CN102701438A

CN102701438A - 一种常温低氨氮亚硝化启动方法

Info

Publication number: CN102701438A
Application number: CN2012101359807A
Authority: CN
Inventors: 李冬; 吴迪; 刘丽倩; 仲航; 张昭; 张功良; 苏东霞; 高伟楠; 王斌; 孙宇; 李德祥; 杨卓; 崔少明; 周利军; 曾辉平; 张�杰
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-05-04
Filing date: 2012-05-04
Publication date: 2012-10-03

Abstract

一种常温低氨氮亚硝化启动方法属于城市污水处理与资源化领域。研究发现，控制低溶解氧（DO=0.30mg/L）条件，接种具有一定亚硝化效果的污泥，能在短时间内实现亚硝化的启动；而接种全程硝化污泥，配水试验在30天内未出现亚硝酸盐的积累，使用A/O除磷工艺处理出水为研究对象的反应器在30天内也未出现亚硝酸盐的积累，亚硝化启动失败。而接种全程硝化污泥，采用高-低梯度限氧培养的模式，先在DO=0.70~0.80mg/L下驯化污泥10天，然后再控制低溶解氧（0.30~0.40mg/L）的条件反应器出水即可出现亚硝酸盐的积累现象。在此溶解氧条件下持续驯化污泥，可实现在38天达到90%以上的亚硝化率，成功启动亚硝化。

Description

一种常温低氨氮亚硝化启动方法

技术领域

本发明属于城市污水处理与资源化领域。具体涉及专用于常温、低氨氮水平下的不同属性硝化污泥的快速启动方法。

背景技术

目前，城市污水处理厂大多采用传统工艺，如A²/O、氧化沟、曝气生物滤池等工艺或其改良工艺。虽能在去除有机物方面获得不错效果，但是对于营养元素氮、磷的去除一直效果不佳，尤其是氮素去除，一直是难点中的难点。这些工艺在脱氮上均采用传统脱氮机理，即将水体中的有机氮、氨氮氧化成亚硝酸盐氮，再进一步氧化成硝酸盐氮，再通过异养反硝化作用将其还原成氮气，整个过程，消耗大量的溶解氧、无机碳源（碱度）、有机碳源。生活污水的碳源不足以满足工艺的消耗，需要外加才能保证处理效果；另外处理效果受到回流硝化液比例的限制，难以进一步提升。不论从处理效果，还是从处理成本上，传统脱氮已很难满足日益严格的水质标准。

自从1976年厌氧氨氧化（ANAMMOX）被预言，1994年被发现开始，人类发现了第二条脱氮途径，即自养脱氮途径。污水中的有机氮、氨氮被部分氧化成亚硝酸盐氮，在厌氧自养菌的作用下，生成氮气，实现脱氮。理论上，该工艺可节约大量曝气、全部有机碳源和40%无机碳源，是城市污水脱氮的理想选择。

目前，关于自养脱氮多采用两级式反应器，即一级部分亚硝化，一级厌氧氨氧化。部分亚硝化，作为厌氧氨氧化的前置单元，肩负为厌氧氨氧化提供合适比例进水的重任，一直是研究热点。但由于该工艺的核心菌种氨氧化菌（AOB）与亚硝酸盐氧化菌（NOB）性质相似，习性相近，不易筛分，研究多通过中高温、高游离氨条件下，实现亚硝化的启动和稳定。对于生活污水这种常温、低氨氮条件下如何实现快速启动，研究较少，且以采用简单限氧为主的策略较为单一,适用性较为狭窄,对于初始亚硝化效果较差的污泥该方法失效。因此，开发一种具有更广泛、更普遍、更高效的亚硝化污泥启动策略尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对城市生活污水，即常温、低氨氮条件下，结合不同污泥的性状，由普通硝化污泥快速启动亚硝化的一整套方法。

本发明提供一种常温低氨氮亚硝化启动方法，其特征在于：

在 DO=0.30~0.40mg/L低氧条件下，计算亚硝化率，若污泥的初始亚硝化率大于30%,在此低氧条件下持续驯化污泥，亚硝化率即可达到90%以上，即可成功启动亚硝化；若污泥的初始亚硝化率不足30%,监测3天后若亚硝化率达到了30%以上，再过10天以上，亚硝化率即可达到90%以上，启动成功；若监测3天后亚硝化率达不到30%，采取高-低梯度限氧的方法即：在DO=0.70~0.80mg/L条件下运行10天，然后再降低溶解氧至0.30~0.40mg/L，在此低氧条件下持续驯化污泥，亚硝化率即可达到90%以上，即可成功启动亚硝化。

本发明所提供的亚硝化启动的方法，是在常温、低氨氮条件下，以城市污水厌氧/好氧生物除磷的二级出水（磷和有机物已经得到去除）为基础用水（COD/N约为1），结合种泥的硝化性能，通过不同的曝气策略，控制溶解氧，以序批式生物反应器（SBR）方式来实现城市污水的亚硝化。具体步骤如下：

