生物系统；
3)然后通过限制性供氧，控制氨氮氧化至亚硝酸阶段，以富集亚硝化菌，抑制硝化菌的生长，建立以亚硝化菌为主导的微生物系统；
4)在稳定的亚硝酸阶段基础上，通过调整曝气方式及控制溶解氧水平，优化亚硝化菌及厌氧氨氧化菌共存的微环境，促使厌氧氨氧化菌的生长与富集，从而启动单级自养脱氮系统；
所述第2)步构建以亚硝化菌和硝化菌为主导的微生物系统的方法为：反应器进水氨氮浓度小于500mg/L，C/N比小于2，控制溶解氧为0.8～1.5mg/L，温度为20～35℃，pH为7.0～8.5，水力停留时间为18～36小时；
所述第3)步建立以亚硝化菌为主导的微生物系统的方法为：控制溶解氧为0.5～1.2mg/L，温度为20～35℃，pH为7.0～8.5，水力停留时间为18～36小时。
2.根据权利要求1所述的单级自养脱氮反应器的启动方法，其特征在于：所述第4)步优化亚硝化菌及厌氧氨氧化菌共存的微环境的方法为：采用间歇曝气方式，曝气时间为1.5～3.0小时，曝停时间比为1∶1，曝气时溶解氧条件为1.8～2.5mg/L，停曝时溶解氧条件为0.2～0.5mg/L；控制温度为20～35℃，pH为7.0～8.5，水力停留时间48～192小时。
3.根据权利要求1所述的单级自养脱氮反应器的启动方法，其特征在于：所述第4)步优化亚硝化菌及厌氧氨氧化菌共存的微环境的方法为：采用连续曝气方式，溶解氧条件为0.5～1.0mg/L；控制温度为20～35℃，pH为7.0～8.5，水力停留时间48～192小时。
4.根据权利要求1所述的单级自养脱氮反应器的启动方法，其特征在于：所述反应器为生物膜序批式反应器。
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