CN103121750A - 一种城市生活污水亚硝化颗粒污泥的高效培养方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市生活污水亚硝化颗粒污泥的高效培养方法，在17-25℃下，采用高径比为5-15的柱状间歇序批式反应器，通过亚硝化启动阶段，在生活污水中投加氨氮，驯化活性污泥的亚硝化性能；颗粒污泥培养阶段，生活污水为进水，控制沉淀时间以2min为梯度由14min逐步缩短至6min，颗粒污泥基本形成；颗粒污泥强化阶段，控制沉淀时间4min，持续运行至颗粒平均粒径超过0.4mm；处理能力强化阶段，在生活污水中投加氨氮，控制沉淀时间4min，运行至氨氧化负荷超过0.5kgN/m³/d，恢复生活污水为进水，最终培养出氨氧化负荷超过0.4kgN/m³/d，颗粒平均粒径超过0.5mm的高效亚硝化颗粒污泥。该发明制备的亚硝化颗粒污泥具有亚硝化性能稳定、污泥浓度高、处理能力强等特点。

Description

一种城市生活污水亚硝化颗粒污泥的高效培养方法

技术领域

本发明属于城市生活污水处理与资源化领域，具体涉及亚硝化颗粒污泥的高效培养方法。

背景技术

2011年《中国环境状况公报》指出，在全国十大水系的主要污染指标中，氨氮、生化需氧量和总磷等指标排名前列，特别是在人口密集的黄河、长江流域，氨氮污染更是分别占据了第1和第2位；监测的26个国控重点湖泊（水库）中，中营养状态、轻度富营养状态和中度富营养状态的湖泊（水库）比例分别为46.2%、46.1%和7.7%，大部分湖泊均存在由氮磷引起的富营养化问题。污水处理厂是缓解与治理水污染的关键，污水处理厂排放标准逐年提高，尤其针对营养素指标控制更为严格。2002年的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准对氮素指标进行了严格限制，要求总氮小于15mg/L，氨氮小于5mg/L。

目前，污水厂脱氮多采用基于硝化反硝化理论的传统工艺或改良工艺并后续深度处理工艺，不论是经济性、技术性还是可持续性都已不能满足日益严格的排放标准的要求，以自养脱氮为核心的新工艺为城市生活污水生物脱氮提供了新的思路。厌氧氨氧化是目前发现的最为简捷的废水生物脱氮途径，与传统的硝化-反硝化脱氮工艺相比，具有流程简捷、处理负荷高、耗氧量少、无需外加有机和无机碳源、污泥产量低和无二次污染等众多优点，是城市污水脱氮的理想选择。目前，对于该工艺的研究以分体式居多，即将该工艺分为亚硝化单元与厌氧氨氧化单元。亚硝化作为厌氧氨氧化的前置工艺，为厌氧氨氧化提供进水，是厌氧氨氧化的前提与基础，其处理效果及效率直接影响后续的厌氧氨氧化工艺。但实际研究中亚硝化存在污泥难以持留及增长、抗冲击负荷能力差、长期运行容易失稳转向全程硝化等问题，难以实现高效稳定运行。

颗粒污泥是指废水生物处理系统中的微生物在适当的环境条件下，相互聚集形成一种密度较大、体积较大、传质条件较好的微生物聚集体。相比普通絮状污泥，颗粒污泥具有突出的沉降性能，可以使反应器中持留较高的污泥浓度，获得较大的处理负荷。颗粒污泥由外到内存在明显的基质浓度梯度和溶氧浓度梯度，对溶解氧具有较高亲和能力的氨氧化菌（AOB）易于在颗粒污泥表面生长，一定程度上抑制氧亲和力较弱的亚硝酸盐氧化菌（NOB）的生长，且表面较高的氨氮浓度能形成较高的游离氨，也能抑制NOB的生长，进而利于形成稳定的亚硝化体系。因而将颗粒污泥技术运用于亚硝化工艺，培养具有特殊AOB膜结构的亚硝化颗粒污泥，有望实现高效稳定的亚硝化工艺。

高景峰在25℃生活污水条件下，采用序批式（SBR）反应器，通过骤降沉淀时间，由15min直接缩短至5min，经过14天成功培养出亚硝化性能良好的颗粒污泥，亚硝化率即反应积累的亚硝酸盐氮与积累的亚硝酸盐氮与硝酸盐氮之和的比值维持在95%以上，但经过21天仍有40%的污泥粒径在0.3mm以下，污泥浓度由初始的3.773g/L大幅降低至0.87g/L，氨氧化负荷仅为0.22kgN/m³/d，经过52天培养絮状污泥仍然存在。