步骤1：反应器搭建

反应器采用SBR反应器，反应器装有曝气装置，可以通过调节曝气量来控制反应器废水中的溶解氧浓度。反应器设置简单的自动控制装置，自动实现进水、反应、沉淀、排水流程。

步骤2：接种污泥

接种普通硝化污泥，置于SBR反应器中，通入二级出水，开始曝气，并控制溶解氧为1mg/L。此步骤旨在让接种污泥适应新环境，每天进行2个周期，进行2天共4个周期。

步骤3：周期时间的确定

控制溶解氧为0.30~0.40mg/L，每隔30min取样一次，连续取样直到氨氮消耗完毕，以此确定SBR反应时间。

步骤4：硝化污泥性能测定

控制溶解氧为0.30~0.40mg/L策略，监测每日进出水的氨氮、亚氮、硝氮、计算亚硝化率，即出水亚硝酸盐氮/（出水亚硝酸盐氮+出水硝酸盐氮）。进行3天约6个周期。若亚硝化率出现明显上升，达到了30%以上，说明种泥中，NOB/AOB较小，保持此运行策略持续驯化污泥可使亚硝化率即可达到90%以上，启动成功；亚硝化率达不到30%，说明种泥中，NOB/AOB较大，需调整启动策略。

步骤5：高低梯度限氧的曝气策略

当采用直接限氧不能快速实现亚硝化启动时，说明种泥中NOB/AOB比例较大，仅仅通过简单限氧很难在短期内实现亚氮积累，而且限氧条件可能让NOB逐渐适应低氧环境，进而更难于淘汰。AOB与NOB都是好氧自养菌，常温条件下自身增值较慢。可采取高（DO=0.70~0.80mg/L）-低（DO=0.30~0.40mg/L）梯度限氧的方法。转化1g氨氮可产生0.146g的AOB和0.020g的NOB，AOB的产率为NOB产率的7.3倍。在DO=0.70~0.80mg/L较高的溶解氧下，AOB、NOB可以快速增值，但AOB的增值速度要远高于NOB，也可将适应于低氧的NOB淘汰出系统。当降低溶解氧至0.30~0.40mg/L时，对溶解氧具有更强亲和力的大量AOB优先获得了溶解氧,NOB由于缺少溶解氧使硝化作用减弱,从而限制了硝酸盐的产生,出现了亚硝酸盐的积累现象。高氧10天（约20个周期，AOB世代周期的两倍），控制溶解氧0.70~0.80mg/L，由于AOB和NOB在增殖，不会出现明显亚氮积累；再控制溶解氧至0.30~0.40mg/L，开始出现亚氮积累，以亚硝化率90%作为启动成功标志。

与传统方法相比，本发明的优势在于：

第一，在常温（15-20℃）低氨氮条件下，即城市污水厂二级出水水质条件下，通过控制溶解氧及反应周期即实现亚硝化的快速启动，最快仅需要12天，与以往策略相比，速度有明显提升；

第二，启动策略考虑到接种污泥的初始亚硝化性能，并根据性能状态，提出不同的启动策略，以加速启动；

第三，利用AOB、NOB两种细菌的比生长速率不同，通过高氧、限氧的方式，实现了快速启动亚硝化目的，此策略尤其适合简单限氧不易启动的污泥，最快可以实现15天的亚硝化快速启动。

以下结合具体实施方式对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围并不局限于此。

附图说明

图1是本发明中1#反应器运行效果图，其中△亚硝酸盐氮为进出水亚硝酸盐氮浓度差值；△硝酸盐氮为进出水硝酸盐氮浓度差值。

图2是本发明中2#反应器运行效果图，其中△亚硝酸盐氮为进出水亚硝酸盐氮浓度差值；△硝酸盐氮为进出水硝酸盐氮浓度差值。

图3是本发明中3#反应器运行效果图，其中△亚硝酸盐氮为进出水亚硝酸盐氮浓度差值；△硝酸盐氮为进出水硝酸盐氮浓度差值。

图4是本发明中4#反应器运行效果图，其中△亚硝酸盐氮为进出水亚硝酸盐氮浓度差值；△硝酸盐氮为进出水硝酸盐氮浓度差值。

具体实施方式

试验以某小区生活污水经厌氧/好氧生物除磷二级处理出水为基础用水，具体水质如下：COD=50～80mg/L，BOD₅≤15mg/L，SS≤30mg/L，NH₄ ⁺-N=55～85mg/L，NO₂ ^--N≤0.25mg/L，NO₃ ^--N≤1.5mg/L，TP≤1mg/L，pH=7.0～8.5。

