CN102718314B

CN102718314B - 一种常温低基质厌氧氨氧化工艺的快速启动方法

Info

Publication number: CN102718314B
Application number: CN 201210163877
Authority: CN
Inventors: 李冬; 邱文新; 吴迪; 梁瑜海; 曾辉平; 李德祥; 张功良; 崔少明; 杨卓; 孙宇; 高伟楠; 王斌; 苏东霞; 周利军; 张�杰
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-05-24
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2032-05-24
Also published as: CN102718314A

Abstract

一种专用于常温低基质下厌氧氨氧化工艺得快速启动方法，属于城市生活污水处理与再生领域。其步骤为：在以火山岩为滤料的上向流生物滤池中，首先接种具有一定硝化功能的硝化污泥，采用连续曝气并控制一定溶解氧浓度的方法，驯化培养硝化生物膜；之后，采用间歇曝气/厌氧的方式进行ANAMMOX菌的筛选和富集；最后在反应器进入完全进入厌氧后，投加具有一定量的ANAMMOX菌进行快速诱导，缩短启动时间。在出现厌氧氨氧化特性的基础上，继续降低HRT，提高进水负荷，最终实现ANAMMOX工艺在常温低基质污水下的启动。本发明提供了常温低基质厌氧氨氧化工艺的快速启动方法。

Description

一种常温低基质厌氧氨氧化工艺的快速启动方法

技术领域

本发明属于城市生活污水处理与再生领域。具体涉及专用于常温、低基质污水生物膜法厌氧氨氧化（ANAMMOX）工艺快速启动方法。

背景技术

近年来，由于人为的原因，氮素循环遭到了破坏，导致了中间产物积累，造成水体的富营养化日益严重，湖泊“水华”及近海“赤潮”时有发生，且有愈演愈烈之势。水体富营养化已经危及农业、渔业、旅游业等诸多行业，并对饮水卫生和食品安全构成巨大威胁。因此，脱氮已经成为污水处理中的重要主题。在上个世纪，人们以硝化和反硝化作用为基础，构建的废水生物脱氮的技术体系在废水脱氮方面起到一定的作用，但存在诸多问题，如：流程长，脱氮效率低，基建投资高；供氧量大，运行费用高；反硝化过程往往需要外加碳源；并且存在于除磷工艺存在碳源争夺等问题。因此，新的生物脱氮理论和技术应运而出，并得到迅速发展，如：同时硝化反硝化技术、短程硝化反硝化技术、厌氧氨氧化技术等。其中以厌氧氨氧化为基础建立的SHRANON-ANAMOX、CANON、DENAMMOX等工艺最受瞩目。

厌氧氨氧化（anaerobic ammonium oxidation，简称Anammox），是以NO₂ ^--N为电子受体，CO₂为无机碳源，在厌氧条件下，将NH₄ ⁺-N氧化成N₂的生物过程。ANAMMOX工艺相比较传统硝化-反硝化工艺具有节省50%的曝气量和100%的碳源等优点，所以一经发现就引起了众多研究者的广泛兴趣。目前，有关Anammox工艺的研究和应用，主要是针对垃圾渗滤液和污泥消化上清液等高温高NH₄ ⁺-N的废水，而对于常温条件下低基质污水研究尚鲜见报道。因此，Anammox可被视为目前生物脱氮处理中最具潜力的可持续发展的生物脱氮工艺。

然而，ANAMMOX菌生长速率比较低（最高生长速率为0.0027h^-1），世代周期比较长（11d）。对于高温高NH₄ ⁺-N废水实验室规模反应器启动时间大都在半年以上，世界第一座污泥消化上清液ANAMMOX生物脱氮工程案例启动时间长达3.5年。而在常温低基质下实验室规模的厌氧氨氧化反应器启动时间至少1年以上，因此，启动时间长是制约ANAMMOX工艺推广的限制因素，而对于在常温、低基质污水下实现ANAMMOX工艺的启动将会面临更大的挑战。

发明内容

本发明目的在于提供一种在常温低基质条件下，生物膜法厌氧氨氧化工艺快速启动的方法。

本发明是在常温条件下，以A/O二级出水和半亚硝化出水为基础用水，上向流的生物滤池为试验装置，内部装填火山岩活性生物滤料。具体步骤如下：

步骤一：反应器搭建

反应器采用生物滤池，径深比宜为1:4~1:8，装填粒径4~15mm的火山岩滤料，不均匀系数小于1.2，采用上向流进水，，底部设有曝气装置，可由转子流量计控制曝气量。

步骤二：污泥接种

反应器接种污水处理厂普通硝化污泥，接种污泥浓度宜为4.0~5.0g/L，接种体积为反应器有效容积的90%-110%。为了让接种污泥充分填充反应器，采用间歇式（SBR）交替流运行方式。将接种污泥由底部进水口注入反应器，并接入二级处理出水或配水，NH₄ ⁺-N浓度在50~75 mg·L^-1，COD小于60 mg·L^-1，SS不超过10 mg·L^-1。SBR循环运行时，保证循环滤速不小于0.5m/h，采用上向流循环，同时开启曝气，曝气量控制在10~30 m³·m^-3·h^-1；当硝化负荷达到0.5 kg·m^-3·d^-1以上，认为接种成功，结束SBR培养，转为连续流运行。

