CN102992477B - 一种低氨氮污水部分亚硝化的非限氧启动方法 - Google Patents
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Abstract
一种低氨氮污水部分亚硝化的非限氧启动方法属于城市污水处理与资源化领域。在SBR反应器内首先接种城市污水厂的硝化污泥，在DO=1.50-1.80mg/L下处理氨氮为120±15mg/L的污水，在25天内成功实现了亚硝化的快速启动，亚硝化率均在90%以上。然后降低进水氨氮浓度为35±5mg/L，接近生活污水水平，仍在较高的溶解氧（DO=1.20-1.50mg/L）条件下运行。最后成功实现了在高溶解氧（DO=1.20-1.50mg/L）、低氨氮污水（35±5mg/L）半亚硝化的长期稳定运行，亚硝化率均在90%以上。本发明解决了低氨氮亚硝化不能长期稳定运行且处理效率低的难题，启动条件简单快捷，具有更高的污泥负荷以及更高的处理效率等优点。
Description
技术领域
本发明属于城市污水处理与资源化领域。具体涉及适用于高溶解氧（DO）、低氨氮水平下的硝化污泥实现部分亚硝化的启动方法。
背景技术
生物脱氮技术较其他脱氮技术（如物理法、化学法等）具有工艺简单、成本低廉、较易推广等特点，从而受到人们的青睐。但由于传统生物脱氮技术及其改进工艺仍存在着水力停留时间长、基建运行费用高等问题。因此，研究废水生物处理工艺中的脱氮新思路、新技术及合适的控制条件是有效去除废水中氮元素，进而为控制水污染、保护水环境提供科学依据的重要课题。
1975年，Vote等进行了经NO2 -途径处理高浓度氨氮废水的研究，发现了硝化过程中NO2 -的累积现象，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。
基于短程硝化-厌氧氨氧化原理，自养脱氮大都采用两级式反应器，部分亚硝化后控制出水比例后进入厌氧氨氧化反应器。因此部分亚硝化成为实现自养脱氮的关键，实现亚硝化的关键在于将硝化过程控制在氨氧化菌氧化阶段，由于在开放体系中，氨氧化菌和亚硝酸氧化菌普遍共存，实现稳定的短程硝化并非易事。研究多通过限氧方式启动亚硝化，造成氧化时间长、污泥负荷低等缺点，特别是后期低氨氮稳定运行阶段，过低的溶解氧控制不利于亚硝化的长期稳定运行。彭永臻等研究表明低溶解氧会使硝化速率降低，硝化反应整体时间会变长，从而增大反应器体积，使基建投资提高，并且低溶解氧状态下，活性污泥易解体和发生丝状菌膨胀，另外溶解氧对氮以外的其他污染物去除效果有一定的影响。因此，开发一种非限氧方式的亚硝化启动策略尤为重要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对城市生活污水，即低氨氮浓度条件下，通过非限氧的方式，实现长期稳定且耐受高溶解氧（DO）的亚硝化的启动方法。
本发明提供一种低氨氮部分亚硝化非限氧启动方法，其特征在于：
直接接种污水处理厂回流硝化污泥于序批式生物反应器（SBR）中，在较高溶解氧（1.50-1.80mg/L）以及较高进水氨氮浓度（120±15mg/L）条件下培养。计算亚硝化率即反应积累的亚硝酸盐与积累的亚硝酸盐与硝酸盐之和的比值。待亚硝化率达到90%以上，此条件下稳定运行28个周期以上。
将上述污泥在DO=1.20-1.50mg/L，进水氨氮浓度=35±5mg/L条件下继续培养。控制曝气时间，将氨氧化率控制在50%-60%之间，待亚硝化率达到90%以上后，此条件下稳定运行28个周期以上，可实现该种方法的亚硝化。
本发明所提供的亚硝化启动的方法，是在非限氧低氨氮条件下，以模拟城市生活污水，通过控制溶解氧及改变氨氮浓度的联合作用，以序批式生物反应器（SBR）方式来实现污水的部分亚硝化。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，实现自动进水、反应、沉淀、排水流程。
步骤2：接种污泥
接种污水处理厂硝化污泥，置于SBR反应器中，通入模拟污水（氨氮浓度120±15mg/L），开始曝气，并控制溶解氧为1.5-1.8mg/L。每天进行2个周期，每个周期八小时连续曝气，进行1天。此步骤旨在让接种污泥适应新环境。 在第二个周期内，每隔30min取样一次，连续取样直到氨氮消耗完毕，以此确定SBR反应时间即为氨氮反应完所用时间，并确定污泥的初始亚硝化率为0。
