CN103172174B

CN103172174B - 一种全程自养脱氮工艺的启动及运行方法

Info

Publication number: CN103172174B
Application number: CN201310075311.XA
Authority: CN
Inventors: 李冬; 杨卓; 梁瑜海; 高伟楠; 崔少明; 吴青; 苏庆岭; 杨胤; 何永平; 张翠丹; 张玉龙; 周元正; 门绚; 曾辉平; 张�杰
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2013-03-09
Filing date: 2013-03-09
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2033-03-09
Also published as: CN103172174A

Abstract

一种全程自养脱氮工艺的启动及运行方法属于水环境恢复与再生领域。常温条件下，在一个生物滤池反应器内启动全程自养脱氮（CANON）工艺并达到高效稳定运行，首先接种污泥，在厌氧及缺氧条件下进行滤料挂膜阶段，然后在限氧条件下启动全程自养脱氮，最后通过水力停留时间与曝气量的联合控制实现高负荷稳定运行。在61d内启动CANON工艺，启动后运行42d总氮去除负荷达到了3.52kg·m^-3·d^-1，该负荷在CANON工艺研究领域是一个极其高的水平，该方法操作简单易行，是一种行之有效的快速启动CANON工艺并实现高负荷运行的方法。

Description

一种全程自养脱氮工艺的启动及运行方法

技术领域

本发明属于水环境恢复与再生领域。具体涉及用于常温、高氨氮污水生物膜法全程自养脱氮（CANON）工艺启动及高负荷运行的方法。

背景技术

现如今，氮素污染已成为水体污染的主要因素之一。“十二五”期间，我国环保部将氨氮列为限制性控制指标之一，氮素治理已迫在眉睫。目前，污水处理厂的脱氮工艺多基于传统硝化反硝化原理，它虽在生物脱氮领域发挥了重要作用，但其存在着工艺流程长，动力能耗大，污泥产量高等缺点。

近年来，基于脱氮新途径的提出，一系列的生物脱氮新工艺应运而生。1999年，Third等首先提出了CANON(Completely Autotrophic Nitrogen Removal OverNitrite)工艺，这一新型脱氮工艺中，好氧氨氧化菌（AOB）与厌氧氨氧化（Anammox）菌起主要作用，二者处于同一反应器中，AOB位于填料或污泥絮体的外层，以氧气作电子受体，将NH4⁺-N氧化为NO₂ ^--N；Anammox菌位于填料或污泥絮体的内层，以亚硝酸化产生的NO₂ ^-作电子受体，与剩余的NH₄ ⁺共同转化为N₂而释出，并产生少量的NO₃ ^--N。同传统脱氮工艺相比，CANON工艺具有脱氮路径短，节省曝气量，处理低碳氮比有机废水无需投加有机碳源等优点，为生物脱氮技术提供新思路，具有显著的研究应用价值。

目前，全程自养脱氮工艺主要被用于处理高氨氮废水，如垃圾渗滤液，污泥消化液等。然而由于其集合好氧氨氧化菌与厌氧氨氧化菌两种生长环境截然相反的菌种于一个反应器内，且厌氧氨氧化菌时代周期长达10.6d，因此，实现全程自养脱氮工艺的快速启动，以及调节反应器运行参数使反应器内部环境适宜两大菌种共存并得到较高氮素去除负荷成为此工艺所需要克服的难点所在。

发明内容

本发明目的在于提供一种处理高氨氮废水的生物膜法全程自养脱氮工艺的快速启动及高负荷运行的方法。

本发明采用上向流的火山岩填料生物滤池反应器，其外部利用水浴控制恒温24～28℃，底部装有曝气装置，由转子流量计控制曝气量大小。通过水力停留时间与曝气量的调节实现CANON工艺的快速启动及高负荷运行。

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，且对于污泥的活性与接种量无限制性要求，一切火山岩填料的生物滤柱皆可应用此方法。