步骤三：硝化性能强化

根据SBR反应周期内的平均氨氮氧化负荷，计算反应器的水力停留时间（HRT），确定连续流进水流量，控制曝气量控制在10~30 m³·m^-3·h^-1，DO不低于3 mg·L^-1，进行好氧挂膜，当硝化率达到90%以上，硝化负荷达到1.0kg·m^-3·d^-1以上，硝化挂膜成功，进入厌氧运行。

步骤四：厌氧启动

为防止厌氧导致硝化细菌大量死亡，本阶段采用好氧、厌氧交替运行方式，并最终转入完全厌氧运行。进水流量同步骤三，好氧阶段氨氮浓度在50~75 mg·L^-1，COD小于60 mg·L^-1，SS不超过10 mg·L^-1，控制曝气量20 m³/（m³·h）;厌氧阶段NH₄ ⁺-N浓度为28~35 mg·L^-1，NO₂ ^--N浓度为30~40 mg·L^-1，COD小于50 mg·L^-1，SS不超过10mg·L^-1。起初厌氧时间和好氧时间比为1:1，运行一周后逐步减少好氧时间和降低曝气量，每次厌氧/好氧比增加1~2，曝气量减少30%~50%，每次调整后维持5~7d，当厌氧/好氧比达到7时，完全转入厌氧运行，测算总氮去除率。

步骤五：厌氧氨氧化菌诱导启动

完全厌氧运行5~7d后，加入不大于起初接种硝化污泥量2%厌氧氨氧化污泥。运行5~7d，当总氮去除率相较步骤四有明显快速提高，是其原来的5倍或总氮去除率达到20%以上，认为ANAMMOX菌接种成功；否则可尝试再次接种，接种方式及接种量如上所述。

步骤六：ANAMMOX效果强化

接种成功后，保持运行策略，当总氮去除率达到70%以上时，降低HRT，每次降低10%-20%；当总氮去除负荷达到1.0 kg·m^-3·d^-1以上时，表明厌氧氨氧化工艺已启动成功。

与现有的厌氧氨氧化工艺启动方法相比较，本发明具有以下有益效果：

1）本发明方法是利用 A/O工艺和半亚硝化出水启动ANAMMOX工艺，省去了加热动力费用以及配药费用，并为该工艺以后在实际工程中的应用提供了宝贵经验。

2）本发明方法首次提出厌氧和好氧交替驯化、筛选ANAMMOX的试验方法，此方法相比较直接进行厌氧驯化的方法一方面可以降低启动初期硝化膜的脱落，避免了大量微生物死亡，造成的出水氨氮大于进水的情况；另一方面有利于筛选具有ANAMMOX特性的兼性细菌。

3）通过接种少量ANAMMOX菌诱导进行诱导的方法，使得ANAMMOX快速的成为反应器中的优势菌种，这样可以大大缩短反应器启动的时间。

附图说明：

图1是本发明采用的ANAMMOX试验装置示意图

1.排气口 2.排水口 3.取样口 4.填料层 5.进水泵6.曝气装置

图2是采用本发明方法的反应器在阶段Ⅰ去除负荷与NH₄ ⁺-N、NH₄ ⁺-N去除率随时间变化图

图3是采用本发明方法的反应器在阶段Ⅱ、Ⅲ总氮去除率与总氮去除负荷随时间变化图

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。

具体实施方式

实施例1

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=7.0～8.0。

A/O出水经半亚硝化反应器出水水质如下：COD<50mg/L；BOD₅<10mg/L；SS<10mg/L；NH₄ ⁺-N=20~40mg/L，NO₂ ^--N=20~40mg/L NH₄ ⁺-N/NO₂ ^--N≈1:1；TN≤15mg/L；TP≤0.5mg/L；pH=7.0～8.0。

厌氧氨氧化生物滤池处理后出水水质如下：COD<50mg/L；BOD₅<10mg/L；SS<10mg/L；NH₄ ⁺-N<5mg/L，去除率85%；TN≤15mg/L，去除率80%；TP≤0.5mg/L；pH=7.0～8.0。

以火山岩为填料的传统生物滤池为试验装置，如图1所示。试验装置由有机玻璃制成，内径500mm，高1.5m，总容积216L，有效容积185L。柱内装填级配火山岩填料，装填高度为1.2m，装填粒径分别为10~12mm、6~8mm、2~4mm，装填高度分别为0.5m、0.5m、0.2m。滤池壁上每100mm设有一个取样口，水流方向为上向流，最上端设有一个出水口。底部安装曝气装置，通过转子流量计控制曝气量。

1）污泥接种阶段，反应器接种城市污水处理厂曝气池硝化污泥，接种污泥浓度为4.5g·L^-1，污泥体积为200L以A/O出水为原水，采用间歇式SBR交替流运行方式。循环滤速为0.6m/h，曝气量控制在20m³·m^-3·h^-1左右，DO控制在不低于3mg·L^-1，当剩余NH₄ ⁺-N浓度为进水NH₄ ⁺-N浓度的15%时，停止曝气，沉淀排水。运行15d后，硝化负荷已达到0.75kg·m^-3·d^-1，认为接种成功，结束SBR培养，转为连续流运行

