CN102976483B

CN102976483B - 一种uasb用于快速启动厌氧氨氧化颗粒污泥的方法

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Publication number: CN102976483B
Application number: CN2012104249391A
Authority: CN
Inventors: 李冬; 李德祥; 王斌; 吴迪; 梁瑜海; 高伟楠; 崔少明; 杨卓; 杨胤; 何永平; 张翠丹; 张玉龙; 吴青; 周元正; 苏庆岭; 门绚; 曾辉平; 张�杰
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2032-10-30
Also published as: CN102976483A

Abstract

一种UASB用于快速启动厌氧氨氧化颗粒污泥的方法属于城市生活污水处理与再生领域。本发明通过上部装有填料，为生物膜反应区，下部为活性污泥区的UASB反应器，经过生物膜固定阶段、活性污泥启动阶段、颗粒污泥强化阶段，在66d内，实现了总氮去除负荷达到4.34kgN/m³/d，平均粒径为1.0mm，SV2=SV10，成功启动了厌氧氨氧化颗粒污泥，比赵志宏等（2007）利用SBR反应器来培养厌氧氨氧化颗粒污泥的时间短25d，总氮去除负荷高了4.3kgN/m³/d。

Description

一种UASB用于快速启动厌氧氨氧化颗粒污泥的方法

技术领域

本发明属于城市生活污水处理与再生领域，具体涉及厌氧氨氧化颗粒污泥的快速启动方法。

背景技术

厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation，ANAMMOX)是指微生物在厌氧条件下直接以NH₄ ⁺为电子供体，以NO₃ ^-或NO₂ ^-为电子受体，将NH₄ ⁺，NO_3- ^-或NO₂ ^-转变成N₂的生物学过程。相比于其他脱氮工艺，不需外加有机物作电子供体，无需外加无机碳源，污泥产量低，无二次污染，节省供氧能耗，运行费用较低。现有的厌氧氨氧化工艺主要有生物膜法、活性污泥法。与生物膜法相比，活性污泥法能够实现较高的处理负荷，但是絮状厌氧氨氧化污泥沉降性能较差，容易从反应器中被洗出，造成反应器中生物浓度降低，脱氮性能下降。颗粒污泥具有优良的沉降性能，易于通过沉淀而持留，有利于微生物的扩增，并有较高的生物活性。

赵志宏等（2007）利用颗粒污泥作为种泥，启动SBR反应器，通过HRT来调控反应器的运行，第58天时，SBR反应器出现厌氧氨氧化现象，到第90天，成功培养出厌氧氨氧化颗粒污泥。运行156天，反应器的总氮处理负荷达到0.034kgTN/（m³·d）。傅金祥等（2012）利用在反应器中添加海绵的UASB反应器，在低基质条件下通过接种厌氧消化污泥，利用80天进入稳定器，氨氮和亚氮的去除率最高分别为99.8%，99.9%，污泥颜色为褐色，并有红色小颗粒，与厌氧氨氧化颜色仍有较大差别。

厌氧氨氧化颗粒污泥在启动过程中面临负荷提高要求污泥浓度增加和水力筛选导致污泥浓度降低的矛盾。利用UASB启动厌氧氨氧化颗粒污泥，反应器上部的填料即对污泥起截留的作用，又不会对污泥的水利筛选造成不利影响，通过接种厌氧氨氧化菌，不断提高进水的流量来改变反应器内水利条件，能利用较短的时间启动厌氧氨氧化颗粒污泥。

发明内容

本发明目的在于提供一种利用UASB反应器快速启动厌氧氨氧化颗粒污泥的方法。

本发明是在30℃～35℃条件下，以人工配水为基础用水，利用上部装有填料，下部为活性污泥区的UASB为实验装置，通过优化的运行策略来实现厌氧氨氧化颗粒化的快速启动。总氮去除负荷为反应器单位体积每天所能去除的总氮质量；SV2即2分钟污泥沉降比，取自反应器污泥置于量筒内，2分钟后污泥所占体积与取出污泥总体积的比值，即为2分钟污泥沉降比；SV10即10分钟污泥沉降比，取自反应器污泥置于量筒内，10分钟后污泥所占体积与取出污泥总体积的比值，即为10分钟污泥沉降比；具体步骤如下：

