CN103058365A - 一种处理城市生活污水的厌氧氨氧化颗粒污泥启动方法 - Google Patents

Abstract

一种处理城市生活污水的厌氧氨氧化颗粒污泥启动方法属于水环境恢复与再生领域。反应器采用升流式厌氧污泥床，反应区上部的1/4-1/3体积装填粒径4-5mm的火山岩填料，接种成熟厌氧氨氧化与亚硝化混合污泥，在低滤速下，逐渐培养为颗粒污泥，之后不断提升断面滤速，强化培养颗粒污泥，并通过改变水质强化其处理性能，最终实现其对于生活污水的处理。经过145d，污泥平均粒径达到2.0mm，能够处理40-50mg/L生活污水的水平，使出水水质满足一级A标准，负荷达到3kg/m³/d，可用于培养处理城市生活污水的升流式厌氧氨氧化活性污泥反应器启动。

Description

一种处理城市生活污水的厌氧氨氧化颗粒污泥启动方法

技术领域

本发明属于水环境恢复与再生领域。具体涉及用于处理常温、低氨氮城市生活污水的厌氧氨氧化（ANAMMOX）颗粒污泥启动的方法。

背景技术

十一五以来，国家加大了对于环境污染治理的力度，尤其在水环境恢复方面，推行了国家科技重大专项——水体污染控制与治理，其投入高达112.66亿元，而在十二五期间该数字将进一步增加为逾140亿元。此举是为了解决近年来过度排放的氮磷元素导致的水体富营养化问题。据2011年环境状况公报显示，全国地表水总体为轻度污染，湖泊富营养化状况严重，氮磷依旧为主要污染物。全国氨氮排放总量为260.4万吨，其中工业源和生活源的排放量达到了175.8万吨，占氨氮排放总量的67.5%。因此，通过城市污水处理厂的兴建与运行，对工业生活等点源污染进行处理，去除氮磷等污染物，是缓解水环境危机的有效途径。

现阶段针对低碳氮比的城市生活污水，绝大部分污水处理厂采用基于硝化反硝化原理的传统工艺进行生物脱氮，为达到污水处理一级A排放标准，尤其是针对其中较为严格的氮素控制指标，需要外加有机碳源、无机碳源，消耗巨大能源用以硝化液回流以满足反硝化要求，使得污水处理成本居高不下；同时，投加的碳源最终变成温室气体，对环境造成了二次污染，这极大的制约了污水处理行业的发展。上世纪90年代新发现的厌氧氨氧化(Anaerobic Ammonium Oxidation, ANAMMOX)，是在厌氧或缺氧条件下，自养微生物以NH₄ ⁺-N为电子供体，NO₂ ^--N为电子受体，将其转化成N₂的过程，同传统工艺相比，该工艺具有无需外加有机碳源、无机碳源，无需硝化液回流等优点，这为污水脱氮处理提供了一种节能、低碳、环保的新思路。

现阶段，厌氧氨氧化技术的应用最多的为SHARON-ANAMMOX联合工艺及CANON工艺，前者具有更高的处理效果而后者由于将短程硝化与厌氧氨氧化结合具有较大的经济优势。自荷兰鹿特丹第一座厌氧氨氧化水厂建成并投产后，越来越多的厌氧氨氧化水厂出现在了日本、德国等地，其反应器形式多种多样，处理效果差异大，但均高于传统的生物脱氮途径。但是大部分的厌氧氨氧化水厂均用于处理高温高氨氮污水，如垃圾渗滤液，对于常温低氨氮污水的处理还有待进一步研究。

近年来，国内外学者对于常温厌氧氨氧化进行了深入的研究并取得了一定的成果。郑平(2010)等运行的中试级厌氧氨氧化反应器，总容积2.5m³，进水总氮浓度为400-600mg/L，分别对温度在5-14℃、15-24℃、28-34℃的条件下的反应器运行状况进行了研究，三阶段的去除负荷分别维持在0.14±0.05kg/m³/d、0.60±0.12kgN/m³/d、2.81kgN/m³/d的水平； de Clippeleir et al（2011）采用RBC型ANAMMOX反应器处理温度为25℃、进水总氮31mg/L的废水，其去除负荷为0.84kgN/m³/d；Liu（2009）等人在20℃下采用一个容积为2.8L的聚丙烯填料反应器培养厌氧氨氧化污泥，最大总氮去除负荷达到1.0kgN/m³/d；Isaka在20-22℃采用多孔聚酯无纺布填料反应器在进水总氮浓度为134mg/L的情况下得到的去除负荷为0.2kgN/m³/d。可见常温条件下的厌氧氨氧化工艺普遍存在着处理负荷较低的问题。