方法的具体步骤如下：

采用上向流的火山岩填料生物滤池反应器，整个实验过程控制温度24～28℃，包括如下步骤：

1）反应器内部装填火山岩填料，填料粒径分为两种，下部滤料粒径为10～14mm，上部滤料粒径为8～10mm，下部与上部填料的装填高度比为1.2～1.5；

2）向反应器内部接种污泥：质量比为5～6的亚硝化与厌氧氨氧化混合污泥，污泥浓度为5～15g/L；

3）反应器的挂膜方法：首先采用进出水循环的SBR运行方式，不曝气，利用人工模拟配水，控制进水氨氮浓度190～210mg/L，亚硝酸盐氮浓度190～210mg/L，HRT30～40h，待无污泥流失转为连续流限制曝气运行方式，利用人工模拟配水，控制进水氨氮浓度290～320mg/L，亚硝酸盐氮浓度90～120mg/L，碱度以CaCO₃计为1200～1300mg/L，曝气量为0.05～0.15L/min，HRT9～11h，当总氮去除负荷超过SBR阶段的最高总氮去除负荷，且总氮去除率连续7d以上超过65%时，认为反应器挂膜成功；

4）全程自养脱氮启动方法：采用连续流限制曝气策略，利用人工模拟配水，控制进水氨氮浓度380～420mg/L，碱度以CaCO₃计为1800～2000mg/L，曝气量为0.15～0.3L/min，HRT7～8h，当总氮去除率连续7d以上大于70%，总氮去除与硝氮生成的质量比为8～10，总氮去除负荷超过1k_g·m^-3·d^-1时认为全程自养脱氮工艺启动成功；

5）高负荷稳定运行方法：规定总氮去除率连续7d以上超过70%为降低HRT的节点，规定总氮去除与硝氮生成的质量比在8以上且出水亚氮10mg/L以下为提高曝气的节点，此为标准逐步降低HRT，提升曝气量，在40～50d内HRT由7h以上降至2.5h以下，曝气量由0.3L/min以下升至4L/min以上，通过HRT和曝气的联合调整实现亚硝化菌与厌氧氨氧化菌的富集和反应器的高效稳定运行本发明采用粒径不同的两种较大粒径的滤料作为生物膜法全程自养脱氮工艺的填料，这极大的提高了生物膜法的氧传质效率，提出了HRT与曝气量调节的节点，为好氧氨氧化菌与厌氧氨氧化菌提供了适宜的生长环境，在较短时间内实现了CANON工艺的快速启动，并且总氮去除负荷最终达到了3.52kg·m^-3·d^-1的较高水平，这在现有的全程自养脱氮工艺研究中是极其罕见的。

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CANON试验装置示意图。

1.进水泵；2.空气泵；3取样口；4取料口；5水浴；6火山岩填料

图2是本发明方法从启动到高负荷运行阶段的氨氮、总氮去除效果与总氮去除与硝氮生成质量比（ΔTN/ΔNO₃ ^--N）变化图

其中NRE:总氮去除率

NREA：氨氮去除率

NRR:总氮去除负荷

NRRA：氨氮去除负荷

ΔTN/ΔNO₃ ^-N：总氮去除与硝氮生成的质量比

具体实施方式

实施例1

试验采用上向流的火山岩填料生物滤池反应器，如图1所示。反应器由有机玻璃制成，内径9.4cm，高100cm，外部设有水浴，水浴控制温度为24℃～28℃，反应器总容积5.3L，有效容积2.63L。柱内装填级配火山岩填料，装填高度为0.7m，装填粒径由下及上为10～12mm、8～10mm，装填高度分别为0.4m、0.3m。滤池壁上每100mm设有一个取样口，最上端设有一个出水口，在滤柱另一侧还设有取料口。反应器底部设有曝气装置，由转子流量计控制曝气量大小。

反应器接种实验室现有的质量比为5：1的亚硝化与厌氧氨氧化混合污泥，接种浓度为9.9g/L，接种总体积为1.67L。实验采用人工配水，由(NH₄)₂SO₄、NaNO₂与NaHCO₃配制而成。具体实施步骤如下：