步骤一：反应器搭建

反应器采用UASB，反应器由底部布水区、中间反应区、顶部三相分离器组成；反应区径深比为1:10～1:15，分为上部填料区和下部活性污泥区，体积比为1:1～1:2；填料区填充软性填料时，填充比为20～35%，填充硬质填料时填充比为50～65%。

步骤二：生物膜固定阶段

接种厌氧氨氧化污泥，采用连续流运行，控制HRT在4.0～8.0h，并在反应区顶端设置内回流，回流至底部布水区，为了使反应区上部填料能够成功挂膜，控制回流比为750～950%，以保证污泥悬浮层进入填料反应区，进水氨氮和亚硝酸盐氮浓度分别为160～190mg/L和220～240mg/L；运行10d后将接种污泥放出后继续进水，测定填料区的总氮去除负荷，然后将接种污泥重新由顶部装填回反应器，继续运行，测定间隔不少于5d，当填料区总氮去除负荷超过0.5kg TN/（m³·d）时，认为生物膜固定成功，进入活性污泥启动阶段。

步骤三：活性污泥启动阶段

按质量比3:1～4:1接种厌氧氨氧化菌和氨氧化菌，此阶段接种厌氧氨氧化菌和氨氧化菌总量与生物膜固定阶段接种厌氧氨氧化菌总量的质量比为1:1～1:1.5，厌氧氨氧化菌接自上流式火山岩厌氧氨氧化生物滤池洗脱后絮状污泥，氨氧化菌接自亚硝化工艺反应器，将污泥混合后从底部接种到反应器，采用连续流运行，进水氨氮和亚硝酸盐氮浓度分别为100～130mg/L和110～140mg/L，控制反应器的HRT在2.0～4.0h，控制污泥的悬浮层在活性污泥区；随出水流失的污泥回收，注入反应器；若反应器总氮去除率连续5d以上超过75%，降低HRT，每次降低不超过20%，当连续3d以上总氮去除负荷超过2.0kgTN/（m³·d），认为活性污泥阶段启动成功，进入颗粒污泥强化阶段。

步骤四：颗粒污泥强化阶段

为了使成功启动的厌氧氨氧化尽快实现颗粒化，采用连续流运行，进水氨氮和亚硝酸盐氮浓度分别为100～130mg/L和110～140mg/L，控制反应器的HRT在1.0～2.0h，控制反应器的断面流速在0.005cm/s～0.020cm/s，控制污泥的悬浮层在活性污泥区；随出水流失的污泥不再回收；若反应器总氮去除率连续3d以上超过75%，则提高断面流速，每次提高不超过35%，直到反应器的断面流速提高到0.0200～0.0300cm/s，当连续3d以上总氮去除负荷超过4.0kg TN/（m³·d）时，将活性污泥区污泥取出，测定污泥的SV和平均粒径，然后将污泥接回反应器；若SV2与SV10相差不超过10%，颗粒污泥形成且污泥平均粒径超过1mm，认为颗粒污泥强化成功。

与现有启动厌氧氨氧化颗粒污泥相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明通过生物膜固定、活性污泥启动、颗粒污泥强化三阶段，在66d内成功实现了厌氧氨氧化污泥的颗粒化，从活性污泥启动阶段到厌氧氨氧化颗粒污泥成功启动不超过40d，平均粒径大于1.02mm，总氮去除负荷超过4.34kg TN/（m³·d）。

2)本发明能够通过接种厌氧氨氧化和氨氨氧化菌絮状污泥，通过氨氧化菌的活性消耗环境中的溶解氧，以给予厌氧氨氧化菌更为优越的生存条件，减少进水中的DO对于厌氧氨氧化菌的抑制，提高细菌活性及处理效率；