步骤3：确定反应时间后，继续控制溶解氧为1.5-1.8mg/l，进水氨氮浓度120±15mg/L，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）。保持此策略持续运行24天48个周期亚硝化率达到90%以上。继续保持此策略运行14天28个周期以上。
步骤4：将氨氮浓度调整为35±5mg/L，控制溶解氧为1.20-1.50mg/L运行。根据步骤2方法确定此阶段氨氮反应完所需时间，通过控制曝气量将氨氧化率稳定在50%-60%之间，亚硝化率达到90%以上后，稳定运行14天28个周期以上，标志着亚硝化启动成功。
与传统方法相比，本发明的优势在于：
第一，在非限氧条件下，利用氨氮浓度的变化实现亚硝化快速启动，在初始污泥极端不利于启动的情况下，成功实现了亚硝化的启动。
第二，通过非限氧方式启动，亚硝化污泥有更高的耐受DO的能力，打破了低氨氮亚硝化只能通过限氧来控制稳定的传统思路。
第三，该策略启动下的污泥有更高的污泥负荷，提高了污泥处理效率。
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是本发明中是启动一阶段反应器运行效果图
图2是本发明中是启动二阶段反应器运行效果图
图3是本发明中是稳定阶段运行效果图
具体实施方式
试验以模拟污水为基础用水，具体水质如下：
启动一阶段：NH4 +-N=120±15mg/L，pH =7.70~8.20，温度采用恒温25℃。
启动二阶段以及稳定运行阶段：NH4 +-N=35±5mg/L，pH =7.70~8.20，温度采用恒温25℃。
具体处理如下：
实施例1
启动一阶段参见图1
本发明反应器接种污泥来自北京市A污水处理厂硝化污泥，采用模拟污水，进水氨氮浓度120.0±15.0mg/L。接种后采用非限氧方式运行，控制溶解氧浓度为1.50~1.80mg/L，接种污泥初始亚硝化率为0，说明该接种污泥对于亚硝化的启动极端不利。可利用氨氧化菌（AOB）与亚硝酸氧化菌（NOB）对游离氨（FA）的抑制浓度不同，通过非限氧控制，实现初步的亚硝酸盐氮积累。在第（1-25）个周期内，NOB处在此条件下并没有受到抑制，氨氮基本完全氧化，但没有亚氮生成。在第（26-50）个周期内，亚硝化率从初始的0%上升至90%，并在以后的14天内一直稳定维持在90%以上。平均污泥负荷为0.78kgN/kgMLSS/d，最高达1.05kgN/kgMLSS/d，高于传统限氧方式启动的亚硝化平均污泥负荷。
启动二阶段参见图2
将进水氨氮浓度降到35±5.0mg/L，溶解氧浓度控制在1.20~1.50mg/L。通过曝气时间将氨氧化率控制在50%-60%之间，在第（78-102）个周期内，亚硝化率一直稳定维持在90%以上，说明此种方式启动的亚硝化能很快适应低氨氮浓度进水，而溶解氧水平仍保持在一个很高的范围内，耐受高溶解氧的能力很强，平均污泥负荷为0.54kgN/kgMLSS/d，处理效率较高。
稳定阶段运行效果参见图3
维持进水氨氮浓度35±5.0mg/L，氨氧化率在50%-60%之间，提高溶解氧到1.50~1.80mg/L，在第（102-120）个周期内，亚硝化率仍能维持90%以上，在第（122-136）个周期内，亚硝化率开始下降，但仍能维持在80%以上，此为提高DO的适应阶段。在第（136-144）个周期内，亚硝化率开始回升，并维持在90%以上，整个过程的平均污泥负荷为0.40kgN/kgMLSS/d。可见，在非限氧方式启动下的亚硝化具有耐受高溶解氧的能力以及更高的污泥负荷，并能在低氨氮高溶解氧下维持长期稳定运行。
Claims (1)
1.一种低氨氮污水部分亚硝化的非限氧启动方法，其特征在于：
1). 直接接种污水处理厂回流硝化污泥于SBR反应器中，在溶解氧1.5-1.8mg/ L以及进水氨氮浓度120±15mg/ L条件下培养；计算亚硝化率即反应积累的亚硝酸盐与积累的亚硝酸盐与硝酸盐之和的比值；待亚硝化率达到90%以上，稳定运行28个周期以上；
2).在溶解氧1.20-1.50mg/L、进水氨氮浓度35±5mg/ L条件下继续培养；通过控制曝气时间，将氨氧化率稳定在50%-60%之间；待亚硝化率达到90%以上后，稳定运行28个周期以上，即成功启动亚硝化。
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