颗粒污泥本质上是以有机质或无机质为核心的悬浮型生物膜工艺，它集成了生物膜抗冲击负荷能力强、微环境好及活性污泥浓度高、比表面积大等优点，是理想的ANAMMOX承载形式，国内外学者的研究表明其往往具有着更高的处理负荷。郑平（2011）等在37℃下采用体积为1.2L的UASB颗粒污泥反应器得到高达76.7kgN/m³/d的总氮容积去除负荷；Tang（2009）等在32-35℃下采用2.5L的UAGSB反应器得到的容积去除负荷高达15.4kgN/m³/d，这比在同等温度下Strous采用2.25L的玻璃珠固定床反应器得到的1.8kgN/m³/d的去除负荷及Jin等采用1.2L的弹性填料反应器得到的2.5kgN/m³/d的去除负荷高出很多。虽然关于颗粒污泥的研究大多基于高温，但其更高的去除负荷及抗冲击性有利于其实现对于常温低氨氮的城市生活污水的高效处理。

发明内容

本发明目的在于提供一种处理城市生活污水的厌氧氨氧化颗粒污泥启动的方法。

本发明中，首先通过接种成熟厌氧氨氧化与亚硝化混合污泥，在低断面流速下，逐渐培养为颗粒污泥，之后不断提升断面断面流速，强化培养颗粒污泥，并通过改变水质强化其处理性能，最终实现其对于生活污水的处理。

本发明实例中，对于反应器基本状况进行了具体描述，但本方法并不局限于此参数反应器，一切连续流活性污泥反应器皆可应用此方法。

一种处理城市生活污水的厌氧氨氧化颗粒污泥启动方法，具体步骤如下：

1）反应器搭建，反应器采用升流式厌氧污泥床（UASB），反应区上部的1/4-1/3体积装填粒径4-5mm的火山岩填料；

2）颗粒污泥培养阶段，接种采用厌氧氨氧化污泥与短程硝化活性污泥按质量比为5：1的比例混合的污泥，控制初始进水总氮浓度为240~260mg/L，亚硝酸盐氮与氨氮氮素浓度比值1.25-1.35，反应器温度控制在28-33℃，初始断面流速介于0.3-0.5m/h，当总氮去除率连续2d以上超过70%随即提高断面流速，每次提高幅度为20%-50%，当总氮去除负荷超过2kgN/m³/d，粒径超过0.3mm污泥体积占总污泥体积80%以上时，认为颗粒污泥启动成功，进入颗粒污泥强化阶段；

3）颗粒污泥强化阶段，逐次降低其进水总氮浓度，每次降低30%-50%，同时提高断面流速，每次提高幅度不超过100%，保证总氮去除率在60%以上，当总氮去除率连续3d以上超过70%，进行下轮调整，直至进水氨氮浓度降低至40-50mg/L，断面流速超过9m/h；当总氮去除负荷超过6kgN/m³/d，且颗粒污泥平均粒径超过1.4mm时，认为颗粒污泥强化成功，进入处理性能强化阶段；

4）处理性能强化阶段，采用城市生活污水经二级处理及亚硝化工艺处理后出水，氨氮浓度18-22mg/L，亚氮浓度22-26mg/L，COD小于35mg/L，BOD小于10mg/L，保持断面流速不变运行，若总氮去除率连续3d以上大于75%，提高断面流速10-20%，当总氮去除率连续3d以上小于70%，降低断面流速10-20%；当总氮去除率连续7d变化幅度不超过5%，总氮去除负荷达到6kgN/m³/d以上时，认为处理性能强化阶段成功，进入生活污水处理阶段；

5）生活污水处理阶段，保持生活污水水质不变，将温度降低至15-20℃，降低断面流速使总氮去除率超过70%，若总氮去除率连续5d以上大于75%，提高断面流速10-20%，当总氮去除率连续5d以上小于70%，降低断面流速10-20%；当总氮去除率连续10d以上变化幅度小于5%，降低断面流速使总氮去除率超过80%；当总氮去除负荷达到2kgN/m³/d以上，颗粒污泥平均粒径超过1.8mm时，认为处理城市生活污水的厌氧氨氧化颗粒污泥启动。

与现有的厌氧氨氧化工艺相比较，本发明具有以下有益效果：

1）本发明提供了一种可行的处理生活污水的厌氧氨氧化颗粒污泥启动方法；

2）本发明确定了以断面流速作为控制参数的可行的厌氧氨氧化颗粒污泥培养方法方法；

3）本发明提供了在常温低基质生活污水条件下，厌氧氨氧化颗粒污泥运行及维护的策略与方法。

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是本发明采用的UASB试验装置示意图，上部为粒径4-5mm火山岩填料填充的填料区，下部为主体活性污泥反应区。

图2是采用本发明方法的反应器颗粒污泥培养与强化阶段反应器运行效果图，图中TNinf为进水总氮浓度，TRR为总氮去除负荷，TNR为总氮去除率。

图3是采用本发明方法的反应器在处理性能强化阶段及生活污水处理阶段图，图中TNinf为进水总氮浓度，TRR为总氮去除负荷，TNR为总氮去除率。

具体实施方式

实施例1

试验装置为升流式厌氧污泥床反应器，如图1所示。试验装置由有机玻璃制成，内径100mm，高2.0m，总容积20L，有效容积12L。柱内上部1/3的反应区装填有粒径4-5mm的火山岩滤料，装填高度为0.5m。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。