3)本发明通过上部填充聚乙烯辫带式填料，下部为活性污泥区的UASB反应器，缓解了负荷提高要求污泥浓度增加和水力筛选导致污泥浓度降低的矛盾，通过水力条件淘汰的聚集性能和沉降性能较差的厌氧氨氧化菌向上流失，固定在填料形成生物膜，不再返回活性污泥体系，既不影响系统的处理负荷，又不影响污泥的筛选性能，与传统UASB相比，该试验所用UASB能够同时做到减少污泥流失及强化污泥筛选，使反应器在66d内，又快又好的实现厌氧氨氧化污泥颗粒化。

附图说明

图1是本发明采用的UASB试验装置示意图，UASB反应器上部装有聚乙烯辫带式填料，为生物膜反应区，下部为活性污泥区。

图2是采用本发明方法的反应器在整个实验过程中总氮去除负荷ARR与水力停留时间HRT随时间变化图，试验中水力停留时间HRT不断减小，总氮去除负荷ARR不断增大，到颗粒污泥强化阶段成功后，总氮去除负荷达到4.34kg TN/（m³·d）。

图3是采用本发明方法在整个实验过程中实验数据图。图中HRT为水力停留时间，R1为去除亚氮/氨氮变化，R2为生成硝氮/氨氮变化，ALR为进水总氮负荷，ARR为总氮去除负荷，△TN为反应器去除总氮，TN_eff为反应器出水总氮。

图4是采用本发明方法形成的颗粒污泥的SV图，污泥沉降性能良好，SV2=SV10。

图5是采用本发明方法形成的颗粒污泥在培养皿和显微镜下的照片图，显示污泥颗粒化状态较好，且污泥平均粒径为1.0mm。

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:

生物膜固定阶段接种取自上流式火山岩厌氧氨氧化生物滤池洗脱后絮状污泥35.3g，活性污泥启动阶段接种质量比为3:1的取自上流式火山岩厌氧氨氧化生物滤池洗脱后絮状污泥和取自亚硝化反应器的亚硝化污泥，总共36.5g。试验中采用水浴加热，控制反应器内温度为32℃～35℃，试验以氨氮/亚硝酸盐氮=1.31的人工配水作为基础用水，具体进水水质如下：（1）生物膜固定阶段：NH₄ ⁺-N=165～175mg/L，NO₂ ^--N=220～240mg/L；（2）活性污泥启动阶段：NH₄ ⁺-N=100～110mg/L，NO₂ ^--N=130～140mg/L；（3）颗粒污泥强化阶段：NH₄ ⁺-N=100～110mg/L，NO₂ ^--N=130～140mg/L。

以UASB为试验装置，如图1所示，试验装置由有机玻璃制成，内径10cm，反应区深度为100cm，反应区总容积为8.0L，反应区上部装填聚乙烯辫带式填料后，反应区有效体积为6.8L，上部填料区与下部活性污泥区的体积比为1:1，三相分离器高度为50cm，反应器总高度为150cm。

生物膜固定阶段，采用连续流运行，控制进水流量为25mL/min，并在反应区顶端设置内回流，回流至底部布水区，回流流量为210mL/min，以保证污泥悬浮层进入填料区。运行10d后，将反应器中接种的厌氧氨氧化污泥取出，然后继续运行，测定填料区的总氮去除负荷为0.33kgTN/（m³·d），把厌氧氨氧化污泥接回反应器，继续运行，5d后，将反应器中的厌氧氨氧化污泥取出，然后再次运行，测定填料区的总氮去除负荷为0.52kgTN/（m³·d），生物膜固定阶段成功启动。

活性污泥启动阶段，接种厌氧氨氧化菌和亚硝化菌的混合污泥后，厌氧氨氧化菌接自上流式火山岩厌氧氨氧化生物滤池洗脱后絮状污泥，氨氧化菌接自亚硝化工艺反应器，采用连续流运行，活性污泥启动阶段的前期反应器的HRT为3.33h，进水流量为40mL/min，每天测定氨氮化合物的去除效果，运行前三天，总氮去除率都超过75%，故降低HRT为2.67h，进水流量为50mL/min，经过7d的运行，总氮去除率连续3d达到75%以上，继续降低HRT为2.22h，进水流量为60mL/min，继续采用连续流运行，经过4d运行，连续三天去除率超过75%，且总氮去处负荷达到2.02kg TN/（m³·d），故活性污泥启动阶段成功。整个活性污泥启动阶段污泥的悬浮层在活性污泥区，且随出水流失的污泥回收，注入反应器中。