具体处理如下：

实施例1参见图1

1#反应器接种污泥来自北京市A污水处理厂硝化污泥，采用人工配水，接种后直接限氧运行，控制溶解氧浓度为0.30~0.40mg/L。在1#反应器接种污泥初始亚硝化率为50%，说明该接种污泥具有一定的亚硝化性能。可利用AOB与NOB对溶解氧的亲和力不同，通过限氧控制，实现初步的亚硝酸盐氮积累。在1-14周期里，污泥处于低氧条件的适应期，沉降效果下降，处理效果并不稳定。随着在限氧条件下的持续驯化，亚硝化率逐渐升高。在经过7天（14个周期）的驯化后，氨氮基本完全氧化，同时亚硝化率从初始的50%上升至90%，并此后一直稳定维持在90%以上。1#反应器通过人工配水，进水氨氮浓度85.0±5.0mg/L，在全程限氧的启动策略下，实现了常温条件下在7天内亚硝化快速启动。

实施例2参见图2

2#反应器接种污泥来自北京市B污水处理厂硝化污泥。在接种污泥初始性状的测定试验中，未发现亚硝酸盐氮的积累，初始亚硝化率几乎为0%，为全程硝化污泥。

2#采用与1#相同的配水方案与启动策略，在限氧（DO=0.30~0.40mg/L）条件下运行。然而在经过了30天（58个周期）的培养，未见出水中有亚硝酸盐氮积累。在周期试验里，也未见亚硝酸盐作为中间产物出现，氨氮被直接氧化成硝酸盐。氨氮转化负荷也较低，在0.028~0.069 kgN/kgMLSS/d范围内。2#反应器通过人工配水，进水氨氮浓度85.0±5.0mg/L，在全程限氧的启动策略下，30天内未能实现亚硝化启动。

实施例3参见图3

3#反应器接种污泥来自北京市B污水处理厂硝化污泥。在接种污泥初始性状的测定试验中，未发现亚硝酸盐氮的积累，初始亚硝化率几乎为0%，为全程硝化污泥。

采用北京某小区化粪池水经A/O除磷工艺处理出水作为进水启动亚硝化，进水中COD为43.05±12.35mg/L。在限氧条件（DO=0.30~0.40mg/L）下运行30天（32个周期）后出水未出现亚硝酸盐氮的积累，氨氮全部氧化为硝酸盐氮。周期试验中，依然未见亚硝酸盐的积累。4#反应器通过A/O二级出水，进水氨氮浓度85.0±5.0mg/L，在全程限氧的启动策略下，32个周期内未能实现亚硝化启动。

实施例4参见图4

4#反应器接种污泥与2#相同，来自北京市B污水处理厂硝化污泥。在接种污泥初始性状的测定试验中，未发现亚硝酸盐氮的积累，初始亚硝化率几乎为0%，为全程硝化污泥。但采用高-低梯度限氧的启动策略。在初期的污泥驯化中，控制溶解氧浓度为0.70~0.80mg/L。然而在10天（20个周期）的运行中，出水中并没有出现亚硝酸盐氮的积累，氨氮全部转化为硝酸盐氮。从第21周期开始降低溶解氧浓度至0.30~0.40mg/L，出水中随即出现少量的亚硝酸盐氮积累。在接下来的周期中，出水中亚硝酸盐氮的浓度呈递增趋势，出水中硝酸盐氮的浓度则越来越小。运行至第27天（第54周期），亚硝化率稳定在60%以上，运行至第38天（第77周期），亚硝化率达到90%以上，标志着亚硝化启动的成功。此后3#反应器一直稳定的维持在90%以上的高亚硝化率。溶解氧的降低并未使氨氮转化负荷下降，3#反应器在110个周期的运行中氨氮转化负荷一直稳定维持在0.100 kgN/kgMLSS/d左右。3#反应器接种全程硝化污泥，通过人工配水，进水氨氮浓度85.0±5.0mg/L，在高-低梯度限氧的启动策略下，在第10天出现了初始的亚硝化效果，在38天的运行后实现了常温条件下亚硝化启动。本试验在常温下通过采用高-低梯度限氧的启动策略启动亚硝化反应器，在控制策略上节省了能源，在时间上缩短了启动周期，在效果上达到了稳定高效的亚硝化率。

Claims

1.一种常温低氨氮亚硝化启动方法，其特征在于：在 DO=0.30~0.4mg/L低氧条件下，计算亚硝化率，若污泥的初始亚硝化率大于30%,在此低氧条件下持续驯化污泥，亚硝化率达到90%以上，成功启动亚硝化；若污泥的初始亚硝化率不足30%,监测3天后若亚硝化率达到了30%以上，再过10天以上，亚硝化率达到90%以上，启动成功；若监测3天后亚硝化率达不到30%，采取高-低梯度限氧的方法即：在DO=0.70~0.80mg/L条件下运行10天，然后再降低溶解氧至0.30~0.40mg/L，在此低氧条件下持续驯化污泥，亚硝化率达到90%以上，即成功启动亚硝化。