2）硝化性能强化阶段，接入A/O出水连续流运行，控制处理水中的曝气量控制在20 m³/（m³·h）左右，HRT=2~7h，运行大约20d后，反应器硝化率已达到98%以上，硝化负荷已达到1.5kg·m^-3·d^-1，认为好氧硝化污泥挂膜已成功。

3）厌氧启动阶段，采用好氧、厌氧交替运行方式，HRT控制在5h左右，好氧阶段接入A/O出水，厌氧阶段接入半亚硝化出水，起初，控制厌氧时间和好氧时间比为1:1，好氧阶段曝气量控制20 m³·m^-3·h^-1；运行7d后减少好氧时间和降低曝气量，控制厌氧时间和好氧时间比分别为2:1，4:1，6:1，8:1，对应的曝气量分别为10 m³·m^-3·h^-1，5 m³·m^-3·h^-1，2.5 m³·m^-3·h^-1,1 m³·m^-3·h^-1，每次调整后维持时间为5~7d，之后完全转入厌氧运行，期间测得厌氧阶段总氮去除率在5%左右。

4）厌氧氨氧化菌诱导启动阶段，完全厌氧运行7d后，保持HRT不变，接种2L左右，浓度为5g·L^-1的ANAMMOX菌。反应器立即显现出ANAMMOX特性，总氮去除率达到35%，总氮去除负荷达到0.32kg·m^-1·d^-1，之后一周内总氮去除和总氮去除率都稳步在提高，此时认为ANAMMOX菌诱导接种成功；接种成功后，当总氮去除率达到70%以上时，降低HRT，每次降低20%；当HRT=1h时，总氮去除负荷已为1.09 kg·m^-3·d^-1，此时说明厌氧氨氧化工艺已启动成功。

Claims

1.一种常温低基质厌氧氨氧化工艺的快速启动方法，其特征在于：

1）污泥接种阶段，反应器接种城市污水处理厂曝气池硝化污泥，所述的反应器为以火山岩为填料的生物滤池反应器，接种污泥浓度为4.0~5.0g·L^-1，接种体积为反应器有效容积的90%-110%；采用间歇式SBR交替流运行方式；控制进水NH₄ ⁺-N浓度在50~75mg·L^-1，COD小于60mg·L^-1，SS不超过10mg·L^-1，保证循环滤速不小于0.5m/h，同时开启曝气，曝气量控制在10~30m³·m^-3·h^-1，DO不低于3mg·L^-1，当剩余NH₄ ⁺-N浓度为进水NH₄ ⁺-N浓度的10%~20%时，停止曝气，沉淀排水；当硝化负荷达到0.5 kg·m^-3·d^-1以上，认为接种成功，结束SBR培养，转为连续流运行；

2）硝化性能强化阶段，根据SBR反应周期内的平均氨氮氧化负荷，计算反应器的水力停留时间HRT，确定连续流进水流量，控制进水NH₄ ⁺-N浓度在50~75mg·L^-1，COD小于60mg·L^-1，SS不超过10mg·L^-1，同时开启曝气，曝气量控制在10~30m³·m^-3·h^-1，DO不低于3mg·L^-1，当硝化率达到90%以上，硝化负荷达到1.0kg·m^-3·d^-1以上，硝化挂膜成功，进入厌氧运行；

3）厌氧启动阶段，采用好氧、厌氧交替运行方式，好氧阶段氨氮浓度在50~75mg·L^-1，COD小于60mg·L^-1，SS不超过10mg·L^-1，控制曝气量10~30 m³·m^-3·h^-1；厌氧阶段NH₄ ⁺-N浓度为28~35mg·L^-1，NO₂ ^--N浓度为30~40mg·L^-1，COD小于50mg·L^-1，SS不超过10mg·L^-1；控制厌氧时间和好氧时间比为1:1，运行7天后逐步减少好氧时间和降低曝气量，每次厌氧时间、好氧时间比增加1~2，曝气量减少30%~50%，每次调整后维持5~7d，当厌氧时间、好氧时间比大于7，可完全转入厌氧运行，测算总氮去除率；

4）厌氧氨氧化菌诱导启动阶段，完全厌氧运行5~7d后，加入接种硝化污泥量2%-5%的厌氧氨氧化菌；控制进水NH₄ ⁺-N浓度为28~35mg·L^-1，NO₂ ^--N浓度为30~40mg·L^-1，COD小于50mg·L^-1，SS不超过10mg·L^-1，运行5~7d，当总氮去除率达增长5倍以上或总氮去除率达到20%以上，认为厌氧氨氧化菌接种成功；否则可尝试再次接种；接种成功后，保持运行策略，当总氮去除率达到70%以上时，降低HRT，每次降低10%-20%；当总氮去除负荷达到1.0 kg·m^-3·d^-1以上时，说明厌氧氨氧化工艺已启动成功。