颗粒污泥强化阶段，起始HRT为1.90h，进水流量为70mL/min，反应器的断面流速为0.0148cm/s，采用连续流运行，运行3d后，连续3d总氮去除率超过75%，降低HRT为1.67h，进水流量为80mL/min，断面流速为0.0169cm/s，继续运行，经过6d运行，总氮去除率连续3d以上超过75%，降低HRT为1.21h，进水流量为110mL/min,断面流速为0.0234cm/s，运行12d后，总氮去除负荷连续三天超过4.0kg TN/（m³·d），平均值为4.34kgTN/（m³·d），将活性污泥区污泥取出，测定污泥的SV和平均粒径，得到SV2与SV10相差不超过10%，颗粒污泥形成且污泥平均粒径超过1mm，故颗粒污泥强化阶段成功。此阶段中同样控制污泥的悬浮层在活性污泥区；为了使反应器中颗粒化程度较高，随出水流失的污泥不再回收。

Claims

1.一种UASB用于快速启动厌氧氨氧化颗粒污泥的方法，其特征是：

在30℃～35℃条件下，试验用UASB由底部布水区、中间反应区、顶部三相分离器组成；反应区径深比为1:10～1:15，分为上部填料区和下部活性污泥区，体积比为1:1-1:2；

1)生物膜固定阶段，接种厌氧氨氧化污泥，采用连续流运行，控制HRT在4.0～8.0h，并在反应区顶端设置内回流，回流至底部布水区，回流比为750～950%，以保证污泥悬浮层进入填料区，进水氨氮和亚硝酸盐氮浓度分别为160～190mg/L和220～240mg/L；运行10d后将接种污泥放出后继续进水，测定填料区的总氮去除负荷，然后将接种污泥重新由顶部装填回反应器，继续运行，测定间隔不少于5d，当填料区总氮去除负荷超过0.5kg TN/（m³·d）时，认为生物膜固定成功，进入活性污泥启动阶段；

2)活性污泥启动阶段，按质量比3:1～4:1接种厌氧氨氧化菌和氨氧化菌，此阶段接种厌氧氨氧化菌和氨氧化菌总量与生物膜固定阶段接种厌氧氨氧化菌总量的质量比为1:1～1:1.5，厌氧氨氧化菌接自火山岩厌氧氨氧化生物滤池洗脱后絮状污泥，氨氧化菌接自亚硝化反应器，将污泥混合后从底部接种到反应器，采用连续流运行，进水氨氮和亚硝酸盐氮浓度分别为100～130mg/L和110～140mg/L，控制反应器的HRT在2.0～4.0h，控制污泥的悬浮层在活性污泥区；随出水流失的污泥回收，注入反应器；若反应器总氮去除率连续5d达到75%以上，降低HRT，每次降低不超过20%，当连续3d以上总氮去除负荷超过2.0kg TN/（m³·d），认为活性污泥阶段启动成功，进入颗粒污泥强化阶段；

3)颗粒污泥强化阶段，采用连续流运行，进水氨氮和亚硝酸盐氮浓度分别为100～130mg/L和110～140mg/L，控制反应器的HRT在1.0～2.0h，控制反应器的断面流速在0.005cm/s～0.020cm/s，控制污泥的悬浮层在活性污泥区；随出水流失的污泥不再回收；若反应器总氮去除率连续3d达到75%以上，提高断面流速，每次提高不超过25%，直到反应器的断面流速提高到0.0200～0.0300cm/s，当连续3d以上总氮去除负荷超过4.0kg TN/（m³·d）时，将活性污泥区污泥取出，测定其SV和平均粒径，然后将污泥接回反应器；若SV2与SV10相差不超过10%，颗粒污泥形成且污泥平均粒径超过1mm，认为颗粒污泥强化成功。