挂膜阶段：首先采用进出水循环的SBR运行方式，利用蠕动泵将容器中的模拟废水打入反应器中，同时反应器出水回流至上述容器中；此阶段氨氮浓度为190～210mg/L，亚硝酸盐氮浓度为190～210mg/L，HRT为34h，运行5个周期，平均总氮去除率为63.86%，总氮去除负荷逐步上升，最终达到0.74kg/m³/d，待无污泥流失认为反应器挂膜初步成功，将反应器转为连续流低曝气运行，此时进水氨氮浓度为290～320mg/L，亚硝酸盐氮浓度90～120mg/L，碱度1200～1300mg/L(以CaCO₃计)，pH7.16～7.58，曝气量设定为不致使生物膜明显流失的0.05～0.15L/min，HRT9.86h，当总氮去除率连续7d以上大于65%，总氮去除负荷超过SBR阶段的最高总氮去除负荷0.74kg·m^-3·d^-1时认为反应器挂膜成功，历时36d。

CANON启动阶段：继续连续流限制曝气运行反应器25d，进水氨氮浓度为380～420mg/L，碱度1800～2000mg/L(以CaCO₃计)，pH7.19～7.54，曝气量由0.15L/min逐步升为0.3L/min，HRT7.91h，此期间内平均氨氮去除为79.91%，平均总氮去除率为66.22%，氨氮去除负荷稳定在0.8～1.2kg·m^-3·d^-1，总氮去除负荷稳定在0.7～1kg·m^-3·d^-1之间，出水亚硝酸盐浓度小于4mg/L，反应器特征比值--总氮去除与硝氮生成的质量比为8～10，去除当总氮去除率连续7d以上大于70%，，总氮去除负荷超过1kg·m^-3·d^-1时认为全程自养脱氮工艺启动成功。本方法启动CANON仅历时61d。

高负荷运行阶段：启动CANON工艺后，通过HRT和曝气的调整实现亚硝化菌与厌氧氨氧化菌的富集和反应器的稳定运行。在42d内四次调整HRT，由7.88h降至5.3h、3.42h、2.95h，最终降至2.27h。曝气量随着HRT的调节而增大，由0.3L/min逐渐增大至4L/min。启动后平均氨氮去除率为87.01%，平均总氮去除负荷为75.46%，氨氮去除负荷与总氮去除负荷稳步上升，最终氨氮去除负荷达到4.01kg·m^-3·d^-1，总氮去除负荷达到了3.52kg·m^-3·d^-1，该负荷在CANON工艺研究领域是一个极其高的水平，该方法操作简单易行，是一种行之有效的快速启动CANON工艺并实现高负荷运行的方法。

Claims

1.一种全程自养脱氮工艺的启动及运行方法，其特征在于：采用上向流的火山岩填料生物滤池反应器，整个实验过程控制温度24～28℃，包括如下步骤：

4）全程自养脱氮启动方法：采用连续流限制曝气策略，利用人工模拟配水，控制进水氨氮浓度380～420mg/L，碱度以CaCO₃计为1800～2000mg/L，曝气量为0.15～0.3L/min，HRT7～8h，当总氮去除率连续7d以上大于70%，总氮去除与硝氮生成的质量比为8～10，总氮去除负荷超过1kg·m^-3·d^-1时认为全程自养脱氮工艺启动成功；

5）高负荷稳定运行方法：规定总氮去除率连续7d以上超过70%为降低HRT的节点，规定总氮去除与硝氮生成的质量比在8以上且出水亚硝酸盐氮10mg/L以下为提高曝气的节点，此为标准逐步降低HRT，提升曝气量，在40～50d内HRT由7h以上降至2.5h以下，曝气量由0.3L/min以下升至4L/min以上，通过HRT和曝气的联合调整实现亚硝化菌与厌氧氨氧化菌的富集和反应器的高效稳定运行。