接种采用厌氧氨氧化污泥与短程硝化活性污泥按质量比为5：1的比例混合的污泥，控制初始进水总氮浓度为240~260mg/L，且亚硝酸盐氮与氨氮氮素浓度比值1.25-1.35，反应器温度控制在28-33℃，采用低断面流速连续运行，初始断面流速为0.44m/h，运行至第28天，反应器连续2d总氮去除率超过70%，提升断面流速至0.54m/h，3天后再次提高断面流速至0.63m/h，第32天继续提升断面流速至0.74m/h，第37d提升断面流速至0.81m/h，直到第42天，反应器去除负荷达到2.15kgN/m³/d，粒径测量结果显示0.3mm以上污泥占据总污泥量的87%，平均粒径达到了0.8mm，颗粒污泥培养阶段结束。

维持亚硝酸盐氮与氨氮氮素浓度比值不变，降低进水总氮浓度至180mg/L，同时提升断面流速至1.43m/h，6天后连续3天去除率超过70%，继续降低总氮浓度至120mg/L，同时提升断面流速至2.81m/h，4天后继续降低总氮浓度至80mg/L，断面流速提升至5.53m/h，维持6天，继续降低总氮浓度至50mg/L，断面流速提升至8.55m/h，运行8天后，连续3天总氮去除率超过70%，保持总氮浓度不变继续提高断面流速至9.13m/h，4天后再次提高断面流速至10.44m/h，去除负荷超过7kgN/m³/d，至总第80天，污泥平均粒径达到1.46mm，颗粒污泥强化完成。

改变进水水质，采用城市生活污水经二级处理及亚硝化工艺处理后出水，氨氮浓度18~22mg/L，亚氮浓度22~26mg/L，COD小于30mg/L，BOD小于10mg/L，保持断面流速为10.44m/h，总氮去除率连续3d低于70%，降低断面流速至9.13m/h，总氮去除率介于70-75%，且连续10天保持稳定，总氮去除负荷达到6.32kgN/m³/d，处理性能强化阶段成功。

降低温度至18-20℃，同时将断面流速降至4.53m/h，总氮去除率降低至65.3%，后不断上升，至120天总氮去除率已连续5天超过75%，提高断面流速至5.53m/h，总氮去除率连续10天介于65%-70%，降低断面流速至4.53，总氮去除率连续15天超过80%，总氮去除负荷达到3.11kgN/m³/d，颗粒污泥平均粒径为1.93mm，处理生活污水的厌氧氨氧化颗粒污泥启动成功。

启动成功之后运行超过20天，反应器处理效果稳定，如图3中第140天至160天所示。

Claims (1)

1.一种处理城市生活污水的厌氧氨氧化颗粒污泥启动方法，其特征在于：

1）反应器搭建，反应器采用升流式厌氧污泥床，反应区上部的1/4-1/3体积装填粒径4-5mm的火山岩填料；

2）颗粒污泥培养阶段，接种采用厌氧氨氧化污泥与短程硝化活性污泥按质量比为5：1的比例混合的污泥，控制初始进水总氮浓度为240~260mg/L，亚硝酸盐氮与氨氮氮素浓度比值1.25-1.35，反应器温度控制在28-33℃，初始断面流速介于0.3-0.5m/h，当总氮去除率连续2d以上超过70%随即提高断面流速，每次提高幅度为20%-50%，当总氮去除负荷超过2kgN/m³/d，粒径超过0.3mm污泥体积占总污泥体积80%以上时，认为颗粒污泥启动成功，进入颗粒污泥强化阶段；

3）颗粒污泥强化阶段，逐次降低其进水总氮浓度，每次降低30%-50%，同时提高断面流速，每次提高幅度不超过100%，保证总氮去除率在60%以上，当总氮去除率连续3d以上超过70%，进行下轮调整，直至进水氨氮浓度降低至40-50mg/L，断面流速超过9m/h；当总氮去除负荷超过6kgN/m³/d，且颗粒污泥平均粒径超过1.4mm时，认为颗粒污泥强化成功，进入处理性能强化阶段；

4）处理性能强化阶段，采用城市生活污水经二级处理及亚硝化工艺处理后出水，氨氮浓度18-22mg/L，亚氮浓度22-26mg/L，COD小于35mg/L，BOD小于10mg/L，保持断面流速不变运行，若总氮去除率连续3d以上大于75%，提高断面流速10-20%，当总氮去除率连续3d以上小于70%，降低断面流速10-20%；当总氮去除率连续7d变化幅度不超过5%，总氮去除负荷达到6kgN/m³/d以上时，认为处理性能强化阶段成功，进入生活污水处理阶段；

5）生活污水处理阶段，保持生活污水水质不变，将温度降低至15-20℃，降低断面流速使总氮去除率超过70%，若总氮去除率连续5d以上大于75%，提高断面流速10-20%，当总氮去除率连续5d以上小于70%，降低断面流速10-20%；当总氮去除率连续10d以上变化幅度小于5%，降低断面流速使总氮去除率超过80%；当总氮去除负荷达到2kgN/m³/d以上，颗粒污泥平均粒径超过1.8mm时，认为处理城市生活污水的厌氧氨氧化颗粒污泥启动。

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