目前，培养的亚硝化颗粒污泥虽亚硝化性能良好，但存在污泥颗粒化程度不高，存在大量絮状污泥；污泥负荷不高、处理能力较差，负荷一般在0.10-0.25kgN/m³/d；粒径较小，一般在0.2-0.5mm，有待提出更为高效的亚硝化颗粒污泥培养方法。

发明内容

本发明目的在于提供城市生活污水亚硝化颗粒污泥的高效培养方法。

本发明是在常温条件下，以生活污水为基础用水，以SBR反应器为实验装置，通过优化的运行策略来实现亚硝化颗粒污泥的高效培养。采用高径比为5-15的SBR反应器，所述方法包括以下步骤：

1)亚硝化启动阶段，接种城市污水处理厂曝气池普通硝化污泥，在生活污水中投加氨氮和碳酸氢钠，使进水氨氮浓度为150-200mg/L，碱度以CaCO₃计浓度为氨氮浓度的8-10倍，控制沉淀时间为20-30min，在此条件下持续驯化污泥，当连续7d亚硝化率即反应积累的亚硝酸盐氮与积累的亚硝酸盐氮与硝酸盐氮之和的比值达到95%以上时，进入颗粒污泥培养阶段；

2)颗粒污泥培养阶段，以生活污水为进水，沉淀时间以2min为梯度由14min逐步缩短至8min，每个梯度运行2~8天且随着沉淀时间缩短相应运行天数增加，之后将沉淀时间控制在6min，待粒径0.2mm以上污泥颗粒占污泥总体积的百分比达到70%以上时，进入颗粒污泥强化阶段；

3)颗粒污泥强化阶段，以生活污水为进水，控制沉淀时间4min，持续运行，待反应器内平均粒径超过0.4mm，进入处理能力强化阶段；

4)处理能力强化阶段，在生活污水中投加氨氮和碳酸氢钠，使进水氨氮浓度为150~200mg/L，碱度以CaCO₃计浓度为氨氮浓度的8-10倍，控制沉淀时间4min，运行直至氨氧化负荷超过0.5kgN/m^3/d；恢复生活污水为进水，氨氧化负荷稳定在0.4kgN/m³/d以上，颗粒平均粒径超过0.5mm，高效的亚硝化颗粒污泥培养成功。

步骤1)-4)中，反应器每个周期的运行方式为进水、曝气、沉淀、排水，每天运行3-6个周期，控制表观气速即曝气量与反应器截面积的比值为0.5-1.0cm/s，控制曝气时间使氨氧化率即氨氮消耗量与进水氨氮浓度的比值在80%-95%。

与现有启动亚硝化颗粒污泥方法相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明通过亚硝化启动、颗粒污泥培养、颗粒污泥强化、处理能力强化四个阶段，经过80天成功培养出亚硝化性能良好的颗粒污泥，亚硝化率维持在98%以上；

2)污泥颗粒化程度较高，几乎不存在絮状污泥，颗粒平均粒径超过0.5mm；

3)污泥浓度较高，基本能恢复至接种污泥浓度水平，且随着培养污泥浓度呈上升趋势；

4)处理能力较强，氨氧化负荷可达到0.4kgN/m³/d。

附图说明

图1是反应器运行效果图，AOL为氨氧化负荷即单位时间内单位体积反应器氧化的氨氮量，MLVSS为混合物悬浮固体浓度即污泥浓度。初期生活污水中投加氨氮，反应器运行至第14天，亚硝化率连续7天稳定维持在95%以上，亚硝化启动成功；之后转为生活污水运行，逐步缩短沉淀时间，第40天，粒径0.2mm以上污泥颗粒占污泥总体积的百分比达到81.3%，颗粒污泥初步形成；然后维持沉淀时间4min，第53天，颗粒平均粒径达到0.52mm，颗粒强化成功；再在生活污水中投加氨氮，第72天，氨氧化负荷达到0.61kgN/m³/d，最后恢复生活污水运行，第79天后氨氧化负荷稳定维持在0.55kgN/m³/d以上，第88天颗粒平均粒径达到0.61mm，亚硝化颗粒污泥培养成功。

图2是典型时期的粒径分布图。颗粒初步形成时,粒径超过0.2mm污泥颗粒占污泥总体积的百分比为81.3%，超过0.6mm的污泥颗粒仅为8.9%；颗粒强化后超过0.2mm的污泥颗粒达到91.1%，超过0.6mm的污泥颗粒为29.3%；颗粒培养成功时超过0.2mm的污泥颗粒已高达96.4%，超过0.6mm的污泥颗粒高达52.7%。

图3 a图为培养成功的颗粒污泥培养皿照片。

图3 b图为培养成功的颗粒污泥显微镜照片。

具体实施方式

实施例1:

试验采用有效高度80cm、内径8cm的柱状间歇序批式反应器，高径比为10，通过水浴控制反应器内温度为20±1℃。反应器每个周期的运行方式为进水、曝气、沉淀、排水，每天运行4个周期，进水采用城市生活污水，C/N为3.7-5.4，控制曝气量为2.0L/min，此时表观气速为0.66cm/s，控制曝气时间使氨氧化率在80-90%。

0-14d为亚硝化启动阶段，接种城市污水处理厂曝气池普通硝化污泥，接种后污泥浓度为3.57g/L，在生活污水中投加氨氮和碳酸氢钠，进水NH₄ ⁺-N为161-177mg/L，COD为242-260mg/L，碱度以CaCO₃计为1200-1290mg/L，控制沉淀时间为30min，在此条件下运行7天亚硝化率即达到95%，此后7天亚硝化率均维持在95%以上，进入颗粒污泥培养阶段；

15-42d为颗粒污泥培养阶段，以生活污水为进水，进水NH₄ ⁺-N为49-59mg/L，COD为235-271mg/L，碱度以CaCO₃计为380-420mg/L，按照14、12、10、8min逐步缩短沉淀时间，相应运行天数分别为2、3、5、8天，之后将沉淀时间控制在6min，运行9天后，粒径0.2mm以上污泥颗粒占污泥总体积的百分比达到81.3%，颗粒平均粒径为0.32mm，进入颗粒污泥强化阶段；

43-55d颗粒污泥强化阶段，以生活污水为进水，进水NH₄ ⁺-N为51-58mg/L，COD为240-284mg/L，碱度以CaCO₃计为385-415mg/L，控制沉淀时间4min，持续运行13天后，平均粒径达到0.52mm，进入处理能力强化阶段；

56-73d处理能力强化阶段，在生活污水中投加氨氮和碳酸氢钠，进水NH₄ ⁺-N为163-181mg/L，COD为238-295mg/L，碱度以CaCO₃计为1180-1260mg/L，

控制沉淀时间4min，经过19天，氨氧化负荷达到0.61kgN/m³/d，高效的亚硝化颗粒污泥培养成功。

如图1所示，第74天至90天处理生活污水，进水NH₄ ⁺-N为52-58mg/L，COD为240-275mg/L，碱度以CaCO₃计为390-435mg/L，氨氧化负荷达到0.56kgN/m³/d，并且之后稳定维持在0.55kgN/m³/d以上，颗粒平均粒径达到0.61mm，污泥浓度达到3.51g/L，亚硝化率稳定在98%以上。

Claims (1)

1.一种城市生活污水亚硝化颗粒污泥的高效培养方法，其特征在于，在17-25℃条件下，采用高径比为5-15的柱状间歇序批式反应器，以城市生活污水为进水，按下述步骤运行：

1)亚硝化启动阶段，接种城市污水处理厂曝气池普通硝化污泥，在生活污水中投加氨氮和碳酸氢钠，使进水氨氮浓度为150-200mg/L，碱度以CaCO₃计浓度为氨氮浓度的8-10倍，控制沉淀时间为20-30min，在此条件下持续驯化污泥，当连续7d亚硝化率即反应积累的亚硝酸盐氮与积累的亚硝酸盐氮与硝酸盐氮之和的比值达到95%以上时，进入颗粒污泥培养阶段；

2)颗粒污泥培养阶段，以生活污水为进水，沉淀时间以2min为梯度由14min逐步缩短至8min，每个梯度运行2~8天且随着沉淀时间缩短相应运行天数增加，之后将沉淀时间控制在6min，待粒径0.2mm以上污泥颗粒占污泥总体积的百分比达到70%以上时，进入颗粒污泥强化阶段；

3)颗粒污泥强化阶段，以生活污水为进水，控制沉淀时间4min，持续运行，待反应器内平均粒径超过0.4mm，进入处理能力强化阶段；

4)处理能力强化阶段，在生活污水中投加氨氮和碳酸氢钠，使进水氨氮浓度为150~200mg/L，碱度以CaCO₃计浓度为氨氮浓度的8-10倍，控制沉淀时间4min，运行直至氨氧化负荷超过0.5kgN/m^3/d；恢复生活污水为进水，氨氧化负荷稳定在0.4kgN/m³/d以上，颗粒平均粒径超过0.5mm，高效的亚硝化颗粒污泥培养成功；

步骤1)-4)中，反应器每个周期的运行方式为进水、曝气、沉淀、排水，每天运行3-6个周期，控制表观气速即曝气量与反应器截面积的比值为0.5-1.0cm/s，控制曝气时间使氨氧化率即氨氮消耗量与进水氨氮浓度的比值在80%-95%。

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